HOLMIUM: ISTORIC, PROPRIETĂȚI, STRUCTURĂ CHIMICĂ ȘI UTILIZĂRI - CHIMIE - 2025

Holmium este un element metalic aparținând blocului f din tabelul periodic, în special pentru perioada lantanide. Prin urmare, este un membru al pământurilor rare, împreună cu erbiu, litiu, disprosiu și yterbiu. Toate acestea alcătuiesc o serie de minerale (xenotime sau gadolinite) greu de separat prin metode chimice convenționale.

Simbolul său chimic este Ho, având un număr atomic de 67 și este mai puțin abundent decât vecinii săi disprosium ( ₆₆ Dy) și erbium ( ₆₈ Er). Se spune atunci că se supune regulii Oddo-Harkins. Holmiul este unul dintre acele metale rare pe care aproape nimeni nu le cunoaște sau nu le suspectează existența; chiar și în rândul chimiștilor, este foarte rar menționat foarte des.

Eșantion ultrapur de holmiu metalic. Sursa: Imagini Hi-Res ale elementelor chimice

În domeniile medicinii, holmiul este cunoscut pentru utilizarea laserului său în intervențiile chirurgicale pentru a combate bolile prostatei. De asemenea, reprezintă materialul promițător pentru fabricarea electromagnetilor și calculatoarelor cuantice, datorită proprietăților sale magnetice neobișnuite.

Compușii triviați de holm, Ho ³⁺ , au particularitatea de a prezenta o culoare dependentă de lumina cu care sunt iradiați. Dacă este fluorescent, culoarea acestor compuși se schimbă de la galben la roz. În același mod, se întâmplă cu soluțiile sale.

Istorie

Descoperirea holmiului este atribuită a doi chimisti elvețieni, Marc Delafontaine și Jacques-Louis Soret, care în 1878 l-au detectat spectroscopic în timp ce analizau minereurile de pământuri rare la Geneva. Ei au numit-o elementul X.

La doar un an mai târziu, în 1879, chimistul suedez Per Teodor Cleve a reușit să separe oxidul de holmiu pornind de la erbie, oxid de erbiu (Er ₂ O ₃ ). Acest oxid, contaminat de alte impurități, a arătat o culoare maro, pe care a numit-o „holmia”, ceea ce înseamnă Stockholm în latină.

De asemenea, Cleve a obținut un alt material verde: „thulia”, care este oxid de tuliu. Problema acestei descoperiri este că niciunul dintre cei trei chimiști nu a reușit să obțină un eșantion suficient de pur de oxid de holmiu, deoarece a fost contaminat de atomi de disprosiu, un alt metal lantanid.

Abia în 1886, chimistul harnic francez, Paul Lecoq de Boisbaudran, a izolat oxidul de holm prin precipitații fracționate. Acest oxid a fost ulterior supus reacțiilor chimice pentru a produce săruri de holmiu, care au fost reduse în 1911 de chimistul suedez Otto Holmberg; și astfel, au apărut primele probe de holmiu metalic.

Cu toate acestea, în prezent ionii de holmiu, Ho ³⁺ , sunt extrași prin cromatografie de schimb ionic, în loc să recurgă la reacții convenționale.

Proprietățile Holmiei

Aspectul fizic

Metal argintiu, moale, ductil și maleabil.

Numar atomic

67 ( ₆₇ Ho)

Masă molară

164,93 g / mol

Punct de topire

1461 ºC

Punct de fierbere

2600 ºC

Densitate

La temperatura camerei: 8,79 g / cm ³

Exact când se topește sau se topește: 8,34 g / cm ³

Căldură de fuziune

17 kJ / mol

Căldură de vaporizare

251 kJ / mol

Capacitate termică molară

27,15 J / (mol K)

electronegativitate

1.23 pe scara Pauling

Energii de ionizare

Prima: 581,0 kJ / mol (Ho ⁺ gazos)

Al doilea: 1140 kJ / mol (Ho ²⁺ gazos)

Al treilea: 2204 kJ / mol (Ho ³⁺ gazos)

Conductivitate termică

16,2 W / (m K)

Rezistență electrică

814 nΩ m

Numere de oxidare

Holmiul poate apărea în compușii săi cu următoarele numere sau stări de oxidare: 0, +1 (Ho ⁺ ), +2 (Ho ²⁺ ) și +3 (Ho ³⁺ ). Dintre toate, +3 este de departe cel mai comun și stabil. Prin urmare, holmiul este un metal trivalent, formând compuși (ionici sau parțial ionici) unde participă ca ion Ho ³⁺ .

De exemplu, în următorii compuși, holmiu are un număr de oxidare +3: Ho ₂ O ₃ (Ho ₂ ³⁺ O ₃ ^2- ), Ho (OH) ₃ , HOI ₃ (Ho ³⁺ I ₃ ^- ) și Ho ₂ (SO ₄ ) ₃ .

Ho ³⁺ și tranzițiile sale electronice sunt responsabile pentru ca compușii acestui metal să apară culori galben-maro. Cu toate acestea, atunci când acestea sunt iradiate cu lumină fluorescentă, acestea devin roz. Același lucru este valabil și pentru soluțiile lor.

izotopi

Holmiul apare în natură ca un singur izotop stabil: ¹⁶⁵ Ho (100% abundență). Cu toate acestea, există radioizotopi artificiali cu timp de înjumătățire lungă. Între ele avem:

- ¹⁶³ Ho (t _1/2 = 4570 ani)

- ¹⁶⁴ Ho (t _1/2 = 29 minute)

- ¹⁶⁶ Ho (t _1/2 = 26.763 ore)

- ¹⁶⁷ Ho (t _1/2 = 3,1 ore)

Ordine și moment magnetic

Holmium este un metal paramagnetic, dar poate deveni feromagnetic la o temperatură de 19 K, prezentând proprietăți magnetice foarte puternice. De asemenea, se caracterizează prin faptul că are cel mai mare moment magnetic (10,6 μ _B ) dintre toate elementele chimice, precum și o permeabilitate magnetică neobișnuită.

reactivitatea

Holmium este un metal care nu ruginește prea repede în condiții normale, așa că este nevoie de timp pentru a-și pierde strălucirea. Cu toate acestea, atunci când este încălzit cu o culoare mai deschisă, acesta devine gălbuie, datorită formării unui strat de oxid:

4 Ho + 3 O ₂ → 2 Ho ₂ O ₃

Reacționează cu acizi diluați sau concentrați pentru a produce sărurile respective (nitrați, sulfați etc.). Totuși, în mod surprinzător, nu reacționează cu acidul fluorhidric, deoarece un strat de HoF ₃ îl protejează de degradarea sa.

De asemenea, Holmium reacționează cu toți halogenii pentru a produce halogenele respective (HoF ₃ , HoCl ₃ , HoBr ₃ și HoI ₃ ).

Structura chimică

Holmiul se cristalizează într-o structură compactă hexagonală, hcp (închisă cu hexagonal). În teorie, atomii de Ho rămân coezivi datorită legăturii metalice formate de electronii orbitalelor lor 4f, conform configurației electronice:

4f ¹¹ 6s ²

Astfel de interacțiuni, precum și dispunerea energetică a electronilor săi definesc proprietățile fizice ale holmului. Niciun alt alotrop sau polimorf nu este cunoscut acestui metal, nici măcar sub presiune ridicată.

Aplicații

Reacții nucleare

Atomul de holmiu este un bun absorbant de neutroni, motiv pentru care ajută la controlul dezvoltării reacțiilor nucleare.

Spectroscopie

Soluțiile de oxid de holmiu sunt utilizate pentru calibrarea spectrofotometrelor, deoarece spectrul lor de absorbție rămâne constant aproape întotdeauna, indiferent de impuritățile pe care le conține. De asemenea, prezintă benzi ascuțite foarte caracteristice asociate cu atomul de holmiu, și nu cu compușii săi.

Colorant

Atomii de Holmium sunt capabili să ofere colorație roșiatică sticlei și pietrelor artificiale cubice de zirconiu.

magneți

La temperaturi extrem de scăzute (30 K sau mai puțin), holmiul prezintă proprietăți magnetice interesante, care sunt utilizate pentru a produce electromagneti puternici, unde ajută la concentrarea câmpului magnetic rezultat.

Astfel de materiale magnetice sunt destinate rezonanței magnetice nucleare; pentru dezvoltarea hard disk-urilor, cu amintiri care oscilează în ordinea petabytes sau terabytes; și pentru eventuala fabricare de calculatoare cuantice.

Laser cu Holmium

Un cristal de garnitură de iritru-aluminiu (YAG) poate fi dopat cu atomi de holmiu pentru a emite radiații cu o lungime de undă de 2 um; adică avem un laser holmiu. Datorită acestuia, țesutul tumoral poate fi tăiat cu precizie fără a provoca sângerare, deoarece energia furnizată cauterizează imediat rănile.

Acest laser a fost utilizat în mod repetat în intervențiile chirurgicale pentru prostată și stomatologie, precum și pentru a elimina celulele canceroase și pietre la rinichi.

Referințe

1. Shiver & Atkins. (2008). Chimie anorganică . (A patra editie). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Holmium. Recuperat de la: en.wikipedia.org
3. Societatea Regală de Chimie. (2020). Tabelul periodic: Holmium. Recuperat de la: rsc.org
4. Dr. Doug Stewart. (2020). Fapte element Holmiu / Chimie. Recuperat de la: chemicool.com
5. Steve Gagnon. (Sf). Elementul Holmium. Recuperat de la: education.jlab.org
6. Redactorii Encyclopaedia Britannica. (03 aprilie 2019). Holmium. Encyclopædia Britannica. Recuperat de la: britannica.com
7. Judy Lynn Mohn Rosebrook. (2020). Holmium. Recuperat din: utoledo.edu