HOLMIUM: HISTÓRIA, VLASTNOSTI, CHEMICKÁ ŠTRUKTÚRA A POUŽITIE - CHÉMIA - 2026

Holmium je kovový prvok, ktorý patrí do f bloku periodickú tabuľku, konkrétne do obdobia lantanoidov. Je preto členom vzácnych zemín spolu s erbiom, ytriom, dysprosiom a ytterbiom. Všetky tieto látky tvoria rad minerálov (xenotím alebo gadolinit), ktoré je ťažké separovať konvenčnými chemickými metódami.

Jej chemický symbol je Ho, ktorý má atómové číslo 67 a je menej hojný ako jeho susediaci dysprosium ( ₆₆ Dy) a erbium ( ₆₈ Er). Potom sa hovorí, že sa riadi Oddo-Harkinovou vládou. Holmium je jedným z tých vzácnych kovov, o ktorých takmer nikto nevie ani nemá podozrenie; aj medzi chemikmi sa zriedka spomína veľmi často.

Ultračistá vzorka kovového holmia. Zdroj: Hi-Res obrázky chemických prvkov

V oblasti medicíny je holmium známe pre použitie svojho laseru v chirurgických zákrokoch na boj proti chorobám prostaty. Predstavuje tiež sľubný materiál na výrobu elektromagnetov a kvantových počítačov kvôli neobvyklým magnetickým vlastnostiam.

Trojmocné zlúčeniny holmia, Ho3 ⁺ , majú zvláštnosť, že vykazujú farbu závislú od svetla, ktorým sú ožarované. Ak je fluorescenčná, farba týchto zlúčenín sa zmení zo žltej na ružovú. Rovnakým spôsobom sa to deje s jeho riešeniami.

histórie

Objav holmium sa pripisuje dvom švajčiarskym chemikom, Marcovi Delafontaine a Jacquesovi-Louisovi Soretovi, ktorý ho v roku 1878 spektroskopicky zistil pri analýze minerálov vzácnych zemín v Ženeve. Nazývali ho prvkom X.

Len o rok neskôr, v roku 1879 švédsky chemik Per Teodor Cleve podarilo oddeliť oxid holmium počnúc erbia, oxidu erbia (Er ₂ O ₃ ). Tento oxid kontaminovaný inými nečistotami vykazoval hnedú farbu, ktorú nazval „holmia“, čo znamená latinsky Štokholm.

Spoločnosť Cleve získala aj ďalší zelený materiál: „tulia“, čo je oxid thulium. Problémom tohto objavu je, že žiadny z troch chemikov nebol schopný získať dostatočne čistú vzorku oxidu holmia, pretože bol kontaminovaný atómami dysprosia, iného kovu lantanidu.

Až do roku 1886, pracovitý francúzsky chemik Paul Lecoq de Boisbaudran, izoloval oxid holmia frakčným zrážaním. Tento oxid bol následne podrobený chemickým reakciám za vzniku solí holmia, ktoré v roku 1911 redukoval švédsky chemik Otto Holmberg; a tak sa objavili prvé vzorky kovového holmia.

V súčasnosti sa však holmiumové ióny Ho3 ⁺ extrahujú iónomeničovou chromatografiou namiesto toho, aby sa uchýlili k obvyklým reakciám.

Vlastnosti Holmium

Fyzický vzhľad

Strieborný, mäkký, ťažný a tvárny kov.

Atómové číslo

67 ( ₆₇ Ho)

Molárna hmota

164,93 g / mol

Bod topenia

1461 ° C

Bod varu

2600 ° C

Hustota

Pri izbovej teplote: 8,79 g / cm ³

Len keď sa taví sa alebo sa taví: 8,34 g / cm ³

Teplo fúzie

17 kJ / mol

Odparovacie teplo

251 kJ / mol

Molárna tepelná kapacita

27,15 J / (mol K)

electronegativity

1,23 v Paulingovej stupnici

Ionizačné energie

Najprv: 581,0 kJ / mol (Ho ⁺ plynný)

Po druhé: 1140 kJ / mol (Ho ²⁺ plynný)

Tretia: 2204 kJ / mol (Ho ³⁺ plynná)

Tepelná vodivosť

16,2 W / (m K)

Elektrický odpor

814 nΩ m

Oxidačné čísla

Holmium sa môže vyskytovať v jeho zlúčeninách s nasledujúcimi číslami alebo oxidačnými stavmi: 0, +1 (Ho ⁺ ), +2 (Ho ²⁺ ) a +3 (Ho ³⁺ ). Zo všetkých z nich je +3 zďaleka najbežnejší a najstabilnejší. Preto je holmium trojmocný kov, ktorý tvorí zlúčeniny (iónové alebo čiastočne iónové), kde sa zúčastňuje ako ión Ho ³⁺ .

Napríklad v nasledujúcej zlúčeniny holmium z nachádza sa oxidačného množstvo +3: Ho ₂ O ₃ (Ho ₂ ³⁺ O ₃ ^2- ), Ho (OH) ₃ , Hoi ₃ (Ho ³⁺ I ₃ ^- ) a Ho ₂ (SO ₄ ) ₃ .

Ho ³⁺ a jeho elektronické prechody sú zodpovedné za to, aby zlúčeniny tohto kovu vyzerali hnedo-žlté farby. Ak sú však ožiarené žiarivkovým svetlom, zmení farbu na ružovú. To isté platí pre ich riešenia.

izotopy

Holmium sa vyskytuje v prírode ako jediný stabilný izotop: ¹⁶⁵ Ho (100% početnosť). Existujú však rádioizotopy vyrobené človekom s dlhými polčasmi rozpadu. Medzi nimi máme:

- ¹⁶³ Ho (t _1/2 = 4570 rokov)

- ¹⁶⁴ Ho (t _1/2 = 29 minút)

- ¹⁶⁶ Ho (t _1/2 = 26 763 hodín)

- ¹⁶⁷ Ho (t _1/2 = 3,1 hodiny)

Magnetický poriadok a moment

Holmium je paramagnetický kov, ale pri teplote 19 K sa môže stať feromagnetickým a má veľmi silné magnetické vlastnosti. To je tiež charakterizovaný tým, že má najväčšiu magnetický moment (10,6 μ _B ) zo všetkých chemických prvkov, rovnako ako neobvyklé magnetickú permeabilitu.

reaktivita

Holmium je kov, ktorý za normálnych podmienok príliš rýchlo nehrdzaví, a preto stratí svoj lesk. Ak sa však zohreje so zapaľovačom, zožltne sa v dôsledku tvorby oxidovej vrstvy:

4 Ho + 3 O ₂ → 2 Ho ₂ O ₃

Reaguje so zriedenými alebo koncentrovanými kyselinami za vzniku svojich príslušných solí (dusičnany, sírany atď.). Avšak a prekvapivo, že nereaguje s kyselinou fluorovodíkovou, pretože vrstva Hof ₃ chráni pred jeho degradáciou.

Holmium tiež reaguje so všetkými halogény za vzniku ich príslušné halogenidy (HOF ₃ , HClO ₃ , Hobro ₃ a Hoi ₃ ).

Chemická štruktúra

Holmium kryštalizuje do kompaktnej hexagonálnej štruktúry, hcp (hexagonálne tesné balenie). Atómy Ho teoreticky zostávajú kohézne vďaka kovovej väzbe vytvorenej elektrónmi ich 4f orbitálov podľa ich elektronickej konfigurácie:

4f ¹¹ 6s ²

Takéto interakcie, ako aj energetické usporiadanie jeho elektrónov, definujú fyzikálne vlastnosti holmia. Pre tento kov nie je známy žiadny iný allotrop alebo polymorf ani pri vysokom tlaku.

aplikácia

Jadrové reakcie

Atóm holmia je dobrý absorbér neutrónov, a preto pomáha regulovať vývoj jadrových reakcií.

spektroskopie

Roztoky oxidu Holmia sa používajú na kalibráciu spektrofotometrov, pretože ich absorpčné spektrum zostáva takmer vždy konštantné, bez ohľadu na nečistoty, ktoré obsahuje. Tiež vykazuje veľmi charakteristické ostré pásy spojené s atómom holmia, a nie s jeho zlúčeninami.

farbivo

Atómy Holmium sú schopné červenkastého sfarbenia skla a umelých kubických zirkóniových drahokamov.

magnety

Pri extrémne nízkych teplotách (30 K alebo menej) vykazuje holmium zaujímavé magnetické vlastnosti, ktoré sa používajú na výrobu silných elektromagnetov, kde pomáha koncentrovať výsledné magnetické pole.

Takéto magnetické materiály sú určené na nukleárnu magnetickú rezonanciu; na vývoj pevných diskov so spomienkami, ktoré oscilujú v poradí podľa petabytov alebo terabajtov; a prípadne na výrobu kvantových počítačov.

Holmium laser

Kryštál yttrium-hlinitého granátu (YAG) sa môže dotovať atómami holmia, aby vyžaroval žiarenie s vlnovou dĺžkou 2 um; to znamená, že máme holmium laser. Vďaka tomu je nádorové tkanivo možné presne rezať bez toho, aby došlo k krvácaniu, pretože dodávaná energia rany okamžite rutinizuje.

Tento laser sa opakovane používa pri operáciách prostaty a zubných lekároch, ako aj pri odstraňovaní rakovinových buniek a obličkových kameňov.

Referencie

1. Shiver a Atkins. (2008). Anorganická chémia. (Štvrté vydanie). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Holmium. Obnovené z: en.wikipedia.org
3. Kráľovská spoločnosť chémie. (2020). Periodická tabuľka: Holmium. Obnovené z: rsc.org
4. Doug Stewart. (2020). Fakty / chémia spoločnosti Holmium. Získané z: chemicool.com
5. Steve Gagnon. (SF). Element Holmium. Obnovené z: education.jlab.org
6. Editori encyklopédie Britannica. (3. apríla 2019). Holmium. Encyclopædia Britannica. Získané z: britannica.com
7. Judy Lynn Mohn Rosebrook. (2020). Holmium. Získané z: utoledo.edu