- Historie
- Holmium egenskaber
- Fysisk fremtoning
- Atom nummer
- Molar masse
- Smeltepunkt
- Kogepunkt
- Massefylde
- Fusionsvarme
- Fordampningsvarme
- Molær varmekapacitet
- elektronegativitet
- Ioniseringsenergier
- Varmeledningsevne
- Elektrisk modstand
- Oxidationsnumre
- isotoper
- Magnetisk orden og øjeblik
- Reaktivitet
- Kemisk struktur
- Applikationer
- Atomreaktioner
- spektroskopi
- farvestof
- Magneter
- Holmium laser
- Referencer
Den holmium er et metallisk grundstof, der tilhører f blok det periodiske system, specifikt til den periode, lanthaniderne. Det er derfor et medlem af de sjældne jordarter sammen med erbium, yttrium, dysprosium og ytterbium. Alle disse udgør en række mineraler (xenotime eller gadolinit), der er vanskelige at adskille ved traditionelle kemiske metoder.
Dets kemiske symbol er Ho med et atomnummer på 67 og er mindre rigeligt end naboerne dysprosium (66 Dy) og erbium (68 Er). Det siges derefter, at det adlyder Oddo-Harkins-reglen. Holmium er et af de sjældne metaller, som næsten ingen kender eller mistænker for dets eksistens; selv blandt kemikere nævnes det sjældent meget ofte.
Ultrapure-prøve af metallisk holmium. Kilde: Hi-Res-billeder af kemiske elementer
Inden for medicin er holmium kendt for brugen af sin laser i operationer til bekæmpelse af prostatasygdomme. Det repræsenterer også det lovende materiale til fremstilling af elektromagneter og kvantecomputere på grund af dets usædvanlige magnetiske egenskaber.
De trivalente holmiumforbindelser, Ho 3+, har det særlige ved at udvise en farve, der er afhængig af lyset, som de bestråles med. Hvis det er fluorescerende, ændres farven på disse forbindelser fra gul til lyserød. På samme måde sker det med dens løsninger.
Historie
Opdagelsen af holmium tilskrives to schweiziske kemikere, Marc Delafontaine og Jacques-Louis Soret, der i 1878 opdagede det spektroskopisk under analyse af sjældne jordmineraler i Genève. De kaldte det element X.
Bare et år senere, i 1879, lykkedes den svenske kemiker Per Teodor Cleve at adskille holmiumoxid med udgangspunkt i erbia, erbiumoxid (Er 2 O 3). Dette oxid, kontamineret med andre urenheder, viste en brun farve, som han kaldte 'holmia', hvilket betyder Stockholm på latin.
Cleve opnåede også et andet grønt materiale: 'thulia', som er thuliumoxid. Problemet med denne opdagelse er, at ingen af de tre kemikere var i stand til at opnå en tilstrækkelig ren prøve af holmiumoxid, da det var kontamineret af atomer af dysprosium, et andet lanthanidmetal.
Først i 1886 isolerede den hårdtarbejdende franske kemiker, Paul Lecoq de Boisbaudran, holmiumoxid ved fraktioneret nedbør. Dette oxid blev derefter underkastet kemiske reaktioner for at producere holmiumsalte, som blev reduceret i 1911 af den svenske kemiker Otto Holmberg; og således dukkede de første prøver af metallisk holmium op.
Imidlertid ekstraheres for tiden holmiumioner Ho 3+ ved ionbytningskromatografi i stedet for at ty til konventionelle reaktioner.
Holmium egenskaber
Fysisk fremtoning
Sølvfarvet, blødt, duktilt og formbart metal.
Atom nummer
67 (67 Ho)
Molar masse
164,93 g / mol
Smeltepunkt
1461 ºC
Kogepunkt
2600 ºC
Massefylde
Ved stuetemperatur: 8,79 g / cm 3
Lige når det smelter eller smelter: 8,34 g / cm 3
Fusionsvarme
17 kJ / mol
Fordampningsvarme
251 kJ / mol
Molær varmekapacitet
27,15 J / (mol K)
elektronegativitet
1.23 på Pauling-skalaen
Ioniseringsenergier
Først: 581,0 kJ / mol (Ho + gasformig)
Andet: 1140 kJ / mol (Ho 2+ luftformig)
Tredje: 2204 kJ / mol (Ho 3+ luftformig)
Varmeledningsevne
16,2 W / (mK)
Elektrisk modstand
814 nm
Oxidationsnumre
Holmium kan forekomme i dets forbindelser med følgende antal eller oxidationstilstande: 0, +1 (Ho +), +2 (Ho 2+) og +3 (Ho 3+). Af dem alle er +3 langt den mest almindelige og stabile. Derfor er holmium et trivalent metal, der danner forbindelser (ioniske eller delvis ioniske), hvor det deltager som en Ho 3+ -ion.
For eksempel i de følgende forbindelser holmium er fundet med et oxidationstrin på +3: Ho 2 O 3 (Ho 2 3+ O 3 2-), Ho (OH) 3, HoI 3 (Ho 3+ I 3 -) og Ho 2 (SO 4) 3.
Ho 3+ og dets elektroniske overgange er ansvarlige for, at forbindelserne i dette metal ser brunbrune farver. Men når disse bestråles med lysstofrør, bliver de lyserøde. Det samme gælder deres løsninger.
isotoper
Holmium forekommer i naturen som en enkelt stabil isotop: 165 Ho (100% overflod). Der er dog menneskeskabte radioisotoper med lang halveringstid. Mellem dem har vi:
- 163 Ho (t 1/2 = 4570 år)
- 164 Ho (t 1/2 = 29 minutter)
- 166 Ho (t 1/2 = 26.763 timer)
- 167 Ho (t 1/2 = 3,1 timer)
Magnetisk orden og øjeblik
Holmium er et paramagnetisk metal, men det kan blive ferromagnetisk ved en temperatur på 19 K og udvise meget stærke magnetiske egenskaber. Det er også kendetegnet ved at have det største magnetiske moment (10,6 μ B) blandt alle kemiske elementer samt en usædvanlig magnetisk permeabilitet.
Reaktivitet
Holmium er et metal, der ikke ruster for hurtigt under normale forhold, så det tager tid at miste sin glans. Når det opvarmes med en tænder, bliver det imidlertid gulligt på grund af dannelsen af et oxidlag:
4 Ho + 3 O 2 → 2 Ho 2 O 3
Reagerer med fortyndede eller koncentrerede syrer for at fremstille deres respektive salte (nitrater, sulfater osv.). Imidlertid reagerer og overraskende ikke med fluoridsyre, da et lag af HoF 3 beskytter det mod dets nedbrydning.
Holmium reagerer også med alle halogener at producere deres respektive halogenider (HoF 3, HOCI 3, HOBr 3 og HoI 3).
Kemisk struktur
Holmium krystalliserer til en kompakt hexagonal struktur, hcp (hexagonal tætpakket). I teorien forbliver Ho-atomer sammenhængende takket være den metalliske binding dannet af elektronerne i deres 4f-orbitaler i henhold til deres elektroniske konfiguration:
4f 11 6s 2
Sådanne interaktioner såvel som energioppstillingerne for dets elektroner definerer de fysiske egenskaber af holmium. Ingen anden allotrop eller polymorf er kendt for dette metal, ikke engang under højt tryk.
Applikationer
Atomreaktioner
Holmiumatom er en god neutronabsorberende, hvorfor det hjælper med at kontrollere udviklingen af nukleare reaktioner.
spektroskopi
Holmiumoxidopløsninger bruges til at kalibrere spektrofotometre, fordi deres absorptionsspektrum forbliver konstant næsten altid, uanset urenheder, det indeholder. Det viser også meget karakteristiske skarpe bånd, der er forbundet med holmiumatom, og ikke med dets forbindelser.
farvestof
Holmiumatomer er i stand til at give rødlig farve på glas og kunstige kubiske zirkoniumperler.
Magneter
Ved ekstremt lave temperaturer (30 K eller mindre) udviser holmium interessante magnetiske egenskaber, der bruges til at fremstille kraftige elektromagneter, hvor det hjælper med at koncentrere det resulterende magnetfelt.
Sådanne magnetiske materialer er beregnet til nukleær magnetisk resonans; til udvikling af harddiske med minder, der svinger i rækkefølge af petabytes eller terabyte; og muligvis til fremstilling af kvantecomputere.
Holmium laser
En yttrium-aluminium granat (YAG) krystal kan dopes med holmiumatomer for at udsende stråling med en bølgelængde på 2 um; det vil sige, vi har en holmium laser. Takket være det kan tumorvævet skæres nøjagtigt uden at forårsage blødning, da den tilførte energi kauteriserer sårene med det samme.
Denne laser er blevet brugt gentagne gange i prostata- og tandkirurgiske indgreb samt til at eliminere kræftceller og nyresten.
Referencer
- Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kemi. (Fjerde udgave). Mc Graw Hill.
- Wikipedia. (2019). Holmium. Gendannet fra: en.wikipedia.org
- Royal Society of Chemistry. (2020). Periodisk tabel: Holmium. Gendannes fra: rsc.org
- Dr. Doug Stewart. (2020). Holmium element fakta / kemi. Gendannes fra: chemicool.com
- Steve Gagnon. (Sf). Elementet Holmium. Gendannet fra: education.jlab.org
- Redaktørerne af Encyclopaedia Britannica. (3. april 2019). Holmium. Encyclopædia Britannica. Gendannes fra: britannica.com
- Judy Lynn Mohn Rosebrook. (2020). Holmium. Gendannes fra: utoledo.edu