टर्बियमचा परिचय
टर्बियम (Tb) हे 65 अणुक्रमांक असलेले रासायनिक मूलद्रव्य आहे आणि ते लँथानाइड मालिकेतील आहे, ज्याला दुर्मिळ मृदा मूलद्रव्ये (rare earth elements) म्हणून ओळखले जाते. त्यांच्या नावाप्रमाणे नसले तरी, दुर्मिळ मृदा मूलद्रव्ये पृथ्वीच्या कवचात विशेषतः दुर्मिळ नसतात; तथापि, ती अनेकदा विखुरलेली असतात आणि त्यांना वेगळे काढणे कठीण असते. टर्बियम एक मऊ, चांदीसारख्या पांढऱ्या रंगाची धातू आहे जी लवचिक आणि ताणता येण्याजोगी आहे.
आढळ आणि उपयोग
टर्बियम निसर्गात स्वतंत्र मूलद्रव्य म्हणून आढळत नाही, परंतु ते अनेक खनिजांमध्ये, विशेषतः इतर दुर्मिळ मृदा मूलद्रव्यांसोबत असते. भारतातील केरळ आणि ओडिशासारख्या प्रदेशांतील समुद्रकिनाऱ्यांवरील वाळूत आढळणारे मोनाझाईट आणि बॅस्टनेसिट ही त्याची महत्त्वाची स्रोत आहेत.
त्याच्या अद्वितीय ऑप्टिकल आणि चुंबकीय गुणधर्मांमुळे, टर्बियमचा उपयोग अनेक तांत्रिक क्षेत्रांमध्ये होतो. याचा उपयोग खालीलप्रमाणे होतो:
- फ्लोरोसेंट दिवे आणि दूरदर्शन पडद्यांमध्ये हिरव्या फॉस्फरमध्ये, चमकदार हिरव्या रंगासाठी.
- मॅग्नेटोस्ट्रिक्टिव्ह मिश्रधातू (चुंबकीय क्षेत्रात आकार बदलणारे पदार्थ), जसे की टेर्फेनॉल-डी, ज्याचा उपयोग सेन्सर्स आणि ॲक्ट्युएटर्समध्ये होतो.
- इंधन पेशींमध्ये (fuel cells) क्रिस्टल स्टेबलायझर म्हणून.
- ऑप्टिकल फायबर आणि घटकांमध्ये.
टर्बियमची अणुसंरचना
अणुसंरचना ही एखाद्या मूलद्रव्याचे मूलभूत गुणधर्म परिभाषित करते. टर्बियमसाठी, त्याचे घटक कण आणि इलेक्ट्रॉनची मांडणी समजून घेणे त्याच्या रासायनिक वर्तनाबद्दल अंतर्दृष्टी प्रदान करते.
प्रोटॉन, न्यूट्रॉन आणि इलेक्ट्रॉन
टर्बियमचा अणुक्रमांक (Z) 65 आहे. हे प्रत्येक टर्बियम अणूच्या केंद्रकातील प्रोटॉनची संख्या थेट दर्शवते.
- प्रोटॉनची संख्या: 65
- इलेक्ट्रॉनची संख्या: तटस्थ टर्बियम अणूमध्ये, इलेक्ट्रॉनची संख्या प्रोटॉनच्या संख्येएवढी असते. म्हणून, तटस्थ टर्बियम अणूमध्ये 65 इलेक्ट्रॉन असतात.
- न्यूट्रॉनची संख्या: टर्बियमच्या सर्वात सामान्य आणि स्थिर समस्थानिकाचे (Terbium-159) वस्तुमान क्रमांक (A) 159 आहे. न्यूट्रॉनची संख्या वस्तुमान क्रमांकातून अणुक्रमांक वजा करून काढली जाते: न्यूट्रॉनची संख्या = वस्तुमान क्रमांक (A) - अणुक्रमांक (Z) = 159 - 65 = 94. अशाप्रकारे, एका विशिष्ट टर्बियम-159 अणूमध्ये 94 न्यूट्रॉन असतात.
इलेक्ट्रॉन रचना
इलेक्ट्रॉन रचना अणूच्या केंद्रकाभोवतीच्या अणु ऑर्बिटल्समधील इलेक्ट्रॉनच्या मांडणीचे वर्णन करते. टर्बियमसाठी (Z=65), इलेक्ट्रॉन रचना औफबाऊ सिद्धांत (Aufbau principle) आणि हंडच्या नियमाचे (Hund’s rule) पालन करते. लँथानाइड असल्याने, त्याचे 4f सबशेल भरले जात आहे.
टर्बियमसाठी नोबल गॅस कोर झेनॉन (Xe) आहे, ज्यात 54 इलेक्ट्रॉन असतात. झेनॉनची रचना आहे: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^{10} 4s^2 4p^6 4d^{10} 5s^2 5p^6$.
झेनॉन कोरनंतर, उर्वरित 11 इलेक्ट्रॉन (65 - 54 = 11) पुढील ऑर्बिटल्समध्ये भरतात. 6s ऑर्बिटल प्रथम भरते, त्यानंतर 4f ऑर्बिटल.
- 6s ऑर्बिटल 2 इलेक्ट्रॉन धारण करू शकते: $6s^2$.
- उर्वरित 9 इलेक्ट्रॉन (11 - 2 = 9) 4f ऑर्बिटलमध्ये जातात: $4f^9$.
म्हणून, तटस्थ टर्बियम अणूची पूर्ण इलेक्ट्रॉन रचना अशी आहे: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^{10} 4s^2 4p^6 4d^{10} 5s^2 5p^6 4f^9 6s^2$
संक्षिप्त किंवा नोबल गॅस रचना अशी आहे: $[Xe] 4f^9 6s^2$
संयोजी इलेक्ट्रॉन
संयोजी इलेक्ट्रॉन हे अणूच्या सर्वात बाहेरील कवचातील इलेक्ट्रॉन असतात जे रासायनिक बंधनात भाग घेतात. संक्रमण धातू आणि लँथानाइड्ससाठी, मुख्य गट मूलद्रव्यांपेक्षा d आणि f ऑर्बिटल्सच्या सहभागामुळे संयोजी इलेक्ट्रॉन ओळखणे थोडे अधिक क्लिष्ट असू शकते.
टर्बियमच्या बाबतीत, सर्वात बाहेरील 6s ऑर्बिटलमधील इलेक्ट्रॉन ($6s^2$) रासायनिक अभिक्रियासाठी सहज उपलब्ध असतात. हे दोन इलेक्ट्रॉन संयोजी इलेक्ट्रॉन मानले जातात.
लँथानाइड्स सामान्यतः +3 ची सामान्य ऑक्सिडेशन स्थिती दर्शवतात. यात दोन 6s इलेक्ट्रॉन आणि आतील 4f सबशेलमधील एक इलेक्ट्रॉन गमावणे समाविष्ट आहे. त्यामुळे, 6s² इलेक्ट्रॉन सर्वात सहज उपलब्ध असले तरी, टर्बियमची रासायनिक अभिक्रियाशीलता आणि सामान्य संयुजा तीन इलेक्ट्रॉनशी संबंधित आहे.