Гольмий - Holmium
Гольмий | |||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Произношение |
/ Ч oʊ л м я ə м / |
||||||||||||||||||||||||||||||
Появление | серебристо-белый | ||||||||||||||||||||||||||||||
Стандартный атомный вес A r, std (Ho) | 164,930 328 (7) | ||||||||||||||||||||||||||||||
Гольмий в периодической таблице | |||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||
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
| |||||||||||||||||||||||||||||||
Атомные свойства | |||||||||||||||||||||||||||||||
Состояния окисления | 0, +1, +2, +3 ( основной оксид) | ||||||||||||||||||||||||||||||
Электроотрицательность | Шкала Полинга: 1,23 | ||||||||||||||||||||||||||||||
Энергии ионизации | |||||||||||||||||||||||||||||||
Радиус атома | эмпирический: 176 пм | ||||||||||||||||||||||||||||||
Ковалентный радиус | 192 ± 19 часов | ||||||||||||||||||||||||||||||
Спектральные линии гольмия | |||||||||||||||||||||||||||||||
Прочие свойства | |||||||||||||||||||||||||||||||
Естественное явление | изначальный | ||||||||||||||||||||||||||||||
Кристальная структура | гексагональный плотноупакованный (hcp) | ||||||||||||||||||||||||||||||
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 | |||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||
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
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
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
- WebElements.com - Holmium (также используется в качестве справки)
- Американские элементы - гольмиевые американские элементы (также используется в качестве справки)
- Гольмий в Периодической таблице видео (Ноттингемский университет)