HOLMIUM: HISTORIA, EGENSKAPER, KEMISK STRUKTUR OCH ANVÄNDNING - KEMI - 2025

Den holmium är ett metalliskt grundämne som tillhör f blocket det periodiska systemet, specifikt till den period av lantaniderna. Det är därför en medlem av de sällsynta jordarna, tillsammans med erbium, yttrium, dysprosium och ytterbium. Alla dessa utgör en serie mineraler (xenotime eller gadolinit) som är svåra att separera med konventionella kemiska metoder.

Dess kemiska symbol är Ho, med ett atomantal 67 och är mindre rikligt än dess grannar dysprosium ( ₆₆ Dy) och erbium ( ₆₈ Er). Det sägs då att det följer Oddo-Harkins-regeln. Holmium är en av de sällsynta metaller som nästan ingen känner till eller misstänker att det finns; även bland kemister nämns det sällan mycket ofta.

Ultrapure-prov av metalliskt holmium. Källa: Hi-Res Images of Chemical Elements

Inom medicinområdet är holmium känt för att använda sin laser vid operationer för att bekämpa prostatasjukdomar. Det representerar också det lovande materialet för tillverkning av elektromagneter och kvantdatorer på grund av dess ovanliga magnetiska egenskaper.

De trivalenta holmiumföreningarna Ho ³⁺ har det speciella att de uppvisar en färg beroende på ljuset som de bestrålas med. Om det är fluorescerande, förändras färgen på dessa föreningar från gul till rosa. På samma sätt händer det med sina lösningar.

Historia

Upptäckten av holmium tillskrivs två schweiziska kemister, Marc Delafontaine och Jacques-Louis Soret, som 1878 upptäckte det spektroskopiskt under analys av sällsynta jordartsmineraler i Genève. De kallade det element X.

Bara ett år senare, 1879, lyckades den svenska kemisten Per Teodor Cleve att separera holmiumoxid med början från erbia, erbiumoxid (Er ₂ O ₃ ). Denna oxid, förorenad av andra föroreningar, visade en brun färg, som han kallade "holmia", vilket betyder Stockholm på latin.

Dessutom erhöll Cleve ett annat grönt material: 'tulia', som är tuliumoxid. Problemet med denna upptäckt är att ingen av de tre kemisterna kunde få ett tillräckligt rent prov av holmiumoxid, eftersom det var kontaminerat av atomer av dysprosium, en annan lanthanidmetall.

Det var inte förrän 1886 som den hårt arbetande franska kemisten, Paul Lecoq de Boisbaudran, isolerade holmiumoxid genom fraktionerad nederbörd. Denna oxid utsattes sedan för kemiska reaktioner för att producera holmiumsalter, som reducerades 1911 av den svenska kemisten Otto Holmberg; och sålunda dök de första proverna av metalliskt holmium upp.

Idag extraheras emellertid holmiumjoner, Ho ³⁺ , genom jonbyteskromatografi i stället för att ta till konventionella reaktioner.

Holmium egenskaper

Fysiskt utseende

Silvrig, mjuk, mjuk och formbar metall.

Atomnummer

67 ( ₆₇ Ho)

Molmassa

164,93 g / mol

Smältpunkt

1461 ºC

Kokpunkt

2600 ºC

Densitet

Vid rumstemperatur: 8,79 g / cm ^{^}

Bara när det smälter eller smälter: 8,34 g / cm ³

Smältvärme

17 kJ / mol

Förångningsvärme

251 kJ / mol

Molär värmekapacitet

27,15 J / (mol K)

Elektronnegativitet

1.23 på Pauling-skalan

Ioniseringsenergier

Först: 581,0 kJ / mol (Ho ⁺ gasformigt)

Andra: 1140 kJ / mol (Ho ²⁺ gasformig)

Tredje: 2204 kJ / mol (Ho ³⁺ gasformig)

Värmeledningsförmåga

16,2 W / (mK)

Elektrisk resistans

814 nm

Oxidationsnummer

Holmium kan finnas i dess föreningar med följande antal eller oxidationstillstånd: 0, +1 (Ho ⁺ ), +2 (Ho ²⁺ ) och +3 (Ho ³⁺ ). Av dem alla är +3 överlägset det vanligaste och stabila. Därför är holmium en trivalent metall som bildar föreningar (joniska eller delvis joniska) där den deltar som en Ho ³⁺ -jon .

Till exempel, i följande föreningar, har holmium en oxidation antal 3: Ho ₂ O ₃ (Ho ₂ ³⁺ O ₃ ^2- ), Ho (OH) ₃ , Hoi ₃ (Ho ³⁺ I ₃ ^- ) och Ho ₂ (SO ₄ ) ₃ .

Ho ³⁺ och dess elektroniska övergångar ansvarar för att föreningarna i denna metall kommer att visas brunt-gula färger. Men när dessa bestrålas med lysrör, blir de rosa. Detsamma gäller för deras lösningar.

isotoper

Holmium förekommer i naturen som en enda stabil isotop: ¹⁶⁵ Ho (100% överflöd). Det finns dock konstgjorda radioisotoper med lång halveringstid. Mellan dem har vi:

- ¹⁶³ Ho (t _1/2 = 4570 år)

- ¹⁶⁴ Ho (t _1/2 = 29 minuter)

- ¹⁶⁶ Ho (t _1/2 = 26,763 timmar)

- ¹⁶⁷ Ho (t _1/2 = 3,1 timmar)

Magnetisk ordning och ögonblick

Holmium är en paramagnetisk metall, men den kan bli ferromagnetisk vid en temperatur av 19 K, med mycket starka magnetiska egenskaper. Det kännetecknas också av att ha det största magnetiska ögonblicket (10,6 μ _B ) bland alla kemiska element, liksom en ovanlig magnetisk permeabilitet.

Reaktivitet

Holmium är en metall som inte rostar för snabbt under normala förhållanden, så det tar tid att tappa glansen. Men när den värms upp med en tändare blir den gulaktig på grund av bildandet av ett oxidskikt:

4 Ho + 3 O ₂ → 2 Ho ₂ O ₃

Reagerar med utspädda eller koncentrerade syror för att producera deras respektive salter (nitrater, sulfater, etc.). Men och överraskande, inte reagerar med fluorvätesyra, sedan ett skikt av HoF ₃ skyddar den från dess nedbrytning.

Holmium reagerar också med alla halogener för att producera sina respektive halogenider (HoF ₃ , HOCl ₃ , HOBr ₃ och HOI ₃ ).

Kemisk struktur

Holmium kristalliseras till en kompakt hexagonal struktur, hcp (hexagonal nära packad). I teorin förblir Ho-atomer sammanhängande tack vare den metalliska bindningen som bildas av elektronerna i deras 4f-orbitaler, i enlighet med deras elektroniska konfiguration:

4f ¹¹ 6s ²

Sådana interaktioner, liksom energiorganisationen för dess elektroner, definierar de fysiska egenskaperna hos holmium. Ingen annan allotrop eller polymorf är känd för denna metall, inte ens under högt tryck.

tillämpningar

Kärnreaktioner

Holmiumatomen är en bra neutronabsorberare, varför den hjälper till att kontrollera utvecklingen av kärnreaktioner.

Spectroscopy

Holmiumoxidlösningar används för att kalibrera spektrofotometrar, eftersom deras absorptionsspektrum förblir konstant nästan alltid, oavsett föroreningar som den innehåller. Den visar också mycket karakteristiska vassa band associerade med holmiumatomen och inte med dess föreningar.

färgämne

Holmiumatomer kan ge rödaktiga färger på glas och konstgjorda kubiska zirkoniumkristaller.

magneter

Vid extremt låga temperaturer (30K eller mindre) uppvisar holmium intressanta magnetiska egenskaper, som används för att skapa kraftfulla elektromagneter, där det hjälper till att koncentrera det resulterande magnetfältet.

Sådana magnetiska material är avsedda för kärnmagnetisk resonans; för utveckling av hårddiskar, med minnen som svänger i storleksordningen petabytes eller terabyte; och för eventuellt tillverkning av kvantdatorer.

Holmium laser

En yttrium-aluminium granat (YAG) -kristall kan dopas med holmiumatomer för att avge strålning med en våglängd av 2 um; det vill säga, vi har en holmiumlaser. Tack vare det kan tumörvävnad skäras exakt utan att orsaka blödning, eftersom den tillförda energin cauteriserar såren omedelbart.

Denna laser har använts upprepade gånger i prostata- och tandläkarmottagningar samt för att eliminera cancerceller och njursten.

referenser

1. Shiver & Atkins. (2008). Oorganisk kemi . (Fjärde upplagan). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Holmium. Återställd från: en.wikipedia.org
3. Royal Society of Chemistry. (2020). Periodisk tabell: Holmium. Återställd från: rsc.org
4. Dr Doug Stewart. (2020). Holmium Element Facts / Chemistry. Återställd från: chemicool.com
5. Steve Gagnon. (Sf). Elementet Holmium. Återställd från: utbildning.jlab.org
6. Redaktörerna för Encyclopaedia Britannica. (3 april, 2019). Holmium. Encyclopædia Britannica. Återställd från: britannica.com
7. Judy Lynn Mohn Rosebrook. (2020). Holmium. Återställd från: utoledo.edu