HOLMIJ: POVIJEST, SVOJSTVA, KEMIJSKA STRUKTURA I UPOTREBE - KEMIJA - 2026

Holmij je metalni element koji spada u blok f periodnog, posebno za razdoblje od lantanida. Stoga je član rijetkih zemalja, zajedno s erbijem, itrijem, disprozijem i itterbijem. Sve to čini niz minerala (ksenotime ili gadolinita) koji je teško odvojiti konvencionalnim kemijskim metodama.

Njegov kemijski simbol je Ho, s atomskim brojem 67 i manje obilnim od suspro-disprozijuma (₆₆ Dy) i erbija (₆₈ Er). Tada se kaže da se pokorava Oddo-Harkinsovom pravilu. Holmij je jedan od onih rijetkih metala za koji gotovo niko ne zna i ne sumnja u njegovo postojanje; čak se i među kemičarima rijetko spominje vrlo često.

Ultra čist uzorak metalnog holmija. Izvor: Hi-Res slike kemijskih elemenata

U području medicine, holmij je poznat po upotrebi svog lasera u operacijama za borbu protiv bolesti prostate. Također predstavlja obećavajući materijal za proizvodnju elektromagneta i kvantnih računala, zbog svojih neobičnih magnetskih svojstava.

Trovalentni spojevi holmija, Ho3 ⁺, imaju osobinu ispoljavanja boje ovisno o svjetlosti kojom su ozračeni. Ako je fluorescentna, boja ovih spojeva mijenja se od žute do ružičaste. Na isti se način događa i s njegovim rješenjima.

Povijest

Otkriće holmija pripisano je dvojici švicarskih kemičara, Marcu Delafontaineu i Jacques-Louisu Soretu, koji su ga 1878. godine otkrili spektroskopski tijekom analize rijetkozemnih minerala u Ženevi. Nazvali su ga elementom X.

Samo godinu dana kasnije, 1879. godine, švedski kemičar Per Teodor Cleve uspio je odvojiti holmij oksid počevši od erbije, erbijevog oksida (Er ₂ O ₃). Ovaj oksid, kontaminiran drugim nečistoćama, pokazao je smeđu boju, koju je nazvao "holmia", što na latinskom znači Stockholm.

Također, Cleve je nabavio još jedan zeleni materijal: 'thulia', a to je tuljev oksid. Problem ovog otkrića je što nitko od trojice kemičara nije uspio dobiti dovoljno čist uzorak holmij-oksida, jer je bio kontaminiran atomima disprozijuma, drugog metala lantanida.

Tek 1886. marljivi francuski kemičar Paul Lecoq de Boisbaudran izolirao je holmij oksid frakcijskim oborinama. Ovaj oksid je nakon toga podvrgnut kemijskim reakcijama dajući holmijske soli, koje je 1911. godine smanjio švedski kemičar Otto Holmberg; i tako su se pojavili prvi uzorci metalnog holmija.

Međutim, trenutačno se ioni holmija, Ho3 ⁺, ekstrahiraju kromatografijom s ionskom izmjenom, umjesto da se pribjegavaju konvencionalnim reakcijama.

Svojstva holmija

Fizički izgled

Srebrna, meka, duktilna i propusna kovina.

Atomski broj

67 (₆₇ Ho)

Molekulska masa

164,93 g / mol

Talište

1461 ºC

Vrelište

2600 ºC

Gustoća

Na sobnoj temperaturi: 8.79 g / cm ³

Taman kad se topi ili topi: 8,34 g / cm ³

Toplina fuzije

17 kJ / mol

Toplina isparavanja

251 kJ / mol

Molarni toplinski kapacitet

27,15 J / (mol K)

Elektronegativnost

1,23 na Paulingovoj skali

Ionizirajuće energije

Prvo: 581,0 kJ / mol (Ho ⁺ plinoviti)

Drugo: 1140 kJ / mol (Ho ²⁺ plinovitih)

Treće: 2204 kJ / mol (Ho ³⁺ plinovitih)

Toplinska vodljivost

16,2 W / (m K)

Električni otpor

814 nΩ m

Oksidacijski brojevi

Holmij se može pojaviti u njegovim spojevima sa sljedećim brojevima ili oksidacijskim stanjima: 0, +1 (Ho ⁺), +2 (Ho ²⁺) i +3 (Ho ³⁺). Od svih njih, +3 je daleko najčešći i stabilniji. Stoga je holmij trovalentni metal, koji tvori spojeve (ionske ili djelomično ionske) gdje sudjeluje kao ion Ho3 ⁺.

Na primjer, u sljedećim spojevima, holmij ima oksidacijski broj +3: Ho ₂ O ₃ (Ho ₂ ³⁺ O ₃ ^2-), Ho (OH) ₃, HoI ₃ (Ho ³⁺ I ₃ ^-) i Ho ₂ (SO ₄) ₃.

Ho ³⁺ i njegovi elektronički prijelazi odgovorni su za to da spojevi ovog metala budu smeđe-žute boje. Međutim, ako su ozračene fluorescentnom svjetlošću, one postaju ružičaste. Isto vrijedi i za njihova rješenja.

izotopi

Holmij se u prirodi pojavljuje kao jedan stabilan izotop: ¹⁶⁵ Ho (100% obilje). Međutim, postoje radioizotopi koje je stvorio čovjek s dugim poluživotom. Između njih imamo:

- ¹⁶³ Ho (t _1/2 = 4570 godina)

- ¹⁶⁴ Ho (t _1/2 = 29 minuta)

- ¹⁶⁶ Ho (t _1/2 = 26.763 sati)

- ¹⁶⁷ Ho (t _1/2 = 3,1 sata)

Magnetski red i trenutak

Holmij je paramagnetni metal, ali može postati feromagnetski pri temperaturi od 19 K, pokazujući vrlo jaka magnetska svojstva. Također je karakteristično da ima najveći magnetski moment (10,6 μ _B) između svih kemijskih elemenata, kao i neobičan magnetske permeabilnosti.

Reaktivnost

Holmij je metal koji u normalnim uvjetima ne brzo hrđa, pa treba vremena da izgubi sjaj. Međutim, zagrijavanjem upaljačem postaje žućkasto zbog stvaranja oksidnog sloja:

4 Ho + 3 O ₂ → 2 Ho ₂ O ₃

Reagira s razrijeđenom ili koncentriranom kiselinom, čime nastaju njihove odgovarajuće soli (nitrati, sulfati itd.). No, iznenađujuće je da ne reagira s fluorovodičnom kiselinom, jer ga sloj HoF ₃ štiti od razgradnje.

Holmij također reagira sa svim halogena kako bi se proizveli njihovih halida (Hof ₃, HoCl ₃, HoBr ₃ i Hoi ₃).

Kemijska struktura

Holmij se kristalizira u kompaktnu šesterokutnu strukturu, hcp (šesterokutni zatvoreni). U teoriji, Ho-atomi ostaju kohezivni zahvaljujući metalnoj vezi koju stvaraju elektroni svojih 4f orbitala, u skladu s njihovom elektroničkom konfiguracijom:

4f ¹¹ 6s ²

Takve interakcije, kao i energetski raspored njegovih elektrona, određuju fizička svojstva holmija. Niti jedan drugi alotrop ili polimorf nisu poznati ovom metalu, čak ni pod visokim tlakom.

Prijave

Nuklearne reakcije

Atom holmija dobar je apsorber neutrona, zbog čega pomaže u kontroli razvoja nuklearnih reakcija.

spektroskopija

Otopine holijevog oksida koriste se za kalibraciju spektrofotometra, jer njihov apsorpcijski spektar ostaje gotovo uvijek konstantan, bez obzira na nečistoće koje sadrži. Također pokazuje vrlo karakteristične oštre pojaseve povezane s atomom holmija, a ne njegovim spojevima.

bojilo

Atomi Holmija mogu pružiti crvenkastu boju staklima i umjetnim kubičnim cirkonijskim draguljima.

magneti

Pri ekstremno niskim temperaturama (30K ili nižim), holmi ima zanimljiva magnetska svojstva, koja se koriste za izradu moćnih elektromagneta, gdje pomaže koncentriranju nastalog magnetskog polja.

Takvi magnetski materijali namijenjeni su za nuklearnu magnetsku rezonancu; za razvoj tvrdih diskova s ​​memorijama koje osciliraju redoslijedom petabajta ili terabajta; i za eventualnu proizvodnju kvantnih računala.

Holmij laser

Kristal itrijum-aluminij granat (YAG) može biti dopiran atomima holmija da emitira zračenje valnom duljinom od 2 um; to jest, imamo holmijski laser. Zahvaljujući njemu, tumorsko tkivo može se precizno presjeći bez uzrokovanja krvarenja, jer opskrbljena energija ubrzava rane.

Ovaj laser se više puta koristio u operacijama na prostati i zubima, kao i za uklanjanje stanica raka i bubrežnih kamenaca.

Reference

1. Shiver & Atkins. (2008). Neorganska kemija. (Četvrto izdanje). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Holmij. Oporavilo sa: en.wikipedia.org
3. Kraljevsko društvo za kemiju. (2020). Periodna tablica: Holmium. Oporavak od: rsc.org
4. Dr. Doug Stewart. (2020). Činjenice elementa Holmija / Kemija. Oporavilo od: chemicool.com
5. Steve Gagnon. (SF). Element Holmium. Oporavilo od: education.jlab.org
6. Urednici Encyclopaedia Britannica. (03. travnja 2019.). Holmij. Encyclopædia Britannica. Oporavilo od: britannica.com
7. Judy Lynn Mohn Rosebrook. (2020). Holmij. Oporavak od: utoledo.edu