HOLMIJ: ZGODOVINA, LASTNOSTI, KEMIJSKA ZGRADBA IN UPORABE - KEMIJA - 2025

Holmij je kovinski element, ki spada v f blok periodnega, natančneje v obdobju od lantanidov. Zato je član redkih zemelj, skupaj z erbijem, itrijem, disprozijem in itterbijem. Vse to tvori vrsto mineralov (ksenotime ali gadolinita), ki jih je težko ločiti s konvencionalnimi kemijskimi metodami.

Njegov kemijski simbol je Ho, ki ima atomsko številko 67 in je manj obilen kot sosednji disprozij ( ₆₆ Dy) in erbij ( ₆₈ Er). Nato se govori, da je v skladu z Oddo-Harkinsovim pravilom. Holmij je ena tistih redkih kovin, ki jih skoraj nihče ne pozna ali sumi na njihov obstoj; tudi med kemiki se le redko omenja zelo pogosto.

Ultra čist vzorec kovinskega holmija. Vir: Hi-Res slike kemičnih elementov

Na področju medicine je holmij znan po uporabi svojega laserja v operacijah za boj proti boleznim prostate. Prav tako predstavlja obetaven material za izdelavo elektromagnetov in kvantnih računalnikov zaradi svojih nenavadnih magnetnih lastnosti.

Trovalentne holmijeve spojine, Ho ³⁺ , imajo posebnost, da kažejo barvo, ki je odvisna od svetlobe, s katero so obsevani. Če je fluorescentna, se barva teh spojin spremeni iz rumene v roza. Na enak način se dogaja s svojimi rešitvami.

Zgodovina

Odkritje holmija gre pripisati dvema švicarskim kemikoma, Marcu Delafontaineu in Jacques-Louisu Soretu, ki sta ga leta 1878 zaznala spektroskopsko, ko sta analizirala redko zemeljske minerale v Ženevi. Imenovali so jo element X.

Šele leto dni kasneje, leta 1879, je švedskemu kemiku Per Teodorju Cleveu uspelo ločiti holmijev oksid, začenši z erbijo, erbijevim oksidom (Er ₂ O ₃ ). Ta oksid, onesnažen z drugimi nečistočami, je pokazal rjavo barvo, ki jo je poimenoval "holmia", kar v latinščini pomeni Stockholm.

Prav tako je Cleve dobil še en zeleni material: 'thulia', to je tuljev oksid. Težava tega odkritja je, da nobeden od treh kemikov ni mogel dobiti dovolj čistega vzorca holmijevega oksida, saj so ga onesnažili atomi disprozija, druge kovine lantanida.

Šele leta 1886 je marljivi francoski kemik Paul Lecoq de Boisbaudran zaradi frakcijskih padavin izoliral holijev oksid. Ta oksid je bil pozneje podvržen kemijskim reakcijam, da nastanejo holmijeve soli, ki jih je leta 1911 zmanjšal švedski kemik Otto Holmberg; in tako so se pojavili prvi vzorci kovinskega holmija.

Vendar pa se trenutno holmijevi ioni, Ho ³⁺ , ekstrahirajo z ionsko izmenjevalno kromatografijo, namesto da bi se zatekli k običajnim reakcijam.

Lastnosti Holmija

Fizični videz

Srebrna, mehka, nodularna in kovinska kovina.

Atomska številka

67 ( ₆₇ Ho)

Molarna masa

164,93 g / mol

Tališče

1461 ºC

Vrelišče

2600 ºC

Gostota

Pri sobni temperaturi: 8,79 g / cm ³

Ravno takrat, ko se topi ali topi: 8,34 g / cm ³

Vročina fuzije

17 kJ / mol

Toplota izparevanja

251 kJ / mol

Molarna toplotna zmogljivost

27,15 J / (mol K)

Elektronegativnost

1,23 po Paulingovi lestvici

Ionizacijske energije

Prvič: 581,0 kJ / mol (Ho ⁺ plinasti)

Drugič: 1140 kJ / mol (Ho ²⁺ plinasti)

Tretjič: 2204 kJ / mol (Ho ³⁺ plinasti)

Toplotna prevodnost

16,2 W / (m K)

Električni upor

814 nΩ m

Oksidacijske številke

Holmij se lahko pojavi v njegovih spojinah z naslednjimi števili ali oksidacijskimi stanji: 0, +1 (Ho ⁺ ), +2 (Ho ²⁺ ) in +3 (Ho ³⁺ ). Od vseh je +3 daleč najpogostejši in najbolj stabilen. Zato je holmi trivalentna kovina, ki tvori spojine (ionske ali delno ionske), kjer sodeluje kot Ho ³⁺ ion .

Na primer, v naslednjih spojinah ima holmij oksidacijsko število +3: Ho ₂ O ₃ (Ho ₂ ³⁺ O ₃ ^2- ), Ho (OH) ₃ , HoI ₃ (Ho ³⁺ I ₃ ^- ) in Ho ₂ (SO ₄ ) ₃ .

Ho ³⁺ in njegovi elektronski prehodi so odgovorni za to, da se spojine te kovine pojavijo rjavo rumene barve. Vendar, ko so obsevani s fluorescenčno svetlobo, postanejo roza. Enako velja za njihove rešitve.

Izotopi

Holmij se v naravi pojavlja kot en sam stabilen izotop: ¹⁶⁵ Ho (100% številčnost). Vendar pa obstajajo umetni radioizotopi z dolgim ​​razpolovnim časom. Med njimi imamo:

- ¹⁶³ Ho (t _1/2 = 4570 let)

- ¹⁶⁴ Ho (t _1/2 = 29 minut)

- ¹⁶⁶ Ho (t _1/2 = 26.763 ur)

- ¹⁶⁷ Ho (t _1/2 = 3,1 ure)

Magnetni red in trenutek

Holmij je paramagnetna kovina, vendar lahko pri temperaturi 19 K postane feromagnetna in ima zelo močne magnetne lastnosti. Zanj je značilen tudi največji magnetni moment (10,6 μ _B ) med vsemi kemičnimi elementi in nenavadna magnetna prepustnost.

Reaktivnost

Holmij je kovina, ki v običajnih pogojih ne prehitro rjavi, zato potrebuje čas, da izgubi sijaj. Vendar se pri segrevanju z vžigalnikom zaradi nastanka oksidne plasti postane rumenkasta:

4 Ho + 3 O ₂ → 2 Ho ₂ O ₃

Reagira z razredčeno ali koncentrirano kislino, da nastanejo njihove soli (nitrati, sulfati itd.). Vendar pa presenetljivo ne reagira s fluorovodikovo kislino, saj plast HoF ₃ ščiti pred razpadom.

Holmij prav tako reagira z vsemi halogeni, da proizvede svoje halogene (HoF ₃ , HoCl ₃ , HoBr ₃ in HoI ₃ ).

Kemična zgradba

Holmij kristalizira v kompaktno šesterokotno strukturo, hcp (šesterokotno zaprto). Teoretično ostajajo Ho-atomi kohezivni zaradi kovinske vezi, ki jo tvorijo elektroni njihovih 4f orbitalov v skladu z njihovo elektronsko konfiguracijo:

4f ¹¹ 6s ²

Takšne interakcije, pa tudi energetska razporeditev njegovih elektronov, določajo fizikalne lastnosti holmija. Ta kovina ne pozna nobenega drugega alotropa ali polimorfa, niti pod velikim pritiskom.

Prijave

Jedrske reakcije

Atrij holmija je dober nevtronski absorber, zato pomaga nadzorovati razvoj jedrskih reakcij.

Spektroskopija

Raztopine holmijevega oksida se uporabljajo za umerjanje spektrofotometrov, ker njihov absorpcijski spekter skoraj vedno ostane stalen, ne glede na nečistoče, ki jih vsebuje. Pokaže tudi zelo značilne ostre pasove, povezane s atomom holmija, in ne z njegovimi spojinami.

Barvilo

Atomi Holmija so sposobni zagotoviti rdečkasto obarvanost stekla in umetnih kubičnih cirkonijevih draguljev.

Magneti

Pri izjemno nizkih temperaturah (30 K ali manj) ima holmi zanimive magnetne lastnosti, ki se uporabljajo za izdelavo močnih elektromagnetov, kjer pomaga koncentrirati nastalo magnetno polje.

Taki magnetni materiali so namenjeni jedrski magnetni resonanci; za razvoj trdih diskov s spomini, ki nihajo po vrstnem redu petabajtov ali terabajtov; in morda za izdelavo kvantnih računalnikov.

Holmijev laser

Kristal granatnega itrijevega aluminija (YAG) je lahko dopiran z atomi holmija, da oddaja sevanje z valovno dolžino 2 µm; torej imamo holmijski laser. Zahvaljujoč njej se lahko tumorsko tkivo natančno razreže, ne da bi pri tem nastalo krvavitev, saj dobavljena energija rano takoj pokvari.

Ta laser se že večkrat uporablja pri operacijah na prostati in zobozdravnikih, pa tudi za odpravo rakavih celic in ledvičnih kamnov.

Reference

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganska kemija. (Četrta izdaja). Mc Graw Hill.
2. Wikipedija. (2019). Holmij. Pridobljeno: en.wikipedia.org
3. Royal Society of Chemistry. (2020). Periodična tabela: Holmium. Pridobljeno od: rsc.org
4. Dr. Doug Stewart. (2020). Dejstva o elementu Holmij / Kemija. Pridobljeno: chemicool.com
5. Steve Gagnon. (sf). Element Holmium. Pridobljeno od: education.jlab.org
6. Uredniki Encyclopeedia Britannica. (03.04.2019). Holmij. Encyclopædia Britannica. Pridobljeno: britannica.com
7. Judy Lynn Mohn Rosebrook. (2020). Holmij. Pridobljeno: utoledo.edu