Holmium - Holmium

Holmium,  67 Ho
Holmium2.jpg
Holmium
Výslovnost / H oʊ l m i ə m / ​ ( HOHL -mee-əm )
Vzhled stříbřitě bílá
Standardní atomová hmotnost A r, std (Ho) 164,930 328 (7)
Holmium v periodické tabulce
Vodík Hélium
Lithium Berýlium Bor Uhlík Dusík Kyslík Fluor Neon
Sodík Hořčík Hliník Křemík Fosfor Síra Chlór Argon
Draslík Vápník Skandium Titan Vanadium Chrom Mangan Žehlička Kobalt Nikl Měď Zinek Gallium Germanium Arsen Selen Bróm Krypton
Rubidium Stroncium Yttrium Zirkonium Niob Molybden Technecium Ruthenium Rhodium Palladium stříbrný Kadmium Indium Cín Antimon Telur Jód Xenon
Cesium Baryum Lanthan Cer Praseodymium Neodym Promethium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantal Wolfram Rhenium Osmium Iridium Platina Zlato Rtuť (prvek) Thalium Vést Vizmut Polonium Astat Radon
Francium Rádium Actinium Thorium Protactinium Uran Neptunium Plutonium Americium Kurium Berkelium Kalifornium Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Draslík Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
-
↑
Ho
↓
Es
dysprosium ← holmium → erbium
Atomové číslo ( Z ) 67
Skupina skupina n / a
Doba období 6
Blok   f-blok
Konfigurace elektronů [ Xe ] 4f 11 6s 2
Elektrony na skořápku 2, 8, 18, 29, 8, 2
Fyzikální vlastnosti
Fáze na  STP pevný
Bod tání 1734  K (1461 ° C, 2662 ° F)
Bod varu 2873 K (2600 ° C, 4712 ° F)
Hustota (blízko  rt ) 8,79 g / cm 3
když kapalina (při  mp ) 8,34 g / cm 3
Teplo fúze 17,0  kJ / mol
Odpařovací teplo 251 kJ / mol
Molární tepelná kapacita 27,15 J / (mol · K)
Tlak páry
P  (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
v  T  (K) 1432 1584 (1775) (2040) (2410) (2964)
Atomové vlastnosti
Oxidační stavy 0, +1, +2, +3 (  zásaditý oxid)
Elektronegativita Paulingova stupnice: 1,23
Ionizační energie
Atomový poloměr empirické: 176  hodin
Kovalentní poloměr 192 ± 19 hodin
Barevné čáry ve spektrálním rozsahu
Spektrální linie holmium
Další vlastnosti
Přirozený výskyt prvotní
Krystalická struktura ​šestihranný uzavřený (hcp)
Šestihranná těsně zabalená krystalová struktura pro holmium
Rychlost zvuku tenké tyče 2760 m / s (při 20 ° C)
Teplotní roztažnost poly: 11,2 µm / (m⋅K) (při  teplotě místnosti )
Tepelná vodivost 16,2 W / (m⋅K)
Elektrický odpor poly: 814 nΩ⋅m (při  teplotě místnosti )
Magnetické objednávání paramagnetické
Youngův modul 64,8 GPa
Tažný modul 26,3 GPa
Hromadný modul 40,2 GPa
Poissonův poměr 0,231
Vickersova tvrdost 410–600 MPa
Brinellova tvrdost 500–1250 MPa
Číslo CAS 7440-60-0
Dějiny
Objev Jacques-Louis Soret a Marc Delafontaine (1878)
Hlavní izotopy holmia
Izotop Hojnost Poločas ( t 1/2 ) Režim rozpadu Produkt
163 Ho syn 4570 let ε 163 Dy
164 Ho syn 29 min ε 164 Dy
165 Ho 100% stabilní
166 Ho syn 26,773 h β - 166 Er
167 Ho syn 3,1 h β - 167 Er
Kategorie Kategorie: Holmium
| Reference

Holmium je chemický prvek se symbolem Ho a atomovým číslem 67. Holmium, součást série lanthanoidů , je prvek vzácných zemin .

Holmium objevil izolací švédský chemik Per Theodor Cleve a nezávisle Jacques-Louis Soret a Marc Delafontaine , kteří jej pozorovali spektroskopicky v roce 1878. Jeho oxid byl poprvé izolován z rud vzácných zemin Cleve v roce 1878. Název prvku pochází z Holmie , latinský název pro město Stockholm .

Elementární holmium je relativně měkký a tvárný stříbřitě bílý kov . Je příliš reaktivní na to, aby byl nalezen v přírodě nekombinovaný, ale pokud je izolován, je relativně stabilní v suchém vzduchu při pokojové teplotě. Reaguje však s vodou a snadno koroduje a při zahřátí také hoří na vzduchu.

Holmium se nachází v minerálech monazit a gadolinit a je obvykle komerčně extrahováno z monazitu pomocí technik iontové výměny . Jeho sloučeniny v přírodě a téměř ve všech jejích laboratorních chemiích jsou zcela oxidovány a obsahují Ho (III) ionty. Trojmocné ionty holmia mají fluorescenční vlastnosti podobné mnoha jiným iontům vzácných zemin (přičemž poskytují vlastní sadu jedinečných emisních světelných čar), a proto se používají stejným způsobem jako některé jiné vzácné zeminy v určitých aplikacích laseru a barviv na sklo.

Holmium má nejvyšší magnetickou permeabilitu ze všech prvků, a proto se používá pro polepie nejsilnějších statických magnetů . Protože holmium silně absorbuje neutrony, používá se také jako hořlavý jed v jaderných reaktorech.

Vlastnosti

Fyzikální vlastnosti

Ho 2 O 3 , vlevo: přirozené světlo, vpravo: pod zářivkou se studenou katodou

Holmium je relativně měkký a tvárný prvek, který je poměrně odolný proti korozi a stabilní v suchém vzduchu při standardní teplotě a tlaku . Ve vlhkém vzduchu a při vyšších teplotách však rychle oxiduje a vytváří nažloutlý oxid. V čisté formě má holmium kovový, jasný stříbřitý lesk.

Oxid holmičitý má některé poměrně dramatické změny barev v závislosti na světelných podmínkách. Za denního světla má žlutohnědou barvu. Při trichromatickém světle je ohnivě oranžovo-červená, téměř nerozeznatelná od vzhledu oxidu erbia za stejných světelných podmínek. Vnímaná změna barvy souvisí s ostrými absorpčními pásy holmia interagujícími s podmnožinou ostrých emisních pásem trojmocných iontů europia a terbia, působících jako fosfory.

Holmium má nejvyšší magnetický moment (10,6  µ
B) jakéhokoli přirozeně se vyskytujícího prvku a má další neobvyklé magnetické vlastnosti. V kombinaci s yttriem tvoří vysoce magnetické sloučeniny. Holmium je paramagnetické za okolních podmínek, ale je feromagnetické za teplot nižších19  K .

Chemické vlastnosti

Holmiový kov se na vzduchu pomalu zakalí a snadno hoří za vzniku oxidu holmia (III) :

4 Ho + 3 O 2 → 2 Ho 2 O 3

Holmium je docela elektropozitivní a je obecně trojmocné. Reaguje pomalu se studenou vodou a poměrně rychle s horkou vodou za vzniku hydroxidu holmia:

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

Holmiový kov reaguje se všemi halogeny:

2 Ho (s) + 3 F 2 (g) → 2 HoF 3 (s) [růžový]
2 Ho (s) + 3 Cl 2 (g) → 2 HClO 3 (y) [žluté]
2 Ho (s) + 3 Br 2 (g) → 2 HoBr 3 (s) [žlutá]
2 Ho (y) + 3 I 2 (g) → 2 HoI 3 (s) [žlutá]

Holmium se snadno rozpouští ve zředěné kyselině sírové za vzniku roztoků obsahujících žluté ionty Ho (III), které existují jako komplexy [Ho (OH 2 ) 9 ] 3+ :

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

Nejběžnější oxidační stav holmia je +3. Holmium v ​​roztoku je ve formě Ho 3+ obklopené devíti molekulami vody. Holmium se rozpouští v kyselinách.

Izotopy

Hlavní článek: Izotopy holmia

Přírodní holmium obsahuje jeden stabilní izotop , holmium-165. Některé syntetické radioaktivní izotopy jsou známé; nejstabilnějším z nich je holmium-163 s poločasem rozpadu 4570 let. Všechny ostatní radioizotopy mají poločas rozpadu v základním stavu nepřesahující 1,117 dne a většina má poločasy pod 3 hodiny. Avšak metastabilní 166m1 Ho má poločas rozpadu kolem 1200 let kvůli své vysoké rotaci . Tato skutečnost v kombinaci s vysokou excitační energií, která vede k obzvláště bohatému spektru rozpadových gama paprsků produkovaných při odbourávání metastabilního stavu, činí tento izotop užitečným v experimentech jaderné fyziky jako prostředek ke kalibraci energetických odezev a vnitřní účinnosti spektrometrů gama záření. .

Dějiny

Holmium ( Holmia , latinský název pro Stockholmu ) byl objeven od Jacques-Louis Soret a Marc Delafontaine v roce 1878, kteří si všimli, nenormální spectrographic absorpční pásy z tehdy neznámého prvku (nazvali jej „Element X“).

Stejně tak Per Teodor Cleve samostatně objevil prvek, zatímco on pracoval na Erbia zemi ( oxidu erbium ), a byl první, kdo ji izolovat. Pomocí metody vyvinuté Carlem Gustafem Mosanderem Cleve nejprve odstranil všechny známé kontaminanty z erbia. Výsledkem tohoto úsilí byly dva nové materiály, jeden hnědý a druhý zelený. Pojmenoval hnědou látku holmia (podle latinského názvu pro Cleveovo rodné město, Stockholm) a zelenou thulia. Později bylo zjištěno, že Holmia je oxid holmium a thulia byl oxid thulia .

V klasickém článku Henryho Moseleyho o atomových číslech bylo holmiu přiděleno atomové číslo 66. Přípravek holmium, který dostal k vyšetřování, byl evidentně hrubě nečistý, dominoval mu sousední (a nezakreslený) dysprosium. Viděl by rentgenové emisní čáry pro oba prvky, ale předpokládal, že ty dominantní patřily holmiu, místo dysprosiové nečistoty.

Výskyt a výroba

Gadolinit

Stejně jako všechny ostatní vzácné zeminy se holmium přirozeně nenachází jako volný prvek. Vyskytuje se v kombinaci s dalšími prvky v gadolinitu (černá část vzorku znázorněná vpravo), monazitu a dalších minerálů vzácných zemin. Dosud nebyl nalezen žádný minerál dominující holmium. Hlavními těžebními oblastmi jsou Čína , USA , Brazílie , Indie , Srí Lanka a Austrálie se zásobami holmia odhadovanými na 400 000 tun.

Holmium tvoří 1,4 hmotnostního dílu zemské kůry na milion . Díky tomu je 56. nejhojnějším prvkem v zemské kůře. Holmium tvoří 1 díl na milion půd , 400 dílů na kvadrillion mořské vody a téměř žádnou zemskou atmosféru . Holmium je pro lanthanid vzácné. Tvoří hmotnostně 500 částí na bilion vesmíru .

Je komerčně extrahován iontovou výměnou z monazitového písku (0,05% holmium), ale stále je obtížné jej oddělit od ostatních vzácných zemin. Prvek byl izolován redukcí jeho bezvodého chloridu nebo fluoridu kovovým vápníkem . Jeho odhadovaná četnost v zemské kůře je 1,3 mg / kg. Holmium se řídí pravidlem Oddo – Harkins : jako lichý prvek je méně hojný než jeho bezprostřední sudí sousedé, dysprosium a erbium . Je to však nejhojnější z lichých těžkých lanthanoidů . Hlavním zdrojem proudu jsou některé iontově-adsorpční jíly jižní Číny. Některé z nich mají složení vzácných zemin podobné složení v xenotimu nebo gadolinitu. Yttrium tvoří asi 2/3 z celkové hmotnosti; holmium je kolem 1,5%. Samotné původní rudy jsou velmi štíhlé, možná jen 0,1% z celkového množství lanthanoidu, ale lze je snadno extrahovat. Holmium je relativně levný pro kov vzácných zemin s cenou kolem 1000  USD / kg.

Aplikace

Roztok 4% oxidu holmia v 10% kyselině chloristé, trvale roztavený do křemenné kyvety jako optický kalibrační standard

Holmium má nejvyšší magnetickou sílu ze všech prvků, a proto se používá k vytváření nejsilnějších uměle generovaných magnetických polí , pokud jsou umístěny do magnetů s vysokou pevností jako magnetický pólový nástavec (také nazývaný koncentrátor magnetického toku ). Protože dokáže absorbovat neutrony štěpené jaderným štěpením, používá se také jako hořlavý jed k regulaci jaderných reaktorů.

Holmiem dopovaný yttritý železný granát (YIG) a yttria lithium fluorid (YLF) mají použití v laserech v pevné fázi a Ho-YIG má použití v optických izolátorech a v mikrovlnných zařízeních (např. Sféry YIG ). Holmiové lasery vyzařují při 2,1 mikrometru. Používají se v lékařských, zubních a optických aplikacích.

Holmium je jedno z barviv používaných pro kubický zirkon a sklo a poskytuje žluté nebo červené zbarvení. Sklo obsahující roztok oxidu holmia a oxidu holmia (obvykle v kyselině chloristé ) má ostré vrcholy optické absorpce ve spektrálním rozmezí 200–900 nm. Používají se proto jako kalibrační standard pro optické spektrofotometry a jsou komerčně dostupné.

Radioaktivní, ale s dlouhou životností 166 ml Ho (viz „Izotopy“ výše) se používá při kalibraci spektrometrů gama záření.

V březnu 2017 společnost IBM oznámila, že vyvinula techniku ​​pro ukládání jednoho bitu dat na jediném atomu holmia na vrstvě oxidu hořečnatého .

S dostatečným množstvím kvantových a klasických kontrolních technik by Ho mohl být dobrým kandidátem na výrobu kvantových počítačů .

Biologická role

Holmium nehraje u lidí žádnou biologickou roli , ale jeho soli jsou schopné stimulovat metabolismus . Lidé obvykle konzumují asi miligram holmium ročně. Rostliny snadno nepřijímají holmium z půdy. U některé zeleniny byl změřen obsah holmia, který činil 100 dílů na bilion.

Toxicita

Velké množství solí holmia může způsobit vážné poškození při vdechování , požití orálně nebo injekčně . Biologické účinky holmium po dlouhou dobu nejsou známy. Holmium má nízkou hladinu akutní toxicity .

Viz také

Reference

externí odkazy