Гольмий - Holmium

Гольмий,  67 Ho
Holmium2.jpg
Гольмий
Произношение / Ч л м я ə м / ( HOHL -mee-əm )
Появление серебристо-белый
Стандартный атомный вес A r, std (Ho) 164,930 328 (7)
Гольмий в периодической таблице
Водород Гелий
Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон
Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон
Калий Кальций Скандий Титана Ванадий Хром Марганец Утюг Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон
Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебро Кадмий Индий Банка Сурьма Теллур Йод Ксенон
Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Меркурий (элемент) Таллий Вести Висмут Полоний Астатин Радон
Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Беркелиум Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Бориум Калий Мейтнерий Дармштадтиум Рентгений Копернициум Нихоний Флеровий Московиум Ливерморий Tennessine Оганессон
-

Хо

Эс
диспрозийгольмийэрбий
Атомный номер ( Z ) 67
Группа группа н / д
Период период 6
Блокировать   f-блок
Электронная конфигурация [ Xe ] 4f 11 6s 2
Электронов на оболочку 2, 8, 18, 29, 8, 2
Физические свойства
Фаза на  СТП твердый
Температура плавления 1734  К (1461 ° С, 2662 ° F)
Точка кипения 2873 К (2600 ° С, 4712 ° F)
Плотность (около  rt ) 8,79 г / см 3
в жидком состоянии (при  т. пл. ) 8,34 г / см 3
Теплота плавления 17,0  кДж / моль
Теплота испарения 251 кДж / моль
Молярная теплоемкость 27,15 Дж / (моль · К)
Давление газа
P  (Па) 1 10 100 1 к 10 тыс. 100 тыс.
при  T  (K) 1432 1584 (1775) (2040) (2410) (2964)
Атомные свойства
Состояния окисления 0, +1, +2, +3основной оксид)
Электроотрицательность Шкала Полинга: 1,23
Энергии ионизации
Радиус атома эмпирический: 176  пм
Ковалентный радиус 192 ± 19 часов
Цветные линии в спектральном диапазоне
Спектральные линии гольмия
Прочие свойства
Естественное явление изначальный
Кристальная структура гексагональный плотноупакованный (hcp)
Гексагональная плотноупакованная кристаллическая структура для гольмия
Скорость звука тонкого стержня 2760 м / с (при 20 ° C)
Термическое расширение поли: 11,2 мкм / (м⋅K) (при  комнатной температуре )
Теплопроводность 16,2 Вт / (м⋅K)
Удельное электрическое сопротивление поли: 814 нОм⋅м (при  комнатной температуре )
Магнитный заказ парамагнитный
Модуль для младших 64,8 ГПа
Модуль сдвига 26,3 ГПа
Объемный модуль 40,2 ГПа
коэффициент Пуассона 0,231
Твердость по Виккерсу 410–600 МПа
Твердость по Бринеллю 500–1250 МПа
Количество CAS 7440-60-0
История
Открытие Жак-Луи Соре и Марк Делафонтен (1878)
Основные изотопы гольмия
Изотоп Избыток Период полураспада ( t 1/2 ) Режим распада Продукт
163 Ho син 4570 л ε 163 Dy
164 Ho син 29 мин. ε 164 Дн
165 Ho 100% стабильный
166 Ho син 26,763 ч β - 166 Er
167 Ho син 3,1 ч β - 167 Er
Категория Категория: Гольмий
| Рекомендации

Гольмий - это химический элемент с символом Но и атомным номером 67. Гольмий, входящий в группу лантанидов , является редкоземельным элементом .

Гольмий был открыт путем выделения шведским химиком Пер Теодором Клевом и независимо Жаком-Луи Соре и Марком Делафонтеном , которые наблюдали его спектроскопически в 1878 году. Его оксид был впервые выделен из редкоземельных руд Кливом в 1878 году. Название элемента происходит от Holmia , латинское название города Стокгольм .

Элементарный гольмий - относительно мягкий и податливый серебристо-белый металл . Он слишком реактивен, чтобы его можно было найти в несоединенном виде, но в изолированном виде он относительно стабилен в сухом воздухе при комнатной температуре. Однако он вступает в реакцию с водой и легко подвергается коррозии, а также горит на воздухе при нагревании.

Гольмий содержится в минералах монацита и гадолинита и обычно коммерчески извлекается из монацита с использованием методов ионного обмена . Его соединения в природе и почти во всей его лабораторной химии трехвалентно окислены и содержат ионы Ho (III). Трехвалентные ионы гольмия обладают флуоресцентными свойствами, подобными многим другим ионам редкоземельных элементов (при этом они дают свой собственный набор уникальных световых линий излучения), и поэтому используются таким же образом, как и некоторые другие редкоземельные элементы, в некоторых применениях для лазеров и красителей для стекла.

Гольмий имеет самую высокую магнитную проницаемость среди всех элементов и поэтому используется в полюсных наконечниках самых сильных статических магнитов . Поскольку гольмий сильно поглощает нейтроны, он также используется в качестве горючего яда в ядерных реакторах.

Характеристики

Физические свойства

Ho 2 O 3 , слева: естественный свет, справа: под люминесцентной лампой с холодным катодом

Гольмий - относительно мягкий и податливый элемент, достаточно устойчивый к коррозии и стабильный в сухом воздухе при стандартной температуре и давлении . Однако во влажном воздухе и при более высоких температурах он быстро окисляется , образуя желтоватый оксид. В чистом виде гольмий обладает металлическим ярким серебристым блеском.

Оксид гольмия имеет довольно резкие изменения цвета в зависимости от условий освещения. При дневном свете имеет желтовато-коричневый цвет. При трехцветном свете он становится огненно-оранжево-красным, почти неотличимым от оксида эрбия при тех же условиях освещения. Воспринимаемое изменение цвета связано с резкими полосами поглощения гольмия, взаимодействующими с подмножеством резких полос излучения трехвалентных ионов европия и тербия, действующих как люминофор.

Гольмий имеет наивысший магнитный момент (10,6  мкм
B
) любого встречающегося в природе элемента и обладает другими необычными магнитными свойствами. В сочетании с иттрием он образует сильномагнитные соединения. Гольмий парамагнитен в условиях окружающей среды, но ферромагнитен при температурах ниже19  К .

Химические свойства

Металлический гольмий медленно тускнеет на воздухе и легко горит с образованием оксида гольмия (III) :

4 Ho + 3 O 2 → 2 Ho 2 O 3

Гольмий довольно электроположителен и, как правило, трехвалентен. Он медленно реагирует с холодной водой и довольно быстро с горячей водой с образованием гидроксида гольмия:

2 Ho (s) + 6 H 2 O (l) → 2 Ho (OH) 3 (водн.) + 3 H 2 (г)

Металлический гольмий реагирует со всеми галогенами:

2 Ho (s) + 3 F 2 (g) → 2 HoF 3 (s) [розовый]
2 Ho (s) + 3 Cl 2 (г) → 2 HoCl 3 (s) [желтый]
2 Ho (s) + 3 Br 2 (г) → 2 HoBr 3 (s) [желтый]
2 Ho (s) + 3 I 2 (g) → 2 HoI 3 (s) [желтый]

Гольмий легко растворяется в разбавленной серной кислоте с образованием растворов, содержащих желтые ионы Ho (III), которые существуют в виде комплексов [Ho (OH 2 ) 9 ] 3+ :

2 Ho (s) + 3 H 2 SO 4 (водн.) → 2 Ho 3+ (водн.) + 3 SO2-
4
(водн.) + 3 H 2 (г)

Наиболее частая степень окисления гольмия +3. Гольмий в растворе находится в форме Ho 3+, окруженного девятью молекулами воды. Гольмий растворяется в кислотах.

Изотопы

Природный гольмий содержит один стабильный изотоп - гольмий-165. Известны некоторые синтетические радиоактивные изотопы; наиболее стабильным является гольмий-163 с периодом полураспада 4570 лет. Все другие радиоизотопы имеют период полураспада в основном состоянии не более 1,117 суток, а у большинства изотопов период полураспада менее 3 часов. Однако метастабильный 166m1 Ho имеет период полураспада около 1200 лет из-за его большого вращения . Этот факт в сочетании с высокой энергией возбуждения, приводящей к особенно богатому спектру распадающихся гамма-лучей, образующихся при снятии возбуждения в метастабильном состоянии, делает этот изотоп полезным в экспериментах по ядерной физике в качестве средства для калибровки энергетических откликов и собственной эффективности спектрометров гамма-излучения. .

История

Holmium ( Holmia , латинское название Стокгольма ) был обнаружен на Жак-Луи Сор и Марк Деляфонтен в 1878 году , который заметил аберрантные спектрографические полосы поглощения на то неизвестный элементе (они называют его «Элемент X»).

Так же, Пер Теодор Клеве независимо друг от друга обнаружили элемент , когда он работал на erbia земли ( оксида эрбия ), и был первым , чтобы изолировать его. Используя метод, разработанный Карлом Густавом Мосандером , Клив сначала удалил все известные загрязнители из Эрбии. Результатом этих усилий стали два новых материала: коричневый и зеленый. Он назвал коричневое вещество холмией (в честь латинского названия Стокгольма, где родился Клив), а зеленое - тулией. Позже было обнаружено , что холмия является оксидом гольмия , а тулия - оксидом тулия .

В классической статье Генри Мозли об атомных числах гольмию был присвоен атомный номер 66. Очевидно, препарат гольмия, который ему дали исследовать, был крайне нечистым, в нем преобладал соседний (и не нанесенный на график) диспрозий. Он увидел бы линии рентгеновского излучения обоих элементов, но предположил, что доминирующие из них принадлежали гольмию, а не примеси диспрозия.

Возникновение и производство

Как и все другие редкоземельные элементы, гольмий не встречается в природе как свободный элемент. Он действительно встречается в сочетании с другими элементами в гадолините (черная часть образца, показанного справа), монаците и других редкоземельных минералах. Минерал с преобладанием гольмия пока не обнаружен. Основными районами добычи являются Китай , США , Бразилия , Индия , Шри-Ланка и Австралия с запасами гольмия, оцениваемыми в 400 000 тонн.

Гольмий составляет 1,4 частей на миллион земной коры по массе. Это делает его 56-м по численности элементом в земной коре. Гольмий составляет 1 часть на миллион почв , 400 частей на квадриллион морской воды и почти не входит в атмосферу Земли . Гольмий редко встречается среди лантаноидов. Его масса составляет 500 частей на триллион Вселенной .

В промышленных масштабах он извлекается ионным обменом из монацитового песка (0,05% гольмия), но по-прежнему трудно отделить от других редкоземельных элементов. Элемент был выделен путем восстановления его безводного хлорида или фторида металлическим кальцием . Его предполагаемое содержание в земной коре составляет 1,3 мг / кг. Гольмий подчиняется правилу Оддо-Харкинса : как элемент с нечетным номером, он менее распространен, чем его ближайшие четные соседи, диспрозий и эрбий . Однако это самый распространенный из тяжелых лантаноидов с нечетным номером . Основным источником тока являются некоторые из ионно-адсорбционных глин южного Китая. Некоторые из них имеют состав редкоземельных элементов, аналогичный составу ксенотима или гадолинита. Иттрий составляет около 2/3 от общего количества по массе; гольмий составляет около 1,5%. Сами по себе исходные руды очень бедны, может быть, всего 0,1% лантаноидов, но легко извлекаются. Гольмий относительно недорог для редкоземельного металла, его цена составляет около 1000  долларов за кг.

Приложения

Раствор 4% оксида гольмия в 10% хлорной кислоте, навсегда заплавленный в кварцевой кювете в качестве оптического калибровочного стандарта.

Гольмий имеет самую высокую магнитную силу среди всех элементов и поэтому используется для создания сильнейших искусственно созданных магнитных полей , когда он помещается в высокопрочные магниты в качестве магнитного полюсного наконечника (также называемого концентратором магнитного потока ). Поскольку он может поглощать нейтроны, образующиеся при ядерном делении, он также используется в качестве горючего яда для регулирования ядерных реакторов.

Легированный гольмием железо - иттриевый гранат (ЖИГ) и фторид иттрия-лития (YLF) находят применение в твердотельных лазерах , а Ho-YIG - в оптических изоляторах и в микроволновом оборудовании (например, сферах ЖИГ ). Гольмиевые лазеры излучают на расстоянии 2,1 микрометра. Они используются в медицине, стоматологии и волоконно-оптических системах.

Гольмий - один из красителей фианита и стекла , обеспечивающий желтый или красный цвет. Стекло, содержащее оксид гольмия и растворы оксида гольмия (обычно в хлорной кислоте ), имеет резкие пики оптического поглощения в спектральном диапазоне 200–900 нм. Поэтому они используются в качестве калибровочного стандарта для оптических спектрофотометров и коммерчески доступны.

Радиоактивный, но долгоживущий 166m1 Ho (см. «Изотопы» выше) используется при калибровке гамма-спектрометров.

В марте 2017 года IBM объявила, что они разработали метод хранения одного бита данных об одном атоме гольмия, установленном на слое из оксида магния .

При наличии достаточного количества квантовых и классических методов управления Хо мог бы стать хорошим кандидатом на создание квантовых компьютеров .

Биологическая роль

Гольмий не играет биологической роли в организме человека , но его соли способны стимулировать обмен веществ . Люди обычно потребляют около миллиграмма гольмия в год. Растения с трудом усваивают гольмий из почвы. В некоторых овощах было измерено содержание гольмия, и оно составило 100 частей на триллион.

Токсичность

Большое количество солей гольмия может нанести серьезный вред при вдыхании , пероральном приеме или инъекции . Биологические эффекты гольмия в течение длительного периода времени неизвестны. Гольмий имеет низкий уровень острой токсичности .

Смотрите также

Рекомендации

Внешние ссылки