Terbio: estructura, propiedades, usos, obtención
El terbio es un elemento que pertenece al grupo de los lantánidos, de las llamadas tierras raras, y cuyo símbolo químico es Tb. Tiene un número atómico de 65 y una abundancia en la corteza terrestre de 1.2 ppm. No se encuentra en forma aislada, sino formando parte de varios minerales, entre ellos la monacita y la bastnäsita.
El terbio fue descubierto en 1843 por el químico sueco Carl Gustav Mosander, en el mineral gadolinita. Mosander trató con hidróxido de amonio a la itria, un óxido del metal itrio, y encontró como contaminantes a dos sustancias desconocidas, a las que llamó erbia y terbia: sustancias que respectivamente contenían a los metales erbio y terbio.
El nombre del terbio se debe, al igual que el del itrio, a la villa sueca de Ytterby, de donde procedieron las muestras mineralógicas. Ocurre a menudo que el ‘terbio’ se confunda fácilmente por el ‘erbio’ y el ‘iterbio’.
El terbio tiene varias aplicaciones debido a sus propiedades magnéticas y de fluorescencia. Forma sus compuestos con el estado de oxidación +3, pero en algunos casos utiliza el estado de oxidación +4. Tiene un total de 38 isótopos, de los cuales el único estable es el 159Tb.
Índice del artículo
- 1 Estructura del terbio
- 2 Configuración electrónica
- 3 Propiedades del terbio
- 4 Usos
- 5 Obtención
- 6 Isótopos
- 7 Referencias
El terbio forma cristales con estructuras hexagonales compacta (hcp) a temperatura ambiente, la cual se conoce como fase α. Cuando estos cristales se calientan hasta los 1289 ºC, sufren una transición a la estructura cúbica centrada en el cuerpo (bcc), conocida como fase β.
El terbio tiene la siguiente configuración electrónica:
[Xe] 4f9 6s2
Al tener 9 electrones en sus orbitales 4f, y ser el noveno miembro de los lantánidos, dicha configuración electrónica no presenta ninguna irregularidad frente al orden de llenado indicado por el principio de Aufbau.
Metal sólido de color blanco plateado. Es maleable, dúctil, resistente a los impactos. Su catión Tb3+ es fluorescente y emite una luz brillante de color verde. Sin embargo, su fluorescencia solamente es visible en estado sólido.
65
158.925 g/mol
1356 ºC
3123 ºC
8.25 g/cm3
10.15 kJ/mol
391 kJ/mol
28.91 kJ/mol
Al igual que los otros lantánidos, su principal estado de oxidación es +3 (Tb3+), pero también puede presentar el estado de oxidación +4 (Tb4+). Por ejemplo, en los compuestos TbO2 y TbF4 el terbio se encuentra con un estado de oxidación de +4.
1.2 en la escala de Pauling.
Primera: 565.8 kJ/mol
Segunda: 1110 kJ/mol
Tercera: 2114 kJ/mol
A temperatura ambiente es un metal paramagnético que puede ser recogido con un imán de neodimio. Pero a temperatura de 230 K (-43 ºC), se convierte en antiferromagnético, transformándose en ferromagnético a temperaturas inferiores a 219 K.
El terbio es estable en el aire, inclusive a altas temperaturas, debido a la presencia de un óxido de color marrón oscuro que lo recubre.
Este metal es capaz de formar tres óxidos: el Tb2O3, blanco y polvoriento, siendo la forma común de los óxidos que presentan los lantánidos; el TbO2, que usa el estado de oxidación +4 y se genera a partir del oxígeno atómico; y el Tb4O7, un óxido de color marrón oscuro que presenta los estados de oxidación +3 y +4.
El terbio reacciona con el agua formando un hidróxido y liberando gas hidrógeno. Asimismo, es atacado por los ácidos diluidos formando sales y liberando gas hidrógeno.
El terbio reacciona con el ácido sulfúrico, obteniéndose Tb2(SO4)3. Esta sal es capaz de emitir una fluorescencia verde. El terbio se combina con todos los halógenos mediante su estado de oxidación +3 (TbF3, TbCl3, etc.).
El terbio se utiliza como fósforo de color verde en aplicaciones de iluminación tricromática y en tubos de televisión a color. El terbio produce el color verde de los teléfonos celulares Blackberry, o en otras pantallas de alta definición.
Los iones Tb3+ se utilizan para evidenciar la presencia de microbios, aplicándose el cloruro de terbio sobre la muestra a examinar, la cual luego es iluminada con luz ultravioleta. Esto produce que las endosporas vivientes brillen con un color verde.
El terbio (Tb3+), el europio (Eu3+) y el tulio (Tm3+) son utilizados para detectar la falsificación de los billetes de euro, ya que al ser iluminados los billetes con luz ultravioleta, producen una fluorescencia de color verde por el terbio, una de color rojo por el europio, y otra de color azul por el tulio.
Una aleación de terbio-hierro se utiliza en la construcción de películas metálicas para el registro magneto-óptico de datos.
Otra aleación de neodimio-terbio-disprosio es empleada para la fabricación de imanes, capaces de conservar su magnetismo a altas temperaturas. Este tipo de imanes se utilizan en motores eléctricos de aéreo generadores, donde se producen altas temperaturas.
El terfenol es una aleación de terbio, hierro y disprosio que tiene la capacidad de expandirse o contraerse en función del campo magnético existente. Esta aleación se emplea en los altavoces “SoundBug”, que permiten utilizar una mesa o escritorio como altavoces. Además, esta aleación se usa en activadores magnéticamente controlados, sistemas de sonar y sensores de presión.
El terbio se utiliza para dopar fluoruro de calcio, tungstato de calcio y molibdato de estroncio, compuestos que se emplean en dispositivos del estado sólido y fibra óptica. También se emplea el terbio en bombillos de bajo consumo y lámparas de mercurio.
El terbio ha sido utilizado para el mejoramiento de la seguridad de los rayos X, ya que al mejorar su resolución, permite que pueda reducirse el tiempo de exposición a ellos.
Conjuntamente con el gadolinio, el terbio se ha utilizado para la construcción de un refrigerador magnético de prueba de dos etapas: el gadolinio como etapa de alta temperatura, y el terbio como etapa de baja temperatura.
El terbio tiene una abundancia de 1.2 ppm en la corteza terrestre, siendo un elemento que no se encuentra en forma libre. Se encuentra presente en los minerales monacita, xenotima, bastnäsita y euxenita, siendo este último un óxido que contiene 1% de terbio.
El terbio es extraído comercialmente de la monacita y la bastnäsita mediante una trituración inicial de estos minerales, seguida de un tratamiento con ácido sulfúrico y un ajuste del pH de la solución con hidróxido de sodio a un pH entre 3 y 4. Esto produce la separación del torio.
Luego, la solución se trata con oxalato de amonio, para la posterior formación de óxidos de las tierras raras. Posteriormente, los óxidos se disuelven en ácido nítrico, lo que produce la separación del cerio. El terbio se separa como una sal doble de nitrato de amonio por cristalización.
El método más eficaz para la separación de las sales de terbio es mediante la cromatografía de intercambio iónico. Los iones de las tierras raras son absorbidos en una resina de intercambio iónica adecuada mediante interacción con los iones hidrógeno, amonio o cúprico presentes en ella.
Los iones de las tierras raras se separan de la resina mediante su lavado empleando un agente adecuado para cada metal en específico.
Separado los iones de terbio de los minerales, sus cloruros o fluoruros reaccionan con el calcio metálico en un crisol de tantalio, ocurriendo una reducción metalotérmica. Las impurezas de calcio y tantalio se eliminan aplicando una destilación al vacío.
Por otro lado, el terbio también puede obtenerse mediante la electrólisis del óxido de terbio en cloruro de calcio fundido.
El terbio posee un total de 38 isótopos, comprendidos entre el 135Tb y el 172Tb, de los cuales el único isótopo estable es el 159Tb; el cual, corresponde casi con el 100% del terbio obtenido de la corteza terrestre. El resto de los isótopos del terbio son radiactivos.
La mayoría de los isótopos radiactivos del terbio son emisores de partículas β– o β+. El tiempo de vida medio de la mayoría de ellos es muy corto, destacándose el 138Tb con una vida media de 200 nanosegundos. Mientras, sus isótopos de mayor vida media son: el 158Tb (58 años) y el 157Tb (71 años).
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