O térbio é sintetizado nas estrelas principalmente pelo processo s (captura lenta de nêutrons) que ocorre em estrelas AGB (gigantes assintóticas) de baixa a média massa. Ao contrário do európio, que é dominado pelo processo r, o térbio apresenta uma contribuição significativa do processo s, estimada em cerca de 70-80% de sua abundância solar. O restante provém do processo r (captura rápida de nêutrons) durante eventos explosivos como supernovas. Essa origem mista, mas dominada pelo processo s, classifica-o entre as "terras raras intermediárias".
A abundância cósmica do térbio é de cerca de 1,7×10⁻¹² vezes a do hidrogênio em número de átomos, tornando-o cerca de 1,4 vezes mais abundante que o gadolínio, mas 5 a 6 vezes menos abundante que o cério. Essa raridade relativa é explicada por sua posição no "vale" das abundâncias das terras raras pesadas e pelo fato de seu núcleo ter um número ímpar de prótons (65), o que tende a reduzir sua abundância de acordo com a regra de Oddo-Harkins (elementos com Z par são geralmente mais abundantes que seus vizinhos com Z ímpar).
O térbio é um traçador importante do processo s em astrofísica. Sua abundância relativa em comparação com outros lantanídeos em estrelas de diferentes gerações permite quantificar a contribuição das estrelas AGB para o enriquecimento químico da Galáxia. Estrelas enriquecidas em elementos do processo s (como as estrelas de bário) frequentemente mostram razões Tb/Eu elevadas, características de uma nucleossíntese dominada pelo processo s em vez do processo r. O estudo do térbio em estrelas pobres em metais ajuda a datar o aparecimento das primeiras estrelas AGB no Universo.
A detecção do térbio em atmosferas estelares é particularmente difícil devido à fraqueza e sobreposição de suas linhas espectrais com as de outros elementos. As linhas do íon Tb II (térbio uma vez ionizado) são as mais acessíveis, mas requerem espectros de alta resolução e alta relação sinal/ruído. Apesar dessas dificuldades, o térbio foi detectado em algumas estrelas do halo galáctico e em estrelas enriquecidas em elementos do processo s. Essas detecções fornecem restrições valiosas sobre os modelos de nucleossíntese estelar e sobre a eficiência relativa dos processos s e r na produção de terras raras pesadas.
O térbio recebe seu nome da vila sueca de Ytterby, localizada na ilha de Resarö, perto de Estocolmo. Essa pequena vila possui uma pedreira de feldspato e quartzo que forneceu vários minerais contendo terras raras. Ytterby é famosa por dar seu nome a nada menos que quatro elementos: ítrio (Y), térbio (Tb), érbio (Er) e itérbio (Yb). O nome "térbio" foi formado por analogia com os outros elementos descobertos nos minerais dessa localidade.
O térbio foi descoberto em 1843 pelo químico sueco Carl Gustaf Mosander (1797-1858), que trabalhava no Instituto Karolinska de Estocolmo. Mosander estudava um mineral de ítria (óxido de ítrio) de Ytterby. Após múltiplas cristalizações fracionadas, ele conseguiu separar esse óxido em três compostos distintos que chamou de ítria (branca), érbia (rosa) e térbia (amarela). A "térbia" que ele havia isolado continha principalmente óxido de térbio, embora a purificação completa do elemento tenha levado várias décadas a mais.
Durante vários anos, houve confusão em relação aos nomes "térbia" e "érbia". Alguns químicos trocaram as denominações, atribuindo o nome "térbia" ao que hoje chamamos de érbia (óxido de érbio) e vice-versa. Não foi até o final do século XIX que a nomenclatura foi definitivamente fixada de acordo com a descoberta original de Mosander. O isolamento do térbio metálico relativamente puro foi realizado pela primeira vez em 1905 pelo químico francês Georges Urbain, que usou eletrólise de sais fundidos de térbio.
O térbio está presente na crosta terrestre em uma concentração média de cerca de 1,2 ppm (partes por milhão), tornando-o um dos lantanídeos mais raros, comparável ao lutécio e ao túlio. É cerca de 5 vezes menos abundante que o gadolínio. Os principais minerais contendo térbio são a bastnasita ((Ce,La,Nd,Tb)CO₃F) e a monazita ((Ce,La,Nd,Tb,Th)PO₄), onde representa tipicamente 0,02 a 0,1% do teor total de terras raras, e a xenotima (YPO₄) onde pode estar mais concentrado.
A produção mundial de óxido de térbio (Tb₄O₇) é de cerca de 10 a 15 toneladas por ano, tornando-o uma das terras raras menos produzidas em termos de massa. Devido à sua raridade e aplicações de alto valor, o térbio é uma das terras raras mais caras, com preços típicos de 1.000 a 2.000 dólares por quilograma de óxido (ou mais durante picos de demanda). A China domina a produção com mais de 90% do total mundial.
O térbio metálico é produzido principalmente por redução metalotérmica do fluoreto de térbio (TbF₃) com cálcio metálico em atmosfera inerte de argônio. A produção anual mundial de térbio metálico é de cerca de 5 a 10 toneladas. A reciclagem do térbio de lâmpadas fluorescentes usadas e ímãs é tecnicamente possível e economicamente interessante devido ao seu alto preço, mas a infraestrutura de reciclagem em grande escala ainda é limitada.
O térbio (símbolo Tb, número atômico 65) é o nono elemento da série dos lantanídeos, pertencente às terras raras do bloco f da tabela periódica. Seu átomo tem 65 prótons, 94 nêutrons (para o único isótopo estável \(\,^{159}\mathrm{Tb}\)) e 65 elétrons com a configuração eletrônica [Xe] 4f⁹ 6s². Essa configuração confere ao térbio suas propriedades magnéticas e luminescentes características.
O térbio é um metal cinza-prateado, maleável, dúctil e macio o suficiente para ser cortado com uma faca. Tem uma estrutura cristalina hexagonal compacta (HC) à temperatura ambiente. O térbio é fortemente paramagnético e torna-se antiferromagnético abaixo de 230 K (-43 °C), depois ferromagnético abaixo de 220 K (-53 °C). Sua temperatura de Curie é de 222 K (-51 °C). Embora essas temperaturas estejam bem abaixo da temperatura ambiente, o térbio é crucial em ligas magnetostritivas como o Terfenol-D (Tb-Dy-Fe) que exibem propriedades magnéticas excepcionais à temperatura ambiente.
O térbio funde a 1356 °C (1629 K) e ferve a 3230 °C (3503 K). Como a maioria dos lantanídeos, tem pontos de fusão e ebulição elevados. O térbio sofre uma transformação alotrópica a 1289 °C onde sua estrutura cristalina muda de hexagonal compacta (HC) para cúbica de corpo centrado (CCC). Sua condutividade elétrica é pobre, cerca de 30 vezes menor que a do cobre. O térbio também exibe magnetorresistência gigante em baixas temperaturas.
O térbio é relativamente estável em ar seco à temperatura ambiente, mas oxida lentamente para formar óxido Tb₄O₇ (uma mistura de Tb₂O₃ e TbO₂). Oxida-se mais rapidamente quando aquecido. O térbio reage lentamente com água fria e mais rapidamente com água quente para formar hidróxido de térbio(III) Tb(OH)₃ e liberar hidrogênio. Dissolve-se facilmente em ácidos minerais diluídos. O térbio metálico deve ser armazenado sob óleo mineral ou em atmosfera inerte para evitar a oxidação gradual.
Ponto de fusão do térbio: 1629 K (1356 °C).
Ponto de ebulição do térbio: 3503 K (3230 °C).
Temperatura de Curie do térbio: 222 K (-51 °C) - ferromagnético abaixo.
Temperatura de Néel (transição antiferromagnética): 230 K (-43 °C).
Estrutura cristalina à temperatura ambiente: Hexagonal compacta (HC).
| Isótopo / Notação | Prótons (Z) | Nêutrons (N) | Massa atômica (u) | Abundância natural | Meia-vida / Estabilidade | Decaimento / Observações |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Térbio-159 — \(\,^{159}\mathrm{Tb}\,\) | 65 | 94 | 158,925346 u | ≈ 100 % | Estável | Único isótopo estável natural do térbio. Tem 94 nêutrons e é levemente fissível. |
| Térbio-157 — \(\,^{157}\mathrm{Tb}\,\) | 65 | 92 | 156,924023 u | Sintético | ≈ 71 anos | Radioativo (CE). Usado em pesquisa e como fonte para a produção de isótopos médicos. |
| Térbio-158 — \(\,^{158}\mathrm{Tb}\,\) | 65 | 93 | 157,925413 u | Sintético | ≈ 180 anos | Radioativo (CE, β⁺). Emissor gama usado em pesquisa e análise por ativação neutrônica. |
| Térbio-160 — \(\,^{160}\mathrm{Tb}\,\) | 65 | 95 | 159,927167 u | Sintético | ≈ 72,3 dias | Radioativo (β⁻). Produzido em reatores nucleares, usado em pesquisa e medicina nuclear. |
| Térbio-161 — \(\,^{161}\mathrm{Tb}\,\) | 65 | 96 | 160,929369 u | Sintético | ≈ 6,91 dias | Radioativo (β⁻). Emissor beta de baixa energia, estudado para aplicações em terapia direcionada (radioterapia). |
N.B. :
Camadas eletrônicas: Como os elétrons estão organizados ao redor do núcleo.
O térbio tem 65 elétrons distribuídos em seis camadas eletrônicas. Sua configuração eletrônica [Xe] 4f⁹ 6s² tem nove elétrons na subcamada 4f. Essa configuração também pode ser escrita como: K(2) L(8) M(18) N(18) O(27) P(2), ou de forma completa: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f⁹ 5s² 5p⁶ 6s².
Camada K (n=1): contém 2 elétrons na subcamada 1s. Esta camada interna está completa e é muito estável.
Camada L (n=2): contém 8 elétrons distribuídos em 2s² 2p⁶. Esta camada está completa, formando uma configuração de gás nobre (neônio).
Camada M (n=3): contém 18 elétrons distribuídos em 3s² 3p⁶ 3d¹⁰. Esta camada completa contribui para a blindagem eletrônica.
Camada N (n=4): contém 18 elétrons distribuídos em 4s² 4p⁶ 4d¹⁰. Esta camada forma uma estrutura estável.
Camada O (n=5): contém 27 elétrons distribuídos em 5s² 5p⁶ 4f⁹ 5d⁰. Os nove elétrons 4f conferem ao térbio suas propriedades magnéticas e luminescentes características.
Camada P (n=6): contém 2 elétrons na subcamada 6s². Estes elétrons são os elétrons de valência externos do térbio.
O térbio tem efetivamente 11 elétrons de valência: nove elétrons 4f⁹ e dois elétrons 6s². O térbio apresenta principalmente o estado de oxidação +3, que é de longe o mais estável e comum. Neste estado, o térbio perde seus dois elétrons 6s e um elétron 4f para formar o íon Tb³⁺ com a configuração eletrônica [Xe] 4f⁸. Este íon tem oito elétrons na subcamada 4f e apresenta uma luminescência verde intensa característica.
O térbio também pode formar compostos no estado de oxidação +4, embora estes sejam muito menos estáveis e requeiram condições oxidantes. O íon Tb⁴⁺ tem a configuração [Xe] 4f⁷ (semi-preenchida), o que lhe confere certa estabilidade, semelhante à do íon Gd³⁺. Compostos de térbio(IV) como o TbO₂ (dióxido de térbio) existem, mas são oxidantes poderosos e se decompõem facilmente, liberando oxigênio. Alguns compostos raros de térbio(II) também foram sintetizados em condições extremas, mas são muito instáveis.
A química do térbio é, portanto, dominada pelo estado +3. O íon Tb³⁺ tem um raio iônico de 106,3 pm (para um número de coordenação 8) e forma complexos incolores ou levemente coloridos (amarelo pálido) em solução aquosa. Sua química de coordenação é rica, com uma preferência por ligantes doadores de oxigênio. As propriedades luminescentes de Tb³⁺ são particularmente exploradas em aplicações tecnológicas.
O térbio metálico oxida-se lentamente no ar seco à temperatura ambiente, formando uma fina camada de óxido que protege parcialmente o metal subjacente. Quando aquecido acima de 150-200 °C, a oxidação acelera e o térbio queima para formar principalmente o óxido misto Tb₄O₇ (que corresponde a Tb₂O₃·TbO₂): 8Tb + 7O₂ → 2Tb₄O₇. Em forma de pó fino, o térbio é pirofórico e pode inflamar-se espontaneamente no ar. O óxido de térbio(III) Tb₂O₃ pode ser obtido reduzindo Tb₄O₇ sob uma atmosfera de hidrogênio em alta temperatura.
O térbio reage lentamente com a água fria e mais rapidamente com a água quente para formar hidróxido de térbio(III) Tb(OH)₃ e liberar gás hidrogênio: 2Tb + 6H₂O → 2Tb(OH)₃ + 3H₂↑. O hidróxido precipita como um sólido branco gelatinoso com baixa solubilidade. Como com outros lantanídeos, a reação não é tão vigorosa quanto com os metais alcalinos ou alcalino-terrosos, mas é notável e pode ser observada a longo prazo se o metal estiver exposto à umidade.
O térbio reage com todos os halogênios para formar os tri-haletos correspondentes: 2Tb + 3F₂ → 2TbF₃ (fluoreto branco); 2Tb + 3Cl₂ → 2TbCl₃ (cloreto branco). O térbio dissolve-se facilmente em ácidos minerais diluídos (clorídrico, sulfúrico, nítrico) com liberação de hidrogênio e formação dos sais correspondentes de Tb³⁺: 2Tb + 6HCl → 2TbCl₃ + 3H₂↑.
O térbio reage com hidrogênio em temperaturas moderadas (300-400 °C) para formar TbH₂, depois TbH₃ em temperaturas mais altas. Com enxofre, forma o sulfeto Tb₂S₃. Reage com nitrogênio em alta temperatura (>1000 °C) para formar o nitreto TbN, e com carbono para formar o carbeto TbC₂. O térbio também forma muitos complexos de coordenação com ligantes orgânicos, explorados em particular em marcadores luminescentes e materiais ópticos.
A propriedade mais notável do térbio é sua intensa luminescência verde. O íon Tb³⁺ é um dos íons de lantanídeos mais luminescentes, emitindo luz verde brilhante principalmente em torno de 545 nm (transição ⁵D₄ → ⁷F₅) quando excitado por UV (geralmente em torno de 254 nm ou 365 nm). Esta emissão verde pura com alto rendimento quântico (até 90% em matrizes ótimas como óxidos ou fluoretos) faz do térbio o fósforo verde padrão para muitas aplicações. A emissão consiste, na verdade, em várias linhas estreitas que correspondem a transições para diferentes níveis ⁷FJ (J=6,5,4,3...), sendo a linha a 545 nm a mais intensa.
A aplicação que tornou o térbio famoso foi seu uso como ativador principal nos fósforos verdes das lâmpadas fluorescentes "trifósforo" de alta eficiência e bom rendimento de cor. O fósforo padrão é o fosfato de lantânio e cério dopado com térbio: LaPO₄:Ce³⁺,Tb³⁺ (muitas vezes chamado de LAP). Neste material, os íons Ce³⁺ absorvem eficientemente a radiação UV do mercúrio (254 nm) e transferem energia para os íons Tb³⁺ vizinhos, que então emitem luz verde brilhante a 545 nm. Combinado com fósforos azuis (BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺) e vermelhos (Y₂O₃:Eu³⁺), produz luz branca de alta qualidade com um índice de reprodução de cor (IRC) superior a 80.
O fósforo LaPO₄:Ce³⁺,Tb³⁺ tem um rendimento quântico excepcional (quase 100% em condições ótimas), alta estabilidade térmica e química, e cor verde pura. Uma lâmpada fluorescente compacta típica de 20W contém cerca de 50-100 miligramas deste fósforo, o que corresponde a alguns miligramas de térbio. Esta aplicação representou durante décadas a maior parte do consumo mundial de térbio, antes de ser gradualmente substituída pelos LEDs. A eficácia luminosa das lâmpadas trifósforo atinge 80-100 lúmens por watt, 4 a 5 vezes a das lâmpadas incandescentes.
Com o advento dos LEDs brancos, o térbio encontrou novas aplicações em conversores de fósforo. Para LEDs verdes puros, são usados materiais como o silicato de estrôncio e alumínio dopado com térbio (SrAl₂O₄:Tb³⁺) ou YAG dopado com térbio. Nos LEDs brancos, misturas de fósforos contendo térbio (verde) com fósforos azuis e vermelhos permitem um espectro completo e alto IRC. A pesquisa está em andamento para desenvolver fósforos dopados com térbio em nitretos ou oxinitretos, que oferecem melhor estabilidade em altas temperaturas e maior eficiência.
A magnetostrição é a propriedade que certos materiais têm de mudar de forma ou dimensões sob a influência de um campo magnético. O Terfenol-D (nome comercial derivado de TERbio, FE (ferro), Naval Ordnance Laboratory, e D para disprósio) é uma liga de composição aproximada Tb0,3Dy0,7Fe₂ que apresenta magnetostrição gigante à temperatura ambiente. Pode alongar-se ou contrair-se até 0,1 a 0,2% de seu comprimento sob a ação de um campo magnético, o que é cerca de 50 a 100 vezes mais do que os materiais magnetostritivos tradicionais como o níquel.
O Terfenol-D é uma liga baseada em terras raras (térbio e disprósio) e ferro. A combinação de térbio e disprósio permite ajustar as propriedades magnéticas para obter uma magnetostrição ideal à temperatura ambiente, ao mesmo tempo em que minimiza a anisotropia magnética. O ferro fornece o acoplamento magnético. A liga geralmente se apresenta na forma de monocristais ou materiais com textura direcional para maximizar o efeito em uma direção preferida. O teor de térbio é crucial para o desempenho, mas contribui significativamente para o alto custo do material.
O Terfenol-D é usado em atuadores de precisão (transdutores de sonar, injetores de combustível de controle magnético, sistemas de posicionamento micro e nanométrico), sensores (sensores de força e torque, hidrofones), transdutores ultrassônicos (imagem médica, limpeza por ultrassom) e sistemas de controle de vibração (amortecimento ativo). Sua capacidade de converter energia magnética em movimento mecânico (e vice-versa) com grande força, resposta rápida e alta precisão o torna um material único para muitas aplicações de alta tecnologia. Um atuador típico pode conter de alguns gramas a várias centenas de gramas de Terfenol-D.
Os complexos orgânicos de térbio (geralmente com ligantes β-dicetonatos) exibem uma luminescência verde intensa sob iluminação UV e uma longa vida útil de fluorescência (da ordem de milissegundos), tornando-os ideais para aplicações de segurança. São usados em tintas de impressão para cédulas, passaportes, cartões de identidade, etiquetas de produtos farmacêuticos e de luxo. A luminescência verde do térbio é frequentemente combinada com a luminescência vermelha do európio para criar efeitos de cor complexos difíceis de reproduzir.
Nanopartículas ou microesferas dopadas com térbio podem ser incorporadas em materiais (plásticos, tintas, tintas) para criar marcadores invisíveis a olho nu, mas detectáveis por fluorescência sob UV. Esses marcadores permitem a rastreabilidade de produtos, autenticação e prevenção de falsificação. A assinatura espectral única do térbio (linhas estreitas características) permite uma identificação sem ambiguidades. Sistemas mais sofisticados usam proporções específicas de íons de terras raras (incluindo térbio) para criar "códigos de barras" luminescentes.
Os quelatos de térbio (por exemplo, com EDTA ou derivados) apresentam fluorescência de longa duração, permitindo sua detecção usando técnicas de medição de tempo resolvido. Este método elimina eficientemente a fluorescência de fundo de curta duração dos componentes biológicos, aumentando significativamente a sensibilidade dos ensaios. Imunoensaios de fluorescência resolvida no tempo (TRFIA) que usam térbio são empregados para medir hormônios, marcadores tumorais, antígenos virais, etc., com limites de detecção muito baixos.
Os complexos de térbio estão sendo estudados como agentes de contraste para imagem por ressonância magnética (IRM), embora sejam menos eficazes do que os baseados em gadolínio. O térbio-161 (⁶¹Tb) é um isótopo radioativo emissor beta que está sendo estudado para radioterapia direcionada de cânceres (teragnóstico), especialmente quando acoplado a moléculas que visam especificamente células tumorais. A pesquisa sobre nanopartículas dopadas com térbio para imagem óptica e tratamento também está ativa.
O térbio e seus compostos apresentam toxicidade química moderada, semelhante a outros lantanídeos. Sais solúveis de térbio podem causar irritação cutânea, ocular e das vias respiratórias. A inalação de poeira de compostos de térbio pode causar irritação pulmonar. Estudos toxicológicos indicam toxicidade aguda baixa a moderada, com doses letais médias (DL50) para sais de térbio tipicamente superiores a 500-1000 mg/kg em roedores por via oral. Nenhum efeito cancerígeno, mutagênico ou teratogênico foi claramente demonstrado para o térbio.
Como outros lantanídeos, o térbio ingerido ou injetado acumula-se principalmente no fígado e no esqueleto ósseo. Sua meia-vida biológica é longa (vários anos para a fração óssea). O térbio não tem papel biológico conhecido e não é considerado um elemento essencial. Devido ao seu uso direto limitado em humanos (exceto como traçadores em pesquisa), a exposição da população geral é extremamente baixa e provém principalmente de fontes ambientais difusas.
As principais preocupações ambientais estão associadas à extração e refino de terras raras em geral, não especificamente ao térbio. A extração de um quilograma de térbio requer o processamento de várias centenas de toneladas de minério, gerando grandes volumes de resíduos, águas ácidas e, às vezes, resíduos radioativos (tório, urânio). Os sítios de mineração podem ter impactos significativos nos solos, águas e saúde dos trabalhadores se as práticas não forem controladas.
O térbio é classificado como "matéria-prima crítica" pela União Europeia e pelos Estados Unidos devido à sua importância econômica, aplicações estratégicas (defesa, alta tecnologia) e alta concentração geográfica de sua produção (China). Portanto, a reciclagem do térbio de lâmpadas fluorescentes usadas, ímãs e resíduos eletrônicos é uma prioridade para garantir o suprimento e reduzir o impacto ambiental. As técnicas de reciclagem (hidrometalurgia, pirometalurgia) são operacionais, mas requerem infraestruturas de coleta e triagem eficientes. As taxas atuais de reciclagem são baixas (menos de 1%), mas esperam-se aumentos com as regulamentações sobre resíduos de equipamentos elétricos e eletrônicos (REEE) e o aumento dos preços.
A exposição ocupacional ao térbio ocorre principalmente em plantas de produção de terras raras, fabricação de fósforos e instalações de reciclagem. Não existem limites específicos de exposição ocupacional para o térbio na maioria dos países. Aplicam-se recomendações gerais para poeiras de terras raras (tipicamente 5-10 mg/m³ para poeira respirável). Equipamentos de proteção individual (máscaras, luvas) e ventilação adequada são necessários em ambientes onde é provável a presença de poeira ou aerossóis de compostos de térbio.
Berílio (Z=4): um metal
raro com propriedades excepcionais 
