ГОЛЬМИЙ: ИСТОРИЯ, СВОЙСТВА, ХИМИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА И ПРИМЕНЕНИЕ - ХИМИЯ - 2026

Гольмий представляет собой металлический элемент , принадлежащий к блоку ф периодической таблицы, в частности , к периоду лантаноидов. Поэтому он входит в состав редкоземельных элементов вместе с эрбием, иттрием, диспрозием и иттербием. Все они составляют ряд минералов (ксенотим или гадолинит), которые трудно разделить обычными химическими методами.

Его химический символ - Но, его атомный номер 67, и он менее распространен, чем его соседи диспрозий ( ₆₆ Dy) и эрбий ( ₆₈ Er). Затем говорят, что он подчиняется правилу Оддо-Харкинса. Гольмий - один из тех редких металлов, о существовании которых почти никто не знает и не подозревает; даже среди химиков о нем редко упоминают, очень часто.

Сверхчистый образец металлического гольмия. Источник: изображения химических элементов в высоком разрешении.

В области медицины гольмий известен тем, что его лазер используется в хирургических операциях для борьбы с заболеваниями простаты. Он также представляет собой многообещающий материал для изготовления электромагнитов и квантовых компьютеров из-за его необычных магнитных свойств.

Соединения трехвалентного гольмия, Ho ³⁺ , обладают особенностью проявлять цвет, зависящий от света, которым они облучаются. Если он флуоресцентный, цвет этих соединений меняется с желтого на розовый. Так же и с его растворами.

история

Открытие гольмия приписывают двум швейцарским химикам, Марку Делафонтену и Жаку-Луи Соре, которые в 1878 году обнаружили его спектроскопически при анализе редкоземельных минералов в Женеве. Они назвали это элементом X.

Всего через год, в 1879 году, шведскому химику Пер Теодору Клеве удалось отделить оксид гольмия, исходя из эрбии, оксида эрбия (Er ₂ O ₃ ). Этот оксид, загрязненный другими примесями, имел коричневый цвет, который он назвал holmia, что на латыни означает Стокгольм.

Кроме того, Клив получил еще один зеленый материал: тулию, которая представляет собой оксид тулия. Проблема с этим открытием заключается в том, что ни один из трех химиков не смог получить достаточно чистый образец оксида гольмия, поскольку он был загрязнен атомами диспрозия, другого металла лантаноида.

Лишь в 1886 году трудолюбивый французский химик Поль Лекок де Буабодран выделил оксид гольмия фракционным осаждением. Этот оксид впоследствии был подвергнут химическим реакциям с образованием солей гольмия, которые были восстановлены в 1911 году шведским химиком Отто Хольмбергом; Так появились первые образцы металлического гольмия.

Однако в настоящее время ионы гольмия, Ho ³⁺ , экстрагируются с помощью ионообменной хроматографии, вместо того, чтобы прибегать к обычным реакциям.

Гольмиевые свойства

Внешность

Серебристый, мягкий, пластичный и ковкий металл.

Атомный номер

67 ( ₆₇ Ho)

Молярная масса

164,93 г / моль

Температура плавления

1461 ºC

Точка кипения

2600 ºC

плотность

При комнатной температуре: 8,79 г / см ³

Когда он тает или тает: 8,34 г / см ³

Теплота плавления

17 кДж / моль

Теплота испарения

251 кДж / моль

Молярная теплоемкость

27,15 Дж / (моль К)

Электроотрицательность

1,23 по шкале Полинга

Энергии ионизации

Первый: 581,0 кДж / моль (Ho ⁺ газообразный)

Второй: 1140 кДж / моль ( газообразный Ho ²⁺ )

Третий: 2204 кДж / моль ( газообразный Ho ³⁺ )

Теплопроводность

16,2 Вт / (м · К)

Удельное электрическое сопротивление

814 нОм м

Числа окисления

Гольмий может находиться в своих соединениях со следующими номерами или степенями окисления: 0, +1 (Ho ⁺ ), +2 (Ho ²⁺ ) и +3 (Ho ³⁺ ). Из всех них +3 на сегодняшний день является наиболее распространенным и стабильным. Следовательно, гольмий является трехвалентным металлом, образуя соединения (ионные или частично ионные), в которых он участвует как ион Ho ³⁺ .

Например, в следующих соединениях присутствует гольмий со степенью окисления +3: Ho ₂ O ₃ (Ho ₂ ³⁺ O ₃ ^2- ), Ho (OH) ₃ , HoI ₃ (Ho ³⁺ I ₃ ^- ). и Ho ₂ (SO ₄ ) ₃ .

Ho ³⁺ и его электронные переходы приводят к тому, что соединения этого металла приобретают коричнево-желтый цвет. Однако при облучении люминесцентным светом они становятся розовыми. То же самое и с их решениями.

Изотопы

Гольмий встречается в природе как единственный стабильный изотоп: ¹⁶⁵ Но (содержание 100%). Однако существуют искусственные радиоизотопы с длительным периодом полураспада. Между ними у нас есть:

- ¹⁶³ Хо (t _1/2 = 4570 лет)

- ¹⁶⁴ Хо (t _1/2 = 29 минут)

- ¹⁶⁶ Ho (t _1/2 = 26 763 часа)

- ¹⁶⁷ Хо (t _1/2 = 3,1 часа)

Магнитный порядок и момент

Гольмий - парамагнитный металл, но он может стать ферромагнитным при температуре 19 K, проявляя очень сильные магнитные свойства. Он также характеризуется тем , что наибольший магнитный момент (10,6 μ _B ) среди всех химических элементов, а также необычную магнитную проницаемость.

Реактивность

Гольмий - это металл, который в обычных условиях не ржавеет слишком быстро, поэтому требуется время, чтобы он потерял свой блеск. Однако при нагревании зажигалкой он становится желтоватым из-за образования оксидного слоя:

4 Ho + 3 O ₂ → 2 Ho ₂ O ₃

Реагирует с разбавленными или концентрированными кислотами с образованием соответствующих солей (нитратов, сульфатов и т. Д.). Однако, что удивительно, он не реагирует с фтористоводородной кислотой, поскольку слой HoF ₃ защищает его от разложения.

Гольмий также реагирует со всеми галогенами с образованием соответствующих галогенидов (HoF ₃ , HoCl ₃ , HoBr ₃ и HoI ₃ ).

Химическая структура

Гольмий кристаллизуется в компактную гексагональную структуру, ГПУ (гексагональную плотную упаковку). Теоретически атомы Но остаются связными благодаря металлической связи, образованной электронами их 4f-орбиталей, в соответствии с их электронной конфигурацией:

4f ¹¹ 6s ²

Такие взаимодействия, а также энергетическое расположение его электронов определяют физические свойства гольмия. Никакой другой аллотроп или полиморф этого металла не известен, даже под высоким давлением.

Приложения

Ядерные реакции

Атом гольмия является хорошим поглотителем нейтронов, поэтому помогает контролировать развитие ядерных реакций.

спектроскопия

Растворы оксида гольмия используются для калибровки спектрофотометров, потому что их спектр поглощения почти всегда остается постоянным, независимо от примесей, которые он содержит. На нем также видны очень характерные резкие полосы, связанные с атомом гольмия, а не его соединениями.

краситель

Атомы гольмия способны придавать красноватый оттенок стеклу и искусственным драгоценным камням фианита.

Магниты

При чрезвычайно низких температурах (30 К или ниже) гольмий проявляет интересные магнитные свойства, которые используются для создания мощных электромагнитов, где он помогает фокусировать результирующее магнитное поле.

Такие магнитные материалы предназначены для ядерного магнитного резонанса; для разработки жестких дисков с памятью, которая колеблется в порядке петабайт или терабайт; и, возможно, для производства квантовых компьютеров.

Гольмиевый лазер

Кристалл иттрий-алюминиевого граната (YAG) может быть легирован атомами гольмия для испускания излучения с длиной волны 2 мкм; то есть у нас есть гольмиевый лазер. Благодаря этому ткань опухоли может быть точно разрезана, не вызывая кровотечения, поскольку подаваемая энергия немедленно прижигает раны.

Этот лазер неоднократно использовался при операциях на предстательной железе и стоматологических операциях, а также для удаления раковых клеток и камней в почках.

Ссылки

1. Шивер и Аткинс. (2008). Неорганическая химия . (Четвертое издание). Мак Гроу Хилл.
2. Wikipedia. (2019). Holmium. Получено с: en.wikipedia.org
3. Королевское химическое общество. (2020). Таблица Менделеева: Гольмий. Получено с: rsc.org
4. Доктор Дуг Стюарт. (2020). Факты об элементе гольмия / Химия. Получено с: chemicool.com
5. Стив Ганьон. (SF). Элемент Гольмий. Получено с: education.jlab.org
6. Редакторы энциклопедии Британника. (03 апреля 2019 г.). Holmium. Encyclopdia Britannica. Получено с: britannica.com
7. Джуди Линн Мон Роузбрук. (2020). Holmium. Получено с: utoledo.edu