铽化合物

镧系金属鋱形成的化合物

铽化合物镧系金属(元素符号:Tb)形成的化合物,在这些化合物中,铽一般显+3价,如TbCl3、Tb(NO3)3等;+4价的铽化合物如TbO2、BaTbF6也是已知的。[1]

铽化合物被365 nm的紫外光激发,发出绿光。

三价铽离子在水溶液中一般是无色的,它在溶液或晶体中被一定波长的紫外光(如254 nm或365 nm)照射时,会发出绿色的荧光。这一性质产生了光学等领域的应用。[2]

氧族元素化合物编辑

铽有多种氧化物,最易得到的是七氧化四铽,氢氧化物[3]、草酸盐[4]、对氨基苯甲酸盐[5]等铽化合物的热分解均会产生七氧化四铽,由于该氧化物同时含有三价铽和具有氧化性的四价铽,如和硝酸反应产生硝酸铽并放出氧气[3]

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

它在乙酸和盐酸的混合物中回流,可以分离出三价铽和四价铽:[6]

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

它与二氰二胺在高温下反应,可以得到Tb2O2CN2[7]

铽的另一种常见氧化物是三氧化二铽,它由七氧化四铽在1300 °C由氢气还原制得。[8]在掺杂钙后形成p型半导体。[9]二氧化铽可由稀盐酸处理七氧化四铽制得,[10]其水合物TbO2·xH2O可由过硫酸钾硝酸银的存在下氧化氢氧化铽得到。[11]二氧化铽可以和二氧化镨形成混晶。[12]

三硫化二铽是铽的硫化物之一,可由相应的单质按化学计量比反应得到,[13]也能由七氧化四铽在高温下与二硫化碳硫化氢反应制得。[14]它和氢氟酸溶液反应得到三氟化铽半水合物。[14]三硒化二铽可由铽的多硒化物TbSe1.9和金属铽反应得到,它可以形成黑色的针状晶体,具有U2S3结构,空间群为Pnma。[15]

卤化物及卤配合物编辑

铽可以形成TbX3(X=F, Cl, Br, I)四种卤化物,除氟化物外均易溶于水,在水中是强电解质。无水卤化铽可由氧化物或卤化物的水合物反应制得:[16]

Tb2O3 + 6 NH4Cl → 2 TbCl3 + 3 H2O + 6 NH3
TbCl3·6H2O + 6 SOCl2 → TbCl3 + 6 SO2↑ + 12 HCl↑

四氟化铽是四价铽唯一可以形成的卤化物,具有强氧化性。它可由三氯化铽三氟化铽氟气在320 °C下反应得到:[17]

2 TbF3 + F2 → 2 TbF4

将TbF4和CsF按化学计量比混合,于氟气气氛中加热,可以得到CsTbF5。它是正交晶系晶体,空间群Cmca,具有层状结构,由[TbF8]4−和十一配位的Cs+构成。[18]化合物BaTbF6可由类似方法制得,它是正交晶系晶体,空间群Cmma,同样存在着[TbF8]4−[19]

含氧酸盐编辑

硫酸铽(Tb2(SO4)3)是无色晶体(左图),在紫外光的照射下发出绿色荧光。
乙酸铽碳酸铯反应,生成铽的碱式碳酸盐沉淀,该沉淀和过量的碳酸铯反应,又再次溶解。反应中照射了365 nm波长的紫外光,有铽的特征绿光。

硫酸铽可由七氧化四铽和浓硫酸反应得到,它在水中可以结晶出无色的八水合物晶体,与相应的镨化合物同构。[20]加热八水合物可以得到无水物,无水物再次水合时发生放热反应。[21]

硝酸铽可由三氧化二铽和硝酸反应并结晶得到,晶体用45~55%硫酸干燥,可以得到六水合物。[22]加热水合物只能得到碱式盐TbONO3,其无水物可以通过三氧化二铽四氧化二氮反应得到。[23]磷酸铽可由磷酸氢二铵和硝酸铽反应得到,反应产生六方晶系的一水合物,它在355 nm波长的激发下可以发出铽的特征绿光(543 nm)。[24]砷酸铽在77 K是正交晶系(空间群Fddd)的晶体,在27.7 K时发生相变,转变为四方晶系(空间群I41/amd)的晶体[25],它在1.5 K以下是一种具有诱导磁矩的伊辛铁磁体[26]铽的锑酸盐TbSbO4也是已知的。[27]

碳酸铽可由氯化铽和饱和二氧化碳碳酸氢钠溶液反应得到,产物也需用饱和二氧化碳的水来洗涤。[28]锗酸盐TbIII13(GeO4)6O7(OH)和K2TbIVGe2O7可以在高温高压下合成得到,它们分别为三方和单斜晶系的无色晶体。[29]

铽的硼酸盐可由七氧化四铽和硼酸反应得到:

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

其六方相的单晶可以通过熔融提拉法获得;它还能形成一种三斜晶系的固体,可以通过溶胶-凝胶法得到。[30]复合硼酸盐TbFe3(BO3)4和TbAl3(BO3)4也可以用类似的方法得到。[31][32]三氧化二铽、氯化铽和氧化硼氯化铯熔体中反应,可以得到氧氯化物硼酸盐Tb4O4Cl(BO3),它是单斜晶系晶体,空间群P21/n[33]铝酸盐Tb3Al5O12[34]与镓酸盐Tb3Ga5O12[35]都可用作磁光材料

应用编辑

三价铽的化合物在激发下可以发出绿光,如氧化铽可用于显像管电视中。[36]此外,铽化合物还有其它应用,例如TbFe2基化合物可用于磁致伸缩材料,[37]介电质Tb3Ga5O12可用作磁光材料[38],加替沙星铽可用作药物。[39]

参考文献编辑

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