اکسید تربیم: خواص، روش سنتز، کاربردها

اکسید تربیم (III، IV) که گاهی اوقات هپتا اکسید تتراتربیم نامیده می شود، ترکیبی شیمیایی به شکل پودر سیاه رنگ می باشد. این ماده یکی از اصلی ترین ترکیبات تجاری تربیوم است و تنها چنین محصولی حاوی حداقل مقداری Tb (IV) (تربیوم در حالت اکسیداسیون +4)، همراه با Tb پایدار (III) است.

تربیوم اکسید از طریق حرارت دادن اگزالات فلز تولید می شود و در تهیه سایر ترکیبات تربیوم مورد استفاده قرار می گیرد. تربیوم سه اکسید اصلی دیگر، Tb2O3، TbO2 و Tb6O11 را نیز تشکیل می دهد. tetraterbium heptaoxide منبع تربیوم حرارتی بسیار نامحلول و مناسب برای کاربردهای شیشه، نوری و سرامیک است.

ترکیبات تربیوم به شدت فلورسنت هستند و اکثر منابع تربیوم جهان برای ایجاد فسفرهای سبز استفاده می شود که فناوری روشنایی سه رنگ را امکان پذیر می کند. همچنین اغلب به عنوان ماده تخریب گر برای دستگاه های حالت جامد بلوری و مواد سلول سوختی استفاده می شود.

اکسید تربیم اغلب از طریق احتراق اگزالات یا سولفات موجود در هوا تولید می شود. معمولاً ترجیح داده می شود که اگزالات در دمای 1000 درجه سانتیگراد باشد، زیرا سولفات به دمای بالاتری نیاز دارد و محصولی تقریباً سیاه رنگ آلوده به Tb6O11 یا سایر اکسیدهای غنی از اکسیژن تولید می کند.

اکسید تربیوم (III، IV) هنگام گرم شدن در دمای بالا، اکسیژن را از دست می دهد و در دمای متوسط تر یعنی حدود 350 درجه سانتیگراد نیز به طور برگشت پذیر اکسیژن را از دست می دهد. این خاصیت که در Pr6O11 و V2O5 نیز دیده می شود، به آن اجازه می دهد تا مانند V2O5 به عنوان کاتالیزور اکسیداسیون در واکنش های اکسیژن کار کند.

در اوایل سال 1916 مشخص شد که Tb4O7 داغ واکنش گاز ذغال (CO + H2) با هوا را کاتالیز می کند، که منجر به لخته شدن و اغلب احتراق می شود. این ماده برای تولید TbO2 با اکسیژن اتمی واکنش نشان می دهد، اما یک آماده سازی راحت تر از TbO2 با حل شدن انتخابی Tb4O7 می باشد.این کار با ریفلاکس مقدار اضافی مخلوط مساوی اسید استیک غلیظ و اسیدهای کلریدریک به مدت 30 دقیقه و تولید کلرید تربیوم (III) و آب انجام می شود:

Tb4O7 (s) + 6HCl (aq) → 2TbO2 (s) + 2TbCl3 (aq) + 3H2O (l)

اکسید تربیم (III، IV) با سایر اسیدهای غلیظ گرم واکنش داده و نمک های تربیوم (III) تولید می کند. به عنوان مثال، با اسید سولفوریک سولفات تربیوم (III) واکنش می دهد.اکسید تربیم به آهستگی با اسید کلریدریک واکنش داده و محلول کلرید تربیوم (III) و کلر اولیه را تشکیل می دهد. در دمای محیط، انحلال کامل ممکن است به یک ماه زمان نیاز داشته باشد و در یک حمام آب گرم، این فرایند حدود یک هفته طول بکشد.

تشکیل لایه های نازک تربیم اکسید توسط رسوب بخار شیمیایی از دی ویوالوئیل متانات تربیوم (III)، عنوان مقاله ای می باشد که در سال 2014 منتشر شده است. در این مطالعه، فیلم های اکسید تربیوم از طریق تجزیه بخار Tb(dpm)3 در حضور جریان آرگون و دمای منبع 170 و 190 درجه سانتیگراد و دمای بستر از 470 تا 550 درجه سانتیگراد در لایه های Si (111) رشد کرده اند.

این لایه های نازک در دمای 400، 650 و 800 درجه سانتی گراد در هوا بازپخت شده اند. نتایج مشخصه پراش اشعه X نشان می دهد که فیلم هایی که با رسوب بخار شیمیایی رشد می کنند از Tb2O3 مکعبی تشکیل شده اند.فیلم های آنیل شده در هوا در دمای 650 و 800 درجه سانتیگراد با Tb4O7 ساختار یافته بوده اند و آنهایی که در دمای 400 درجه سانتیگراد آنیل شده اند با Tb11O20 به صورت غیر ساختاری بوده اند.