Terbium
Le terbium est un élément chimique de symbole Tb et de numéro atomique 65. C’est un métal des terres rares, blanc argenté, malléable et ductile, suffisamment mou pour être coupé au couteau. Il ne se trouve jamais à l’état libre dans la nature, mais entre dans la composition de nombreux minéraux, notamment la cérite, la gadolinite, la monazite, la xénotime et l’euxénite.
Identité
- Masse atomique
- 158.925 u
- Catégorie
- Lanthanides
- Groupe
- 3
- Période
- 6
- Bloc
- f
- États d'oxydation
- +3, +4
- État physique (à 25 °C)
- Solide
- Apparence
- blanc argenté
Structure électronique
- Configuration électronique
- 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
- Configuration abrégée
- [Xe] 4f9 6s2
- Électrons par couche
- 2, 8, 18, 27, 8, 2
- Électronégativité (Pauling)
- 1.10
- Affinité électronique
- 112 kJ/mol
- 1ʳᵉ énergie d'ionisation
- 566 kJ/mol
- Énergies d'ionisation
- 566 · 1110 · 2114 · 3839 kJ/mol
Propriétés physiques
- Point de fusion
- 1355.8 °C (1629 K)
- Point d'ébullition
- 3122.8 °C (3396 K)
- Densité
- 8.23 g/cm³
- Capacité thermique molaire
- 28.9 J/(mol·K)
Comportement chimique de l'terbium
Le terbium possède neuf électrons sur ses couches externes ([Xe] 4f⁹ 6s²) et présente principalement l’état d’oxydation +3, ainsi que, plus rarement, l’état +4 dans l’oxyde TbO₂ et le fluorure TbF₄. Son électronégativité est très faible (1,10) et il forme des liaisons fortement ioniques. Il est mou, malléable et s’oxyde facilement. Ses ions Tb³⁺ émettent une lumière verte particulièrement pure, une propriété à la base de son utilisation dans les luminophores et les écrans.
Réactivité
4 Tb + 3 O₂ → 2 Tb₂O₃
À l’air, il se recouvre d’un oxyde brun qui ne protège pas le métal. Chauffé dans l’oxygène, il forme l’oxyde mixte Tb₄O₇, dans lequel le terbium présente les états d’oxydation +3 et +4.
2 Tb + 6 H₂O → 2 Tb(OH)₃ + 3 H₂
Il réagit avec l’eau en libérant de l’hydrogène, plus vigoureusement lorsque la température augmente. En revanche, les luminophores finis sont insolubles et stables.
2 Tb + 6 HCl → 2 TbCl₃ + 3 H₂
Il se dissout dans les acides en formant des sels incolores qui émettent une lumière verte sous un rayonnement ultraviolet. Le chlorure constitue une voie d’obtention du métal.
Tb₂O₃ + 6 HF → 2 TbF₃ + 3 H₂O
Avec l’acide fluorhydrique, il forme le fluorure, précurseur de cristaux optiques et du rare TbF₄, dans lequel le terbium est à l’état d’oxydation +4 et qui constitue un puissant oxydant.
Composés notables
| Composé | Formule | Utilisation ou importance |
|---|---|---|
| Oxyde de terbium | Tb₂O₃ | Luminophore vert pour les écrans et les lampes |
| Borate de terbium | TbBO₃ | Émission verte pour les lampes fluorescentes et les LED |
| Alliage Terfenol-D | TbDyFe₂ | Actionneurs qui se déforment sous l’effet d’un champ magnétique |
| Fluorure de terbium | TbF₃ | Cristaux optiques et lasers |
| Chlorure de terbium | TbCl₃ | Production du métal et fabrication de luminophores |
Distribution de la couche électronique
Afficher dans le générateur d'atomesIsotopes
Le terbium naturel est entièrement constitué de terbium 159 (¹⁵⁹Tb), qui possède 94 neutrons : il est monoisotopique et stable. Les autres isotopes sont artificiels. Le terbium 149 (¹⁴⁹Tb, 4 heures) émet des particules alpha et fait l’objet de recherches en radiothérapie ciblée ; le terbium 161 (¹⁶¹Tb, 6,9 jours) émet des particules bêta et des rayons gamma, ce qui permet d’étudier son utilisation en thérapie et en diagnostic.
Occurrence et production
Le terbium est rare, avec une concentration d’environ 1,2 ppm. Il est présent dans la bastnäsite, la monazite et la xénotime, aux côtés du gadolinium et du dysprosium. Il ne forme pas de minéraux qui lui soient propres. Il est obtenu par dissolution acide, puis séparé avec précision par extraction par solvant. Le métal est ensuite produit par électrolyse ou par réduction au calcium dans des creusets en tantale.
Histoire et origine du nom
Carl Gustaf Mosander en a entrevu la présence en 1843 dans de l’yttria impur et l’a nommé terbium, d’après Ytterby, un village suédois qui a donné son nom à quatre éléments. Sa séparation à l’état pur a pris un siècle, car il était confondu avec l’erbium et l’yttrium. Urbain et James l’ont isolé au XXe siècle. Les luminophores utilisés dans les téléviseurs l’ont fait sortir de l’oubli.
Applications et importance de l'terbium
Utilisations de l'élément
Dans l’alliage Terfenol-D, associé au fer et au dysprosium, le terbium contribue à une déformation sous l’effet d’un champ magnétique. Les sonars, les injecteurs de carburant et les actionneurs de précision peuvent ainsi produire des vibrations commandées électriquement. Il est également utilisé comme élément d’alliage dans des aciers magnétostrictifs et pour l’étalonnage d’instruments.
Utilisations de ses composés
L’oxyde et les borates de terbium produisent la lumière verte des lampes fluorescentes, des écrans et des billets de banque sécurisés. Associé à la zircone, il contribue à stabiliser les matériaux des piles à combustible fonctionnant à haute température. Avec d’autres lanthanides, il entre également dans la composition de céramiques magnétocaloriques.
Santé, sécurité et environnement
Rôle biologique
Le terbium n’a aucune fonction biologique connue et n’est que très peu absorbé par l’organisme. Les luminophores vitrifiés ne libèrent pas de terbium pendant leur utilisation. Les isotopes médicaux sont manipulés uniquement dans des établissements hospitaliers, avec un blindage adapté et un contrôle dosimétrique.
Sécurité
La poudre métallique peut s’enflammer et doit être manipulée sous atmosphère inerte avec un système d’extraction. Les dispositifs finis ne présentent pas de risque d’exposition dans des conditions normales d’utilisation. Les risques concernent principalement les activités industrielles, notamment l’usinage et la manipulation de fluorures corrosifs.
Environnement
La faible teneur en terbium des minerais impose de déplacer de grandes quantités de roche pour en obtenir un kilogramme, ce qui entraîne une production de déchets et une consommation de réactifs. En contrepartie, chaque gramme utilisé dans des lampes efficaces contribue à économiser de l’électricité pendant des années. Le recyclage des luminophores permet de récupérer le terbium, ainsi que l’europium et l’yttrium.
Questions fréquentes sur l' Terbium
Pourquoi le terbium produit-il une lumière verte ?
Les composés du terbium émettent une lumière verte caractéristique lorsqu’ils absorbent de l’énergie provenant d’une source telle que les rayons ultraviolets, des électrons ou d’autres types de rayonnement. Cette émission résulte de transitions électroniques au sein de l’ion de terbium, qui libèrent l’énergie absorbée sous forme de lumière visible. Cette propriété le rend utile comme activateur de luminophores verts dans les écrans, les lampes et les dispositifs d’affichage.
Le terbium est-il dangereux ?
Le terbium n’est généralement pas présent sous forme libre dans la vie quotidienne, et les composés utilisés dans les luminophores et les dispositifs sont habituellement intégrés à des matériaux solides. Cependant, le métal pur peut être réactif et sa manipulation industrielle exige des précautions, notamment lorsqu’il se présente sous forme de poudre fine. Pour le grand public, l’exposition est minime ; les risques dépendent de la forme chimique, de la concentration et des conditions de manipulation.
Quel est le lien entre le terbium et la médecine nucléaire ?
Certains isotopes du terbium, comme le terbium 149, font l’objet de recherches pour la radiothérapie ciblée par particules alpha. Ces particules peuvent endommager les cellules tumorales de manière très localisée, avec la possibilité de réduire les effets sur les tissus sains voisins. Il s’agit d’applications expérimentales ou en cours de développement, et non d’un usage courant de l’élément. La médecine nucléaire exploite ainsi les propriétés radioactives très spécifiques de certains isotopes.
Quelle est la différence entre le terbium et l’europium dans l’éclairage ?
Tous deux sont des lanthanides utilisés dans les luminophores, mais ils émettent des couleurs différentes : le terbium se distingue par sa lumière verte, tandis que l’europium peut produire une émission rouge ou bleue selon le composé. Dans un écran ou une lampe, ces matériaux peuvent être associés à d’autres luminophores pour obtenir une lumière blanche ou des couleurs spécifiques. Le choix dépend de la longueur d’onde recherchée, de l’efficacité lumineuse et de la stabilité du matériau.
À quoi sert le terbium dans les écrans et les lampes ?
Le terbium est utilisé dans les luminophores verts des téléviseurs, des moniteurs, des lampes fluorescentes et d’autres dispositifs luminescents. Ses composés peuvent être associés à des luminophores rouges et bleus pour produire une lumière blanche ou reproduire une gamme de couleurs plus étendue. Il est également utilisé dans des matériaux pour lasers et dans des technologies d’éclairage à haut rendement. Sa fonction principale est de convertir l’énergie en une lumière verte stable et contrôlable.
À quoi sert le terbium dans les piles à combustible ?
L’oxyde de terbium peut être utilisé avec le dioxyde de zirconium comme stabilisant cristallin dans les piles à combustible fonctionnant à haute température. Cette combinaison contribue à préserver la stabilité structurelle du matériau céramique lorsqu’il est soumis à des cycles thermiques exigeants. Une meilleure stabilité favorise la durabilité et les performances du composant, un aspect essentiel des technologies d’énergie propre et de conversion électrochimique.
D’où provient le terbium ?
Le terbium est extrait de minéraux de terres rares, notamment la bastnäsite et la monazite, dans lesquels il est mélangé à d’autres lanthanides. Après l’extraction et le traitement chimique du minerai, il est séparé par des techniques telles que l’extraction par solvant et l’échange d’ions. Il peut ensuite être obtenu sous forme d’oxyde de terbium, une forme couramment utilisée pour fabriquer des luminophores, des céramiques et des matériaux optiques.
Principales sources consultées : PubChem, Royal Society of Chemistry, NIST, IUPAC. Dernière révision : novembre 2026.