Terbium

Terbium ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Tb und der Ordnungszahl 65. Im Periodensystem steht es in der Gruppe der Lanthanoide und zählt damit auch zu den Metallen der Seltenen Erden. Wie die anderen Lanthanoide ist Terbium ein silberglänzendes, weiches Schwermetall.

Terbium wurde 1843 zusammen mit Erbium von Carl Gustav Mosander bei der Untersuchung von Yttrium entdeckt. Wie Erbium, Yttrium und das später entdeckte Ytterbium wurde Terbium nach der Grube Ytterby bei Stockholm benannt, aus der das Erz stammte, das bei den Entdeckungen untersucht wurde.

Terbium wird vor allem als grün-emittierender Leuchtstoff in Leuchtstoffröhren sowie zur Verbesserung der Eigenschaften von Neodym-Eisen-Bor-Permanentmagneten eingesetzt. Diese werden unter anderem in Computern, Elektroautos oder Windkraftanlagen verwendet. Wie andere schwere Seltene Erden wird das Element fast ausschließlich in China produziert. Auf Grund der großen technischen Bedeutung und der Abhängigkeit von China hat die Europäische Union Terbium auf die Liste der kritischen Rohstoffe gesetzt.

Geschichte

Die Entdeckung des Terbiums begann 1843, als Carl Gustav Mosander Yttrium mittels fraktionierter Kristallisation genauer untersuchte und dabei feststellte, dass es aus drei verschiedenfarbenen Substanzen bestand. Für einen farblosen Niederschlag beließ er den Namen Yttrium, einen gelben nannte er Erbium, einen rosafarbenen Terbium. Alle drei Namen beruhen auf dem Namen der Grube Ytterby, der Typlokalität von Gadolinit, dem ersten Erz, aus dem die Elemente gewonnen werden konnten.<ref>C. G. Mosander: XXX. On the new metals, lanthanium and didymium, which are associated with cerium; and on erbium and terbium, new metals associated with yttria. In: The London Edinburgh and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. 1843, Band 23, Nummer 152, S. 241–254 Vorlage:DOI.</ref> 1860 wiederholte Nils Johan Berlin diese Experimente, fand jedoch nur einen rosafarbenen Niederschlag, den er – abweichend von Mosander – Erbium nannte und bestritt die Existenz des Terbiums.<ref name="Miskowiec">Paweł Miśkowiec: Name game: the naming history of the chemical elements: part 2—turbulent nineteenth century. In: Foundations of Chemistry. 2022, Band 25, Nummer 2, S. 215–234 Vorlage:DOI.</ref> Ebenso fand Robert Bunsen in Mosanders Terbiterde nur ein Gemisch aus Erbium-, Yttrium- und Ceroxiden.<ref>J. Bahr, Robert Bunsen: Ueber Erbinerde und Yttererde. In: Justus Liebig s Annalen der Chemie. 1866, Band 137, Nummer 1, S. 1–33 Vorlage:DOI.</ref>

Marc Delafontaine war dagegen weiter von der Existenz des Terbiums überzeugt und fand schließlich bei Untersuchungen von Samarskit das gesuchte Element, was von Jean Charles Galissard de Marignac durch Zerlegung von Gadolinit bestätigt werden konnte. Nach dieser Bestätigung blieb es jedoch bei der Namensvertauschung gegenüber dem ursprünglichen Vorschlag von Mosander.<ref name="Miskowiec"/><ref>C. James, D. W. Bissel: Terbium. In: Journal of the American Chemical Society. 1914, Band 36, Nummer 10, S. 2060–2066 Vorlage:DOI.</ref>

Durch Gadolinium und Dysprosium verunreinigtes metallisches Erbium wurde erstmals 1936 von Wilhelm Klemm und Heinrich Bommer erhalten. Sie gewannen das Metall durch Reduktion von Terbium(III)-chlorid mit Kalium bei 250 °C. Weiterhin bestimmten sie die ungefähre Kristallstruktur und die magnetischen Eigenschaften des Metalls.<ref>W. Klemm, H. Bommer: Zur Kenntnis der Metalle der seltenen Erden. In: Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 231, 1937, S. 138–171, doi:10.1002/zaac.19372310115.</ref> Die Gewinnung von reinem Terbium gelang erst nach der Entwicklung von Ionenaustausch-Verfahren zur Trennung von Seltenen Erden.<ref name="CRC4-31">Vorlage:CRC Handbook</ref>

Vorkommen

Terbium ist auf der Erde ein seltenes Element, seine Häufigkeit in der kontinentalen Erdkruste beträgt etwa 1,2 ppm. Unter den Lanthanoiden zählt es zu den seltensten Elementen, nur Thulium, Lutetium und das radioaktive Promethium sind seltener.<ref>Vorlage:CRC Handbook</ref>

Es sind keine Terbiumminerale bekannt, das Element kommt stets vergesellschaftet mit anderen schweren Seltenerdelementen in Erzen vor. Die wichtigsten dieser Minerale sind Bastnäsit, Monazit und Xenotim. Von diesen besitzt Xenotim mit etwa 1 % den höchsten Terbiumanteil.<ref name="Sinha">Manish Kumar Sinha, Himanshu Tanvar, Sushanta Kumar Sahu, Brajendra Mishra: A Review on Recovery of Terbium from Primary and Secondary Resources: Current State and Future Perspective. In: Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review. 2023, Band 45, Nummer 7, S. 743–766 Vorlage:DOI.</ref>

Die kommerziell wichtigste Quelle für Terbium sind ionenadsorbierende Tonminerale (Regolith-hosted ion-adsorption deposits, IADs). Diese entstehen bei der Verwitterung von Muttergesteinen vor allem in den Subtropen und adsorbieren die in den Ausgangsgesteinen enthaltenen Seltenerdmetalle. IAD-Vorkommen besitzen zwar nur einen relativ geringen Anteil an Seltenerdelementen von 0,05 bis 0,2 %, diese lassen sich jedoch relativ einfach durch Auslaugen aus den Tonmineralen lösen.<ref name="Nature Communications">A. Borst, Martin Smith, Adrian A. Finch, Guillaume Estrade, Cristina Villanova-de-Benavent, Peter Nason, Eva Marquis, Nicola J. Horsburgh, Kathryn Goodenough, Cheng Xu, Jindřích Kynický, Kalotina Geraki: Adsorption of rare earth elements in regolith-hosted clay deposits. In: Nature Communications. 2020, Band 11, Nummer 1 Vorlage:DOI.</ref><ref name="Sinha"/>

Die wichtigsten Vorkommen von ionenadsorbierenden Tonmineralen liegen im Süden Chinas, aber auch in Myanmar, Vietnam, Malawi, Brasilien, den Philippinen und den Vereinigten Staaten sind Vorkommen bekannt. Kommerziell ausgebeutet werden vor allem die Vorkommen in Südchina und Myanmar.<ref name="Nature Communications"/> Erhebliche Mengen Terbium werden durch illegalen Abbau in China gewonnen.<ref name="Resources Policy">Cuixia Gao, Yufei Xu, Yong Geng, Shijiang Xiao: Uncovering terbium metabolism in China: A dynamic material flow analysis. In: Resources Policy. 2022, Band 79, S. 103017 Vorlage:DOI.</ref> Nach Recherchen von Global Witness wurden Regionen im Kachin-Staat in Myanmar seit 2017 wichtige Abbaugebiete insbesondere von Terbium und Dysprosium. So betrug der Export von schweren Seltenen Erden von Myanmar nach China 2023 über 40.000 Tonnen. Dies hat erhebliche Umweltzerstörungen zur Folge und Einfluss auf den Bürgerkrieg in Myanmar. 2023 verdiente die Militärregierung 1,4 Milliarden Dollar mit dem Export von schweren Seltenen Erden wie Terbium.<ref>Global Witness: Fuelling the future, poisoning the present: Myanmar’s rare earth boom. veröffentlicht am 23. Mai 2024, abgerufen am 22. April 2025.</ref>

Gewinnung und Darstellung

Datei:Terbium (Element - 65) 2.jpg

Terbiummetall

Um Terbium herzustellen, muss zunächst eine Seltenerdmetallchlorid-Lösung aus den Ausgangserzen gewonnen werden. Die Verfahren dazu unterscheiden sich je nach Erz, so wird Bastnäsit bei 620 °C calciniert und anschließend mit Salzsäure ausgelaugt.<ref name="Sinha"/>

Ionenadsorbierender Ton wird nicht abgebaut und dann weiterverarbeitet, stattdessen werden Löcher in das Vorkommen gebohrt und der Ton dann über längere Zeit (150 bis 400 Tage) mit Salzlösungen (beispielsweise einer Ammoniumsulfatlösung) ausgelaugt. Dabei werden die im Ton gebundenen Seltenerdmetall-Ionen durch Ammoniumionen ersetzt und so gelöst. Über die Zeit steigt die Seltenerdmetall-Konzentration der Lösung. Ist die Konzentration hoch genug, wird über eine pH-Wert-Änderung mitgelöstes Aluminium abgetrennt und anschließend die Seltenerdmetalle mit Ammoniumhydrogencarbonat oder Oxalsäure gefällt. Mittels Calcinierung entsteht ein Mischoxid, das mit Salzsäure ausgelaugt wird. Werden einzelne Elemente benötigt, wird für die Trennung das Chlorid durch Nitrat ersetzt.<ref>Ehsan Vahidi, Julio Navarro, Fu Zhao: An initial life cycle assessment of rare earth oxides production from ion-adsorption clays. In: Resources Conservation and Recycling. 2016, Band 113, S. 1–11 Vorlage:DOI.</ref><ref name="Sinha"/>

Die Trennung der einzelnen Seltenerdmetalle untereinander ist – bedingt durch die Ähnlichkeit der Elemente – kompliziert und wird vorwiegend durch Extraktionsverfahren mit unterschiedlichen Lösungsmitteln durchgeführt. Andere Verfahren, wie fraktionierte Kristallisation oder Ionenaustausch spielen technisch keine Rolle mehr.<ref name="Sinha"/>

Die Herstellung metallischen Terbiums aus Terbium(III)-oxid erfolgt in zwei Schritten. Zunächst wird das Oxid mit Flusssäure in Terbium(III)-fluorid umgewandelt und durch Erhitzen im Vakuum von Sauerstoffresten befreit. Anschließend wird es mit Calcium bei 1500 °C reduziert und das entstandene Calciumfluorid abgetrennt.<ref name="Sinha"/> Es sind auch elektrolytische Verfahren zur Gewinnung von metallischem Terbium bekannt. So kann festes Terbium(III,IV)-oxid in geschmolzenem Calciumchlorid bei 850 °C reduziert werden.<ref>Dihua Wang, Guohong Qiu, Xianbo Jin, Xiaohong Hu, George Z. Chen: Electrochemical Metallization of Solid Terbium Oxide. In: Angewandte Chemie. 2006, Band 118, Nummer 15, S. 2444–2448 Vorlage:DOI.</ref> Auch ein Verfahren zur elektrolytischen Reduktion von Terbium(III)-oxid in einer Terbium(III)-fluorid/Lithiumfluorid-Schmelze wurde entwickelt.<ref>Vorlage:Patent</ref>

Die Menge an produziertem Terbium betrug 2011 in China 545 Tonnen und wurde bis 2020 auf 690 Tonnen gesteigert.<ref name="Resources Policy"/>

Auf Grund der hohen wirtschaftlichen und technologischen Bedeutung sowie der eingeschränkten Verfügbarkeit und hohen Abhängigkeit von China als Produzent hat die Europäische Union Terbium auf die Liste der kritischen Rohstoffe gesetzt.<ref name="Consilium">Europäischer Rat: Ein EU-Gesetz zu kritischen Rohstoffen für die Zukunft der EU Lieferketten. In: consilium.europa.eu, abgerufen am 24. April 2025.</ref> Ähnliches wurde von den Vereinigten Staaten veranlasst.<ref>U.S. Department of Energy: Critical Materials Assessment, erstellt im Juli 2023, abgerufen am 24. April 2025 (pdf).</ref> Nach Medienberichten gehört Terbium zu den sieben Seltenen Erden, für die China im April 2025 ein Exportverbot erlassen hat.<ref>China blockiert den Export seltener Erden. In: manager-magazin.de, erstellt am 15. April 2025, abgerufen am 24. April 2025.</ref>

Neben den Erzen stellen auch Sekundärrohstoffe eine Quelle für Terbium dar. Insbesondere Leuchtstofflampen bzw. der in ihnen enthaltene Leuchtstoff enthalten größere Mengen Terbium.<ref name="Sinha"/> Es werden verschiedene Verfahren erforscht, mit denen Terbium und andere Seltene Erden extrahiert werden können.<ref>Jiakai Zhang, Gisele Azimi: Recovery of Terbium, Europium, and Yttrium from Waste Fluorescent Lamp Using Supercritical Fluid Extraction. In: The minerals, metals & materials series. 2022, S. 275–284 Vorlage:DOI.</ref><ref>Valentina Innocenzi, Nicolò Maria Ippolito, Ida De Michelis, Franco Medici, Francesco Vegliò: A hydrometallurgical process for the recovery of terbium from fluorescent lamps: Experimental design, optimization of acid leaching process and process analysis. In: Journal of Environmental Management. 2016, Band 184, S. 552–559 Vorlage:DOI.</ref> Die bisher recyclten Mengen an Terbium sind aber noch gering, in der Europäischen Union wurden 2020 6 % des genutzten Terbiums durch Recycling gewonnen (End-of-Life-Recycling-Input-Rate, EoL-RIR).<ref>European Commission: Directorate-General for Internal Market, Industry, Entrepreneurship and SMEs, Blengini, G. A., El Latunussa, C., Eynard, U., Torres De Matos, C. et al.: Study on the EU's list of critical raw materials (2020) – Final report, Publications Office of the European Union, 2020, S. 25, Vorlage:DOI.</ref> Durch den Critical Raw Materials Act von 2024 wird das Recycling in der EU weiter gefördert.<ref name="Consilium"/> Auch das US-Verteidigungsministerium förderte 2024 die Erhöhung der Terbiumproduktion durch Recycling in den Vereinigten Staaten mit 4,2 Millionen Dollar.<ref>U.S. Department of Defence: Department of Defense Awards $4.22 Million to Increase Production of Terbium and Other Rare Earth Elements. erstellt am 9. September 2024, abgerufen am 4. Mai 2025.</ref>

Der Preis von Terbium schwankte in den letzten Jahren stark. Nach einer Spitze 2011 mit einem Preis von 2350 $ pro Kilogramm fiel er deutlich auf unter 500 $ pro Kilogramm 2016. Seitdem und vor allem ab 2020 stieg der Preis für Terbium stark an auf über 2000 $ pro Kilogramm 2022. Verantwortlich hierfür ist der erhöhte Bedarf an Terbium für Permanentmagnete in Elektroautos.<ref>Athanasios K. Karamalidis, Roderick Eggert: Rear Eath Elements: Sustainable Recovery, Processing, and Purification. Wiley, 2024, ISBN 978-1-119-51503-6, S. 19.</ref>

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Datei:Hexagonal dichteste Kugelpackung.svg

Kristallstruktur von Terbium

Terbium ist ein silbergraues, formbares Schwermetall. Es ist so weich, dass man es mit einem Messer schneiden kann. In seinen Eigenschaften ist es sehr ähnlich zu den benachbarten Lanthanoiden und, wie durch die Lanthanoidenkontraktion zu erwarten, liegt der Schmelzpunkt von 1356 °C zwischen dem niedrigeren von Gadolinium (1312 °C) und dem höheren von Dysprosium (1407 °C).<ref name="CRC4-31"/>

Das Metall kristallisiert wie viele andere schwere Lanthanoide in einer hexagonal dichtesten Kugelpackung mit den Gitterparametern a = 360 pm und c = 569 pm.<ref>F. H. Spedding, A.H. Daane, K. W. Herrmann: The crystal structures and lattice parameters of high-purity scandium, yttrium and the rare earth metals. In: Acta Crystallographica. 1956, Band 9, Nummer 7, S. 559–563 Vorlage:DOI.</ref> Oberhalb von 1289 °C bildet sich eine Hochdruckmodifikation mit kubischer Kristallstruktur (β-Tb).<ref>K. A. Gschneidner, F. W. Calderwood: The Er-Tb (Erbium-Terbium) system. In: Bulletin of Alloy Phase Diagrams. 1983, Band 4, Nummer 3, S. 298–299 Vorlage:DOI.</ref> Hierfür wurde ein Gitterparameter a = 407 pm berechnet.<ref>Vorlage:CRC Handbook</ref>

Terbium besitzt drei verschiedene magnetische Phasen. Unterhalb der Curie-Temperatur von 219 K (−54 °C) ist das Metall ferromagnetisch. Oberhalb der Néel-Temperatur von 231 K (−42 °C) liegt Paramagnetismus vor. Im Temperaturbereich dazwischen besitzt das Element Helimagnetismus.<ref>Radel Gimaev, V. I. Zverev, V.D. Mello: Magnetic properties of single-crystalline terbium and holmium – Experiment and modeling. In: Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2020, Band 505, S. 166781 Vorlage:DOI.</ref><ref>Radel Gimaev, Aleksei S. Komlev, A.S. Davydov, Б.Б. Ковалев, V. I. Zverev: Magnetic and Electronic Properties of Heavy Lanthanides (Gd, Tb, Dy, Er, Ho, Tm). In: Crystals. 2021, Band 11, Nummer 2, S. 82 Vorlage:DOI.</ref> Mit dem Übergang zur ferromagnetischen Phase ändert sich auch die Kristallstruktur des Terbiums. Es bildet sich eine ungewöhnliche orthorhombische Struktur mit der Vorlage:Raumgruppe und den Gitterparametern a = 359 pm, b = 625 pm und c = 571 pm.<ref>Kun Lin, Guodong Li, Sergii Khmelevskyi, Leonid V. Pourovskii, Suihe Jiang, Kenichi Kato, Chengyi Yu, Yili Cao, Qiang Li, Xiaojun Kuang, Xianran Xing: The Structure of Terbium in the Ferromagnetic State. In: Journal of the American Chemical Society. 2023, Band 145, Nummer 32, S. 17856–17862 Vorlage:DOI.</ref>

Chemische Eigenschaften

Terbium ist ein typisches unedles Metall, das vor allem bei höheren Temperaturen mit Nichtmetallen reagiert. An trockener Luft ist es stabil, in der Hitze reagiert es mit Sauerstoff zum nichtstöchiometrischen, braunen Terbium(III,IV)-oxid. Mit anderen Nichtmetallen reagiert es dagegen zu dreiwertigen Salzen.<ref name="Ullmann">Ian McGill: Rear Earth Elements. In: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH, Weinheim 2005, doi:10.1002/14356007.a22_607.</ref><ref name="Voncken">J.H.L. Voncken: The Rare Earth Elements. 1. Auflage, Springer, 2016, ISBN 978-3-319-26809-5, S. 66–70.</ref>

Das Metall reagiert nur langsam mit Wasser, ist aber in verdünnten Mineralsäuren unter Wasserstofffbildung gut löslich. In wässriger Lösung liegen schwach pinkfarbene, dreiwertige Tb³⁺-Ionen vor.<ref name="Ullmann"/><ref name="Voncken"/>

Wie Europium- und einige weitere Lanthanoidionen zeigen Tb³⁺Ionen in Komplexen eine starke Lumineszenz. Die stärkste Emission liegt bei 550 nm im sichtbaren Bereich, darum leuchten Terbiumkomplexe intensiv grün.<ref>Liding Wang, Zifeng Zhao, Chen Wei, Huibo Wei, Zhiwei Liu, Zuqiang Bian, Chunhui Huang: Review on the Electroluminescence Study of Lanthanide Complexes. In: Advanced Optical Materials. 2019, Band 7, Nummer 11 Vorlage:DOI.</ref>

Isotope

Es sind insgesamt 39 Isotope zwischen ¹³⁵Tb und ¹⁷⁴Tb sowie 32 weitere Kernisomere bekannt. Von diesen ist nur eines, ¹⁵⁹Tb, stabil, Terbium zählt damit zu den Reinelementen. Von den radioaktiven Isotopen besitzen ¹⁵⁸Tb mit 180 Jahren und ¹⁵⁷Tb mit 71 Jahren die längste Halbwertszeit.<ref>F. G. Kondev, M. Wang, W. J. Huang, S. Naimi, G. Audi: The NUBASE2020 evaluation of nuclear physics properties. In: Chinese Physics C. 2021, Band 45, Nummer 3, S. 030001 Vorlage:DOI.</ref>

Zu vier Radioisotopen, ¹⁴⁹Tb, ¹⁵²Tb, ¹⁵⁵Tb und ¹⁶¹Tb, werden Untersuchungen durchgeführt, ob und wie sie in der Nuklearmedizin eingesetzt werden können. Es wird in Studien untersucht, ob der Betastrahler ¹⁶¹Tb mit einer Halbwertszeit von 6,95 Tagen als Therapeutikum in der Prostatakrebstherapie und Alternative zu ¹⁷⁷Lu eingesetzt werden kann. ¹⁵²Tb wird als mögliches Radioisotop in der Positronen-Emissions-Tomographie untersucht. ¹⁵⁵Tb könnte in der Einzelphotonen-Emissionscomputertomographie eingesetzt werden. ¹⁴⁹Tb könnte durch seine Eigenschaft, gleichzeitig Alphastrahlen, Positronen und Gammastrahlung zu emittieren, einzigartige Therapien gegen Krebs ermöglichen.<ref>Ahmed Saad Abdlkadir, Florian Rosar, Amir Reza Jalilian, Serin Moghrabi, Batool Albalooshi, Obayda Rabei, Kalevi Kairemo, Akram Al‐Ibraheem: Harnessing Terbium Radioisotopes for Clinical Advancements: A Systematic Review. In: Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 2024, Band 59, Nummer 1, S. 50–61 Vorlage:DOI.</ref>

Verwendung

Eine wichtige Anwendung von Terbium ist diejenige als grün-emittierender Leuchtstoff in Leuchtstofflampen. Drei Leuchtstoffe hierfür sind mit Terbium dotiertes Cermagnesiumaluminat (CAT, CeMgAl₁₁O₁₉:Tb³⁺), mit Cer und Terbium dotiertes Lanthanphosphat (LAP, LaPO₄:Ce³⁺,Tb³⁺) und terbiumdotiertes Cergadoliniummagnesiumborat (CBT, (Ce,Gd)MgB₅O₁₀:Tb³⁺). CAT enthält für eine optimale Lichtausbeute 33 mol% Terbium, LAP 13 mol%.<ref>A.M. Srivastava, Cees Ronda: Phosphors. In: The Electrochemical Society Interface. 2003, Band 12, Nummer 2, S. 48–51 Vorlage:DOI.</ref> Eine Leuchtstofflampe des Typs T8 (25,4 mm Durchmesser) enthält 0,13 g Terbium, eine Kompaktleuchtstofflampe 0,05 g.<ref name="Sinha"/>

Eine weitere wichtige Anwendung von Terbium sind Neodym-Eisen-Bor-Permanentmagnete, die etwa in Computern, Elektroautos, Audiosystemen oder Windturbinen eingesetzt werden. Der Zusatz von etwa 1 % Terbium zusammen mit 5 % Dysprosium erhöht die Einsatzfähigkeit der Magnete bei hohen Temperaturen.<ref>Xiaoyue Du, T. E. Graedel: Global Rare Earth In-Use Stocks in NdFeB Permanent Magnets. In: Journal of Industrial Ecology. 2011, Band 15, Nummer 6, S. 836–843 Vorlage:DOI.</ref>

Terfenol-D ist eine Terbium-Dysprosium-Eisen-Legierung, die eine hohe Magnetostriktion besitzt und für Sensoren und Aktuatoren, etwa in Motoren oder Einspritzanlagen, eingesetzt werden kann.<ref>Mukund A. Patil, Ravikiran Kadoli: Engineers guide to Terfenol-D actuators: Design, performance, and real-world applications. In: Sensors and Actuators Reports. 2024, Band 8, S. 100236 Vorlage:DOI.</ref>

Magneto Optical Disks wurden mit dünnen Filmen einer Legierung von Terbium mit Eisen, Cobalt oder Gadolinium beschichtet.<ref>Ken C. Pohlmann: The Compact Disc Handbook. Oxford University Press, 1992, ISBN 0-198-16327-4, S. 259.</ref>

Lange Zeit wurde der größte Teil des produzierten Terbiums für die Produktion von Leuchtstoffen eingesetzt, 2015 ca. 88,7 %.<ref name="Sinha"/> Durch den zunehmenden Einsatz von LED nimmt aber der Bedarf ab, 2020 wurden nur noch ca. 56 % dafür verwendet, während der Bedarf für die Herstellung von Neodym-Eisen-Bor-Magneten (2020 ca. 35 %) und andere Anwendungen steigt.<ref name="Resources Policy"/>

Biologische Bedeutung und Toxizität

Terbium hat keine biologische Bedeutung. Im menschlichen Körper ist es wie die anderen Lanthanoide vor allem in Knochen enthalten, wobei die Konzentration im Lauf des Lebens ansteigt. Die Mengen sind gering, in trockenen Knochen wurde <1 μg/kg Terbiumgehalt gemessen.<ref>Sofia Zaichick, Vladimir Zaichick, В. К. Карандашев, S. V. Nosenko: Accumulation of rare earth elements in human bone within the lifespan. In: Metallomics. 2010, Band 3, Nummer 2, S. 186–194 Vorlage:DOI.</ref><ref>John Emsley: Nature’s building blocks. An A–Z guide to the elements. Oxford University Press, 2001, ISBN 0-19-850341-5, S. 430–432.</ref>

Lösliche Terbiumverbindungen wie Terbium(III)-chlorid sind leicht toxisch. Mit dem Neutralrot-Test wurde ein LD₅₀ von 980 mg/kg berechnet. Im Ökotoxizitäts-Test mit Tubifex tubifex wurde ein EC₅₀ von 31,6 g/l bestimmt. Diese Werte sind vergleichbar zu denen der anderen Lanthanoide. Es konnte mit dem Ames-Test keine Mutagenität festgestellt werden.<ref>Marián Rucki, Kristína Kejlová, Alena Vlková, Dagmar Jírová, Markéta Dvořáková, Lada Svobodová, Helena Kanďárová, Silvia Letašiová, Hana Kolářová, Marika Mannerström, Tuula Heinonen: Evaluation of toxicity profiles of rare earth elements salts (lanthanides). In: Journal of Rare Earths. 2020, Band 39, Nummer 2, S. 225–232 Vorlage:DOI.</ref>

Die toxischen Effekte von Terbium(III)-chlorid wurden an Regenbogenforellen getestet. Dabei wurde in einer Studie festgestellt, dass es doppelt so toxisch wirkt wie das leichte Lanthanoid Praseodym und die Toxizität auf oxidativem Stress, der Beeinflussung der Calciumbindung, der Hämoprotein-Aktivität sowie des Proteinstoffwechsels beruht.<ref>Houda Hanana, Zofia E. Taranu, Patrice Turcotte, Christian Gagnon, Joanna Kowalczyk, François Gagné: Sublethal effects of terbium and praseodymium in juvenile rainbow trout. In: The Science of The Total Environment. 2021, Band 777, S. 146042 Vorlage:DOI.</ref>

Terbiummetallstäube sind wie andere Metallstäube entzündlich.<ref>Vorlage:Sigma-Aldrich</ref>

Verbindungen

Wie bei anderen Lanthanoiden ist auch beim Terbium die Oxidationsstufe +3 am stabilsten und häufigsten. Es sind aber auch Verbindungen mit vierwertigen Terbiumionen bekannt, unter speziellen Bedingungen wurden auch Verbindungen in den Oxidationsstufen +2<ref>Gerd Meyer: Alle Lanthanide und nun sogar Uran in der Oxidationsstufe +2!. In: Angewandte Chemie. 2014, Band 126, Nummer 14, S. 3620–3622 Vorlage:DOI.</ref> und +1<ref name="Angewandte">Arndt Simon, Hansjürgen Mattausch, Norbert Holzer: Monochloride von Lanthanoiden: GdCl und TbCl. In: Angewandte Chemie. 1976, Band 88, Nummer 20, S. 685–686 Vorlage:DOI.</ref> synthetisiert.

Oxide

Terbium bildet drei Oxide, Terbium(III)-oxid, Terbium(III,IV)-oxid und Terbium(IV)-oxid. Bei der Reaktion von Terbium und vielen Terbiumverbindungen mit Sauerstoff bildet sich das gemischtvalente, nichtstöchiometrische Terbium(III,IV)-oxid, ein dunkelbrauner Feststoff. Dieses dient als Ausgangsstoff für die Bildung vieler anderer Terbiumverbindungen. Durch Reaktion mit Wasserstoff lässt sich Terbium(III)-oxid gewinnen, Terbium(IV)-oxid durch eine Disproportionierungsreaktion mit Salzsäure und Essigsäure.<ref>Z. C. Kang, L. Eyring: The solvolytic disproportionation of mixed-valence compounds. In: Journal of Solid State Chemistry. 1988, Band 75, Nummer 1, S. 60–72 Vorlage:DOI.</ref> Terbiumoxid-Oberflächen haben katalytische Eigenschaften.<ref>Andreas Schaefer, William Cartas, Rahul Rai, Mikhail Shipilin, Lindsay R. Merte, Edvin Lundgren, Jason F. Weaver: Methanol Adsorption and Oxidation on Reduced and Oxidized TbO_x(111) Surfaces. In: The Journal of Physical Chemistry C. 2016, Band 120, Nummer 50, S. 28617–28629 Vorlage:DOI.</ref>

Halogenide

Terbium bildet mit den Halogenen die dreiwertigen Halogenide Terbium(III)-fluorid, Terbium(III)-chlorid, Terbium(III)-bromid und Terbium(III)-iodid. Daneben ist als einziges vierwertiges Terbiumhalogenid Terbium(IV)-fluorid bekannt, das durch Reaktion von Terbium(III)-fluorid mit Fluor bei 320 °C gewonnen werden kann.<ref>B.B. Cunningham, D. C. Feay, M. Rollier: Terbium Tetrafluoride: Preparation and Properties¹. In: Journal of the American Chemical Society. 1954, Band 76, Nummer 13, S. 3361–3363 Vorlage:DOI.</ref> Unter den Chloriden sind zwei Verbindungen mit niedrigen Oxidationszahlen bekannt das Terbiumsesquichlorid Tb₂Cl₃<ref>Arndt Simon, Norbert Holzer, H. Mattusch: Metallreiche Verbindungen der Seltenen Erden Gd₂Cl₃, Gd₂Br₃ und Tb₂Cl₃. In: Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 1979, Band 456, Nummer 1, S. 207–216 Vorlage:DOI.</ref> und das Terbiummonochlorid TbCl. Beide enthalten Metall-Metall-Bindungen.<ref name="Angewandte"/>

Weitere Terbiumverbindungen

Es sind verschiedene metallorganische Terbiumverbindungen bekannt. So wurden verschiedene Cyclopentadienyl­terbium(III)-Komplexe synthetisiert<ref>Harry G. Brittain, James Meadows, William J. Evans: Luminescence of organometallic lanthanide compounds. Tetrahydrofuran adducts of tricyclopentadienylterbium(III) and tris(methylcyclopentadienyl)terbium(III). In: Organometallics. 1983, Band 2, Nummer 11, S. 1661–1665 Vorlage:DOI.</ref>, es wurde aber auch eine Alkylterbiumverbindung mit einer Kohlenstoff-Terbium-Bindungslänge von 250 pm dargestellt.<ref>Dante Neculai, Herbert W. Roesky, A.M. Neculai, Jörg Magull, Regine Herbst‐Irmer, B. Walfort, Dietmar Stalke: The First β-Diketiminato Complex of Terbium Containing Two Alkyl Groups: A Model Compound for LLnR₂(Ln = Lanthanide, R = Alkyl) Systems. In: Organometallics. 2003, Band 22, Nummer 11, S. 2279–2283 Vorlage:DOI.</ref>

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Einzelnachweise

<references />