ГОЛМІЙ: ІСТОРІЯ, ВЛАСТИВОСТІ, ХІМІЧНА СТРУКТУРА ТА ВИКОРИСТАННЯ - ХІМІЯ - 2025

Гольмій являє собою металевий елемент , що належить до блоку ф періодичної таблиці, в зокрема , до періоду лантаноїдів. Тому він є членом рідкісних земель разом з ербієм, ітрієм, диспрозієм та ітербієм. Все це складає низку мінералів (ксенотиму або гадолініту), які важко відокремити звичайними хімічними методами.

Її хімічний символ - Хо, маючи атомне число 67 і є менш рясним, ніж диспрозіум у сусідів ( ₆₆ Dy) та ербій ( ₆₈ Er). Потім говориться, що він підкоряється правилу Оддо-Харкіна. Голмій - один з тих рідкісних металів, про які майже ніхто не знає і не підозрює про його існування; навіть серед хіміків його рідко згадують дуже часто.

Ультрачистий зразок металевого гольмію. Джерело: Зображення високої здатності хімічних елементів

У галузях медицини гольмій відомий тим, що використовує його лазер в операціях для боротьби із захворюваннями простати. Він також представляє перспективний матеріал для виготовлення електромагнітів та квантових комп'ютерів, завдяки своїм незвичайним магнітним властивостям.

Тривалентні сполуки гольмію, Ho ³⁺ , мають особливість проявлення кольору, залежного від світла, яким вони опромінюються. Якщо він флуоресцентний, колір цих сполук змінюється від жовтого до рожевого. Так само відбувається і з її рішеннями.

Історія

Відкриття гольмію приписується двом швейцарським хімікам, Марку Делафонтену та Жак-Луї Соре, які в 1878 р. Виявили його спектроскопічно під час аналізу рідкоземельних мінералів у Женеві. Вони назвали це елементом X.

Лише через рік, у 1879 році, шведському хіміку Пер Теодору Кліву вдалося відокремити оксид гольмію, починаючи від ербії, оксиду ербію (Er ₂ O ₃ ). Цей оксид, забруднений іншими домішками, показав коричневий колір, який він назвав «holmia», що по-латині означає Стокгольм.

Також Клів отримав ще один зелений матеріал: «тулія» - оксид тулія. Проблема цього відкриття полягає в тому, що жоден із трьох хіміків не зміг отримати достатньо чистого зразка оксиду гольмію, оскільки він був забруднений атомами диспрозію, іншого металу лантаніду.

Лише 1886 р. Працьовитий французький хімік Пол Лекок де Буассудран виділив оксид гольмію дробовими опадами. Згодом цей оксид зазнав хімічних реакцій з утворенням солей гольмію, які у 1911 р. Було зменшено шведським хіміком Отто Холмбергом; і таким чином з'явилися перші зразки металевого гольмію.

Однак сьогодні іони гольмію, Ho ³⁺ , витягуються іонообмінною хроматографією, замість того, щоб вдаватися до звичайних реакцій.

Властивості гольмію

Зовнішність

Сріблястий, м'який, пластичний і ковкий метал.

Атомне число

67 ( ₆₇ Ho)

Молярна маса

164,93 г / моль

Точка плавлення

1461 ºC

Точка кипіння

2600 ºC

Щільність

При кімнатній температурі: 8,79 г / см ³

Тільки коли він плавиться або плавиться: 8,34 г / см ³

Тепло синтезу

17 кДж / моль

Тепло випаровування

251 кДж / моль

Молярна теплоємність

27,15 Дж / (моль К)

Електронегативність

1,23 за шкалою Полінга

Енергії іонізації

По-перше: 581,0 кДж / моль (Ho ⁺ газоподібний)

Другий: 1140 кДж / моль (Ho ²⁺ газоподібний)

Третє: 2204 кДж / моль (Ho ³⁺ газоподібний)

Теплопровідність

16,2 Вт / (м К)

Електричний опір

814 нОм м

Окислювальні числа

Голмій може зустрічатися в його сполуках з такими числами або станами окислення: 0, +1 (Ho ⁺ ), +2 (Ho ²⁺ ) і +3 (Ho ³⁺ ). З усіх них +3 на сьогоднішній день є найбільш поширеним і стабільним. Отже, гольмій є тривалентним металом, утворюючи сполуки (іонні або частково іонні), де він бере участь як іон Ho ³⁺ .

Наприклад, у наступних сполуках голмій має окислювальне число +3: Ho ₂ O ₃ (Ho ₂ ³⁺ O ₃ ^2- ), Ho (OH) ₃ , HoI ₃ (Ho ³⁺ I ₃ ^- ) і Ho ₂ (SO ₄ ) ₃ .

Ho ³⁺ та його електронні переходи відповідають за те, що сполуки цього металу мають коричнево-жовтий колір. Однак, коли вони опромінюються флуоресцентним світлом, вони стають рожевими. Те саме стосується їх рішень.

Ізотопи

Голмій зустрічається в природі як єдиний стабільний ізотоп: ¹⁶⁵ Ho (100% достаток). Однак існують техногенні радіоізотопи з довгим періодом напіврозпаду. Між ними:

- ¹⁶³ Ho (t _1/2 = 4570 років)

- ¹⁶⁴ Хо (t _1/2 = 29 хвилин)

- ¹⁶⁶ Ho (t _1/2 = 26 763 години)

- ¹⁶⁷ Ho (t _1/2 = 3,1 години)

Магнітний порядок і момент

Голмій є парамагнітним металом, але він може стати феромагнітним при температурі 19 К, проявляючи дуже сильні магнітні властивості. Він також характеризується тим, що серед усіх хімічних елементів є найбільший магнітний момент (10,6 мкВ _Б ), а також незвичайна магнітна проникність.

Реактивність

Голмій - це метал, який не заржавіє занадто швидко в нормальних умовах, тому для втрати блиску потрібен час. Однак при нагріванні запальничкою він стає жовтуватим, завдяки утворенню оксидного шару:

4 Ho + 3 O ₂ → 2 Ho ₂ O ₃

Реагує з розведеною або концентрованою кислотами з утворенням відповідних солей (нітратів, сульфатів тощо). Однак і дивно, що він не реагує з фтористою кислотою, оскільки шар HoF ₃ захищає її від її руйнування.

Холмій також реагує з усіма галогенами з утворенням відповідних галогенідів (HoF ₃ , HoCl ₃ , HoBr ₃ і HoI ₃ ).

Хімічна структура

Голмій кристалізується в компактну шестикутну структуру, hcp (гексагональна з щільною упаковкою). Теоретично атоми Ho залишаються згуртованими завдяки металевому зв’язку, утвореному електронами їх 4f орбіталей, відповідно до їх електронної конфігурації:

4f ¹¹ 6s ²

Такі взаємодії, а також енергетичне розташування його електронів визначають фізичні властивості гольмію. Жоден інший алотроп або поліморф не відомий цьому металу, навіть під високим тиском.

Програми

Ядерні реакції

Атом гольмію - хороший поглинач нейтронів, саме тому він допомагає контролювати розвиток ядерних реакцій.

Спектроскопія

Розчини оксиду гольмію використовуються для калібрування спектрофотометрів, оскільки їх спектр поглинання майже завжди залишається постійним, незалежно від домішок, які вони містять. Він також показує дуже характерні гострі смуги, пов'язані з атомом голію, а не з його сполуками.

Кольоровий

Атоми гольмію здатні надати червонуватого забарвлення скляним та штучним камінням цирконію.

Магніти

При вкрай низьких температурах (30 К або менше), гольмій проявляє цікаві магнітні властивості, які використовуються для виготовлення потужних електромагнітів, де це допомагає сконцентрувати отримане магнітне поле.

Такі магнітні матеріали призначені для ядерного магнітного резонансу; для розвитку жорстких дисків, із пам'яттю, що коливається в порядку петабайт або терабайт; і можливо для виготовлення квантових комп'ютерів.

Гольмієвий лазер

Кристал гранату ітрію-алюмінію (YAG) може бути легований атомами голію для випромінювання випромінювання довжиною хвилі 2 мкм; тобто у нас є гольмієвий лазер. Завдяки їй пухлинна тканина може бути точно розрізана, не викликаючи кровотечі, оскільки подана енергія приживлює рани негайно.

Цей лазер неодноразово застосовувався в операціях на простаті та зубах, а також для усунення ракових клітин та каменів у нирках.

Список літератури

1. Шивер і Аткінс. (2008). Неорганічна хімія. (Четверте видання). Mc Graw Hill.
2. Вікіпедія. (2019). Голмій. Відновлено з: en.wikipedia.org
3. Королівське хімічне товариство. (2020). Періодична таблиця: Голмій. Відновлено: rsc.org
4. Доктор Дуг Стюарт. (2020). Факти елемента гольмію / Хімія. Відновлено з: chemicool.com
5. Стів Ганьон. (sf). Елемент Гольмій. Відновлено з: education.jlab.org
6. Редактори Encyclopeedia Britannica. (03 квітня 2019 р.). Голмій. Encyclopædia Britannica. Відновлено: britannica.com
7. Джуді Лін Мон Розборок. (2020). Голмій. Відновлено з: utoledo.edu