HOLMIUM: ELŐZMÉNYEK, TULAJDONSÁGOK, KÉMIAI SZERKEZET ÉS FELHASZNÁLÁSOK - KÉMIA - 2026

A holmium egy fém elem, amely az f blokkolja a periódusos táblázatot, különösen a lantanidok periódusát. Ezért tagja a ritkaföldfémeknek, az erbiummal, ittriummal, diszpróziummal és ytterbiummal együtt. Mindez egy ásványi anyagot (xenotime vagy gadolinit) alkot, amelyeket a hagyományos kémiai módszerekkel nehéz elválasztani.

Kémiai szimbóluma a Ho, 67 atomszámmal rendelkezik, és kevésbé bőséges, mint szomszédai, a diszprózium (₆₆ Dy) és az erbium (₆₈ Er). Aztán azt mondják, hogy betartja az Oddo-Harkins szabályt. A holmium a ritka fémek egyike, amelynek szinte senki sem ismeri, vagy gyanítja annak létezését; még a vegyészek körében is nagyon ritkán említik.

A fémes holmium végső mintája. Forrás: Kémiai elemek nagy felbontású képei

Az orvostudomány területén a holmium ismert lézerének műtétekben történő felhasználásáról prosztata betegségek leküzdésére. Szokatlan mágneses tulajdonságai miatt ez az ígéretes anyag az elektromágnesek és kvantumszámítógépek gyártására is.

A háromértékű holmium-vegyületek, a Ho ³⁺ sajátossága az, hogy a besugárzott fénytől függő szín színét mutatják. Ha fluoreszcens, ezeknek a vegyületeknek a színe sárgáról rózsaszínre változik. Ugyanígy történik megoldásaival.

Történelem

A holmium felfedezését két svájci vegyésznek, Marc Delafontainenek és Jacques-Louis Soretnek tulajdonítják, akik 1878-ban spektroszkóposan detektálták azt Genfben a ritkaföldfémek ásványainak elemzése során. X elemnek hívták.

Alig egy évvel később, 1879-ben, a Per Teodor Cleve svéd vegyésznek sikerült elválasztania a holmium-oxidot az erbiától, az erbium-oxidtól (Er ₂ O ₃). Ez a más szennyeződésekkel szennyezett oxid barna színű volt, amit holmia-nak neveztek, ami latinul Stockholmot jelent.

Cleve emellett kapott egy másik zöld anyagot is: a „thulia” -t, amely thuliumoxid. Ennek a felfedezésnek az a problémája, hogy a három vegyész közül egyik sem volt képes elegendő tisztaságú mintát nyerni a holmium-oxidból, mivel azt diszprózium atomjai, egy másik lantanid-fém szennyezték.

Csak 1886-ban a szorgalmas francia kémikus, Paul Lecoq de Boisbaudran elkülönítette a holmium-oxidot frakcionált csapadék segítségével. Ezt az oxidot később kémiai reakcióknak vetik alá, hogy holmium-sókat képezzenek, amelyeket Otto Holmberg svéd vegyész 1911-ben redukált; így megjelent a fém holmium első mintája.

Jelenleg azonban a holmium-ionokat, a Ho ³⁺ -ot ioncserélő kromatográfiával extrahálják ahelyett, hogy a szokásos reakciókat folytatnák.

Holmium tulajdonságok

Fizikai megjelenés

Ezüstös, puha, elasztikus és temperönthető fém.

Atomszám

67 (₆₇ Ho)

Moláris tömeg

164,93 g / mol

Olvadáspont

1461 ° C

Forráspont

2600 ºC

Sűrűség

Szobahőmérsékleten: 8,79 g / cm ³

Éppen akkor, amikor megolvad vagy megolvad: 8,34 g / cm ³

A fúziós hő

17 kJ / mol

A párolgás hője

251 kJ / mol

Moláris hőkapacitás

27,15 J / (mol mol / l)

elektronegativitás

1,23 a Pauling skálán

Ionizációs energiák

Először: 581,0 kJ / mol (Ho ⁺ gáznemű)

Második: 1140 kJ / mol (Ho ²⁺ gáznemű)

Harmadik: 2204 kJ / mol (Ho ³⁺ gáznemű)

Hővezető

16,2 W / (m K)

Elektromos ellenállás

814 nm

Oxidációs számok

A holmium a vegyületekben az alábbi számokkal vagy oxidációs állapotokkal lehet jelen: 0, +1 (Ho ⁺), +2 (Ho ²⁺) és +3 (Ho ³⁺). Ezek közül a +3 messze a leggyakoribb és stabil. Ezért a holmium háromértékű fém, amely vegyületeket képez (ionos vagy részlegesen ionos), ahol Ho ^{3+ -ionként} vesz részt.

Például a következő vegyületekben a holmium oxidációs száma +3: Ho ₂ O ₃ (Ho ₂ ³⁺ O ₃ ²), Ho (OH) ₃, Ho 1 ₃ (Ho ³⁺ I ₃ ^-) és Ho ₂ (SO ₄) ₃.

A Ho ³⁺ és annak elektronikus átmenetei felelősek annak, hogy ennek a fémnek a vegyületei barna-sárga színűek legyenek. Amikor ezeket fluoreszkáló fénnyel besugározzák, rózsaszínűvé válnak. Ugyanez vonatkozik a megoldásukra.

Izotóp

A holmium a természetben egyetlen stabil izotópként fordul elő: ¹⁶⁵ Ho (100% -os bőség). Vannak azonban olyan ember által létrehozott radioaktív izotópok, amelyek hosszú felezési ideje van. Közöttünk:

- ¹⁶³ Ho (t _1/2 = 4570 év)

- ¹⁶⁴ Ho (t _1/2 = 29 perc)

- ¹⁶⁶ Ho (t _1/2 = 26 763 óra)

- ¹⁶⁷ Ho (t _1/2 = 3,1 óra)

Mágneses sorrend és pillanat

A holmium paramágneses fém, de 19 K hőmérsékleten ferromágnesesvé válhat, nagyon erős mágneses tulajdonságokkal rendelkezik. Jellemzi azt is, hogy a legnagyobb mágneses momentummal (10,6 μ _B) rendelkezik az összes kémiai elem között, valamint szokatlan mágneses permeabilitással.

Reakcióképesség

A holmium egy olyan fém, amely normál körülmények között nem rozsdásodik túl gyorsan, így időbe telik, hogy elveszítse fényét. Ha öngyújtóval hevítik, akkor sárgára vált az oxidréteg kialakulása miatt:

4 Ho + 3 O ₂ → 2 Ho ₂ O ₃

Híg vagy koncentrált savakkal reagál, hogy megfelelő sóikat (nitrátok, szulfátok stb.) Képezzék. Meglepő módon azonban nem reagál a hidrogén-fluorid savval, mivel a HoF ₃ réteg védi azt a lebomlástól.

Holmium is reagál az összes halogén a előállítsák a megfelelő halogenidek (HoF ₃, HOCl ₃, HOBr ₃ és Hoi ₃).

Kémiai szerkezet

A holmium kompakt hatszögletű struktúrává kristályosodik, hcp (hatszögletű, közvetlenül csomagolva). Elméletileg a Ho-atomok kohéziós maradnak, a fém kötésnek köszönhetően, amelyet a 4f-es körüli elektronok képeznek, elektronikus konfigurációjuk szerint:

4f ¹¹ 6s ²

Az ilyen kölcsönhatások, valamint elektronjaik energiaelrendezése meghatározzák a holmium fizikai tulajdonságait. Más féle allotróp vagy polimorf nem ismeretes ennek a fémnek, még nagy nyomás alatt sem.

Alkalmazások

Nukleáris reakciók

A holmium-atom jó neutronelnyelő, ezért elősegíti a nukleáris reakciók kialakulásának ellenőrzését.

spektroszkópia

A holmium-oxid oldatokat a spektrofotométerek kalibrálására használják, mivel abszorpciós spektrumuk szinte mindig állandó, függetlenül attól, hogy milyen szennyeződéseket tartalmaz. Ezenkívül nagyon jellemző éles sávokat mutat a holmium atommal, és nem annak vegyületeivel.

Colorant

A holmium-atomok vöröses elszíneződést képesek biztosítani az üveg és a mesterséges köbös cirkónia-drágakövek számára.

mágnesek

Rendkívül alacsony hőmérsékleten (legfeljebb 30 K) a holmium érdekes mágneses tulajdonságokkal rendelkezik, amelyeket erős elektromágnesek előállításához használnak, ahol elősegíti a kapott mágneses mező koncentrálását.

Az ilyen mágneses anyagokat nukleáris mágneses rezonanciára szánják; merevlemezek fejlesztésére olyan memóriákkal, amelyek a petatabiták vagy terabyte sorrendjében oszcillálnak; és esetleg kvantumszámítógépek gyártásához.

Holmium lézer

Egy ittrium-alumínium gránát (YAG) kristály holdal-atomokkal adalékolható, 2 μm hullámhosszú sugárzás kibocsátására; vagyis van egy holmium lézerünk. Ennek köszönhetően a tumorszövetet pontosan meg lehet vágni anélkül, hogy vérzést okozna, mivel a bejuttatott energia azonnal a porokat cauterizálja.

Ezt a lézert többször használták prosztata- és fogászati ​​műtétekben, valamint a rákos sejtek és a vesekő eltávolítására.

Irodalom

1. Shiver és Atkins. (2008). Szervetlen kémia. (Negyedik kiadás). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Holmium. Helyreállítva: en.wikipedia.org
3. A Kémiai Királyi Társaság. (2020). Periódusos rendszer: Holmium. Helyreállítva: rsc.org
4. Dr. Doug Stewart. (2020). Holmium elem tények / kémia. Helyreállítva: chemicool.com
5. Steve Gagnon. (Sf). Az elem Holmium. Helyreállítva: Education.jlab.org
6. Az Encyclopaedia Britannica szerkesztői. (2019. április 03.). Holmium. Encyclopædia Britannica. Helyreállítva: britannica.com
7. Judy Lynn Mohn Rosebrook. (2020). Holmium. Helyreállítva: utoledo.edu