TERBIUM

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18

H

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13

14

15

16

17

He

Li

Be

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

C

N

O

F

Ne

Na

Mg

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Al

Si

P

S

Cl

Ar

K

Ca

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

Rb

Sr

Y

Zr

Nb

Mo

Tc

Ru

Rh

Pd

Ag

Cd

In

Sn

Sb

Te

I

Xe

Cs

Ba

La

Hf

Ta

W

Re

Os

Ir

Pt

Au

Hg

Tl

Pb

Bi

Po

At

Rn

Fr

Ra

Ac

Rf

Bh

Sg

Hs

Mt

?

?

?

?

 

?

 

 ?

 

 

 

 

Ce

Pr

Nd

Pm

Sm

Eu

Gd

Tb

Dy

Ho

Er

Tm

Yb

Lu

 

 

 

 

Th

Pa

U

Np

Pu

Am

Cm

Bk

Cf

Es

Fm

Md

No

Lr

 

Tb, atomnr. 65, molvekt 158,92534 g, elektronkonfigurasjon (Xe)+4f9-6s2, smeltepunkt 1356 C, kokepunkt ca. 3000 C, tetthet 8,253 g/cm3 (20 C). Terbium har en varmeledningsevne på 0,111 W/cm/K ved 25 C, dårlig til metall å være, men typisk for gruppen. Det har også svært høy elektrisk motstand ved romtemperatur, 114 mikrohm-cm, litt høyere enn vismut, men bedre enn gadolinium. Det utvider seg lite ved oppvarming. Varmeutvidelseskoeffisienten ved romtemperatur ligger på 10,3x10-6/K, litt mer enn platina og litt mindre enn jern. Terbium har i likhet med gadolinium gode magnetiske egenskaper. Magnetiserbarheten på +146000 cgs-enheter ved 0 C overgås ikke av noen metaller utenom de ferromagnetiske. Terbium er også ferromagnetisk, men bare ved lav temperatur. Curie-temperaturen der overgangen skjer ligger på -53 C. Som de andre lantanidene har det et komplisert spektrum, med en mengde sterke linjer, særlig i det nære ultrafiolette. De sterkeste ligger på 3324, 3509, 3562, 3569, 3676, 3703, 3849, 3874 og 4326 Å.

Terbium hører til gruppe 3 (3b) i det periodiske systemet, også kjent som 'de sjeldne jord(arts)metallene.' Det har (1981) 32 kjente isotoper og isomerer, men bare en (159) er stabil og forekommer i naturen. Av de radioaktive har både 157 og 158 halveringstider på 150 år. 160 har 72,1 dag, de øvrige en uke eller mindre. 161 og 162 er fisjonsprodukter fra uran og plutonium, men produseres i minimale mengder.

HISTORIE
En sen høstmorgen skulle du komme til Centralstationen i Stockholm med nattoget. Med all bagasjen din på ryggen skulle du stige ut på Vasagatan og snuse inn klar, skarp oktoberluft og skutte deg mot den sure vinden. På bussholdeplassen i Klarabergsgatan skulle du stille deg for å vente på 47an, og når den kom skulle du klatre inn og okkupere to hele seter med deg og det du har med deg, til svak irritasjon og undring fra de andre passasjerene. Og 47an tar deg med til Tekniska Högskolan på Valhallagatan. Sjåføren roper opp holdeplassene, men høyttaleren er så sprukken og rusten i målet at det bare er flaks at du hører at du er der du skal. Og under et svartgrått leskur står du med ditt pakk og venter på rute 670, Roslagsbanan, Vaxholmstrafiken, for denne dagen skal du til Resarö, til Ytterby, fødestedet til de sjeldne jordmetallene.

Resarö ligger i den stockholmske skjærgården, i Vaxholm kommune rett nord for selve Vaxholm-øya. Den har vært bebodd siden eldre steinalder, og innbyggerne har det meste av tiden siden da hovedsakelig levd av fiske. Tidlig i historisk tid samlet fiskerbosetningen seg i to vær, Øverby i nordvest, med utsikt mot Nantes inne på fastlandet, og Ytterby, ytterst mot øst, hvor bølgene fra Østersjøen fritt vasker over strendene.

Bussen har kjørt over det siste vei-diket, tatt en vid sving og stanset foran Ytterby Kolonial, ICA, söndagsöppet, før den kjørte tilbake over diket igjen, men da uten deg inni. Inne på ICA har de fortalt deg at det er bare å gå veien til høyre, langs vannet, så er det bare halve kilometeren igjen. Så du trasker de hundremeterene. Registrerer den underlige blandingsbebyggelsen. Noen gamle, idylliske, skjærgårdsvillaer, sommerresidenser, skjøre ting som ikke er ment som helårsboliger. Andre, mer moderne. Noen bisarre konstruksjoner. Du passerer Resarö Marina, hvor det myldrer av fartøyer, store og små, mange store, noen nye plastsnekker, men mange eldre trebåter, med dunst av atmosfære. Flere hundre skuter, nesten en til hver eneste innbygger på øya. Så går du videre, og kommer til Tantalveien, men tar til høyre, langs vannet. Det finnes også en yttriumvei, en ytterbiumvei og en terbiumvei, men merkelig nok ikke noen erbiumvei.

Det er fullstendig vindstille. Ikke en sky seiler over den blekblå oktoberhimmelen. Ingen måker er på vingene. Havet ligger blikk stille. Ikke en krusning bryter den blanke flaten du ser utover der du sitter i skråningen opp til Ytterby gruver og nyter etpar brødstykker fra matpakka. Den lave Solen glitrer i glimmerflak og feltspatflater og lyser deg varmende i ansiktet mens du spiser. Rundt deg står bjerker og almer gule av fallesykt løv.

Ytterby gruve tar imot sine besøkende med stillhet. Øverst oppe på den hvite veien av krystaller deler fjellet seg. På den venstre siden av delet står en lav lønn, på høyre en bjerk, begge kledd i gul oktoberdrakt. Du trår inn gjennom denne portalen, og bak delet åpner gruven seg. Det er lenge siden det var noen aktivitet her nå. Den gangen gikk gruven loddrett over hundre meter ned i fjellet. Nå er den fylt igjen. Noen unge trær, bjerk, alm, furu for det meste, finner rot i fyllmassene. På en underlig betongkonstruksjon som muligens har vært brukt i et eller annen gruveteknisk implement vokser gress og engplanter. Noen blålilla storkenebblomster holder ennå ut i det milde høstværet.

Til venstre ligger pegmatitten i dagen. Resarø består for det meste av gneis, en bergart som i svært gammel tid har blitt til dypt nede ved høyt trykk og temperatur, og bare har kommet opp i dagen etter årmillioners, gjerne -milliarders erosjonsprosesser. Gjennom dette har det trengt en mektig gang av diorittmagma, som så har størknet nede i dypet. Dioritten er en kvartsfattig bergart som for det meste består av en forholdsvis kalsiumfattig og tilsvarende natriumrik plagioklasfeltspat. Den inneholder også noen mørke mineraler som biotittglimmer og hornblende, men på grunn av det lavere kalsiuminnholdet er den lysere i fargen enn gabbroen, som har mer kalsium. Hvis diorittmagma kommer opp til overflaten størkner det raskt til en finkornet lava som kalles andesitt. Hvis det samme skjer med et gabbromagma fås basalt. I dypet skjer avkjølingen langsommere, og mineralkornene rekker å vokse seg større før det stivner rundt dem.

På grensen mellom diorittmagmaet og gneisen er det dannet pegmatitt, trolig fordi noe av gneisen har smeltet av varmen fra magmaet. Gneisen inneholder de samme mineralene som granitt: kvarts, feltspat og glimmer, og pegmatitten har de samme hovedbestanddelene. I Ytterby ligger den som store dråpeaktige perler på et kjede nedover i dypet i grenseområdet. I ytterkanten av dråpene er det dannet vanlig granitt når de har størknet, men på innsiden har størkningen skjedd enda langsommere. Ikke bare har kvarts, feltspat og glimmerkrystallene rukket å vokse seg store, men andre stoffer som finnes i mindre, usynlige mengder i granitten rekker å samle seg til korn av egne mineraler i pegmatitten. Mineraler som er funnet her i store krystaller er beryll, fosforholdig apatitt, granater, jernholdig svovelkis, magnetkis og molybdenglans, foruten det som gruven er mest berømt for, de sjeldne jordartsmineralene: gadolinitt, fergusonitt, xenotim, yttrotantalitt, allanitt, som også inneholder større og mindre mengder av radioaktivt uran og thorium.

Feltspatten her er natriumrik og ganske hvit og fin i fargen. Litt rødaktig er den også noen steder, noe som tyder på kaliuminnhold. Her og der stryker skikt av mørkt, jernholdig biotittglimmer gjennom feltspatmassene og kvartsen, som også ligger i store masser her, om ikke i så velutviklede krystaller. Også lyst muskovittglimmer uten jern kan du finne. Men det er inntil biotittflakene at de ligger. Som svarte rovdyrtenner har den vokst ut av dem og inn i den røde kalifeltspaten, den svarte gadolinitten, som ga Ytterby sitt navn inn i kjemihistorien. Også yttrotantalitt finner du lett her. Den vokser omtrent på samme måten som gadolinitten, men er ruere og mer finkornet i bruddflatene og ikke så spiss i fasongen. Et sted ligger et skikt av allanitt, som inneholder forholdsvis mye uran og thorium. De andre to er også radioaktive, men legger du et geigerrør inntil denne, spraker det lystig i vei. Feltspaten i omgivelsene er misfarget av stråling og oppknust av trykket fra heliumgassutviklingen og strukturforandringer i mineralet ved omdannelsesprosessene.

Plutselig treffer noe deg i hodet. Du strekker ut hånden og griper en almekvist, med gule løv på. Du løfter blikket og ser et hode stikke over kanten der oppe, et hode med et fårete smil på. Mr. Svensson heter han og han er en hytteeier her oppe som driver og rydder bort noen busker for å få bedre utsikt ned mot vannet. Du stikker opp for å få deg en prat. Han har hatt hytte her ute siden 1947, da han arvet etter sin mor. Ytterby og Resarö var ferieparadis for Stockholmsbefolkningen den gangen. Ikke så få skjærgårdsidyller har utspilt seg i de lystige, nattelyse, sosialdemokratiske ferieukene.

Men for 30 år siden kom det bro til fastlandet, og siden steg tomteprisene her ute slik at bare de aller heldigst stilte kunne ha råd til å ha både feriehus her ute og residens inne på fastlandet. Stedet er iferd med å utvikle seg til en soveby for kungastaden. Det bor 2000 fast ute på øya nå, av 8000 totalt i Vaxholm kommune, og det er så å si ikke en ubebygd plett.

Mr. Svensson tenker tilbake. Minner, også slike som du ikke forteller til navnløse fremmede om, blafrer forbi bak øynene hans. Han forteller at Resarö fortsatt ikke helt er blottet for jordbruksareale, men fiskerinæringen er det forlengst slutt på. I 1947 var det ennå et par fiskere som holdt det gående og tøffet ut i Østersjøen for å hente sild og andre havgoder til de ferierende og andre. Gruven har vært stengt siden 1933. Den ble brukt som oljelager i 50-åra, men er nå gjenfylt og fredet som fortidsminnesmerke. Under fyllmassene ligger fremdeles mangfoldige tusen liter olje som ingen tapper.

Det var måkeskrik og skonnerter og kuttere med liten seilføring som preget det fattigslige fiskersamfunnet i Ytterby da løytnant Carl Axel Arrhenius i 1787 fant et underlig svart mineral blant stuffene i den nylig åpnede kvartsgruven. Arrhenius, som er av en helt annen slekt enn den senere nobelprisvinneren Svante Arrhenius, var født i 1757 og tidlig utsett til en militær karrière, et kall som han fulgte med stor innlevelse i mange år. Men ikke alltid uten et savn. For han var bare en ung artillerisersjant da han ble sendt til det kongelige myntkabinettets laboratorium for å lære å teste kvaliteten på krutt.

Hans læremestre der var Bengt Reinhold Geijer og Peter Jacob Hjelm, mannen som hjalp Scheele med molybdenfremstillingen. De magiske vidunderapparatene og alt disse lærde hadde å fortelle vekket en kjærlighet til vitenskapen som dro og trakk i ham hele livet. Som 60-åring, etter å ha avsluttet militærkarrièren med en innsats i Napoleonskrigene satte han seg på skolebenken og studerte kjemi i laboratoriet til den berømte Berzelius. Nesten til sin død fortsatte han å besøke Berzelius' forelesninger. Og da han lå på det siste i 1824 kunne de som satte øret inntil høre ham mumle svakt og usammenhengende om mineraler og jordarter og kjemiske problemer.

Også tidligere i livet brukte han den fritid han fant til slike saker, og kom altså en dag i 1787 til Ytterby på Resarö. En dag som skulle forandre historien. Kanskje var det en vakker høstdag som denne, kanskje var det på sommeren, kanskje var det overskyet, med sur, kald vind. Uansett var det begynnelsen til historien om de sjeldne jordartene, og spesielt om lantanidene. (Idag regnes jo riktignok også uran, som Klaproth oppdaget i 1789, til de sjeldne jordartsmetallene.)

En dag i det revolusjonens år 1794, det året da Lavoisier satte sitt hode til for kjemien, fikk professor Johan Gadolin i Åbo en tung, svart steinprøve til analyse. Det var det mineralet som løytnant Arrhenius hadde funnet i Ytterby, og derfor hadde kalt ytterbitt (det benevnes vekslende under dette navnet og 'ytteritt'). Det var Arrhenius' livslange venn Geijer som hadde sendt ham det. På grunn av tyngden mistenkte Geijer at det kunne inneholde wolfram. Men med sine analytiske ferdigheter var det ikke vanskelig for Gadolin å fastslå at det inneholdt omtrent 38 % av en ukjent jordart (=oksyd i datidens fremdeles alkymipregede terminologi). Den nye jordarten ble undersøkt av A.G. Ekeberg, M.H. Klaproth og N.-L. Vauquelin, og det ble vanlig å kalle den yttria etter mineralet, og grunnstoffet yttrium, men Klaproth, som alltid hadde sterke meninger i slike saker, omdøpte mineralet siden til gadolinitt, for å hedre den egentlige oppdageren.

Yttrium ble altså oppdaget i 1794. Cerium kom i 1803. Så gikk årene. Europa var i opprør mens stadig nye grunnstoffer kom til på Lavoisiers opprinnelige liste. Hjelm og Geijer og Arrhenius gikk til sine fedre, men stadig nye kjemikere ble uteksaminert fra sine institutter og fylte hullene i rekkene etter de falne. Ikke mange månedene etter at Carl Axel Arrhenius døde sto den 28 år gamle Carl Gustaf Mosander og forsvarte en doktoravhandling. Og på Svenska Vetenskapsakademin sto stadig Berzelius og holdt sine forelesninger. I 1828 oppdaget han selv thorium. Mosander bodde lenge med sin familie hos sin store læremester og arbeidet som hans assistent, men han hadde fått et professorat i kjemi og mineralogi ved Karolinska Institutet da han i 1839 tok fatt på et arbeide som ble mer omfattende enn noen hadde tenkt seg, og som fikk store konsekvenser.

Han hadde selv tidligere, i 1826, gjort et viktig arbeide på cerium. Nå varmet han opp litt ceriumnitrat slik at det delvis dekomponerte og tilførte litt fortynnet salpetersyre. Noe av saltet gikk i oppløsning, men ikke alt. Det som ble igjen var tydelig fortsatt ceriumoksyd-nitrat, men da han dampet inn løsningen og varmet det opp, fikk han et oksyd (eller jordart) som oppførte seg annerledes, og ganske likt yttria, men yttria var det ikke. Han kalte det lanthana etter gresk lanthanein, 'ligge skjult' fordi det lå skjult i ceria, og grunnstoffet ble hetende lanthan eller lantan.

Dette satte ham på idéen om at det kunne ligge flere ting skjult, og han satte igang med letearbeidet. Det var både vanskelig og langtekkelig, ikke minst fordi han også måtte passe en bisniss han hadde skaffet seg med salg av mineralvann fra egen kilde. Men i 1841 hadde han endelig klart å trekke nok et nytt, rosafarget oksyd ut av lanthana med fortynnet salpetersyre, og siden det nye oksydet var så vanskelig separerbart fra lanthanaet kalte han det didymia etter gresk didymos, 'tvilling.' Han lette med vilje etter en navnemulighet som begynte på d, for at grunnstoffet hans skulle kunne innlemmes i den eksklusive klassen av de med enbokstavers symboler. Ingen av de til da kjente begynte med d. Det skulle vise seg at han ikke fikk sin vilje, for didymia viste seg senere å bestå av ytterligere to tvillingmetaller, neodym og praseodym. Og den tyske vennen Wöhler (han som isolerte aluminium) kunne puste lettet ut. Han likte ikke didymia og uttrykte at han syntes det hørtes 'barnslig og lappisk' ut...

Mosander, som nå hadde oppdaget to nye grunnstoffer, en ære som blir få vitenskapsmenn til del, ga seg ikke med dette. Siden det yttrialike lanthana hadde skjulte bestanddeler kunne kanskje yttria ha ukjente bestanddeler også. Han forsøkte forskjellige separeringsmetoder, men først i 1843 hadde han hellet med seg. Ved gradvis tilsetning av ammoniakk til en løsning av et yttriumsalt fikk han først et gult hydroksydbunnfall som han tok vare på. Deretter kom det et rosafarget et, og til slutt det fargeløse som han kjente fra før. Ingen vet hva som fikk ham til å bruke avstumpede deler av Ytterbynavnet på dem, kanskje var det gleden av å kunne sette et svenskt ortsnamn ytterligere fast på grunnstoffkartet, men faktum er iallfall at det var erbia han kalte den gule fraksjonen, mens terbia var navnet han ga til den rosa.

Mosander var nå fornøyd med sin analyseinnsats og trodde nok at det var ytterst små sjanser for å finne flere bestanddeler av de nye jordartene. Der tok han jo feil, og det skulle vise seg at heller ikke denne navngivingsinnsatsen hans skulle stå fast. Ikke bare viste det seg at både erbia og terbia inneholdt nye, ukjente bestanddeler, men ukjent av hvilken grunn falt det seg slik at de som tok opp arbeidet med de nye jordartene forvekslet de to navnene, slik at erbia ble navnet på den rosa fraksjonen, mens terbia er den gule. Begge viste seg siden å inneholde flere bestanddeler, og de oksydene som idag bærer navnene har ikke helt disse fargene.

Den franske kjemikeren, maleren, skulptøren og musikeren Georges Urbain klarte i 1905 som den første å fremstille en forholdsvis ren prøve av terbiummetall.

På Resarö er det mange katter, svære, kraftige hannkatter, selskapelige og vennlige. De stryker seg inntil leggene dine og avgir villig godlåt mens de lar deg klappe dem. Det er stille, og storbyflokker jager ikke i hælene dine over fortaussteinene.

Og du vet at det skal komme en dag da du sitter på bussen hjem fra Resarö mens den lave oktobersolen skinner blendende inn gjennom vinduene. Og du skal kjenne på ryggsekken du har med deg og du skal finne at den er like lett som da du kom, kanskje enda lettere, for Ytterby er en fredet plett, et fortidsminnesmerke. Det er ikke lov å ta med seg steinprøver hjem derfra, og det er strenge oppsynsmenn og årvåkne naboer som passer på. Og du skal stå i Valhallagatan foran Tekniska Högskolan og vente på overgangsbuss til Centralstationen der nattoget venter, og du skal høre en bestemor bak din rygg spørre barnebarnet sitt hvordan det likte seg på søndagsturen til Resarö. Og du skal smile, for du har vært i Ytterby, og du har det bra.

Terbium og terbia har altså sin opprinnelse i stedsnavnet Ytterby, som er en sammensetning av svensk ytter- 'ytterste' og by 'landsby'.

Forstavelsen ytter- og ordet yttre stammer fra norrønt ytri og germansk ut-izan- 'lengre ute' en utvidelse av germansk ut 'ut', som kommer fra indoeuropeisk ud- 'opp, ut'.

Fra det germanske ut og dets sideformer har vi gjennom norrønt fått ordene ut, ute, yte og uten. Gjennum middelnedertysk har vi fått verbet ytre. Engelsk but stammer også fra den samme germanske formen som uten.

Fra indoeuropeisk ud- har vi gjennom germansk og norrønt fått nynorskordet or 'ut av' og sannsynligvis ærende, ærend. Gjennom germansk, oldhøytysk og tysk har vi fått forstavelsen ur-, som også fantes på norrønt i flere former, men ikke ble overlevert. Og gjennom gresk har vi fått fremmedordet hysterese.

Svensk by stammer fra norrønt byr 'gård, by', av urnordisk buwia-, etter verbet buwan 'bo', som kommer av germansk bowan og indoeuropeisk bhu-, bheu-, bhou- 'vokse, trives, oppstå, bli, være, bo'.

Fra germansk bowan har vi gjennom norrønt fått ordene bygge, bygd, bonde, bu. bod og bo. Det sistnevnte ordet er det samme som i tysk bin og engelsk be har fått betydningen være. Den norrøne formen av bod, budh, ble lånt til engelsk som booth.

Fra indoeuropeisk bhu-, bheu- o.s.v. fikk vi gjennom germansk og norrønt bol og bur og kornslagnavnet bygg. Gjennom germansk, oldsaksisk og middelnedertysk bom, som er brukt i noen sammensetninger som bomstille, bomsterk, etc. Gjennom germansk, oldhøytysk og tysk fikk vi bomull. Plantenavnet buksbom kom samme vei, men forstavelsen buks- kom til oldhøytysk gjennom latin fra gresk, som hadde det fra et ukjent førindoeuropeisk middelhavsspråk. Gjennom latin har vi fått lånordene futurum, futurisme o.l. og fra gresk gjennom fransk fysikk. Og gjennom latin og middelnedertysk har vi fått ordene prøve og prov.

GEOLOGI
Terbium utgjør 0,00009 % av, og ligger på delt 58. plass i hyppighet i den faste, øvre jordskorpen. Det er en av de sjeldnere av de sjeldne jordartene, og har bare lutetium, thulium og europium bak seg på denne listen. Men det hører heller ikke til de sjeldneste grunnstoffene og har bak seg nesten 1/3 av de som har noen selvstendig eksistens i jordskorpen.

Men av universet som helhet utgjør terbium bare 0,0000013 masse-% av det som ikke er hydrogen eller helium etter vanlige estimater, og det ligger der på en 79.-plass, med bare litium, beryllium, thorium og uran bak seg av de vi regner som selvstendige her hos oss. De sjeldne jordmetallene er sjeldnere der oppe enn her.

Naturlig terbium på Jorda består bare av isotopen 159.

Terbium og de andre lantanidene er så like kjemisk og vanskelige å skille fra hverandre at de alltid forekommer sammen i naturen. Men på grunn av den såkalte lantanidekontraksjonen, en gradvis minking i ioneradien utover i lantaniderekken, vil de senere lantanidene ha en tendens til å gruppere seg med de små Y- og Sc-ionene i sine egne mineraler, de såkalte ytterittene, mens de tidligere grupperer seg i sine, de såkalte cerittene. Terbium ligger litt over grensen mellom de to gruppene, og normalt inneholder cerittmineraler maks. ca. 1/200 så mye terbium som cerium, mens ytterittene kan ha omtrent 1/60 så mye terbium som yttrium. Terbium regnes (1977) ikke som hovedbestanddel i noen mineraler.

Terbium og de andre lantanidene finnes vidt utbredt i jordskorpen, også i andre mineraler enn sine egne. Men det finnes også egne lantanidemineraler, og de rikeste konsentrasjonene er i karbonatitter, dannet av magma fra karbondioksydrike regioner litt dypt i jordmantelen, eller i såkalte pegmatitter på steder hvor jordskorpemateriale har blitt smeltet til granittmagma og senere ligget og krystallisert langsomt på relativt store dyp. Ioner med høy ladningstetthet som lantanideionene og mange andre litt sjeldnere stoffer danner deformerte aluminosilikatkomplekser som ikke lett kan bygges inn i granittens feltspatkrystaller og konsentreres derfor i pegmatitten, som krystalliserer sist. Hydrotermalforekomster der stoffer løst i sterkt opphetet vann har reagert med de omgivende mineralene, er sjeldnere, men forekommer. I karbonatittmagmaen bindes lantanider sterkt i karbonatkomplekser, men de lettere sterkere enn de tyngre, så det er cerittmineralene som dominerer der. I pegmatittene danner de tyngste lantanidene de mest deformerte aluminosilikatkompleksene, men disse er også de letteste å bryte opp slik at de frie ionene kan slippe inn i feltspaten, og også pegmatittene er derfor oftest rikere på cerittmineraler. De hydrotermale forekomstene er derimot ofte rikere på ytteritter.

Mange lantaniderike pegmatittforekomster finnes i Norge, særlig i Telemark, bl.a. i Evje/Iveland, Tørdal, Ulefoss, Langesundsområdet. Også i Østfold og Nordland finnes det betydelige forekomster. Det interessante med de norske pegmatittforekomstene er at det oftest er ytterittmineralene som dominerer.

De viktigste malmmineralene er monazitt, (Ce,La,Nd,Th)PO4, xenotim, YPO4 og euxenitt, (Y,Ca,Ce,U,Th)(Nb,Ta,Ti)2O6. Monazitt inneholder maksimalt rundt 0,2 % terbium mens xenotim og euxenitt kan komme opp i det femdobbelte. Viktige produksjonsland er Sverige, Norge, Brasil, Australia, India, Russland, Georgia, Azerbajdsjan og USA. Gadolinitt har sammensetningen Be2FeY2Si2O10. Det er et nokså sjeldent mineral utenfor skandinavia, men i Norge og tildels også Sverige finnes det rikelig av det. Det er mer gadolinitt i Norge enn noe annet land i verden.

KJEMI
Terbium er et sølvhvitt, smidig metall, så bløtt at det kan skjæres med kniv. Ved romtemperatur krystalliserer det heksagonalt, og må oppvarmes til 1315 C, tett oppunder smeltepunktet, før det skjer en overgang til det sannsynligvis kubisk romsentrerte beta-terbium.

Terbium er som de andre lantanidene et forholdsvis reaktivt metall, og oksyderer sakte i luft og kaldt vann, raskere i varmt.

Som de andre lantanidene har terbium +3 som det viktigste oksydasjonstrinnet. Men hvis det avgir et elektron til, oppnås et halvfylt 4f-skall, og det er så energimessig fordelaktig at terbium også er i stand til å danne forbindelser med oksydasjonstall +4, men ikke i vannløsning. Terbium(III)ionet er svakt blekgult, mens det fireverdige ikke har noen veldefinert farge. Det viser en sterk fluorescens når det utsettes for ultrafiolett stråling.

Terbium(III)ioner i vannløsning har en viss tendens til å hydrolysere og er svakt sure:

[Tb(H2O)8]3+ + H2O = [Tb(H2O)7(OH)]2+ + H3O+.

Som de andre lantanidene kan terbium ved oppvarming danne intermetalliske forbindelser med litt elektronegative metaller, fra mangangruppen og utover. Også borider kan dannes ved sterk oppvarming.

Terbiumborat, TbBO3, danner et kompleks med natriumborat som har interessante laseregenskaper.

Med karbon dannes karbidene TbC2, Tb2C3 og Tb3C. Det førstnevnte har metallisk ledningsevne. Begge de to første hydrolyserer i vann i surt miljø og frigjør hydrogen og acetylen pluss en blanding av andre hydrokarboner. Karbidene har egenskaper som ligger mellom de intermetalliske, de organometalliske og de ioniske forbindelsene.

Terbiumkarbonat, Tb2(CO3)3, felles hydratisert i blanding med forskjellige bikarbonater når en Tb-løsning tilsettes karbonat eller bikarbonat. Det kan fås renere hvis acetat- eller propionatløsninger kokes med karbondioksyd under høyt trykk. Terbiumoksalat, Tb2(C2O4)3, er også uløselig i vann, men begge løses i overskudd av anionene p.g.a. kompleksdannelse. Derimot er fettsyresaltene, også som nevnt acetat og propionat løselige i vann.

Som de andre lantanidene danner terbium silicider med silisium ved høye temperaturer og tilsvarende nitrider med nitrogen.

Terbiumnitrat-heksahydrat, Tb(NO3)3.6H20 krystalliserer ved inndamping fra en løsning av metallet i fortynnet salpetersyre. Nitratet er lett løselig i vann. Nitratkomplekser av lantanider med tributylfosfat, f.eks. Tb[(C4H9)3PO4]3(NO3)3, er viktige for separasjon p.g.a. sin løselighet i upolare organiske løsningsmidler.

Terbiumfosfatet, TbPO4, er i motsetning til nitratet uløselig, men dimetylfosfatet, Tb[(CH3)2PO4]3, er løselig i vann. Denne forbindelsen kan brukes til lantanideseparasjon, siden løseligheten synker uvanlig mye med stigende atomnummer på lantanidene.

Når terbium brenner i luft dannes et sjokoladebrunt blandingsvalens-oksyd med sammensetning tilnærmet Tb4O7. Det kan reduseres til det hvite seskvioksydet Tb2O3 med moderate reduksjonsmidler. Rent dioksyd, TbO2, har vært fremstilt ved å tilføre frie oksygenatomer til seskvioksydet ved 450 C. Ved siden av det førstnevnte er det identifisert en mengde andre blandingsoksyder som har mer eller midre jevne overganger mellom hverandre.

Trihydroksydet, Tb(OH)3, felles når terbiumløsninger tilsettes base. Ved sterk oppvarming fås oksydhydroksyd TbOOH.

Terbiumsulfid, Tb2S3, -selenid, Tb2Se3 og -tellurid, Tb2Te3, kan fås ved å sammensmelte bestanddelene i riktig mengdeforhold. Iallfall sulfidet er en halvleder. Med underskudd av terbium kan man få polysulfider, -selenider eller -tellurider.

Et terbiumsulfat-oktohydrat, Tb2(SO4)3.8H2O, kan krystalliseres fra en løsning av terbium- og sulfationer. Det løses i vann, men tungt. Dobbeltsulfater med alkalimetaller er i motsetning til dobbeltsulfatene av de lettere lantanidene løselige i alkalisulfatløsninger. Sulfittet er tyngre løselig enn sulfatet, mens tiosulfatet er lettere. Med overskudd av tiosulfat dannes lettløselige tiosulfatkomplekser.

Terbium reagerer lett med halogener ved romtemperatur og danner trihalogenider. Fluoridet, TbF3, er typisk for gruppen uløselig i vann, mens kloridet, TbCl3, bromidet TbBr3 og jodidet, TbI3 lett løses. Ved reaksjon mellom trihalogenidene og seskvioksydet ved flere hundre grader fås oksyhalogenider, f.eks. TbOF og TbOCl. Også de heksahydratiserte halogenidene som fås ved avdamping av vannløsninger gir disse forbindelsene ved oppvarming, heller enn de vannfrie halogenidene. Halogenidkomplekser har lite betydning i vannløsning, men kan dannes i fast fase.

Det fargeløse tetrafluoridet TbF4 dannes når trifluoridet tilføres fluorgass ved 300-400 C. Det tåler færre påvirkninger enn ceriumtetrafluoridet før det dekomponerer, men flere enn praseodymtetrafluoridet. Det danner en del komplekser med fluorider av de tyngre alkalimetallene, f.eks. K2TbF6, RbTbF5 og Cs3TbF7.

Som gadolinium kan også terbium danne ellers unike seskviklorider med formel [Tb46+(Cl-)6] eller summarisk Tb2Cl3. I slike forbindelser ligger metallatomene i uendelige kjeder av oktaedre som deler motsatte kanter. Kloratomene er plassert over likesidede trekanter som har terbiumatomer i hjørnene. Ved oppvarming til 800 C fås også monoklorid, TbCl, et grafittaktig materiale som består av dobbeltlag av tettpakkede metallatomer som alternerer med dobbeltlag av kloratomer. I slike forbindelser deler metallatomene delvis kovalente bindinger med hverandre.

Terbiumbromat, Tb(BrO3)3, er lett løselig i vann. Det tilsvarende jodatet og også perjodatet er tyngre løselig, mens perkloratet, Tb(ClO4)3, er uhyre lett vannløselig og fås sterkt hydratisert fra løsning. Det vannfrie perkloratet er meget sterkt hygroskopisk og løselig også i acetonitril og andre polare løsningsmidler.

Terbium har som de andre lantanidene ingen storslagen komplekskjemi, men de stabile kompleksene med chelatdannende oksygenholdige organiske ligander som etylendiamin-N,N,N',N'-tetraacetat (EDTA) er viktige p.g.a. separasjon i ionebytterkolonne, hvor de enkelte lantanidenes forskjellige affinitet til EDTA utnyttes. Andre slike chelater er forbindelsene med diketoner. Fluorerte derivater av slike diketonater er flyktige og kan utnyttes til separasjon ved gasskromatografi. Komplekser med andre oksygenligander er ikke så stabile som chelatene, men f.eks. trifenylfosfinoksyd, trifenylarsinoksyd og pyridin-N-oksyd danner stabile krystallinske salter som Tb(NO3)3[OAs(C6H5)3]4 og [Tb(C5H5NO)8](ClO4)3. Også komplekser med nitrogenligander er kjent, f.eks. med forskjellige aminer, med tiocyanat og med porfyrin. Også visse svovelligander som ditiokarbamater og ditiofosfinater kan danne terbiumkomplekser.

I motsetning til de lettere lantanidene danner ikke terbium noe dihydrid. Det burde danne et trihydrid, men det er foreløpig ikke kjent.

Som de andre sjeldne jordmetallene danner terbium lett organometalliske forbindelser med cyklopentadien, f.eks. Tb(C5H5)3, og dets derivater. En annen gruppe som er lett å fremstille er med cyklooktatetraen, f.eks. Tb2(C8H8)3. I slike forbindelser opptrer den organiske delen som et anion p.g.a. terbiums elektropositivitet, men en god pi-donor kan også bindes til en lantanide. Andre forbindelser er slike med bare sigma-bindinger, slik som ionet [Tb(C6H5)4]- og komplekset Tb[(CH2)2P(CH3)2]3.

Analyse:

Lantanideioner i løsning påvises kvalitativt ved å felle med fluorid. Terbiumioner spesielt kan påvises spektroskopisk. For kvantitativ bestemmelse overføres substansen som skal analyseres til vannfase ved å løse den i syre eller smelte dem med natriumperoksyd, karbonat eller pyrosulfat og deretter tilsette syre. Lantanideioner fjernes deretter fra løsningen ved å felle med oksalsyre mens man holder pH rundt 1-2. Bunnfallet filtreres fra. Oksalatet glødes til oksyd ved 900-1000 C og veies etter at praseodym- og terbiumoksydene er blitt redusert til seskvioksyder med hydrogen. Hvis man istedet for oksalsyre feller med natriumsulfat faller de letteste lantanidene (cerittene) ut mens de tyngre forblir i løsning.

For bestemmelse av terbium i en blanding av lantanider er spektrofotometriske metoder effektive på grunn av lantanideionenes skarpe absorpsjonsbånd. Blandingen overføres til perklorat eller klorid fordi disse anionene interfererer minst med lantanidespektrene. På grunn av kompleksiteten av disse spektraene må man benytte instrumenter med meget god oppløsningsevne.

Nøytronaktiveringsanalyse er effektivt for terbium, siden isotopen 160 som dannes har en hensiktsmessig halveringstid på 72,1 dager og lett identifiserbare gammalinjer på bl.a. 299, 879 og 966 keV.

Fremstilling:

Et stykke xenotim eller et annet terbiummineral kokes med sterk svovelsyre til det meste er løst, gjerne i flere timer. Den resulterende blandingen kjøles ved tilsetning av rikelig kaldt vann og filtreres. Filtratet tilsettes rikelig oksalsyre, og bunnfallet som nå danner seg inneholder oksalat av lantanider, thorium og noen få andre urenheter. Når det er filtrert fra kan de forskjellige lantanidene separeres fra hverandre med ionebytting. En kolonne fylles med EDTA og en citratløsning av lantanideblandingen skylles gjennom. Er kornstørrelsen på EDTA-kornene og diameteren på kolonnen kjent, kan ankomsten av de forskjellige lantanidene fra bunnen av kolonnen beregnes. Terbiumcitratet overføres til trifluorid, f.eks. ved felling med natriumfluorid, og det vannfrie fluoridet reduseres til metall med kalsium uten lufttilgang i en tantaldigel ved 1000-1500 C. Tantal- og kalsiumrester kan fjernes ved resmelting i vakuum. Fluorid brukes i stedet for klorid for terbium og de etterfølgende lantanidene fordi kloridene deres er for flyktige.

Industrielt brukes idag væske-væskeekstraksjon med en automatisk flertrinnsprosess eller motstrømsoperasjon i stedet for ionebytting. En vannløsning av lantanideioner ekstraheres over i et upolart organisk løsningsmiddel som inneholder tri-n-butylfosfinoksyd eller bis(2-etylheksyl)fosfinsyre (DEHPA), som i forskjellig grad danner komplekser med de forskjellige lantanideionene.

Demonstrasjonsforsøk:

Forslag til ting som kan vises er separasjon i ionebytterkolonne, terbium-natriumboratlaser eller oksydering av trifluorid til hvitt tetrafluorid ved oppvarming med fluorgass til 320 C. Avkjøl raskt for å forhindre svinn. Vis gjerne fram terbiummetall og dets reaksjoner med luft, vann og syrer. Vis at det brenner til et brunt pulver (helst under klokke) ved oppvarming til 200 C. Vis forskjellige forbindelser.

Noen terbiumforbindelser:

Terbium(III)oksyd(terbia), et hvitt, fast stoff med smeltepunkt over 2000 C. Meget tungt løselig i vann ved nøytral pH. Løses lett i syrer, også fortynnede syreløsninger og svake organiske syrer. Tar lett opp vann og karbondioksyd fra luft slik at det dannes karbonater og bikarbonater. Dette oksydet viser sterke paramagnetiske egenskaper, sterkere enn det tilsvarende gadoliniumoksydet. Det er også sterkt fluorescerende.

Terbium(III-IV)oksyd. Sjokoladebrunt til dypt rødligbrunt pulver. Avgir oksygen og reduseres til terbia ved sterk oppheting. Uløselig i vann, men løselig i varme, konsentrerte syrer. Dannes når terbium brenner i luft.

Terbiumtetrafluorid. Et fargeløst, krystallinsk stoff. Avgir fluor ved over 215 C.

 

BIOLOGI
Det er ikke kjent at terbium spiller noen rolle i det naturlige stoffskiftet hos noen dyre- eller plantearter. Det har samme giftvirkninger og medisinske effekt som lantan (s.d.).

UTNYTTELSE
Terbium brukes som tilsetning i små mengder til kalsiumfluorid, kalsiumwolframat og strontiummolybdat for å forbedre egenskapene deres for slike formål som detektorkrystaller og liknende. Oksydet brukes som aktivator for grønne røntgen- og elektronfølsomme fosforer (kjemikalier som avgir lys når de utsettes for røntgen- eller elektronstråler). Det kan også brukes sammen med zirkoniumdioksyd som krystallstabilisator i brenselsceller som skal operere i høye temperaturer. Natrium-terbiumborat kan brukes i lasere, og avgir koherent gult lys ved 5460 Å.

Hovedkilder:

Prof.dr.phil. Haakon Haraldsen (Asch.konv.leks.5.utg.b.18)
CRC Handbook of Chemistry anf Physics, 57th ed. 1976-77.
F. Albert Cotton & Geoffrey Wilkinson "Advanced Inorganic Chemistry" Wiley, New York, 1988.
Therald Moeller "The Chemistry of the Lanthanides" Pergamon Press 1975.
W. Seelmann-Eggebert, G. Pfennig, H. Münzel, H. Klewe-Nebenius "Karlsruher Nuklidkarte" 5. Auflage 1981, Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH, Institut für Radiochemie.
Michael Fleischer "Glossary of Mineral Species" Mineralogical Record, Bowie, Maryland, 1977.
Günter K Muecke & Peter Möller "The Not-So-Rare Earths" Scientific American, New York, 1988.
Mary Elvira Weeks "Discovery of the Elements" Journal of Chemical Education, Easton, Pennsylvania, 1956.

:-) LEF