Holm - Holmium

Holmium,  67 Ho
Holmium2.jpg
Holmium
Wymowa / H l m i ə m / ( HOHL -mee-əm )
Wygląd srebrzystobiały
Średnia masa atomowa R STD (HO) 164 930 328 (7)
Holmium w układzie okresowym
Wodór Hel
Lit Beryl Bor Węgiel Azot Tlen Fluor Neon
Sód Magnez Aluminium Krzem Fosfor Siarka Chlor Argon
Potas Wapń Skand Tytan Wanad Chrom Mangan Żelazo Kobalt Nikiel Miedź Cynk Gal German Arsen Selen Brom Krypton
Rubid Stront Itr Cyrkon Niob molibden Technet Ruten Rod Paladium Srebro Kadm Ind Cyna Antymon Tellur Jod Ksenon
Cez Bar Lantan Cer Prazeodym Neodym promet Samar Europ Gadolin Terb Dysproz Holmium Erb Tul Iterb Lutet Hafn Tantal Wolfram Ren Osm Iryd Platyna Złoto Rtęć (pierwiastek) Tal Prowadzić Bizmut Polon Astatin Radon
Francium Rad Aktyn Tor Protaktyn Uran Neptun Pluton Ameryk Kiur Berkel Kaliforn Einsteina Ferm Mendelew Nobel Wawrzyńca Rutherford Dubnium Seaborgium Bohrium Hass Meitnerium Darmsztadt Rentgen Kopernik Nihon Flerow Moskwa Livermorium Tennessine Oganesson


Ho

Es
dysprozholmerb
Liczba atomowa ( Z ) 67
Grupa grupa nie dotyczy
Kropka okres 6
Blok   f-blok
Konfiguracja elektronów [ Xe ] 4f 11 6s 2
Elektrony na powłokę 2, 8, 18, 29, 8, 2
Właściwości fizyczne
Faza STP solidny
Temperatura topnienia 1734  K (1461 ° C, ​2662 ° F)
Temperatura wrzenia 2873 K ​(2600 °C, ​4712 °F)
Gęstość (w pobliżu  rt ) 8,79 g / cm 3
w stanie ciekłym (przy  mp ) 8,34 g / cm 3
Ciepło stapiania 17,0  kJ/mol
Ciepło parowania 251 kJ/mol
Molowa pojemność cieplna 27,15 J/(mol·K)
Ciśnienie pary
P  (Pa) 1 10 100 1 tys 10 tys 100 tys
T  (K) 1432 1584 (1775) (2040) (2410) (2964)
Właściwości atomowe
Stany utleniania 0, +1, +2, +3podstawowy tlenek)
Elektroujemność Skala Paulinga: 1,23
Energie jonizacji
Promień atomowy empiryczny: 176  pm
Promień kowalencyjny 192±19:00
Kolorowe linie w zakresie spektralnym
Linie widmowe holmium
Inne właściwości
Naturalne występowanie pierwotny
Struktura krystaliczna sześciokątne ciasno upakowane (hcp)
Sześciokątna, ściśle upakowana struktura krystaliczna dla holmium
Prędkość dźwięku cienki pręt 2760 m/s (przy 20 °C)
Rozszerzalność cieplna poli: 11,2 µm/(m⋅K) (w temperaturze  pokojowej )
Przewodność cieplna 16,2 W/(m⋅K)
Rezystancja poli: 814 nΩ⋅m (w temperaturze  pokojowej )
Zamawianie magnetyczne paramagnetyczny
Moduł Younga 64,8 GPa
Moduł ścinania 26,3 GPa
Moduł objętościowy 40,2 GPa
Współczynnik Poissona 0,231
Twardość Vickersa 410–600 MPa
Twardość Brinella 500–1250 MPa
Numer CAS 7440-60-0
Historia
Odkrycie Jacques-Louis Soret i Marc Delafontaine (1878)
Główne izotopy holmu
Izotop Obfitość Okres półtrwania ( t 1/2 ) Tryb zaniku Produkt
163 Ho syn 4570 lat ε 163 Dy
164 Ho syn 29 minut ε 164 Dy
165 Ho 100% stabilny
166 Ho syn 26,763 godz β 166 Er
167 Ho syn 3,1 godz β 167 Er
Kategoria Kategoria: Holmium
| Bibliografia

Holm to pierwiastek chemiczny o symbolu Ho i liczbie atomowej 67. Holmium należy do serii lantanowców , jest pierwiastkiem ziem rzadkich .

Holmium został odkryty przez wyizolowanie przez szwedzkiego chemika Pera Theodora Cleve'a oraz niezależnie przez Jacques-Louis Soret i Marc Delafontaine , którzy zaobserwowali go spektroskopowo w 1878 roku. Jego tlenek został po raz pierwszy wyizolowany z rud metali rzadkich przez Cleve'a w 1878 roku. Nazwa pierwiastka pochodzi od Holmia , łacińska nazwa miasta Sztokholm .

Holmium elementarny jest stosunkowo miękkim i plastycznym srebrzystobiałym metalem . Jest zbyt reaktywny, aby można go było znaleźć w naturze w postaci niezwiązanej, ale po wyizolowaniu jest stosunkowo stabilny w suchym powietrzu w temperaturze pokojowej. Jednak reaguje z wodą i łatwo koroduje, a także pali się w powietrzu po podgrzaniu.

Holm znajduje się w minerałach monacycie i gadolinicie i zwykle jest komercyjnie pozyskiwany z monazytu przy użyciu technik wymiany jonowej . Jego związki w przyrodzie i prawie w całej jego chemii laboratoryjnej są trójwartościowo utlenione, zawierające jony Ho(III). Trójwartościowe jony holmu mają właściwości fluorescencyjne podobne do wielu innych jonów metali ziem rzadkich (przy czym dają własny zestaw unikalnych linii świetlnych emisji), a zatem są używane w taki sam sposób, jak niektóre inne metale ziem rzadkich w niektórych zastosowaniach laserowych i barwników szkła.

Holmium ma najwyższą przenikalność magnetyczną spośród wszystkich pierwiastków i dlatego jest używany do tworzenia nabiegunników najsilniejszych magnesów statycznych . Ponieważ holm silnie pochłania neutrony, jest również używany jako palna trucizna w reaktorach jądrowych.

Charakterystyka

Właściwości fizyczne

Ho 2 O 3 , po lewej: światło naturalne, po prawej: pod świetlówką z zimną katodą

Holmium jest stosunkowo miękkim i plastycznym pierwiastkiem, który jest dość odporny na korozję i stabilny w suchym powietrzu w standardowej temperaturze i ciśnieniu . W wilgotnym powietrzu iw wyższych temperaturach jednak szybko się utlenia , tworząc żółtawy tlenek. W czystej postaci holmium ma metaliczny, jasny srebrzysty połysk.

Tlenek holmu ma dość dramatyczne zmiany koloru w zależności od warunków oświetleniowych. W świetle dziennym ma brązowożółty kolor. W świetle trójchromatycznym jest ognistopomarańczowo-czerwony, prawie nie do odróżnienia od tlenku erbu w tych samych warunkach oświetleniowych. Postrzegana zmiana koloru jest związana z ostrymi pasmami absorpcji holmu oddziałujących z podzbiorem ostrych pasm emisji trójwartościowych jonów europu i terbu, działających jak luminofory.

Holmium ma najwyższy moment magnetyczny (10,6  µm
b
) dowolnego naturalnie występującego pierwiastka i posiada inne niezwykłe właściwości magnetyczne. W połączeniu z itrem tworzy związki silnie magnetyczne . Holmium jest paramagnetyczny w warunkach otoczenia, ale ferromagnetyczny w temperaturach poniżej19  K .

Właściwości chemiczne

Metal holmowy matowieje powoli w powietrzu i pali się łatwo, tworząc tlenek holmu(III) :

4 Ho + 3 O 2 → 2 Ho 2 O 3

Holmium jest dość elektrododatni i generalnie jest trójwartościowy. Reaguje powoli z zimną wodą i dość szybko z gorącą wodą, tworząc wodorotlenek holmu:

2 Ho (s) + 6 H 2 O (l) → 2 Ho(OH) 3 (aq) + 3 H 2 (g)

Metal holmowy reaguje ze wszystkimi halogenami:

2 Ho (s) + 3 F 2 (g) → 2 HoF 3 (s) [różowy]
2 Ho (s) + 3 Cl 2 (g) → 2 HoCl 3 (s) [żółty]
2 Ho (s) + 3 Br 2 (g) → 2 HoBr 3 (s) [żółty]
2 Ho (s) + 3 I 2 (g) → 2 HoI 3 (s) [żółty]

Holmium łatwo rozpuszcza się w rozcieńczonym kwasie siarkowym, tworząc roztwory zawierające żółte jony Ho(III), które istnieją jako kompleksy [Ho(OH 2 ) 9 ] 3+ :

2 Ho (s) + 3 H 2 SO 4 (roztwór wodny) → 2 Ho 3+ (roztwór wodny) + 3 SO2-
4
(roztwór wodny) + 3 H 2 (g)

Najczęstszym stopniem utlenienia Holmium jest +3. Holmium w roztworze ma postać Ho 3+ otoczonego dziewięcioma cząsteczkami wody. Holm rozpuszcza się w kwasach.

Izotopy

Naturalny holm zawiera jeden stabilny izotop , holm-165. Znane są niektóre syntetyczne izotopy promieniotwórcze; najbardziej stabilny jest holmium-163, z okresem półtrwania 4570 lat. Wszystkie inne radioizotopy mają okres półtrwania w stanie podstawowym nie dłuższy niż 1,117 dni, a większość ma okres półtrwania poniżej 3 godzin. Jednak metastabilny 166m1 Ho ma okres półtrwania około 1200 lat ze względu na wysoki spin . Fakt ten, w połączeniu z wysoką energią wzbudzenia, skutkującą szczególnie bogatym spektrum rozpadu promieni gamma wytwarzanych, gdy stan metastabilny ulega dezaktywacji, sprawia, że ​​izotop ten jest przydatny w eksperymentach fizyki jądrowej jako środek do kalibracji odpowiedzi energetycznych i wewnętrznej wydajności spektrometrów promieniowania gamma .

Historia

Holmium ( Holmia , łacińska nazwa Sztokholmu ) została odkryta przez Jacquesa-Louisa Soreta i Marca Delafontaine'a w 1878 roku, którzy zauważyli nieprawidłowe pasma absorpcji spektrograficznej nieznanego wówczas pierwiastka (nazywali go "Elementem X").

Co więcej, Per Teodor Cleve niezależnie odkrył ten pierwiastek podczas pracy nad ziemią erbową ( tlenek erbu ) i jako pierwszy go wyizolował. Korzystając z metody opracowanej przez Carla Gustafa Mosandera , Cleve najpierw usunął wszystkie znane zanieczyszczenia z Erbii. Efektem tych starań były dwa nowe materiały, jeden brązowy i jeden zielony. Nazwał brązową substancję holmia (od łacińskiej nazwy rodzinnego miasta Cleve, Sztokholm), a zieloną thulia. Holmia okazała się później tlenkiem holmu , a thulia była tlenkiem tulu .

W klasycznej pracy Henry'ego Moseleya o liczbach atomowych holmium przypisano liczbę atomową 66. Najwyraźniej preparat holmium, który miał zbadać, był rażąco zanieczyszczony, zdominowany przez sąsiednie (i nie wykreślone) dysproz. Zobaczyłby linie emisji promieniowania rentgenowskiego dla obu pierwiastków, ale założył, że dominujące należały do ​​holmu, a nie do domieszki dysprozu.

Występowanie i produkcja

Jak wszystkie inne pierwiastki ziem rzadkich, holm nie występuje naturalnie jako wolny pierwiastek. Występuje w połączeniu z innymi pierwiastkami w gadolinicie (czarna część okazu na ilustracji po prawej), monazycie i innych minerałach ziem rzadkich. Do tej pory nie znaleziono żadnego minerału z dominacją holmu. Główne obszary wydobywcze to Chiny , Stany Zjednoczone , Brazylia , Indie , Sri Lanka i Australia z zasobami holmium szacowanymi na 400 000 ton.

Holmium stanowi masowo 1,4 części na milion skorupy ziemskiej . To sprawia, że ​​jest to 56. najliczniejszy pierwiastek w skorupie ziemskiej. Holmium stanowi 1 część na milion gleb , 400 części na biliard wody morskiej i prawie wcale ziemskiej atmosfery . Holmium jest rzadkością w przypadku lantanowców. Składa się na masę 500 części na bilion wszechświata .

Jest komercyjnie wydobywany przez wymianę jonową z piasku monazytowego (0,05% holmium), ale nadal trudno go oddzielić od innych metali ziem rzadkich. Pierwiastek został wyizolowany poprzez redukcję jego bezwodnego chlorku lub fluorku metalicznym wapniem . Szacunkowa liczebność w skorupie ziemskiej wynosi 1,3 mg/kg. Holmium przestrzega zasady Oddo-Harkinsa : jako pierwiastek o nieparzystej liczbie jest mniej liczebny niż jego bezpośredni sąsiedzi o numerach parzystych, dysproz i erb . Jest to jednak najliczniejszy z nieparzystych ciężkich lantanowców . Głównym źródłem prądu są niektóre glinki adsorpcyjne jonów z południowych Chin. Niektóre z nich mają skład ziem rzadkich podobny do tego, który znajduje się w ksenotymu lub gadolinicie. Itr stanowi około 2/3 całkowitej masy; holm wynosi około 1,5%. Oryginalna ruda sama w sobie jest bardzo uboga, może tylko 0,1% całkowitego lantanowca, ale łatwo ją wydobyć. Holmium jest stosunkowo niedrogie jak na metal ziem rzadkich, którego cena wynosi około 1000  USD /kg.

Aplikacje

Roztwór 4% tlenku holmu w 10% kwasie nadchlorowym, wtopiony na stałe w kuwetę kwarcową jako optyczny standard kalibracji

Holmium ma najwyższą siłę magnetyczną ze wszystkich pierwiastków i dlatego jest używany do tworzenia najsilniejszych sztucznie generowanych pól magnetycznych , gdy jest umieszczony w magnesach o wysokiej wytrzymałości jako nabiegunnik magnetyczny (zwany również koncentratorem strumienia magnetycznego ). Ponieważ może absorbować neutrony powstałe w wyniku rozszczepienia jądrowego, jest również używany jako palna trucizna do regulacji reaktorów jądrowych.

Granat itrowo-żelazowy domieszkowany holmem (YIG ) i fluorek litowo-itrowy (YLF) mają zastosowanie w laserach na ciele stałym , a Ho-YIG ma zastosowanie w izolatorach optycznych i sprzęcie mikrofalowym (np. kule YIG ). Lasery holmowe emitują 2,1 mikrometra. Wykorzystywane są w zastosowaniach medycznych, stomatologicznych i światłowodowych.

Holmium jest jednym z barwników stosowanych do cyrkonu i szkła , zapewniając żółtą lub czerwoną barwę. Szkło zawierające roztwory tlenku holmu i tlenku holmu (zwykle w kwasie nadchlorowym ) ma ostre piki absorpcji optycznej w zakresie spektralnym 200-900 nm. Dlatego są używane jako standard kalibracyjny dla spektrofotometrów optycznych i są dostępne na rynku.

Radioaktywny, ale długowieczny Ho 166m1 (patrz „Izotopy” powyżej) jest używany do kalibracji spektrometrów gamma.

W marcu 2017 r. IBM ogłosił, że opracował technikę przechowywania jednego bitu danych na pojedynczym atomie holmu osadzonym na złożu tlenku magnezu .

Przy wystarczających technikach sterowania kwantowego i klasycznego Ho może być dobrym kandydatem do stworzenia komputerów kwantowych .

Rola biologiczna

Holmium nie odgrywa żadnej biologicznej roli u ludzi , ale jego sole są w stanie stymulować metabolizm . Ludzie zazwyczaj spożywają około miligrama holmu rocznie. Rośliny nie wchłaniają łatwo holmium z gleby. W niektórych warzywach zmierzono zawartość holmu, która wynosiła 100 części na bilion.

Toksyczność

Duże ilości soli holmu mogą spowodować poważne uszkodzenia w przypadku wdychania , spożycia doustnie lub wstrzyknięcia . Biologiczne skutki holmium przez długi czas nie są znane. Holmium ma niski poziom ostrej toksyczności .

Zobacz też

Bibliografia

Linki zewnętrzne