Einleitung

Terbium(III)-sulfat-Octahydrat lässt sich aus elementarem Terbium durch Reaktion mit verdünnter Schwefelsäure und anschließendem Eindunsten oder Eindampfen herstellen.

 

Verwendete Chemikalien

Chemikalie

GHS02 – Flamme

GHS07 – Ausrufezeichen

Gefahr

10.19 g Terbium, Tb – 158.93 g/mol

CAS-Nr.: 7440-27-9 – EG-Nr.: 231-137-6

Flam. Sol. 2, Self-heat. 1, Skin Irrit. 2, Eye Irrit. 2, Aquatic Chronic 4, WGK 3

H228 Entzündbarer Feststoff. H251 Selbsterhitzungsfähig; kann in Brand geraten. H315 Verursacht Hautreizungen. H319 Verursacht schwere Augenreizung. H413 Kann für Wasserorganismen schädlich sein, mit langfristiger Wirkung. P210 Von Hitze, heißen Oberflächen, Funken, offenen Flammen sowie anderen Zündquellen fernhalten. Nicht rauchen. P273 Freisetzung in die Umwelt vermeiden. P302 + P352 BEI BERÜHRUNG MIT DER HAUT: Mit viel Wasser waschen. P305 + P351 + P338 BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser ausspülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter ausspülen. P403 + P235 An einem gut belüfteten Ort aufbewahren. Kühl halten.

Sigma-Aldrich, 263206, SDB vom 02.10.2020

GHS05 – Ätzwirkung

Gefahr

8.64 g Schwefelsäure 95–97 %, H2SO4 – 98.08 g/mol

Schwefel(VI)-säure, Dihydrogensulfat, Monothionsäure, E 513, Vitriolöl (veraltet)

CAS-Nr.: 7664-93-9 – EG-Nr.: 231-639-5

Met. Corr. 1, Skin Corr. 1A, Eye Dam. 1, WGK 1

H290 Kann gegenüber Metallen korrosiv sein. H314 Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden. P234 Nur in Originalverpackung aufbewahren. P280 Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz/Gehörschutz tragen. P303 + P361 + P353 BEI BERÜHRUNG MIT DER HAUT (oder dem Haar): Alle kontaminierten Kleidungsstücke sofort ausziehen. Haut mit Wasser abwaschen. P304 + P340 + P310 BEI EINATMEN: Die Person an die frische Luft bringen und für ungehinderte Atmung sorgen. Sofort GIFTINFORMATIONSZENTRUM/Arzt anrufen. P305 + P351 + P338 BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser ausspülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter ausspülen. P363 Kontaminierte Kleidung vor erneutem Tragen waschen.

Sigma-Aldrich, 258105, SDB vom 12.08.2021

 

Produkt

Chemikalie

GHS07 – Ausrufezeichen

Achtung

Terbium(III)-sulfat-Octahydrat, Tb2(SO4)3 · 8 H2O – 750.16 g/mol

Terbiumsulfat-Octahydrat

CAS-Nr.: 13842-67-6 – EG-Nr.: 237-213-5

Skin Irrit. 2, Eye Irrit. 2, STOT SE 3 (Atmungssystem), WGK 3

H315 Verursacht Hautreizungen. H319 Verursacht schwere Augenreizung. H335 Kann die Atemwege reizen. P261 Einatmen von Staub/Rauch/Gas/Nebel/Dampf/Aerosol vermeiden. P305 + P351 + P338 BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser ausspülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter ausspülen.

Sigma-Aldrich, 325953, SDB vom 24.09.2019

 

Verwendete Geräte, Versuchsaufbau

Becherglas, Uhrglas, Magnetheizrührer, Filtrationszubehör

 

Versuchsdurchführung

Zubereitung von 69.1 g Schwefelsäure φ(H2SO4) = 0.12: 60.46 g dest. Wasser werden in ein 100 mL Becherglas gegeben und portionsweise unter Rühren 8.64 g Schwefelsäure 96 % zugefügt.

Ein Stück Terbium mit 10.19 g Gewicht wird in ein Becherglas gegeben und mit 69.1 g 12%iger Schwefelsäure übergossen. Nach kurzer Verzögerung setzt unter Erwärmung eine starke Wasserstoffentwicklung ein. Durch Abdecken mit einem Uhrglas lässt sich der entstehende Säurenebel zurückhalten. Bei Raumtemperatur wird das Reaktionsgemisch einige Tage stehengelassen, bis die Gasentwicklung fast völlig zum Erliegen kommt und ein bräunlicher Niederschlag zu erkennen ist, welcher sich auch beim Umschwenken nicht mehr auflöst. Das übrig gebliebene Terbium wird entnommen (1.30 g), die Lösung filtriert und abgedeckt stehen gelassen. Nach einigen Tagen bilden sich am Boden kleine Kristalle, die nach ein paar Wochen eine Größe von ca. 2 mm erreichen. Die Kristalle wurden abfiltriert, an der Luft getrocknet und das Filtrat unter Rühren eingedampft, um das noch gelöste Terbium(III)-sulfat als feines Kristallpulver zu erhalten. Wegen der inversen Löslichkeit des Salzes fällt in der Hitze bereits ein Großteil des Terbium(III)-sulfats aus. Das Produkt (sowohl Kristalle als auch das pulverförmige Salz) hat eventuell noch einen leichten Gelbstich, der sich auch durch Umkristallisieren ggf. nur schwer entfernen lässt. Um ein rein weißes Produkt zu erhalten, stellt Terbium(III,IV)-oxid vermutlich einen besseren Ausgangsstoff dar. Sollte sich beim Auflösen des Terbiums ein kristalliner Bodensatz aus Terbium(III)-sulfat bilden, kann mit Wasser bis zur Auflösung verdünnt und die entstandene Lösung eingedampft werden. Die nach der Säurebehandlung filtrierte Lösung kann auch direkt eingedampft oder eingedunstet werden. Alternativ lässt sich das Terbium(III)-sulfat mit Ethanol fällen. Die letztere Variante führt jedoch zu einer etwas geringeren Ausbeute.

Ausbeute: 20.51 g (98 % d. Th.) Terbium(III)-sulfat-Octahydrat; davon 15.1 g Kristalle und 5.41 g pulverförmiges Produkt.

 

Reaktionsgleichung

Terbium löst sich in Schwefelsäure zu Terbium(III)-sulfat, das als Octahydrat kristallisiert:

2 Tb(s) + 3 H2SO4(aq) → Tb2(SO4)3(s/aq) + 3 H2

 

Die vollständige Umsetzung der Schwefelsäure ist an der Bildung von braun-gelben Hydroxiden o. ä. erkennbar. Das Salz bildet leicht eine stark übersättigte Lösung, die nur äußerst langsam Kristalle abscheidet, wenn keine Kristallisationskeime vorhanden sind.

Die Verbindungen der Lanthanoiden haben sehr interessante und bemerkenswerte Eigenschaften. So zeigen viele dieser Verbindungen bei Bestrahlung mit UV-Licht eine Fluoreszenz. Auch Tribolumineszenz, beim Zerdrücken bzw. Zerbrechen von Kristallen, kann beobachtet werden. Tribolumineszenz ist eine Kaltlichtemission, die bei starker mechanischer Beanspruchung auftritt. Sie ist auch beim Zerschlagen von Kristallzucker oder beim Abrollen von Klebebändern zu beobachten. Siehe auch: https://de.wikipedia.org/wiki/Tribolumineszenz. In der Sichtbarkeit der Tribolumineszenz gibt es ganz gravierende Unterschiede: Erbium (nichts zu sehen) < Neodym (nur bei großen Kristallen und sehr schwach) < Holmium (sehr schwach) < Samarium (nur bei großen Kristallen) < Thulium, Praseodym < Saccharose < Terbium. Aber eine Eigenschaft erwartet man überhaupt nicht von diesen Salzen: Magnetismus! Einige Beispiele sind: Terbium(III)-sulfat, Dysprosium(III)-sulfat, Holmium(III)-sulfat, Erbium(III)-sulfat, Thulium(III)-sulfat und ihre Oxide. Salze anderer Lanthanoiden zeigen wiederum keinerlei magnetische Eigenschaften, wie z. B. die Sulfate von Praseodym (Pr2(SO4)3), Neodym (Nd2(SO4)3) und Samarium (Sm2(SO4)3).

 

Medien

Abb. 1 – Terbium [1].Abb. 2 – auflösen in Schwefelsäure (Beginn der Reaktion) [1].Abb. 3 – gewonnene Kristalle von Terbium(III)-sulfat-Octahydrat [1].Abb. 4 – aus der überstehenden Lösung durch Abdampfen gewonnenes pulverförmiges Terbium(III)-sulfat-Octahydrat [1].Abb. 5 – Fluoreszenz einiger Kristalle (bei > 254 nm, Niederdruck-Quecksilberdampflampe ohne Filter) [1].Abb. 6 – Fluoreszenz. © Patti (http://www.illumina-chemie.de) [1].Abb. 7 – Tribolumineszenz von Terbium(III)-sulfat-Octahydrat. (ISO 1600, F/1, Helligkeit und Kontrast etwas erhöht) [1].Abb. 8 – der Kugelmagnet hat einen Durchmesser von 1.0 cm. Terbium(III)-sulfat-Octahydrat [1].Abb. 9 – der Kugelmagnet hat einen Durchmesser von 1.0 cm. Holmium(III)-sulfat-Octahydrat [1].Abb. 10 – der Kugelmagnet hat einen Durchmesser von 1.0 cm. Erbium(III)-sulfat-Octahydrat [1].Abb. 11 – der Kugelmagnet hat einen Durchmesser von 1.0 cm. Thulium(III)-sulfat-Octahydrat [1].

 

Quellenangaben

[1]
Pok. Darstellung von Terbium(III)-sulfat. illumina-chemie.de, 2016. http://illumina-chemie.de/terbiumsulfat-t4136.html [18.11.2016] mit freundlicher Genehmigung von Pok.
[2]
J. A. Rard. Aqueous solubilities of praseodymium, europium, and lutetium sulfates. J. Solution Chem. 1988, 17 (6), 499–517.
DOI: 10.1007/BF00651459

 

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Terbium(III)-sulfat-Octahydrat

 

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