Terbiyum Elementi Nedir, Özellikleri Nelerdir?

Terbiyum, lantanitler arasında birçok özelliği ile ayrıcalıklı bir elementtir. Kullanıldığı ürünlere sıra dışı özellikler veren faydalı bir metaldir.

Terbiyum, nadir toprak elementleri arasında yer alır. Euro banknotları, tribolüminesans, yeşil fosforlar ve SoundBug hoparlörlerinin ortak noktası terbiyumdur. Her birinde ayrı özellikleri ve işlevleri vardır. Her ne kadar nadir olsa da, pahalı olsa da, sınırlı kullanılsa da terbiyum, birçok lantanite göre ayrıcalıklı elementler arasında sayılır. “Terbiyum” ismine atfen ironik olarak biz de “terbiyeli element” adını vererek makalemize başlayalım.

Tarihçesi

Terbiyum, 1843 yılında İsveçli kimyager Carl Gustav Mosander tarafından Stockholm’de keşfedilmiştir. İsveç’teki Ytterby kasabasında bulunan “gadolinit” veya diğer adıyla “itterbit” adlı mineral üzerinde yapılan çalışmalarda 3 mineralden oluşan bir karışım olduğu belirlendi. Bu üç mineral “erbiya”, “terbiya” ve “itriya” olarak adlandırıldı. 1843 yılında Mosander, bu mineraller üzerine uzun ve karmaşık bir araştırma yaptı. Mosander, daha önce itriyadan itriyum oksit izole etmişti. Yeni bulduğu maddeleri de; terbiyum oksit (sarı) ve erbiyum oksitti (gül pembesi) şeklinde elde etti. Bunların keşfini 1843 yılında ilan etti. Mosander, gadolinit mineralinin bulunduğu Ytterby kasabasına atfen bu iki yeni elemente “erbiyum” ve “terbiyum” adlarını verdi. İngilizcesi “terbium”dur.

Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri

Terbiyumun kimyasal sembolü “Tb”dir. Atom numarası 65, atom ağırlığı 158,92, yoğunluğu 8,33 gcm3’tür. Erime noktası 1356 derece, kaynama noktası 3123 derecedir. Periyodik element tablosunun 3-B grubunda, lantanitler yani nadir toprak elementleri arasında 9. sırada yer alır. Kristal yapısı hekzagonaldır. Metal terbiyum, gümüş beyazı rengindedir. Oksit formu koyu bordo veya çikolata rengindedir. Bıçakla kesilebilecek kadar yumuşak ve sünek bir metaldir. İnce tabakalara ve tellere çekilebilir. Kimyasal özellikleri bakımından iterbiyum ile benzerlik gösterir.

Terbiyum, bileşiklerinde hem +3 hem de +4 değerlikli olabilir. Bu özelliği ile çoğu lantanitten farklılık gösterir. Saf hali havada nispeten kararlıdır. Havada oksitlenerek kararır. Havadaki oksijenle çok kolay tepki vermez. Su ile yavaşça reaksiyona girer. Asitlerde çözünür. Metal terbiyum, tüm halojenlerle reaksiyona girer. Azot, karbon, sülfür, fosfor, bor, selenyum, silikon ve arsenik ile ikili bileşikler oluşturur. Terbiyum, bu bileşiklerde genellikle +3 ve +2 oksidasyon durumlarını gösterir.

Doğada nadir bulunur. Doğadaki lantanitler arasında en nadir element, terbiyumdur. Saf halde bulunmaz. Yerkabuğunda en bol bulunan elementler arasında 55. sıradadır. Yerkabuğu, ağırlık bakımından kilogramda 1,2 miligram terbiyum içerir. Bolluk bakımından talyum, tungsten ve molibden kadardır; cıva, iyot, altın ve gümüşten daha yaygın bulunur. Nadir toprak metalleri mineralleri terbiyum da içerir. Başlıca mineralleri; ksenotim, bastnasit, laterit, monazit, serit, gadolinit ve öksenittir. Toryum kaynağı monazit kumlarından yan ürün olarak elde edilebilir. Monazitteki içeriği yüzde 0,03 civarındadır. Gadolinitte yüzde 2 civarında terbiyum bulunurken; öksenitteki içeriği de yüzde 1 civarındadır. Nükleer fisyon ürünleri arasında da bulunur. Ticari olarak solvent ekstraksiyonu ve iyon değişimi yöntemleri ile elde edilir. Monazitten karmaşık bir iyon değişimi süreci kullanılarak ticari olarak üretilebilir. Metal terbiyum, anhidröz flüorürün kalsiyum metali ile termal olarak indirgenmesi sonucu son derece saf olarak elde edilebilir.

Terbiyum, doğada yalnız bir izotoptan oluşur. Doğada kararlı Tb-159 izotopu bulunur, yani monoizotopiktir. Bunun dışında atom kütle numaraları 135 ila 171 arasında değişen 36 adet radyoaktif izotopu karakterize edilmiştir. Bunların yarılanma ömürleri 200 nanosaniye (Tb-138) ile 180 yıl (Tb-158) arasında değişir. En kararlı radyoaktif izotopları Tb-158’in yarılanma ömrü 180 yıl, Tb-157’nin yarılanma ömrü 71 yıldır.

Doğal Tb-159 izotopundan önceki izotopları elektron yakalama bozunma modu ile gadolinyum izotoplarına; sonraki izotopları ters beta bozunma modu ile disprosyum izotoplarına bozunur. Ayrıca 141, 154, 156 ve 158 kütle numaralı 27 adet de nükleer izomeri vardır. Bunların en kararlıları Tb-156m 24,4 saat, Tb-156m2, 22,7 saat yarılanma ömrüne sahiptir. Bazı terbiyum izotopları ve yarılanma ömürleri şöyledir; Tb-151 (17.61 saat), Tb-155 (5,3 gün), Tb-156 (5,3 gün), Tb-157 (110 yıl), Tb-158 (180 yıl), Tb-159 (Kararlı), Tb-160 (72,3 gün), Tb-161 (6.91 gün), Tb-162 (7,6 dakika).

Hangi Alanlarda Uygulamaları Vardır?

Terbiyum, pahalı ve nadir bir element olduğu için kullanım alanları da sınırlıdır. İterbiyum ile benzer özellikleri sebebiyle kullanım alanları da benzerlik gösterir. En yaygın kullanımı yeşil fosforlardır. Fosfor, elektronlar tarafından uyarıldığında ışıma yapan bir maddedir. Terbiyum oksit, renkli televizyon tüplerinde yeşil fosforu uyaran maddeler arasındadır. Bazı terbiyum bileşiklerinin kuvvetli bir tribolüminesans özelliği vardır. Bu özelliği ile oldukça sıra dışıdır. Bu özellik sayesinde florometri cihazlarında çok hassas ölçümler alınabilir. (Lüminesans veya ışıldama; bazı maddelerin ısısı değişmeksizin elektromanyetik ışınım yaymasıdır. Tribolüminesans ise, ‘sürtünmeyle ışıldama’ anlamındadır. Florometri; ultraviyole ışın yayarak maddelerin uyarılması, belirlenmesi ve dışarı verilen flüoresan ışığın karakteristik dalga boyunun ölçülmesi ile bir maddenin çok küçük miktarlarının tanımlanmasını sağlayan cihazlardır.)

Terbiyum, çok yüksek sıcaklıklarda bile etkili çalışabildiği için yakıt hücrelerinde de kullanılır. Hibrit otomobillerde kullanılan elektrik motorlarında yüksek manyetizma sağlayan mıknatısların içeriğindeki alaşımlarda neodim ve disprosyum ile birlikte terbiyum da vardır. Bu mıknatıslar aynı zamanda yüksek sıcaklıklarda çalışan rüzgâr türbinlerinin elektrik motorlarında da kullanılmaktadır. “Terfenol-D” adı verilen terbiyum, demir ve disprosyum alaşımı, bir manyetik alanda genişler veya daralır. Alaşımın bu özelliğine “manyetostriksiyon” adı verilir. Bu özelliği sebebiyle “SoundBug” adı verilen bir hoparlör çeşidinde kullanılır. Bu hoparlörler, masa yüzeyi gibi “rezonant” yani akciğer sesi üretebilecek herhangi bir düz yüzeyi veya malzemeyi titreştirerek hoparlör haline getirebilen küçük bir hoparlördür. Sodyum terbiyum borat bileşiği, lazer ışıklarının üretiminde kullanılır. Moleküler terbiyum bileşikleri, biyolojik ve tıbbi araştırmalarda kullanılmaktadır. Bu bileşikler, DNA ve RNA deneyleri, protein yapılarının belirlenmesi, kanser gibi bazı hastalıkların erken teşhisi ve tedavilerinde faydalanılan maddelerdir.

Terbiyum, alaşımları ve bileşiklerinin kullanıldığı bazı alan ve ürünler şunlardır; elektronik aletler, lazerler, x-ray ekranları, flüoresan lambalar, monitörler, katot ışını tüpleri, deniz sonar sistemleri, basınç sensörleri, cep telefonu ekranları, manyeto-optik kayıt aygıtları, rüzgâr türbinleri, fiber optik materyaller, katı hal cihazları, yarı iletken cihazlar, düşük enerjili ampuller, cıva lambaları, aküatörler, bilimsel araştırma ve deneyler…

(Terbiyum, lazer ve x ışınlarında kullanılabilen bir elementtir.)

Bunları Biliyor Musunuz?

• Yeniden yazdırılabilir kompakt disklerin ilk üretiminde terbiyum kullanılmıştır.
  
• “Terfenol-D” adı verilen terbiyum içeren alaşım, bir manyetik alanda genişleyen ve daralan özelliği ile en yüksek manyetostriksiyon özelliğine sahip alaşımdır.
  
• Terbiyum, her ne kadar nadir dense de gümüş ve cıvadan daha yaygındır. Minerallerden ayrılmaları çok zor olduğu için geçmişteki kimyagerler bu elementlere “nadir toprak elementleri” diyordu. Bu ismi almalarının bir nedeni de bazı alanlarda nadir olarak kullanılmalarından kaynaklanıyor. Günümüzde nadir toprak elementlerinin ayrıştırılması için yeni yöntemler geliştirilmiş ve minerallerden kolayca ayrıştırılabilmektedirler.
  
• Tb-149 adlı radyoaktif izotopu, tıp alanında kullanılır. Doğrudan kanserli bir hücreye enjekte edilerek tümörlerin yok edilmesine yardımcı olur.
  
• Tb-149, diğer izotoplar gibi kanserli hücreler dışındaki dokulara zarar vermez veya diğerlerinden çok daha az zarar verir.
  
• Avrupa Birliği ülkelerinin ortak para birimi euro (avro) banknotlarında terbiyum da bulunur. Ultraviyole ışınlar altında yeşil fosfor rengi veren terbiyum, sahte euroların tespitini sağlar. Eurolar üzerinde ayrıca evropiyum ve tulyum da vardır. Ultraviyole ışın altında evropiyum kırmızı, tulyum da mavi rengi vererek sahteciliğin önüne geçilir.
  
• Terbiyumun biyolojik bir rolü bulunmuyor. Yutulduğunda toksik özellikler gösterebilir. Terbiyum tozu ve bileşikleri, cilt ve gözlere temas halinde tahriş edebilir.
  
• Terbiyum, bitkiler ve çevre için tehdit oluşturan bir element değildir.
  
• Terbiyum içeren minerallerin rezervleri başlıca Çin, ABD, Hindistan, Sri Lanka, Brezilya ve Avustralya’da bulunur.
  
• Dünyadaki terbiyum rezervlerinin yaklaşık 300 bin ton olduğu tahmin edilmektedir. Dünya genelinde yılda 10 ton civarında terbiyum üretilir.