Holmium - Holmium
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| Holmium | |||||||||||||||||||||||||||||||
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| Aussprache |
/ H oʊ l m i ə m / |
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| Aussehen | Silbrig Weiß | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Standardatomgewicht A r, std (Ho) | 164.930 328 (7) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Holmium im Periodensystem | |||||||||||||||||||||||||||||||
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| Ordnungszahl ( Z ) | 67 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Gruppe | Gruppe k.A | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Zeitraum | Periode 6 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Block | f-block | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektronenkonfiguration | [ Xe ] 4f 11 6s 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektronen pro Schale | 2, 8, 18, 29, 8, 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Physikalische Eigenschaften | |||||||||||||||||||||||||||||||
| Phase bei STP | solide | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Schmelzpunkt | 1734 K (1461 °C, 2662 °F) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Siedepunkt | 2873 K (2600 °C, 4712 °F) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Dichte (nahe rt ) | 8,79 g / cm 3 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| wenn flüssig (bei mp ) | 8,34 g / cm 3 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Schmelzwärme | 17,0 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Verdampfungswärme | 251 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Molare Wärmekapazität | 27,15 J/(mol·K) | ||||||||||||||||||||||||||||||
Dampfdruck
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| Atomare Eigenschaften | |||||||||||||||||||||||||||||||
| Oxidationsstufen | 0, +1, +2, +3 (ein basisches Oxid) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektronegativität | Pauling-Skala: 1,23 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Ionisierungsenergien | |||||||||||||||||||||||||||||||
| Atomradius | empirisch: 176 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Kovalenter Radius | 192±19 Uhr | ||||||||||||||||||||||||||||||
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| Andere Eigenschaften | |||||||||||||||||||||||||||||||
| Natürliches Vorkommen | urtümlich | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Kristallstruktur | hexagonal dicht gepackt (hcp) |
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| Schallgeschwindigkeit dünner Stab | 2760 m/s (bei 20 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Wärmeausdehnung | poly: 11,2 µm/(m⋅K) (bei rt ) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Wärmeleitfähigkeit | 16,2 W/(m⋅K) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektrischer widerstand | poly: 814 nm (bei rt ) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Magnetische Bestellung | paramagnetisch | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Elastizitätsmodul | 64,8 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Schubmodul | 26,3 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Schüttmodul | 40,2 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||
| QUERKONTRAKTIONSZAHL | 0,231 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Vickers-Härte | 410–600 MPa | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Brinellhärte | 500-1250 MPa | ||||||||||||||||||||||||||||||
| CAS-Nummer | 7440-60-0 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Geschichte | |||||||||||||||||||||||||||||||
| Entdeckung | Jacques-Louis Soret und Marc Delafontaine (1878) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Haupt Isotope von Holmium | |||||||||||||||||||||||||||||||
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Holmium ist ein chemisches Element mit dem Symbol Ho und der Ordnungszahl 67. Holmium gehört zur Lanthanoid-Reihe und ist ein Seltenerdelement .
Holmium wurde durch Isolierung vom schwedischen Chemiker Per Theodor Cleve und unabhängig von Jacques-Louis Soret und Marc Delafontaine entdeckt , die es 1878 spektroskopisch beobachteten. Sein Oxid wurde erstmals 1878 von Cleve aus Seltenerd-Erzen isoliert. Der Name des Elements stammt von Holmia , der lateinische Name für die Stadt Stockholm .
Elementares Holmium ist ein relativ weiches und formbares silbrig-weißes Metall . Es ist zu reaktiv, um es in der Natur ungebunden vorzufinden, aber isoliert ist es in trockener Luft bei Raumtemperatur relativ stabil. Es reagiert jedoch mit Wasser und korrodiert leicht und verbrennt beim Erhitzen auch an der Luft.
Holmium kommt in den Mineralien Monazit und Gadolinit vor und wird in der Regel mit Ionenaustauschtechniken kommerziell aus Monazit gewonnen . Seine Verbindungen in der Natur und in fast der gesamten Laborchemie sind dreiwertig oxidiert und enthalten Ho(III)-Ionen. Dreiwertige Holmiumionen haben ähnliche Fluoreszenzeigenschaften wie viele andere Seltenerdionen (wobei sie ihre eigenen einzigartigen Emissionslichtlinien erzeugen) und werden daher in bestimmten Laser- und Glasfärbeanwendungen auf die gleiche Weise wie einige andere Seltene Erden verwendet.
Holmium hat die höchste magnetische Permeabilität aller Elemente und wird daher für die Polschuhe der stärksten statischen Magnete verwendet . Da Holmium Neutronen stark absorbiert, wird es auch als brennbares Gift in Kernreaktoren verwendet.
Eigenschaften
Physikalische Eigenschaften
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Holmium ist ein relativ weiches und formbares Element, das relativ korrosionsbeständig und in trockener Luft bei Standardtemperatur und -druck stabil ist . In feuchter Luft und bei höheren Temperaturen oxidiert es jedoch schnell und bildet ein gelbliches Oxid. In reiner Form besitzt Holmium einen metallischen, hellsilbernen Glanz.
Holmiumoxid weist je nach Lichtverhältnissen einige ziemlich dramatische Farbänderungen auf. Bei Tageslicht hat es eine bräunlich-gelbe Farbe. Unter trichromatischem Licht ist es feurig orangerot, kaum zu unterscheiden vom Aussehen von Erbiumoxid bei gleichen Lichtverhältnissen. Die wahrgenommene Farbänderung hängt mit den scharfen Absorptionsbanden von Holmium zusammen, die mit einer Untergruppe der scharfen Emissionsbanden der dreiwertigen Ionen von Europium und Terbium wechselwirken, die als Leuchtstoffe wirken.
Holmium hat das höchste magnetische Moment (10,6 µ
B) eines natürlich vorkommenden Elements und besitzt andere ungewöhnliche magnetische Eigenschaften. In Kombination mit Yttrium bildet es hochmagnetische Verbindungen. Holmium ist bei Umgebungsbedingungen paramagnetisch , aber bei Temperaturen unter ferromagnetisch19 K .
Chemische Eigenschaften
Holmiummetall läuft an der Luft langsam an und verbrennt leicht, um Holmium(III)-oxid zu bilden :
- 4 Ho + 3 O 2 → 2 Ho 2 O 3
Holmium ist ziemlich elektropositiv und im Allgemeinen dreiwertig. Es reagiert langsam mit kaltem Wasser und recht schnell mit heißem Wasser zu Holmiumhydroxid:
- 2 Ho (s) + 6 H 2 O (l) → 2 Ho (OH) 3 (wässrig) + 3 H 2 (g)
Holmiummetall reagiert mit allen Halogenen:
- 2 Ho (s) + 3 F 2 (g) → 2 HoF 3 (s) [rosa]
- 2 Ho (s) + 3 Cl 2 (g) → 2 HoCl 3 (s) [gelb]
- 2 Ho (s) + 3 Br 2 (g) → 2 HoBr 3 (s) [gelb]
- 2 Ho (s) + 3 I 2 (g) → 2 HoI 3 (s) [gelb]
Holmium löst sich leicht in verdünnter Schwefelsäure unter Bildung von Lösungen mit den gelben Ho(III)-Ionen, die als [Ho(OH 2 ) 9 ] 3+ -Komplexe vorliegen :
- 2 Ho (s) + 3 H 2 SO 4 (wässrig) → 2 Ho 3+ (wässrig) + 3 SO2−
4(wässrig) + 3 H 2 (g)
Die häufigste Oxidationsstufe von Holmium ist +3. Holmium in Lösung liegt in Form von Ho 3+ vor, umgeben von neun Wassermolekülen. Holmium löst sich in Säuren auf.
Isotope
Natürliches Holmium enthält ein stabiles Isotop , Holmium-165. Einige synthetische radioaktive Isotope sind bekannt; am stabilsten ist Holmium-163 mit einer Halbwertszeit von 4570 Jahren. Alle anderen Radioisotope haben Halbwertszeiten im Grundzustand von nicht mehr als 1,117 Tagen, und die meisten haben Halbwertszeiten von weniger als 3 Stunden. Allerdings hat das metastabile 166m1 Ho aufgrund seines hohen Spins eine Halbwertszeit von etwa 1200 Jahren . Diese Tatsache, kombiniert mit einer hohen Anregungsenergie, die zu einem besonders reichhaltigen Spektrum an Zerfallsgammastrahlen führt , die bei der Entregung des metastabilen Zustands erzeugt werden, macht dieses Isotop in nuklearphysikalischen Experimenten als Mittel zur Kalibrierung der Energieantwort und der intrinsischen Effizienz von Gammastrahlenspektrometern nützlich .
Geschichte
Holmium ( Holmia , Latin Name für Stockholm ) wurde entdeckt von Jacques-Louis Soret und Marc Delafontaine im Jahre 1878, die die anomalen bemerkt spektrografische Absorptionsbanden des damals noch unbekannten Element (sie nannten es „Element X“).
Auch Per Teodor Cleve hat das Element unabhängig entdeckt, als er an der Erbia- Erde ( Erbiumoxid ) arbeitete, und war der erste, der es isolierte. Mit der von Carl Gustaf Mosander entwickelten Methode entfernte Cleve zunächst alle bekannten Schadstoffe aus Erbia. Das Ergebnis dieser Bemühungen waren zwei neue Materialien, ein braunes und ein grünes. Er nannte die braune Substanz Holmia (nach dem lateinischen Namen für Kleves Heimatstadt Stockholm) und die grüne thulia. Später stellte sich heraus, dass Holmia das Holmiumoxid ist , und Thulia war Thuliumoxid .
In Henry Moseleys klassischer Arbeit über die Ordnungszahlen wurde Holmium die Ordnungszahl 66 zugewiesen. Offensichtlich war das Holmiumpräparat, das er untersuchen sollte, grob unrein und wurde von benachbartem (und nicht aufgetragenem) Dysprosium dominiert. Er hätte Röntgenemissionslinien für beide Elemente gesehen, nahm aber an, dass die dominanten zu Holmium gehörten und nicht zur Dysprosium-Verunreinigung.
Vorkommen und Produktion
Wie alle anderen Seltenen Erden kommt Holmium nicht als freies Element in der Natur vor. Es kommt in Kombination mit anderen Elementen in Gadolinit (der schwarze Teil des rechts abgebildeten Exemplars), Monazit und anderen Seltenerdmineralien vor. Es wurde noch kein holmiumdominantes Mineral gefunden. Die wichtigsten Abbaugebiete sind China , die Vereinigten Staaten , Brasilien , Indien , Sri Lanka und Australien mit geschätzten Holmiumreserven von 400.000 Tonnen.
Holmium macht 1,4 Massenteile pro Million der Erdkruste aus. Damit ist es das 56. häufigste Element der Erdkruste. Holmium macht 1 Teil pro Million des Bodens , 400 Teile pro Billiarde Meerwasser und fast nichts von der Erdatmosphäre aus . Holmium ist für ein Lanthanoid selten. Es macht 500 Massenteile pro Billion des Universums aus.
Es wird kommerziell durch Ionenaustausch aus Monazitsand (0,05 % Holmium) gewonnen, ist aber noch immer schwer von anderen Seltenen Erden zu trennen. Das Element wurde durch Reduktion seines wasserfreien Chlorids oder Fluorids mit metallischem Calcium isoliert . Seine geschätzte Häufigkeit in der Erdkruste beträgt 1,3 mg/kg. Holmium gehorcht der Oddo-Harkins-Regel : Als ungeradzahliges Element kommt es weniger häufig vor als seine unmittelbaren geradzahligen Nachbarn, Dysprosium und Erbium . Es ist jedoch das am häufigsten vorkommende der ungeraden schweren Lanthanoide . Die Hauptstromquelle sind einige der ionenadsorbierenden Tone Südchinas. Einige von ihnen haben eine Seltenerdzusammensetzung ähnlich der von Xenotim oder Gadolinit. Yttrium macht etwa 2/3 der Gesamtmasse aus; Holmium beträgt etwa 1,5 %. Die ursprünglichen Erze selbst sind sehr mager, vielleicht nur 0,1% Lanthanoid, lassen sich aber leicht gewinnen. Holmium ist für ein Seltenerdmetall mit einem Preis von etwa 1000 USD /kg relativ günstig .
Anwendungen
Holmium hat die höchste magnetische Stärke aller Elemente und wird daher verwendet, um die stärksten künstlich erzeugten Magnetfelder zu erzeugen , wenn es in hochfesten Magneten als magnetischer Polschuh (auch Magnetflusskonzentrator genannt ) platziert wird. Da es durch Kernspaltung erzeugte Neutronen absorbieren kann, wird es auch als brennbares Gift zur Regulierung von Kernreaktoren verwendet.
Holmium-dotierter Yttrium-Eisen-Granat (YIG) und Yttrium-Lithium-Fluorid (YLF) haben Anwendungen in Festkörperlasern , und Ho-YIG hat Anwendungen in optischen Isolatoren und in Mikrowellengeräten (zB YIG-Kugeln ). Holmium-Laser emittieren mit 2,1 Mikrometern. Sie werden in medizinischen, zahnmedizinischen und faseroptischen Anwendungen eingesetzt.
Holmium ist einer der Farbstoffe, der für Zirkonia und Glas verwendet wird und eine gelbe oder rote Färbung liefert. Holmiumoxid und Holmiumoxidlösungen (meist in Perchlorsäure ) enthaltendes Glas weist scharfe optische Absorptionspeaks im Spektralbereich 200–900 nm auf. Sie werden daher als Kalibrierstandard für optische Spektralphotometer verwendet und sind im Handel erhältlich.
Das radioaktive aber langlebige 166m1 Ho (siehe oben "Isotope") wird bei der Kalibrierung von Gammastrahlenspektrometern verwendet.
Im März 2017 gab IBM bekannt, dass sie eine Technik entwickelt haben, um ein Datenbit auf einem einzelnen Holmium-Atom auf einem Bett aus Magnesiumoxid zu speichern .
Mit ausreichenden Quanten- und klassischen Kontrolltechniken könnte Ho ein guter Kandidat für die Herstellung von Quantencomputern sein .
Biologische Rolle
Holmium spielt beim Menschen keine biologische Rolle , aber seine Salze sind in der Lage, den Stoffwechsel anzuregen . Der Mensch nimmt normalerweise etwa ein Milligramm Holmium pro Jahr zu sich. Pflanzen nehmen Holmium nicht ohne weiteres aus dem Boden auf. Bei einigen Gemüsesorten wurde der Holmiumgehalt gemessen, und er betrug 100 Teile pro Billion.
Toxizität
Große Mengen an Holmium Salze können schwere Schäden verursachen , wenn sie inhaliert , verbraucht oral oder injiziert . Die biologischen Wirkungen von Holmium über einen langen Zeitraum sind nicht bekannt. Holmium hat eine geringe akute Toxizität .
Siehe auch
Verweise
Externe Links
- WebElements.com – Holmium (auch als Referenz verwendet)
- American Elements – Holmium American Elements (auch als Referenz verwendet)
- Holmium im Periodensystem der Videos (University of Nottingham)