鋱化合物

鋱化合物是鑭系金屬鋱（元素符號：Tb）形成的化合物，在這些化合物中，鋱一般顯+3價，如TbCl₃、Tb(NO₃)₃等；+4價的鋱化合物如TbO₂、BaTbF₆也是已知的。^[1]

鋱化合物被365 nm的紫外光激發，發出綠光。

三價鋱離子在水溶液中一般是無色的，它在溶液或晶體中被一定波長的紫外光（如254 nm或365 nm）照射時，會發出綠色的熒光。這一性質產生了光學等領域的應用。^[2]

氧族元素化合物

鋱有多種氧化物，最易得到的是七氧化四鋱，氫氧化物^[3]、草酸鹽^[4]、對氨基苯甲酸鹽^[5]等鋱化合物的熱分解均會產生七氧化四鋱，由於該氧化物同時含有三價鋱和具有氧化性的四價鋱，如和硝酸反應產生硝酸鋱並放出氧氣：^[3]

2 Tb₄O₇ + 24 HNO₃ → 8 Tb(NO₃)₃ + 12 H₂O + O₂↑

它在乙酸和鹽酸的混合物中回流，可以分離出三價鋱和四價鋱：^[6]

Tb₄O₇ + 6 HCl → 2 TbO₂ + 2 TbCl₃ + 3 H₂O

它與二氰二胺在高溫下反應，可以得到Tb₂O₂CN₂。^[7]

鋱的另一種常見氧化物是三氧化二鋱，它由七氧化四鋱在1300 °C由氫氣還原製得。^[8]在摻雜鈣後形成p型半導體。^[9]二氧化鋱可由稀鹽酸處理七氧化四鋱製得，^[10]其水合物TbO₂·xH₂O可由過硫酸鉀在硝酸銀的存在下氧化氫氧化鋱得到。^[11]二氧化鋱可以和二氧化鐠形成混晶。^[12]

三硫化二鋱是鋱的硫化物之一，可由相應的單質按化學計量比反應得到，^[13]也能由七氧化四鋱在高溫下與二硫化碳和硫化氫反應製得。^[14]它和氫氟酸溶液反應得到三氟化鋱半水合物。^[14]三硒化二鋱可由鋱的多硒化物TbSe_1.9和金屬鋱反應得到，它可以形成黑色的針狀晶體，具有U₂S₃結構，空間群為Pnma。^[15]

鹵化物及鹵配合物

鋱可以形成TbX₃（X=F, Cl, Br, I）四種鹵化物，除氟化物外均易溶於水，在水中是強電解質。無水鹵化鋱可由氧化物或鹵化物的水合物反應製得：^[16]

Tb₂O₃ + 6 NH₄Cl → 2 TbCl₃ + 3 H₂O + 6 NH₃↑

TbCl₃·6H₂O + 6 SOCl₂ → TbCl₃ + 6 SO₂↑ + 12 HCl↑

四氟化鋱是四價鋱唯一可以形成的鹵化物，具有強氧化性。它可由三氯化鋱或三氟化鋱和氟氣在320 °C下反應得到：^[17]

2 TbF₃ + F₂ → 2 TbF₄

將TbF₄和CsF按化學計量比混合，於氟氣氣氛中加熱，可以得到CsTbF₅。它是正交晶系晶體，空間群Cmca，具有層狀結構，由[TbF₈]⁴⁻和十一配位的Cs⁺構成。^[18]化合物BaTbF₆可由類似方法製得，它是正交晶系晶體，空間群Cmma，同樣存在着[TbF₈]⁴⁻。^[19]

含氧酸鹽

硫酸鋱（Tb₂(SO₄)₃）是無色晶體（左圖），在紫外光的照射下發出綠色熒光。

乙酸鋱和碳酸銫反應，生成鋱的鹼式碳酸鹽沉澱，該沉澱和過量的碳酸銫反應，又再次溶解。反應中照射了365 nm波長的紫外光，有鋱的特徵綠光。

硫酸鋱可由七氧化四鋱和濃硫酸反應得到，它在水中可以結晶出無色的八水合物晶體，與相應的鐠化合物同構。^[20]加熱八水合物可以得到無水物，無水物再次水合時發生放熱反應。^[21]

硝酸鋱可由三氧化二鋱和硝酸反應並結晶得到，晶體用45~55%硫酸乾燥，可以得到六水合物。^[22]加熱水合物只能得到鹼式鹽TbONO₃，其無水物可以通過三氧化二鋱和四氧化二氮反應得到。^[23]磷酸鋱可由磷酸氫二銨和硝酸鋱反應得到，反應產生六方晶系的一水合物，它在355 nm波長的激發下可以發出鋱的特徵綠光（543 nm）。^[24]砷酸鋱在77 K是正交晶系（空間群Fddd）的晶體，在27.7 K時發生相變，轉變為四方晶系（空間群I4₁/amd）的晶體^[25]，它在1.5 K以下是一種具有誘導磁矩的伊辛鐵磁體。^[26]鋱的銻酸鹽TbSbO₄也是已知的。^[27]

碳酸鋱可由氯化鋱和飽和二氧化碳的碳酸氫鈉溶液反應得到，產物也需用飽和二氧化碳的水來洗滌。^[28]鍺酸鹽Tb^III₁₃(GeO₄)₆O₇(OH)和K₂Tb^IVGe₂O₇可以在高溫高壓下合成得到，它們分別為三方和單斜晶系的無色晶體。^[29]

鋱的硼酸鹽可由七氧化四鋱和硼酸反應得到：

2 Tb₄O₇ + 8 H₃BO₃ → 8 TbBO₃ + 12 H₂O + O₂↑

其六方相的單晶可以通過熔融提拉法獲得；它還能形成一種三斜晶系的固體，可以通過溶膠-凝膠法得到。^[30]複合硼酸鹽TbFe₃(BO₃)₄和TbAl₃(BO₃)₄也可以用類似的方法得到。^[31][32]三氧化二鋱、氯化鋱和氧化硼在氯化銫熔體中反應，可以得到氧氯化物硼酸鹽Tb₄O₄Cl(BO₃)，它是單斜晶系晶體，空間群P2₁/n。^[33]鋁酸鹽Tb₃Al₅O₁₂^[34]與鎵酸鹽Tb₃Ga₅O₁₂^[35]都可用作磁光材料。

一種Tb-MOF在280 nm紫外光激發下的發光，光譜中有着Tb³⁺的特徵峰。^[36]

應用

三價鋱的化合物在激發下可以發出綠光，如氧化鋱可用於顯像管電視中。^[37]此外，鋱化合物還有其它應用，例如TbFe₂基化合物可用於磁致伸縮材料，^[38]介電質Tb₃Ga₅O₁₂可用作磁光材料^[39]，加替沙星鋱可用作藥物。^[40]

參考文獻

1. 無機化學叢書. pp 187-188. 1.2.3 氧化態及電極電勢
2. Tieli, Z. Photochemical fluorescence enhancement of the terbium–lomefloxacin complex and its application. Talanta. 1999, 49 (1): 77–82. ISSN 0039-9140. doi:10.1016/S0039-9140(98)00364-6.
3. 陳壽椿. 重要無機化學反應. 上海科學技術出版社, 1994. pp 1304-1305.
4. Hartmut Bergmann, Leopold Gmelin. Gmelin Handbook of Inorganic Chemistry, System Number 39. Springer-Verlag. 1986: 397. ISBN 9783540935254.
5. Teixeira, J.A.; Nunes, W.D.G.; do Nascimento, A.L.C.S.; Colman, T.A.D.; Caires, F.J.; Gálico, D.A.; Ionashiro, M. Synthesis, thermoanalytical, spectroscopic study and pyrolysis of solid rare earth complexes (Eu, Gd, Tb and Dy) with p -aminobenzoic acid. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 2016, 121: 267–274. ISSN 0165-2370. doi:10.1016/j.jaap.2016.08.006.
6. Edelmann, F.T.; Poremba, P. Herrmann, W.A. , 編. Synthetic Methods of Organometallic and Inorganic Chemistry 6. Stuttgart: Georg Thieme Verlag. 1967. ISBN 3-13-103071-2.
7. Lei, M.; Zhao, H.Z.; Yang, H.; Song, B.; Cao, L.Z.; Li, P.G.; Tang, W.H. Syntheses of metal nitrides, metal carbides and rare-earth metal dioxymonocarbodiimides from metal oxides and dicyandiamide. Journal of Alloys and Compounds. 2008, 460 (1-2): 130–137. ISSN 0925-8388. doi:10.1016/j.jallcom.2007.05.076.
8. G. J. McCarthy. Crystal data on C-type terbium sesquioxide (Tb
   2O
   3). Journal of Applied Crystallography. October 1971, 4 (5): 399–400. doi:10.1107/S0021889871007295.
9. Reidar Haugsrud; Yngve Larring & Truls Norby. Proton conductivity of Ca-doped Tb
   2O
   3. Solid State Ionics (Elsevier B.V.). December 2005, 176 (39–40): 2957–2961. doi:10.1016/j.ssi.2005.09.030.
10. 無機化學叢書. pp 244-257
11. 楊汝棟, 劉建民, 馬太儒. 用化學氧化法從水溶液中製備Tb(Ⅳ)水合氧化物及其性質的研究. 蘭州大學學報(自然科學版), 1983 (01): 71-80. DOI: 10.13885/j.issn.0455-2059.1983.01.010
12. Brauer, Georg; Pfeiffer, Burkhard. Mixed crystals between PrO₂ and TbO₂. Journal fuer Praktische Chemie (Leipzig), 1966. 34 (1-4): 23-29. ISSN: 0021-8383.
13. Orlova, I. G.; Eliseev, A. A. Physicochemical study of the interaction of sulfur with terbium. Zhurnal Neorganicheskoi Khimii, 1983. 28 (1): 65-68. ISSN: 0044-457X
14. Andrrev, O.V.; Razumkova, I.A.; Boiko, A.N. Synthesis and thermal stability of rare earth compounds REF₃ , REF₃ · n H₂O and (H₃O)RE₃F₁₀ · n H₂O (RE = Tb − Lu, Y), obtained from sulphide precursors. Journal of Fluorine Chemistry. 2018, 207: 77–83. ISSN 0022-1139. doi:10.1016/j.jfluchem.2017.12.001.
15. Grundmeier, Thorsten; Urland, Werner. Crystal structure of Tb₂Se₃. Zeitschrift fuer Anorganische und Allgemeine Chemie, 1997. 623 (11): 1744-1746. ISSN 0044-2313.
16. 無機化學叢書. pp 210-215. 2. 鹵素化合物
17. G. Meyer, Lester R. Morss: Synthesis of Lanthanide and Actinide Compounds. Springer Science & Business Media, 1991, pp 60. ISBN 978-0-7923-1018-1. Google Books （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
18. Gaumet, V.; Avignant, D. Caesium Pentafluoroterbate, CsTbF₅. Acta Crystallographica Section C Crystal Structure Communications. 1997, 53 (9): 1176–1178. ISSN 0108-2701. doi:10.1107/S0108270197005556.
19. Largeau, E.; El-Ghozzi, M.; Métin, J.; Avignant, D. β-BaTbF6. Acta Crystallographica Section C Crystal Structure Communications. 1997, 53 (5): 530–532. ISSN 0108-2701. doi:10.1107/S0108270196014527.
20. Wei, D.Y.; Zheng, Y.-Q. Crystal structure of terbium sulfate octahydrate, Tb₂(SO₄)₃ · 8H₂O, and of dysprosium sulfate octahydrate, Dy₂(SO₄)₃ · 8H₂O. Zeitschrift für Kristallographie - New Crystal Structures. 2003, 218 (JG). ISSN 2197-4578. doi:10.1524/ncrs.2003.218.jg.23.
21. 無機化合物合成手冊. pp 258-259. 819 硫酸鹽.
22. 高勝利, 劉翊綸, 楊祖培. 稀土硝酸鹽的製法、性質及結構 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. 稀土, 1990 (4): 23-28.
23. 無機化合物合成手冊. pp 260-261. 820 硝酸鹽.
24. Di, Weihua; Wang, Xiaojun; Zhao, Haifeng. Synthesis and Characterization of LnPO₄ · nH₂O (Ln = La, Ce, Gd, Tb, Dy) Nanorods and Nanowires. Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 2007, 7 (10): 3624–3628. ISSN 1533-4880. doi:10.1166/jnn.2007.847.
25. Schäfer, W.; Will, G.; Müller-Vogt, G. Refinement of the crystal structure of terbium arsenate TbAsO4 at 77 K and 5 K by profile analysis from neutron diffraction powder data. Acta Crystallographica Section B Structural Crystallography and Crystal Chemistry. 1979, 35 (3): 588–592. ISSN 0567-7408. doi:10.1107/S0567740879004210.
26. Müller, P. H.; Kasten, A.; Schienle, M. Relaxation in the ferromagnetic phase of terbium arsenate (TbAsO4). physica status solidi (b). 1983, 119 (1): 239–249. ISSN 0370-1972. doi:10.1002/pssb.2221190128.
27. Siqueira, Kisla P. F.; Lima, Patrícia P.; Ferreira, Rute A. S.; Carlos, Luís D.; Bittar, Eduardo M.; Granado, Eduardo; González, Juan Carlos; Abelenda, Arturo; Moreira, Roberto L.; Dias, Anderson. Lanthanide Orthoantimonate Light Emitters: Structural, Vibrational, and Optical Properties. Chemistry of Materials. 2014, 26 (22): 6351–6360. ISSN 0897-4756. doi:10.1021/cm502504b.
28. Sastry, R.L.N.; Yoganarasimhan, S.R.; Mehrotra, P.N.; Rao, C.N.R. Preparation, characterization and thermal decomposition of praseodymium, terbium and neodymium carbonates. Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry. 1966, 28 (5): 1165–1177. ISSN 0022-1902. doi:10.1016/0022-1902(66)80442-6.
29. Fulle, Kyle; Sanjeewa, Liurukara D.; McMillen, Colin D.; Wen, Yimei; Rajamanthrilage, Apeksha C.; Anker, Jeffrey N.; Chumanov, George; Kolis, Joseph W. One-Pot Hydrothermal Synthesis of Tb^III₁₃(GeO₄)₆O₇(OH) and K₂Tb^IVGe₂O₇: Preparation of a Stable Terbium(4+) Complex. Inorganic Chemistry. 2017, 56 (11): 6044–6047. ISSN 0020-1669. doi:10.1021/acs.inorgchem.7b00821.
30. Cao, Li Li; Chen, Yi Yong; Lin, Chan Juan; Shen, Ze Bin; Guo, Fei Yun; Ye, Jing; Chen, Jian Zhong. Preparation of TbBO₃ Powder and Growth of TbBO₃ Crystal. Advanced Materials Research. 2011,. 306-307: 416–422. ISSN 1662-8985. doi:10.4028/www.scientific.net/AMR.306-307.416.
31. Ritter, C; Balaev, A; Vorotynov, A; Petrakovskii, G; Velikanov, D; Temerov, V; Gudim, I. Magnetic structure, magnetic interactions and metamagnetism in terbium iron borate TbFe3(BO3)4: a neutron diffraction and magnetization study. Journal of Physics: Condensed Matter. 2007, 19 (19): 196227. ISSN 0953-8984. doi:10.1088/0953-8984/19/19/196227.
32. Kadomtseva, A. M.; Popov, Yu. F.; Vorob'ev, G. P.; Kostyuchenko, N. V.; Popov, A. I.; Mukhin, A. A.; Ivanov, V. Yu.; Bezmaternykh, L. N.; Gudim, I. A.; Temerov, V. L.; Pyatakov, A. P.; Zvezdin, A. K. High-temperature magnetoelectricity of terbium aluminum borate: The role of excited states of the rare-earth ion. Physical Review B. 2014, 89 (1). ISSN 1098-0121. doi:10.1103/PhysRevB.89.014418.
33. Schäfer, Marion C.; Nikelski, Tanja; Schleid, Thomas. Syntheses and crystal structures of the novel oxide chloride oxoborates Ln₄O₄Cl[BO₃] (Ln = Eu–Tm). Zeitschrift für Kristallographie - Crystalline Materials. 2013, 228 (9). ISSN 2196-7105. doi:10.1524/zkri.2013.1648.
34. Lin, Hui; Zhou, Shengming; Teng, Hao. Synthesis of Tb3Al5O12 (TAG) transparent ceramics for potential magneto-optical applications. Optical Materials. 2011, 33 (11): 1833–1836. ISSN 0925-3467. doi:10.1016/j.optmat.2011.06.017.
35. Jin, Weizhao; Ding, Jingxin; Guo, Li; Gu, Qi; Li, Chun; Su, Liangbi; Wu, Anhua; Zeng, Fanming. Growth and performance research of Tb 3 Ga 5 O 12 magneto-optical crystal. Journal of Crystal Growth. 2018, 484: 17–20. ISSN 0022-0248. doi:10.1016/j.jcrysgro.2017.12.024.
36. Zhen Li, Rosario Núñez, Mark E. Light, Eliseo Ruiz, Francesc Teixidor, Clara Viñas, Daniel Ruiz-Molina, Claudio Roscini, José Giner Planas. Water-Stable Carborane-Based Eu³⁺/Tb³⁺ Metal–Organic Frameworks for Tunable Time-Dependent Emission Color and Their Application in Anticounterfeiting Bar-Coding. Chem. Mater. 2022, 34, 10, 4795–4808. doi:10.1021/acs.chemmater.2c00323
37. Caro, Paul. Rare earths in luminescence. Rare earths. 1998-06-01: 323–325 [2019-07-06]. ISBN 978-84-89784-33-8. （原始內容存檔於2020-03-13）.
38. Manwani, Krishna; Chelvane, Arout J.; Panda, Emila. Oxidation of TbFe₂: Microstructure of oxide-film by both theory and experiment. Corrosion Science. 2018, 130: 153–160. ISSN 0010-938X. doi:10.1016/j.corsci.2017.10.030.
39. Löw, Ute; Zherlitsyn, Sergei; Araki, Koji; Akatsu, Mitsuhiro; Nemoto, Yuichi; Goto, Terutaka; Zeitler, Uli; Lüthi, Bruno. Magneto-Elastic Effects in Tb3Ga5O12. Journal of the Physical Society of Japan. 2014, 83 (4): 044603. ISSN 0031-9015. doi:10.7566/JPSJ.83.044603.
40. 連寧, 趙慧春, 孫春燕, 金林培, 張仲倫, 鄭雁珍. 加替沙星鋱敏化化學發光與應用 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. 高等學校化學學報, 2002, 23 (4): 56-58.

參考書籍

• 易憲武, 黃春輝, 王慰, 劉餘九, 吳瑾光. 無機化學叢書 第七卷 鈧、稀土元素. 北京: 科學出版社, 1992. ISBN 9787030305749.
• 日本化學會 編. 安家駒, 陳之川 譯. 無機化合物合成手冊 第二卷. 北京: 化學工業出版社, 1986. CSBN 15063·3726 （無機化合物の合成Ⅱ. 東京: 丸善株式會社, 1977）