HOLMIUM: HISTORIE, EGENSKAPER, KJEMISK STRUKTUR OG BRUK - KJEMI - 2026

Den holmium er et metallisk element som hører til f blokk det periodiske system, spesielt til den periode av lanthanidene. Det er derfor medlem av de sjeldne jordene, sammen med erbium, yttrium, dysprosium og ytterbium. Alle disse utgjør en serie mineraler (xenotime eller gadolinitt) som er vanskelige å skille med konvensjonelle kjemiske metoder.

Det kjemiske symbolet er Ho, med et atomnummer på 67, og er mindre rik enn naboene dysprosium ( ₆₆ Dy) og erbium ( ₆₈ Er). Det sies da at den adlyder Oddo-Harkins-regelen. Holmium er en av de sjeldne metaller som nesten ingen kjenner eller mistenker for dens eksistens; selv blant kjemikere blir det sjelden nevnt veldig ofte.

Ultrapure-prøve av metallisk holmium. Kilde: Hi-Res Images of Chemical Elements

Innen medisinene er holmium kjent for bruk av laser i kirurger for å bekjempe prostatasykdommer. Det representerer også det lovende materialet for fremstilling av elektromagneter og kvantecomputere på grunn av dets uvanlige magnetiske egenskaper.

De trivalente holmiumforbindelsene, Ho ³⁺ , har det spesielle ved å utvise en farge avhengig av lyset de bestråles med. Hvis det er lysstoffrør, endres fargen på disse forbindelsene fra gul til rosa. På samme måte skjer det med løsningene.

Historie

Oppdagelsen av holmium tilskrives to sveitsiske kjemikere, Marc Delafontaine og Jacques-Louis Soret, som i 1878 oppdaget det spektroskopisk mens de analyserte sjeldne jordmineraler i Genève. De kalte det element X.

Bare ett år senere, i 1879, klarte den svenske kjemikeren Per Teodor Cleve å skille holmiumoksid med utgangspunkt i erbia, erbiumoxid (Er ₂ O ₃ ). Dette oksidet, forurenset av andre urenheter, viste en brun farge, som han kalte 'holmia', som betyr Stockholm på latin.

I tillegg oppnådde Cleve et annet grønt materiale: 'thulia', som er tuliumoksyd. Problemet med dette funnet er at ingen av de tre kjemikerne var i stand til å skaffe en tilstrekkelig ren prøve av holmiumoksyd, da det var forurenset av atomer av dysprosium, et annet lanthanidmetall.

Det var først i 1886 at den hardtarbeidende franske kjemikeren, Paul Lecoq de Boisbaudran, isolerte holmiumoksyd ved fraksjonert nedbør. Dette oksydet ble deretter utsatt for kjemiske reaksjoner for å produsere holmiumsalter, som ble redusert i 1911 av den svenske kjemikeren Otto Holmberg; og dermed dukket de første prøvene av metallisk holmium opp.

Imidlertid ekstraheres for tiden holmiumioner, Ho ³⁺ , ved ionebytterkromatografi, i stedet for å ty til konvensjonelle reaksjoner.

Holmium egenskaper

Fysisk utseende

Sølvfarget, mykt, behagelig og formbart metall.

Atomnummer

67 ( ₆₇ Ho)

Molmasse

164,93 g / mol

Smeltepunkt

1461 ºC

Kokepunkt

2600 ºC

tetthet

Ved romtemperatur: 8,79 g / cm ³

Akkurat når det smelter eller smelter: 8,34 g / cm ³

Fusjonsvarme

17 kJ / mol

Fordampingsvarme

251 kJ / mol

Molar varmekapasitet

27,15 J / (mol K)

elektro

1.23 på Pauling-skalaen

Ioniseringsenergier

Først: 581,0 kJ / mol (Ho ⁺ gassformig)

Andre: 1140 kJ / mol (Ho ²⁺ gassformig)

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

Termisk ledningsevne

16,2 W / (m K)

Elektrisk resistivitet

814 nm

Oksidasjonsnummer

Holmium kan forekomme i forbindelsene med følgende antall eller oksidasjonstilstander: 0, +1 (Ho ⁺ ), +2 (Ho ²⁺ ) og +3 (Ho ³⁺ ). Av alle av dem er +3 den klart mest vanlige og stabile. Derfor er holmium et trivalent metall, og danner forbindelser (ioniske eller delvis ioniske) der det deltar som et Ho ³⁺ -ion .

For eksempel, i de følgende forbindelser er funnet holmium med et oksidasjonstall av 3: Ho ₂ O ₃ (Ho ₂ ³⁺ O ₃ ^2- ), Ho (OH) ₃ , Hoi ₃ (Ho ³⁺ I ₃ ^- ) og Ho ₂ (SO ₄ ) ₃ .

Ho ³⁺ og dets elektroniske overganger er ansvarlig for at forbindelsene i dette metallet skal vises brun-gule farger. Men når disse bestråles med lysstoffrør, blir de rosa. Det samme gjelder løsningene deres.

isotoper

Holmium forekommer i naturen som en enkelt stabil isotop: ¹⁶⁵ Ho (100% overflod). Imidlertid er det menneskeskapte radioisotoper med lang halveringstid. Mellom dem har vi:

- ¹⁶³ Ho (t _1/2 = 4570 år)

- ¹⁶⁴ Ho (t _1/2 = 29 minutter)

- ¹⁶⁶ Ho (t _1/2 = 26,763 timer)

- ¹⁶⁷ Ho (t _1/2 = 3,1 timer)

Magnetisk orden og øyeblikk

Holmium er et paramagnetisk metall, men det kan bli ferromagnetisk ved en temperatur på 19 K, med svært sterke magnetiske egenskaper. Det er også preget av å ha det største magnetiske momentet (10,6 μ _B ) blant alle kjemiske elementer, samt en uvanlig magnetisk permeabilitet.

reaktivitet

Holmium er et metall som ikke ruster for raskt under normale forhold, så det tar tid å miste glansen. Når den varmes opp med en lighter, blir den imidlertid gulaktig, på grunn av dannelsen av et oksydlag:

4 Ho + 3 O ₂ → 2 Ho ₂ O ₃

Reagerer med fortynnede eller konsentrerte syrer for å produsere deres respektive salter (nitrater, sulfater, etc.). Imidlertid, og overraskende, reagerer den ikke med flytende fluorsyre, siden et lag med HoF ₃ beskytter den mot dens nedbrytning.

Holmium reagerer også med alle halogener for å produsere de respektive halogenider (HoF ₃ , HOCl ₃ , HOBr ₃ og hoi ₃ ).

Kjemisk struktur

Holmium krystalliserer seg til en kompakt sekskantet struktur, hcp (sekskantet tettpakket). I teorien forblir Ho-atomer sammenhengende takket være den metalliske bindingen som dannes av elektronene fra deres 4f-orbitaler, i henhold til deres elektroniske konfigurasjon:

4f ¹¹ 6s ²

Slike interaksjoner, så vel som energiorganisasjonen til dets elektroner, definerer de fysiske egenskapene til holmium. Ingen annen allotrop eller polymorf er kjent for dette metallet, ikke engang under høyt trykk.

applikasjoner

Atomreaksjoner

Holmiumatomet er en god nøytronabsorberende, og det er derfor det hjelper til med å kontrollere utviklingen av kjernefysiske reaksjoner.

spektroskopi

Holmiumoksydløsninger brukes til å kalibrere spektrofotometre, fordi deres absorpsjonsspekter forblir konstant nesten alltid, uavhengig av urenheter det inneholder. Det viser også veldig karakteristiske skarpe bånd assosiert med holmiumatomet, og ikke med dets forbindelser.

fargestoff

Holmiumatomer er i stand til å gi rødlig farge på glass og kunstige kubiske zirkoniumperler.

magneter

Ved ekstremt lave temperaturer (30 K eller mindre) viser holmium interessante magnetiske egenskaper, som brukes til å lage kraftige elektromagneter, der det hjelper å fokusere det resulterende magnetfeltet.

Slike magnetiske materialer er ment for kjernemagnetisk resonans; for utvikling av harddisker, med minner som svinger i størrelsesorden petabytes eller terabyte; og muligens for fremstilling av kvantemaskiner.

Holmium laser

En yttrium-aluminium-granat (YAG) -krystall kan dopes med holmiumatomer for å avgi stråling med en bølgelengde på 2 um; det vil si at vi har en holmium laser. Takket være det kan tumorvev kuttes nøyaktig uten å forårsake blødning, siden energien som leveres cauteriserer sårene umiddelbart.

Denne laseren har blitt brukt gjentatte ganger i prostata- og tannkirurgiske inngrep, samt for å eliminere kreftceller og nyrestein.

referanser

1. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kjemi. (Fjerde utgave). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Holmium. Gjenopprettet fra: en.wikipedia.org
3. Royal Society of Chemistry. (2020). Periodisk tabell: Holmium. Gjenopprettet fra: rsc.org
4. Dr. Doug Stewart. (2020). Holmium element fakta / kjemi. Gjenopprettet fra: chemicool.com
5. Steve Gagnon. (SF). Elementet Holmium. Gjenopprettet fra: education.jlab.org
6. Redaktørene av Encyclopaedia Britannica. (3. april 2019). Holmium. Encyclopædia Britannica. Gjenopprettet fra: britannica.com
7. Judy Lynn Mohn Rosebrook. (2020). Holmium. Gjenopprettet fra: utoledo.edu