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鋱

原子序数为65的化学元素

鋱（tik1）（英語：Terbium），是一種化學元素，其化學符號為Tb，原子序數為65，原子量為158.925354 u，屬於鑭系元素，也是稀土元素之一。常溫下鋱為銀白色金屬，具有延展性、韌性且質地較軟。就像其他重稀土元素一樣，它在乾燥空氣中相對穩定，但在潮濕環境下會迅速氧化。鋱擁有兩種晶型的同素異形體，轉化溫度為1289°C。

鋱 65Tb
氫（非金屬） 氦（惰性氣體）
鋰（鹼金屬） 鈹（鹼土金屬） 硼（類金屬） 碳（非金屬） 氮（非金屬） 氧（非金屬） 氟（鹵素） 氖（惰性氣體）
鈉（鹼金屬） 鎂（鹼土金屬） 鋁（貧金屬） 矽（類金屬） 磷（非金屬） 硫（非金屬） 氯（鹵素） 氬（惰性氣體）
鉀（鹼金屬） 鈣（鹼土金屬） 鈧（過渡金屬） 鈦（過渡金屬） 釩（過渡金屬） 鉻（過渡金屬） 錳（過渡金屬） 鐵（過渡金屬） 鈷（過渡金屬） 鎳（過渡金屬） 銅（過渡金屬） 鋅（過渡金屬） 鎵（貧金屬） 鍺（類金屬） 砷（類金屬） 硒（非金屬） 溴（鹵素） 氪（惰性氣體）
銣（鹼金屬） 鍶（鹼土金屬） 釔（過渡金屬） 鋯（過渡金屬） 鈮（過渡金屬） 鉬（過渡金屬） 鎝（過渡金屬） 釕（過渡金屬） 銠（過渡金屬） 鈀（過渡金屬） 銀（過渡金屬） 鎘（過渡金屬） 銦（貧金屬） 錫（貧金屬） 銻（類金屬） 碲（類金屬） 碘（鹵素） 氙（惰性氣體）
銫（鹼金屬） 鋇（鹼土金屬） 鑭（鑭系元素） 鈰（鑭系元素） 鐠（鑭系元素） 釹（鑭系元素） 鉕（鑭系元素） 釤（鑭系元素） 銪（鑭系元素） 釓（鑭系元素） 鋱（鑭系元素） 鏑（鑭系元素） 鈥（鑭系元素） 鉺（鑭系元素） 銩（鑭系元素） 鐿（鑭系元素） 鎦（鑭系元素） 鉿（過渡金屬） 鉭（過渡金屬） 鎢（過渡金屬） 錸（過渡金屬） 鋨（過渡金屬） 銥（過渡金屬） 鉑（過渡金屬） 金（過渡金屬） 汞（過渡金屬） 鉈（貧金屬） 鉛（貧金屬） 鉍（貧金屬） 釙（貧金屬） 砈（類金屬） 氡（惰性氣體）
鍅（鹼金屬） 鐳（鹼土金屬） 錒（錒系元素） 釷（錒系元素） 鏷（錒系元素） 鈾（錒系元素） 錼（錒系元素） 鈽（錒系元素） 鋂（錒系元素） 鋦（錒系元素） 鉳（錒系元素） 鉲（錒系元素） 鑀（錒系元素） 鐨（錒系元素） 鍆（錒系元素） 鍩（錒系元素） 鐒（錒系元素） 鑪（過渡金屬） 𨧀（過渡金屬） 𨭎（過渡金屬） 𨨏（過渡金屬） 𨭆（過渡金屬） 䥑（預測為過渡金屬） 鐽（預測為過渡金屬） 錀（預測為過渡金屬） 鎶（過渡金屬） 鉨（預測為貧金屬） 鈇（貧金屬） 鏌（預測為貧金屬） 鉝（預測為貧金屬） 鿬（預測為鹵素） 鿫（預測為惰性氣體）
－
↑
鋱
↓
鉳
釓 ← 鋱 → 鏑
外觀
明亮的銀白色金屬
概況
名稱·符號·序數鋱（terbium）·Tb·65
元素類別鑭系元素
族·週期·區不適用·6·f
標準原子質量158.925354(7)[1]
電子排布[Xe] 4f9 6s2
2, 8, 18, 27, 8, 2
鋱的電子層（2, 8, 18, 27, 8, 2）
鋱的電子層（2, 8, 18, 27, 8, 2）
歷史
發現莫桑德（1842年）
分離莫桑德（1842年）
物理性質
物態固態
密度（接近室溫）
8.23 g·cm−3
熔點時液體密度7.65 g·cm−3
熔點1629 K，1356 °C，2473 °F
沸點3503 K，3230 °C，5846 °F
熔化熱10.15 kJ·mol−1
汽化熱293 kJ·mol−1
比熱容28.91 J·mol−1·K−1
蒸氣壓
壓/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
溫/K 1789 1979 (2201) (2505) (2913) (3491)
原子性質
氧化態4, 3, 2, 1
(弱鹼性)
電負性? 1.2（鮑林標度）
電離能第一：565.8 kJ·mol−1
第二：1110 kJ·mol−1
第三：2114 kJ·mol−1
原子半徑177 pm
共價半徑194±5 pm
鋱的原子譜線
雜項
晶體結構六方晶格
磁序順磁性（300 K）
電阻率(r.t.) (α, 晶體) 1.150 µ Ω·m
熱導率11.1 W·m−1·K−1
熱膨脹係數(r.t.) (α,晶體) 10.3 µm/(m·K)
聲速（細棒）（20 °C）2620 m·s−1
楊氏模量(α式) 55.7 GPa
剪切模量(α 式) 22.1 GPa
體積模量(α 式) 38.7 GPa
泊松比(α 式) 0.261
維氏硬度863 MPa
布氏硬度677 MPa
CAS號7440-27-9
同位素
主條目：鋱的同位素
同位素 豐度 半衰期​（t1/2） 衰變
方式 能量​（MeV） 產物
149Tb 人造 4.118 小時 β+ 2.616 149Gd
α 4.078 145Eu
157Tb 人造 71 年 ε 0.060 157Gd
158Tb 人造 180 年 β+ 0.197 158Gd
β− 0.936 158Dy
159Tb 100% 穩定，帶94粒中子
161Tb 人造 6.948 天 β− 0.593 161Dy

鋱在自然界中不以純元素態存在，而是以化合物的形式存在於許多稀土礦物中，包括矽鈰石、矽鈹釔礦、獨居石 、磷釔礦和黑稀金礦（英語：Euxenite）等。鋱在地殼中的豐度估計為1.2 mg/kg[2]，在稀土元素中屬於含量較低的一種。目前尚未發現組分以鋱為主的礦物。[3]

化學性質

鋱是一種陽電性元素，可以被大多數酸（如硫酸）、所有鹵素、甚至被水氧化。[4]

2 Tb (s) + 3 H2SO4 → 2 Tb3+ + 3 SO2−
4 + 3 H2↑
2 Tb + 3 X2 → 2 TbX3 (X = F, Cl, Br, I)
2 Tb (s) + 6 H2O → 2 Tb(OH)3 + 3 H2↑

鋱在空氣中也容易氧化，形成混合+3、+4價鋱的氧化物七氧化四鋱：[4]

8 Tb + 7 O
2 → 2 Tb
4O
7

鋱最常見的氧化態是+3，例如氯化鋱（TbCl
3）。在固態下，+4態的鋱在諸如二氧化鋱（TbO
2）和四氟化鋱（TbF
4）等化合物中也已經被觀察到。[5]在溶液中，鋱通常形成+3態，但也可以在強鹼性水溶液條件下以臭氧將其氧化成+4態。[6]

用途

世界上大部分的鋱以氧化鋱的形式用於陰極射線管和日光燈中的綠色磷光體。黃綠色的鋱磷光體加上紅色的三價銪磷光體和藍色的二價銪磷光體，可產生「白」光。通過調節不同磷光體的比例，可以產生不同色溫的白光。這種螢光系統一般應用在螺旋型日光燈泡中。一些電視機和電腦螢屏也同樣使用這種系統作為其三個原色。[7][8]

釹鐵硼磁鐵中的部分釹可以替換為鋱和鏑[9]，以提高矯頑力，從而改善磁鐵的耐熱性能，用於電動汽車的驅動馬達等性能要求較高的應用上。

鋱元素或鋱合金具有磁致伸縮性，會感應磁場的強度和方向而改變長短，能將任何物體表面轉變成擴音器。例如將鋱合金棒的一端壓入木桌，並施加強度隨音訊大小改變的磁場（纏繞線圈），金屬棒的外形變化能振動整張桌子，使桌面成為巨大的音訊傳遞表面，達到擴音效果。一般擴音器因阻抗匹配無法如此炮製，鋱合金是極少數能有此應用的物質。[10]由鋱、鏑和鐵組成的Terfenol-D合金是常溫下已知磁致伸縮性最強的材料[11]，被應用在執行器、海軍聲納系統、傳感器、SoundBug（英語：SoundBug）揚聲器等設備中。

鋱被用作氟化鈣、鎢酸鈣和鉬酸鍶等固態元件所使用的材料之摻雜劑（英語：Dopant），也與二氧化鋯一同用作在高溫下運作的燃料電池之晶體穩定劑。[12]

鋱的螢光特性還被用於檢測內生孢子，當鋱和內生孢子特有的大量吡啶二羧酸結合後，在紫外線燈的照射下會產生光致發光現象，將內生孢子顯示為明亮的綠色螢光斑點。[13]此法除了可以檢測太空飛行器及空間站中微生物的存在，還可以幫助軍隊檢測致病細菌，例如炭疽病的病原體，並且在醫療、製藥和其他領域也具有很好的應用前景。

參考文獻

  1. ^ Prohaska, Thomas; Irrgeher, Johanna; Benefield, Jacqueline; Böhlke, John K.; Chesson, Lesley A.; Coplen, Tyler B.; Ding, Tiping; Dunn, Philip J. H.; Gröning, Manfred; Holden, Norman E.; Meijer, Harro A. J. Standard atomic weights of the elements 2021 (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry. 2022-05-04. ISSN 1365-3075. doi:10.1515/pac-2019-0603 （英語）. 
  2. ^ Patnaik, Pradyot. Handbook of Inorganic Chemical Compounds. McGraw-Hill. 2003: 920–921 [2009-06-06]. ISBN 978-0-07-049439-8. 
  3. ^ Hudson Institute of Mineralogy. Mindat.org. www.mindat.org. 1993–2018 [14 January 2018]. （原始內容存檔於2011-04-22）. 
  4. ^ 4.0 4.1 Chemical reactions of Terbium. Webelements. [2009-06-06]. （原始內容存檔於2017-03-24）. 
  5. ^ Gruen, D. M.; Koehler, W. C.; Katz, J. J. Higher Oxides of the Lanthanide Elements: Terbium Dioxide. Journal of the American Chemical Society. April 1951, 73 (4): 1475–1479. doi:10.1021/ja01148a020. 
  6. ^ Hobart, D. E.; Samhoun, K.; Young, J. P.; Norvell, V. E.; Mamantov, G.; Peterson, J. R. Stabilization of Praseodymium(IV) and Terbium(IV) in Aqueous Carbonate Solution. Inorganic and Nuclear Chemistry Letters. 1980, 16 (5): 321–328. doi:10.1016/0020-1650(80)80069-9. 
  7. ^ Caro, Paul. Rare earths in luminescence. Rare earths. 1998-06-01: 323–325 [2014-06-04]. ISBN 978-84-89784-33-8. （原始內容存檔於2014-05-03）. 
  8. ^ Bamfield, Peter. Inorganic Phosphors. Chromic phenomena: technological applications of colour chemistry. 2001: 159–171 [2014-06-04]. ISBN 978-0-85404-474-0. （原始內容存檔於2014-05-03）. 
  9. ^ Shi, Fang, X.; Shi, Y.; Jiles, D.C. Modeling of magnetic properties of heat treated Dy-doped NdFeBparticles bonded in isotropic and anisotropic arrangements. IEEE Transactions on Magnetics. 1998, 34 (4): 1291–1293. Bibcode:1998ITM....34.1291F. doi:10.1109/20.706525. 
  10. ^ 看得到的化學，Theodore Gray著，大是文化 ISBN 978-986652667-1
  11. ^ Rodriguez, C; Rodriguez, M.; Orue, I.; Vilas, J.; Barandiaran, J.; Gubieda, M.; Leon, L. New elastomer–Terfenol-D magnetostrictive composites. Sensors and Actuators A: Physical. 2009, 149 (2): 251. doi:10.1016/j.sna.2008.11.026. 
  12. ^ Hammond, C. R. The Elements. Lide, D. R. (編). CRC Handbook of Chemistry and Physics 86th. Boca Raton (FL): CRC Press. 2005. ISBN 978-0-8493-0486-6. 
  13. ^ Rosen, D. L.; Sharpless, C.; McGown, L. B. Bacterial Spore Detection and Determination by Use of Terbium Dipicolinate Photoluminescence. Analytical Chemistry. 1997, 69 (6): 1082–1085. doi:10.1021/ac960939w. 

外部連結

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