ХОЛМИУМ: ИСТОРИЯ, СВОЙСТВА, ХИМИЧНА СТРУКТУРА И ПРИЛОЖЕНИЯ - ХИМИЯ - 2025

В холмий е метален елемент, принадлежащ към блока е периодичната таблица, по-специално на периода на лантанидите. Следователно той е член на редките земи, заедно с ербий, итрий, диспрозий и итербий. Всички те съставляват поредица от минерали (ксенотайм или гадолинит), които трудно се разделят с конвенционалните химични методи.

Неговият химичен символ е Хо, има атомно число 67 и е по-малко обикновен от съседите си диспрозий (₆₆ Dy) и ербий (₆₈ Er). Тогава се казва, че се подчинява на правилото Одо-Харкинс. Холмият е един от онези редки метали, за които почти никой не знае и не подозира за неговото съществуване; дори сред химиците рядко се споменава много често.

Ултрачиста проба от метален холмий. Източник: Hi-Res изображения на химически елементи

В областта на медицината, холмиумът е известен с използването на своя лазер в операции за борба с заболявания на простатата. Той също така представлява обещаващият материал за производството на електромагнити и квантови компютри, поради необичайните си магнитни свойства.

Тривалентните съединения на холмия, Ho ³⁺, имат особеността да проявяват цвят, зависим от светлината, с която се облъчват. Ако е флуоресцентно, цветът на тези съединения се променя от жълт до розов. По същия начин се случва и с неговите решения.

история

Откритието на холмия се приписва на двама швейцарски химици, Марк Делафонтен и Жак-Луи Сорет, които през 1878 г. го откриват спектроскопично, докато анализират рядкоземните минерали в Женева. Наричаха го елемент X.

Само една година по-късно, през 1879 г., шведският химик Пер Теодор Клив успява да отдели холиев оксид, като се започне от ербия, ербиев оксид (Er ₂ O ₃). Този оксид, замърсен от други примеси, показа кафяв цвят, който той нарече „holmia“, което на латински означава Стокхолм.

Също така, Клив получи друг зелен материал: „тулия“, който е тулиев оксид. Проблемът с това откритие е, че никой от тримата химици не успя да получи достатъчно чиста проба от холиев оксид, тъй като е замърсен от атоми на диспрозий, друг метал на лантанид.

Едва през 1886 г. трудолюбивият френски химик Пол Лекок дьо Босбаудран изолира холиев оксид чрез фракционни валежи. Впоследствие този оксид е подложен на химически реакции за получаване на холмиеви соли, които са намалени през 1911 г. от шведския химик Ото Холмберг; и така се появяват първите проби от метален холмий.

Въпреки това, понастоящем холмиевите йони, Ho ³⁺, се екстрахират чрез йонообменна хроматография, вместо да се прибягва до конвенционални реакции.

Свойства на холмия

Външен вид

Сребрист, мек, пластичен и ковък метал.

Атомно число

67 (₆₇ Хо)

Моларна маса

164,93 g / mol

Точка на топене

1461 ºC

Точка на кипене

2600 ºC

плътност

При стайна температура: 8.79 гр / см ³

Само когато се топи или стопилки: 8.34 гр / см ³

Топлина от синтез

17 kJ / mol

Топлина от изпаряване

251 kJ / mol

Моларен топлинен капацитет

27,15 J / (mol K)

Електроотрицателност

1.23 по скалата на Полинг

Йонизационни енергии

Първо: 581.0 kJ / mol (Ho ⁺ газообразен)

Второ: 1140 kJ / mol (Ho ²⁺ газообразни)

Трето: 2204 kJ / mol (Ho ³⁺ газообразни)

Топлопроводимост

16.2 W / (m K)

Електрическо съпротивление

814 nΩ m

Окислителни числа

Холмият може да възникне в неговите съединения със следните числа или състояния на окисляване: 0, +1 (Ho ⁺), +2 (Ho ²⁺) и +3 (Ho ³⁺). От всички тях +3 е най-често срещаният и стабилен. Следователно, холмият е тривалентен метал, образуващ съединения (йонни или частично йонни), където участва като йон на Ho ³⁺.

Например, в следните съединения, холмият има окислително число +3: Ho ₂ O ₃ (Ho ₂ ³⁺ O ₃ ^2-), Ho (OH) ₃, HoI ₃ (Ho ³⁺ I ₃ ^-) и Хо ₂ (SO ₄) ₃.

Ho ³⁺ и неговите електронни преходи са отговорни за съединенията на този метал да се появят кафяво-жълти цветове. Въпреки това, когато те се облъчват с флуоресцентна светлина, те стават розови. Същото важи и за техните решения.

Изотопи

Холмият се среща в природата като един-единствен стабилен изотоп: ¹⁶⁵ Ho (100% изобилие). Въпреки това, има създадени от човека радиоизотопи с дълъг полуживот. Между тях имаме:

- ¹⁶³ Хо (t _1/2 = 4570 години)

- ¹⁶⁴ Хо (t _1/2 = 29 минути)

- ¹⁶⁶ Хо (t _1/2 = 26 763 часа)

- ¹⁶⁷ Хо (t _1/2 = 3.1 часа)

Магнетичен ред и момент

Холмият е парамагнетичен метал, но може да стане феромагнетичен при температура 19 К, проявяващи много силни магнитни свойства. Той също така се характеризира с най-голям магнитен момент (10.6 μ _B) сред всички химични елементи, както и необичайно магнитна проницаемост.

реактивност

Холмият е метал, който не ръждясва твърде бързо при нормални условия, така че е необходимо време, за да загуби своя блясък. Въпреки това, когато се нагрява с запалка, той става жълтеникав, поради образуването на оксиден слой:

4 Ho + 3 O ₂ → 2 Ho ₂ O ₃

Реагира с разредени или концентрирани киселини, за да се получат съответните им соли (нитрати, сулфати и др.). Въпреки това и изненадващо, той не реагира с флуороводородна киселина, тъй като слой от HoF ₃ го предпазва от разграждането му.

Холмий също реагира с всички халогени да произвеждат техните съответни халогениди (Hof ₃, HOCl ₃, HoBr ₃ и Hoi ₃).

Химическа структура

Холмият кристализира в компактна шестоъгълна структура, hcp (хексагонално затворена). На теория, Ho атомите остават сплотени благодарение на металната връзка, образувана от електроните на техните 4f орбитали, според тяхната електронна конфигурация:

4f ¹¹ 6s ²

Такива взаимодействия, както и енергийното разположение на неговите електрони, определят физическите свойства на холмия. Никой друг алотроп или полиморф не е известен на този метал, дори и при високо налягане.

Приложения

Ядрени реакции

Холмиевият атом е добър неутрон-абсорбтор, поради което помага да се контролира развитието на ядрените реакции.

спектроскопия

Разтворите на холиев оксид се използват за калибриране на спектрофотометри, защото техният абсорбционен спектър остава постоянен почти винаги, независимо от примесите, които съдържа. Той също така показва много характерни остри ленти, свързани с атома на холмия, а не с неговите съединения.

Оцветител

Холмиевите атоми са в състояние да осигурят червеникаво оцветяване на стъклени и изкуствени кубични циркониеви скъпоценни камъни.

Магнитите

При изключително ниски температури (30K или по-ниски), холмият проявява интересни магнитни свойства, които се използват за създаване на мощни електромагнити, където спомага за концентриране на полученото магнитно поле.

Такива магнитни материали са предназначени за ядрено-магнитен резонанс; за разработване на твърди дискове, със спомени, които се колебаят в реда на петабайтите или терабайтите; и евентуално за производството на квантови компютри.

Холмиев лазер

Кристал от итриево-алуминиев гранат (YAG) може да бъде легиран с холиеви атоми за излъчване на радиация с дължина на вълната 2 µm; тоест имаме холиев лазер. Благодарение на него туморната тъкан може да бъде прерязана прецизно, без да причинява кървене, тъй като доставената енергия незабавно притиска раните.

Този лазер е използван многократно при операции на простатата и зъбите, както и за елиминиране на ракови клетки и камъни в бъбреците.

Препратки

1. Шивър и Аткинс. (2008 г.). Неорганична химия. (Четвърто издание). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Holmium. Възстановено от: en.wikipedia.org
3. Кралско химическо дружество. (2020). Периодична таблица: Холмиум. Възстановено от: rsc.org
4. Д-р Дъг Стюарт. (2020). Факти на холмиевия елемент / Химия. Възстановено от: chemicool.com
5. Стив Гагън. (SF). Холмият на елемента. Възстановено от: education.jlab.org
6. Редакторите на Encyclopaedia Britannica. (03 април 2019 г.). Holmium. Encyclopædia Britannica. Възстановено от: britannica.com
7. Джуди Лин Моун Rosebrook. (2020). Holmium. Възстановено от: utoledo.edu