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铽

原子序数为65的化学元素

铽（tè）（英语：Terbium），是一种化学元素，其化学符号为Tb，原子序数为65，原子量为158.925354 u，属于镧系元素，也是稀土元素之一。常温下铽为银白色金属，具有延展性、韧性且质地较软。就像其他重稀土元素一样，它在干燥空气中相对稳定，但在潮湿环境下会迅速氧化。铽拥有两种晶型的同素异形体，转化温度为1289°C。

铽 65Tb
氢（非金属） 氦（惰性气体）
锂（碱金属） 铍（碱土金属） 硼（类金属） 碳（非金属） 氮（非金属） 氧（非金属） 氟（卤素） 氖（惰性气体）
钠（碱金属） 镁（碱土金属） 铝（贫金属） 矽（类金属） 磷（非金属） 硫（非金属） 氯（卤素） 氩（惰性气体）
钾（碱金属） 钙（碱土金属） 钪（过渡金属） 钛（过渡金属） 钒（过渡金属） 铬（过渡金属） 锰（过渡金属） 铁（过渡金属） 钴（过渡金属） 镍（过渡金属） 铜（过渡金属） 锌（过渡金属） 镓（贫金属） 锗（类金属） 砷（类金属） 硒（非金属） 溴（卤素） 氪（惰性气体）
铷（碱金属） 锶（碱土金属） 钇（过渡金属） 锆（过渡金属） 铌（过渡金属） 钼（过渡金属） 𨱏（过渡金属） 钌（过渡金属） 铑（过渡金属） 钯（过渡金属） 银（过渡金属） 镉（过渡金属） 铟（贫金属） 锡（贫金属） 锑（类金属） 碲（类金属） 碘（卤素） 氙（惰性气体）
铯（碱金属） 钡（碱土金属） 镧（镧系元素） 铈（镧系元素） 镨（镧系元素） 钕（镧系元素） 钷（镧系元素） 钐（镧系元素） 铕（镧系元素） 钆（镧系元素） 铽（镧系元素） 镝（镧系元素） 钬（镧系元素） 铒（镧系元素） 铥（镧系元素） 镱（镧系元素） 镏（镧系元素） 铪（过渡金属） 钽（过渡金属） 钨（过渡金属） 铼（过渡金属） 锇（过渡金属） 铱（过渡金属） 铂（过渡金属） 金（过渡金属） 汞（过渡金属） 铊（贫金属） 铅（贫金属） 铋（贫金属） 钋（贫金属） 砈（类金属） 氡（惰性气体）
鍅（碱金属） 镭（碱土金属） 锕（锕系元素） 钍（锕系元素） 镤（锕系元素） 铀（锕系元素） 錼（锕系元素） 钸（锕系元素） 鋂（锕系元素） 锔（锕系元素） 鉳（锕系元素） 鉲（锕系元素） 鑀（锕系元素） 镄（锕系元素） 钔（锕系元素） 锘（锕系元素） 铹（锕系元素） 𬬻（过渡金属） 𬭊（过渡金属） 𬭳（过渡金属） 𬭛（过渡金属） 𬭶（过渡金属） 鿏（预测为过渡金属） 𫟼（预测为过渡金属） 𬬭（预测为过渡金属） 鿔（过渡金属） 鿭（预测为贫金属） 𫓧（贫金属） 镆（预测为贫金属） 𫟷（预测为贫金属） 鿬（预测为卤素） 鿫（预测为惰性气体）
－
↑
铽
↓
鉳
钆 ← 铽 → 镝
外观
明亮的银白色金属
概况
名称·符号·序数铽（terbium）·Tb·65
元素类别镧系元素
族·周期·区不适用·6·f
标准原子质量158.925354(7)[1]
电子排布[Xe] 4f9 6s2
2, 8, 18, 27, 8, 2
铽的电子层（2, 8, 18, 27, 8, 2）
铽的电子层（2, 8, 18, 27, 8, 2）
历史
发现莫桑德（1842年）
分离莫桑德（1842年）
物理性质
物态固态
密度（接近室温）
8.23 g·cm−3
熔点时液体密度7.65 g·cm−3
熔点1629 K，1356 °C，2473 °F
沸点3503 K，3230 °C，5846 °F
熔化热10.15 kJ·mol−1
汽化热293 kJ·mol−1
比热容28.91 J·mol−1·K−1
蒸气压
压/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
温/K 1789 1979 (2201) (2505) (2913) (3491)
原子性质
氧化态4, 3, 2, 1
(弱硷性)
电负性? 1.2（鲍林标度）
电离能第一：565.8 kJ·mol−1
第二：1110 kJ·mol−1
第三：2114 kJ·mol−1
原子半径177 pm
共价半径194±5 pm
铽的原子谱线
杂项
晶体结构六方晶格
磁序顺磁性（300 K）
电阻率(r.t.) (α, 晶体) 1.150 µ Ω·m
热导率11.1 W·m−1·K−1
热膨胀系数(r.t.) (α,晶体) 10.3 µm/(m·K)
声速（细棒）（20 °C）2620 m·s−1
杨氏模量(α式) 55.7 GPa
剪切模量(α 式) 22.1 GPa
体积模量(α 式) 38.7 GPa
泊松比(α 式) 0.261
维氏硬度863 MPa
布氏硬度677 MPa
CAS号7440-27-9
同位素
主条目：铽的同位素
同位素 丰度 半衰期​（t1/2） 衰变
方式 能量​（MeV） 产物
149Tb 人造 4.118 小时 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% 稳定，带94粒中子
161Tb 人造 6.948 天 β− 0.593 161Dy

铽在自然界中不以纯元素态存在，而是以化合物的形式存在于许多稀土矿物中，包括矽铈石、矽铍钇矿、独居石 、磷钇矿和黑稀金矿（英语：Euxenite）等。铽在地壳中的丰度估计为1.2 mg/kg[2]，在稀土元素中属于含量较低的一种。目前尚未发现组分以铽为主的矿物。[3]

化学性质

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铽是一种阳电性元素，可以被大多数酸（如硫酸）、所有卤素、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↑

铽在空气中也容易氧化，形成混合+3、+4价铽的氧化物七氧化四铽：[4]

8 Tb + 7 O
2 → 2 Tb
4O
7

铽最常见的氧化态是+3，例如氯化铽（TbCl
3）。在固态下，+4态的铽在诸如二氧化铽（TbO
2）和四氟化铽（TbF
4）等化合物中也已经被观察到。[5]在溶液中，铽通常形成+3态，但也可以在强碱性水溶液条件下以臭氧将其氧化成+4态。[6]

用途

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世界上大部分的铽以氧化铽的形式用于阴极射线管和日光灯中的绿色磷光体。黄绿色的铽磷光体加上红色的三价铕磷光体和蓝色的二价铕磷光体，可产生“白”光。通过调节不同磷光体的比例，可以产生不同色温的白光。这种萤光系统一般应用在螺旋型日光灯泡中。一些电视机和电脑萤屏也同样使用这种系统作为其三个原色。[7][8]

钕铁硼磁铁中的部分钕可以替换为铽和镝[9]，以提高矫顽力，从而改善磁铁的耐热性能，用于电动汽车的驱动马达等性能要求较高的应用上。

铽元素或铽合金具有磁致伸缩性，会感应磁场的强度和方向而改变长短，能将任何物体表面转变成扩音器。例如将铽合金棒的一端压入木桌，并施加强度随音讯大小改变的磁场（缠绕线圈），金属棒的外形变化能振动整张桌子，使桌面成为巨大的音讯传递表面，达到扩音效果。一般扩音器因阻抗匹配无法如此炮制，铽合金是极少数能有此应用的物质。[10]由铽、镝和铁组成的Terfenol-D合金是常温下已知磁致伸缩性最强的材料[11]，被应用在执行器、海军声纳系统、传感器、SoundBug（英语：SoundBug）扬声器等设备中。

铽被用作氟化钙、钨酸钙和钼酸锶等固态元件所使用的材料之掺杂剂（英语：Dopant），也与二氧化锆一同用作在高温下运作的燃料电池之晶体稳定剂。[12]

铽的萤光特性还被用于检测内生孢子，当铽和内生孢子特有的大量吡啶二羧酸结合后，在紫外线灯的照射下会产生光致发光现象，将内生孢子显示为明亮的绿色萤光斑点。[13]此法除了可以检测太空飞行器及空间站中微生物的存在，还可以帮助军队检测致病细菌，例如炭疽病的病原体，并且在医疗、制药和其他领域也具有很好的应用前景。

参考文献

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  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 （英语）. 
  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]. （原始内容存档于2011-04-22）. 
  4. ^ 4.0 4.1 Chemical reactions of Terbium. Webelements. [2009-06-06]. （原始内容存档于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. （原始内容存档于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. （原始内容存档于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. ^ 看得到的化学，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. (编). 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. 

外部链接

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