Terbi (tên La tinh: terbium), còn gọi là tecbi, là một nguyên tố hóa học với ký hiệu Tb và số nguyên tử 65. Terbi không được tìm thấy trong tự nhiên ở dạng nguyên chất, nhưng nó có trong nhiều loại khoáng vật, bao gồm credit, gadolinite, monazite, xenotim và euxenite.
Vật lý
Nó là một kim loại đất hiếm màu trắng bạc, mềm, dẻo, dễ uốn, đủ để cắt bằng dao. Nó ổn định vừa phải trong không khí (không bị xỉn sau 19 tháng ở nhiệt độ phòng) và 2 thù
hình tinh thể tồn tại, với nhiệt độ chuyển dạng là 1.289 °C.
Cation terbi (III) là các chất huỳnh quang rực rỡ, có màu vàng chanh tươi, là kết quả của vạch bức xạ xanh lục mạnh kết hợp với các vạch khác trong phổ màu đỏ và cam. Biến thể yttrofluorit của khoáng vật fluorit có được huỳnh quang màu vàng kem một phần là do terbi. Nguyên tố này dễ bị ôxi hóa và vì thế được sử dụng ở dạng nguyên chất chỉ với mục đích nghiên cứu. Ví dụ, các nguyên tử Tb riêng lẻ đã được cô lập bằng cách cấy chúng vào các phân tử fulleren.
Terbi có trật tự sắt từ đơn giản ở nhiệt độ dưới 219 K. Trên 219 K, nó chuyển sang trạng thái phản sắt từ xoắn ốc trong đó mọi mômen nguyên tử trong một lớp mặt phẳng cơ sở cụ thể là song song, và định hướng ở một góc cố định với các mômen của các lớp cận kề. Tính chất phản sắt từ bất thường này chuyển thành trạng thái thuận từ không trật tự ở nhiệt độ 230 K.
Hóa học
Trạng thái hóa trị phổ biến nhất của terbi là +3, như trong ôxít terbi (III) (Tb2O3). Trạng thái +4 được biết đến trong TbO2 và TbF4. Terbium dễ dàng cháy tạo ra hỗn hợp của các ôxít hóa trị 3 và 4:
8 Tb + 7 O2 → 2 Tb4O7
Trong dung dịch, terbi chỉ tạo ra các ion hóa trị 3. Terbi có độ âm điện thấp và phản ứng chậm với nước lạnh nhưng khá nhanh với nước nóng để tạo ra hiđrôxít terbi:
2 Tb(rắn) + 6 H2O(hơi nóng) → 2 Tb(OH)3(dung dịch) + 3H2(khí)
Terbi kim loại phản ứng với mọi halogen:
2 Tb(rắn) + 3 F2(khí) → 2 TbF3(rắn) [màu trắng]
2 Tb(rắn) + 3 Cl2(khí) → 2 TbCl3(rắn) [màu trắng]
2 Tb(rắn) + 3 Br2(khí) → 2 TbBr3(rắn) [màu trắng]
2 Tb(rắn) + 3 I2(khí) → 2 TbI3(rắn)
Terbi hòa tan dễ dàng trong axít sulfuric loãng để tạo ra các dung dịch chứa các ion Tb (III) màu hồng nhạt, tồn tại như là các phức hợp [Tb(OH2)9].
2 Tb(rắn) + 3 H2SO4(dung dịch) → 2 Tb3+(dung dịch) + 3 SO42-(dung dịch) + 3 H2(khí)
Đồng vị
Terbi nguồn gốc tự nhiên chỉ bao gồm 1 đồng vị ổn định là Tb159. Ngoài ra, 33 đồng vị phóng xạ cũng đã được miêu tả đặc trưng, với ổn định nhất là Tb158 có chu kỳ bán rã là 180 năm, Tb157 có chu kỳ bán rã 71 năm và Tb160 có chu kỳ bán rã 72,3 ngày. Tất cả các đồng vị còn lại đều là đồng vị phóng xạ với chu kỳ bán rã nhỏ hơn 6,907 ngày, và phần lớn có chu kỳ bán rã không quá 24 giây. Nguyên tố này cũng có 18 trạng thái giả ổn định, với ổn định nhất là Tb156m1 (t½ 24,4 giờ), Tb154m2 (t½ 22,7 giờ) và Tb154m1 (t½ 9,4 giờ).
Phương thức phân rã chủ yếu trước đồng vị phổ biến nhất, Tb159, là bất điện tử, còn phương thức phân rã chủ yếu sau đồng vị phổ biến nhất là phân rã beta trừ. Sản phẩm phân rã chủ yếu trước đồng vị phổ biến nhất là các đồng vị của Gd (gadolini), còn sản phẩm phân rã chủ yếu sau đồng vị phổ biến nhất là các đồng vị của Dy (dysprosi).
Lịch sử
Terbi là nguyên tố hóa học được nhà hóa học người Thụy Điển là Carl Gustaf Mosander phát hiện năm 1843, ông đã phát hiện nó như là tạp chất trong “đất yttri”, Y2O3, và đặt tên cho nó theo làng Ytterby ở Thụy Điển. Nó đã không được cô lập ở dạng tinh khiết mãi cho tới phát minh ra kỹ thuật trao đổi ion gần đây.
Ban đầu Mosander phân chia "yttria" thành ba phân đoạn, "terbia" là phân đoạn có màu hồng (do nguyên tố hiện nay gọi là erbi), và "erbia" là phân đoạn về thực chất là không màu trong dung dịch, nhưng tạo ra ôxít màu nâu. Các công nhân khi đó rất khó quan sát phân đoạn sau, nhưng phân đoạn màu hồng thì không thể bỏ sót. Các tranh cãi quay qua quay lại về việc "erbia" có tồn tại hay không. Trong sự lộn xộn đó, các tên gọi ban đầu đã bị đảo lại, và sự tráo đổi các tên gọi bị làm rối lên. Hiện nay, người ta cho rằng những công nhân này đã dùng các sulfat kép của natri và kali để loại bỏ "ceria" ra khỏi "yttria", vô tình làm mất hàm lượng terbi trong của hệ thống trong kết tủa chứa ceria. Trong bất kỳ trường hợp nào, chất hiện nay gọi là terbi chỉ chiếm khoảng 1% của yttria ban đầu, nhưng như thế đã là đủ để truyền màu hơi vàng cho ôxít. Vì thế, terbi chỉ là thành phần thiểu số trong phân đoạn terbia ban đầu, với thành phần chủ yếu là các họ hàng gần của nó như gadolini và dysprosi. Sau này, khi các nguyên tố đất hiếm khác được tách ra khỏi hỗn hợp này, bất kỳ phân đoạn nào tạo ra ôxít màu nâu đều giữ tên gọi terbia, cho tới khi cuối cùng nó là tinh khiết. Các nhà nghiên cứu trong thế kỷ 19 không có được ích lợi gì từ công nghệ huỳnh quang, mà bằng cách đó việc quan sát huỳnh quang tươi màu có thể làm cho việc theo dõi dấu vết của nguyên tố này trong hỗn hợp trở nên dễ dàng hơn
Phổ biến

Xenotim
Terbi không được tìm thấy ở dạng tự do trong tự nhiên, nhưng nó có trong nhiều khoáng vật, như cerit, gadolinit, monazit ((Ce,La,Th,Nd,Y)PO4, chứa tới 0,03% terbi), xenotim (YPO4) và euxenit ((Y,Ca,Er,La,Ce,U,Th)(Nb,Ta,Ti)2O6, chứa tới trên 1 % terbi). Mật độ phổ biến trong lớp vỏ Trái Đất là khoảng 1,2 mg/kg.
Các nguồn thương mại giàu terbi nhất hiện tại là lớp đất sét ion hấp phụ ở miền nam Trung Quốc. Các mẫu chứa nhiều yttri từ lớp đất sét này chứa khoảng 2/3 là ôxít yttri (theo trọng lượng) và khoảng 1 % terbia. Tuy nhiên, các lượng nhỏ cũng có trong bastnasit và monazit, và khi chúng được chế biến bằng chiết dung dịch để phục hồi các kim loại nặng trong nhóm Lantan dưới dạng "cô đặc samari-europi-gadolini" thì hàm lượng terbi của quặng còn lại trong đó. Do một lượng lớn bastnasit được xử lí, một tỷ lệ đáng kể (tương đối so với đất sét giàu ion hấp phụ) nhu cầu về terbi trên thế giới có nguồn gốc từ bastnasit..
Sản xuất
Phương pháp điều chế Terbi trong công nhiệp: Các khoáng vật chứa terbi thô nghiền nát được xử lý bằng axít sulfuric đặc nóng để tạo ra sulfat hòa tan trong nước của các kim loại đất hiếm. Nước lọc có tính axít được trung hòa một phần bằng NaOH tới khi pH đạt giá trị 3-4. Thori kết tủa khỏi dung dịch dưới dạng hiđrôxít và bị loại bỏ. Sau đó dung dịch được xử lý bằng oxalat amoni để chuyển đổi các kim loại đất hiếm thành các dạng oxalat không hòa tan của chúng. Các oxalat được chuyển hóa thành các ôxít nhờ ủ. Các ôxít được hòa tan trong axít nitric để tiếp tục loại bỏ một trong các thành phần chính là xeri, do ôxít của nó không hòa tan trong HNO3. Terbi được tách ra ở dạng muối kép với nitrat amoni bởi sự kết tinh.
Khi sản xuất với quy mô nhỏ và kkhi cần sản phẩm có độ tinh khiết cao thì phương thức hiệu quả nhất để tách các muối terbi ra khỏi dung dịch muối của các kim loại đất hiếm khác là trao đổi ion. Trong phương thức này, các ion kim loại đất hiếm được hấp thụ thành nhựa trao đổi ion thích hợp bằng trao đổi với các ion hiđrôni, amoni hay đồng có trong nhựa. Các ion đất hiếm sau đó được rửa sạch có chọn lọc bằng các tác nhân tạo phức chất thích hợp. Giống như các kim loại đất hiếm khác, terbi kim loại được sản xuất bằng cách khử clorua hay florua khan bằng canxi kim loại. Các tạp chất canxi và tantali có thể loại bỏ bằng tái nóng chảy trong chân không, chưng cất, tạo hỗn hống hay nung chảy theo khu vực
Ứng dụng
Terbi được sử dụng làm tác nhân kích thích cho florua canxi, tungstat canxi và molypdat stronti, các vật liệu được sử dụng trong các thiết bị trạng thái rắn, và như là tác nhân ổn định tinh thể của các tế bào nhiên liệu khi phải làm việc ở nhiệt độ cao, cùng với ZrO2.
Terbi cũng được sử dụng trong các hợp kim và trong sản xuất các thiết bị điện tử. Là một thành phần của Terfenol-D, terbi được sử dụng trong các thiết bị truyền động, trong các hệ thống định vị thủy âm và cảm biến của hải quân, trong thiết bị SoundBug (ứng dụng thương mại đầu tiên của nó) cũng như trong các thiết bị cơ-từ khác. Terfenol-D là hợp kim giãn nở hay co ngót trong từ trường. Nó có độ giải cao nhất trong số tất cả các hợp kim đã biết.
Ôxít terbi được sử dụng trong các chất lân quang màu xanh lục trong các đèn huỳnh quang và các ống TV màu. Các chất lân quang "xanh lục" terbi (phát màu vàng chanh tươi) được kết hợp với các chất lân quang màu xanh lam của europi hóa trị 2 và các chất lân quang màu đỏ của europi hóa trị 3 để tạo ra công nghệ chiếu sáng "ba màu". Chiếu sáng ba màu cung cấp lượng sáng cao hơn khi xét cùng một lượng điện năng đầu vào so với các đèn nóng sáng. Đây cũng là lĩnh vực tiêu thụ terbi nhiều nhất trên thế giới. Borat terbi natri được sử dụng trong các thiết bị trạng thái rắn. Huỳnh quang tươi màu cho phép sử dụng terbi làm mẫu thăm dò trong hóa sinh học, trong đó nó là gần giống như canxi về hoạt tính.
Hợp chất
Terbi kết hợp với nitơ, cacbon, lưu huỳnh, phốtpho, bo, selen, silic và asen ở nhiệt độ cao, tạo thành các hợp chất hóa trị hai khác nhau như TbH2, TbH3, TbB2, Tb2S3, TbSe, TbTe và TbN. Trong các hợp chất này, Tb chủ yếu thể hiện hóa trị +3 và đôi khi là +2.
Các hợp chất +3:
Oxit Tb2O3
Oxit Tb2O3 giống với oxit của kim loại kiềm thổ. Chúng rất bền với nhiệt (∆G khoảng -1600 kJ/mol) và khó nóng chảy (nđnc.vào khoảng 2000oC).
Chúng không tan trong nước nhưng tác dụng với nước tạo thành hidroxit và phát nhiệt. tan dễ dàng trong axit,không tan trong dung dịch kiềm nhưng tan trong kiềm nóng chảy:
Tb2O3 + Na2CO3 = 2NaTbO2 + CO2
Để điều chế oxit Tb2O3 người ta dung khí H2 khử oxit bền của những oxit đó khi đun nóng.
Hidoxit Tb(OH)3
Hdoxit Tb(OH)3 là chất dạng kết tủa vô định hình,thực tế không tan trong nước,là một bazơ khá mạnh, tính bazơ nằm giữa Mg(OH)2 và Al(OH)3. Do có thể hấp thu CO2 trong không khí nên hidroxit thường chứa tạp chất cacbonat bazơ.
Hidoxit Tb(OH)3 được điều chế bằng tác dụng của dung dịch muối Tb(III)
Với dung dịch kiềm hay ammoniac
Các muối của Tb(III)
Muối của Tb giống như muối của canxi, các muối clorua, bromua,iodua, nitrat và sunphat tan trong nước, còn các muối florua, cacbonat, photpphat và oxalate không tan. Đặc điểm nổi bật của Ln3+ cũng như của Tb3+ là dễ dàng tạo muối kép.
Terbi trihalogenua (TbX3): là những chất ở dạng tinh thể có cấu tạo ion. Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi cao. Các triflorua khan không tan trong nước còn các trihalogenua khác hút ẩm và chảy rửa khi để trong không khí ẩm. Các triclorua có khả năng hấp thụ khí NH3 để tạo thành amoniacat TbCl3.xNH3.
Các trihalogen được điều chế từ các nguyên tố hoặc bằng cách tác dụng với HX. Riêng triclorua khan phản ứng ở 400 – 600oC với CCl4 hoặc hỗn hợp Tb2O3 và than:
2Tb2O3 + 3CCl4 = 4TbCl3 + 3CO2
Tb2O3 + 33C + 3Cl2 = 2TbCl3 + 3CO
Các halogenua terbi (II) thu được bằng cách ủ các halogenua Tb (III) với sự có mặt của Tb kim loại trong thùng chứa bằng tantali. Terbi cũng có thể tạo ra sesquiclorua Tb2Cl3, là chất có thể khử tiếp thành TbCl bằng cách ủ ở 800 °C. Clorua terbi (I) tạo thành các viên nhỏ với cấu trúc tạo lớp giống như than chì.
Các hợp chất khác còn có:
 Clorua: TbCl3
 Bromua: TbBr3
 Iodua: TbI3
 Florua: TbF3, TbF4
Florua terbi (IV) là tác nhân flo hóa mạnh, giải phóng ra flo nguyên tử tương đối tinh khiết khi bị nung nóng chứ không phải hỗn hợp của hơi flo giải phóng ra từ CoF3 hay CeF4.
Terbi(III)sunfat (Tb2(SO4)3: muối terbi(III) sunfat đều tan trong nước, độ tan giảm khi nhiệt độ tăng. Tb2(SO4)3 được điều chế bằng cách hòa tan oxit, hidroxit hay cacbonat của chúng trong axit sunfuric loãng.
Terbi(III)nitrat (Tb(NO3)3): terbi(III)nitrat dễ hòa tan trong nước khi kết tinh từ dung dịch ở dạng hidrat. Các hidrat này hút ẩm và dễ chảy rữa trong không khí.
Terbi(III)nitrat có thể tạo thành muối kép với nitrat amoni, kim loại kiềm hay kim loại kiềm thổ. Những muối kép nitrat được nghiên cứu nhiều nhất là 2Tb(NO3)3.3Mg(NO3)3.24H2O và Tb(NO3)3.2NH4NO3.4H2O
Muối nitrat của Terbi và amoni trong dung dịch amoni nitrat bão hòa được dùng trong công nghệ điều chế Terbi tinh khiết. Tb(NO3)3 được điều chế bằng cách cho oxit, hidroxit, hay cacbonat của Terbi trong dung dịch HNO3.
Terbi(III)cacbonat (Tb2(CO3)3): terbi(III)cacbonat là chất ở dạng kết tủa, thực tế không tan trong nước. khi đun trong nước nó chuyển thành cacbonat bazơ:
Tb2(CO3)3 + H2O = 2Tb(OH)CO3 + CO2
Khi nhiệt phân sản phẩm sau cùng là: Tb2O3.
Terbi(III)cacbonat được dùng làm chất đầu để điều chế các oxit và hợp chất khác nhau của Terbi. Khi cho dư cacbonat kim loại kiềm hay amoni sẽ thu được muối cacbonat kép M2CO3.Tb2(NO3)3.nH2O (trong đó M=cation kim loại kiềm hay NH4).
Terbi(III)oxalat (Tb2(C2O4)3.10H2O):hidrat của Terbi(III) oxalate là dạng kết tủa trắng, tan rất ít trong nước,ít hơn cả CaC2O4.4H2O. vì thế terbi(III)oxalate không tan trong môi trường axit (pH<3)trong khi canxi oxalate tan nên người ta dùng oxia oxalit hay muối oxalate để tách hoàn toàn đất hiếm ra khỏi các kim loại khác kể cả canxi bằng cách kết tủa terbi(III) oxalate trong dung dịch axit oxalit loãng. Rữa sạch kết tủa oxalate đó rồi nung ờ khoảng 900oC,thu được oxit:
Tb2(C2O4)3.10H2O = Tb4O7 + 3CO + 3CO2 + 10H2O
Ion Tb¬3+ cũng dễ tạo nên muối oxalat kép MTb(C2O4) với muối oxalat kim loại kiềm hay amoni. Những oxalat này ít tan trong nước.
Phức chất của Tb(III)
Giống như ion Ca2+, ion Tb3+ có thể tạo nên với những phối tử thông thường như NH3, Cl-, CN-, NO3-, SO42+,…những phức chất này không bền: trong dung dịch loãng những phức chất đó phân ly hoàn toàn, trong dung dịch đặc chúng kết tinh ở dạng ở dạng muối kép.
Phức chất của terbi(III) với axit xitric. Axit xitric (H3C6H5O7) là axit 3 nấc, thường được kí hiệu là H3Cit, có cấu tạo
COOH
HOOCCH3 C CH3COOH
COOH
Axit xitric và muối xitrat tạo nên với ion Tb3+ phức chất amoni xitrat TbCit.xH2O tan ít trong nước nhưng tan trong dng dịch natri xitrat nhờ tạo nên phức chất đixitrato Na[TbCit2].yH2O tan trong nước.
Những phức chất đixitrato là những phức chất đầu tiên được phân chia hỗn hợp đất hiếm bằng phương pháp trao đổi ion và ngày nay còn được tiếp tục dùng trong phân tích hóa học.
Phức chất của terbi (III) với axit etylenđiamintetraexetic. Axit etylenđiamintetraaxetic (EĐTA) và muối của nó tạo nên các ion Tb3+ những phức chất vòng càng có công thức H[Tb(EĐTA)]. Những phức chất rất bền, hằng số bền của chúng cao. Ngày nay trong phân tích hóa học và công nghệ, người ta sử dụng phức chất này để phân chia các nguyên tố đất hiếm bằng phương pháp trao đổi ion.
Hợp chất của Tb(IV)
Thế oxi hóa khử của cặp Tb4+/Tb3+ là 3V nên không tồn tại trong dung dịch nước, chúng oxi hóa nước giải phóng oxi:
4Tb4+ + 2H2O = 4Tb3+ + O2 + 4H+
Phòng ngừa
Giống như các nguyên tố trong nhóm Lantan khác, các hợp chất của terbi có độc tính từ nhẹ tới vừa phải, mặc dù mức độ độc của chúng vẫn chưa được kiểm tra chi tiết. Terbi không có vai trò sinh học nào đã biết.