Википедија

Holmijum

Holmijum (Ho, lat. holmium), je hemijski element iz grupe lantanoida i atomskim brojem 67.[2][3] Ime je dobio po glavnom gradu Švedske — Stokholmu (Holmia), ime mu je dao Šveđanin Per Teodor Kleve, kada ga je otkrio. Zastupljenost: Holmijum je zastupljen u zemljinoj kori u količini od 1,4 ppm. Najvažniji minerali su: monacit (Ce,La,Th,Nd,Y,Pr,Ho)PO4 i (Ce,La,Nd,Y,Pr,Ho)CO3F

Holmijum
Opšta svojstva
Ime, simbolholmijum, Ho
Izgledsrebrnasto beo
U periodnom sistemu
Vodonik Helijum
Litijum Berilijum Bor Ugljenik Azot Kiseonik Fluor Neon
Natrijum Magnezijum Aluminijum Silicijum Fosfor Sumpor Hlor Argon
Kalijum Kalcijum Skandijum Titanijum Vanadijum Hrom Mangan Gvožđe Kobalt Nikl Bakar Cink Galijum Germanijum Arsen Selen Brom Kripton
Rubidijum Stroncijum Itrijum Cirkonijum Niobijum Molibden Tehnecijum Rutenijum Rodijum Paladijum Srebro Kadmijum Indijum Kalaj Antimon Telur Jod Ksenon
Cezijum Barijum Lantan Cerijum Prazeodijum Neodijum Prometijum Samarijum Evropijum Gadolinijum Terbijum Disprozijum Holmijum Erbijum Tulijum Iterbijum Lutecijum Hafnijum Tantal Volfram Renijum Osmijum Iridijum Platina Zlato Živa Talijum Olovo Bizmut Polonijum Astat Radon
Francijum Radijum Aktinijum Torijum Protaktinijum Uranijum Neptunijum Plutonijum Americijum Kirijum Berklijum Kalifornijum Ajnštajnijum Fermijum Mendeljevijum Nobelijum Lorencijum Raderfordijum Dubnijum Siborgijum Borijum Hasijum Majtnerijum Darmštatijum Rendgenijum Kopernicijum Nihonijum Flerovijum Moskovijum Livermorijum Tenesin Oganeson
–
↑
Ho
↓
Es
disprozijum ← holmijum → erbijum ‍
Atomski broj (Z)67
Grupa, periodagrupa N/D, perioda 6
Blokf-blok
Kategorija  lantanoid
Rel. at. masa (Ar)164,93033(2)[1]
El. konfiguracija
po ljuskama
2, 8, 18, 29, 8, 2
Fizička svojstva
Tačka topljenja1734 K ​(1461 °‍C, ​2662 °F)
Tačka ključanja2873 K ​(2600 °‍C, ​4712 °F)
Gustina pri s.t.8,79 g/cm3
tečno st., na t.t.8,34 g/cm3
Toplota fuzije17,0 kJ/mol
Toplota isparavanja251 kJ/mol
Mol. topl. kapacitet27,15 J/(mol·K)
Napon pare
P (Pa) 100 101 102
na T (K) 1432 1584 (1775)
P (Pa) 103 104 105
na T (K) (2040) (2410) (2964)
Atomska svojstva
Elektronegativnost1,23
Energije jonizacije1: 581,0 kJ/mol
2: 1140 kJ/mol
3: 2204 kJ/mol
Atomski radijus176 pm
Kovalentni radijus192±7 pm
Linije boje u spektralnom rasponu
Spektralne linije
Ostalo
Kristalna struktura ​zbijena heksagonalna (HCP)
Zbijena heksagonalna (HCP) kristalna struktura za holmijum
Brzina zvuka tanak štap2760 m/s (na 20 °‍C)
Topl. širenjepoli: 11,2 µm/(m·K) (na s.t.)
Topl. vodljivost16,2 W/(m·K)
Električna otpornostpoli: 814 nΩ·m (na s.t.)
Magnetni rasporedparamagnetičan
Jangov modul64,8 GPa
Modul smicanja26,3 GPa
Modul stišljivosti40,2 GPa
Poasonov koeficijent0,231
Vikersova tvrdoća410–600 MPa
Brinelova tvrdoća500–1250 MPa
CAS broj7440-60-0
Istorija
OtkrićeŽak-Luj Sore i Mark Delafonten (1878)
Glavni izotopi
izotop rasp. pž. (t1/2) TR PR
163Ho syn 4570 y ε 163Dy
164Ho syn 29 min ε 164Dy
165Ho 100% stabilni
166Ho syn 26,763 h β− 166Er
167Ho syn 3,1 h β− 167Er
reference • Vikipodaci

On je deo serije hemijskih elemenata poznatih pod nazivom lantanoidi. Spada u retke zemne elemente. Holmijum je otkrio švedski hemičar Per Teodor Kleve. Otkriven je najpre oksid holmijuma 1878. dobijen izdvajanjem iz ruda retkih zemalja, a ime je dobio po gradu Stokholmu. Elementarni holmijum je relativno mek i kovan srebreno-beli metal. Ne može se naći samorodan u prirodi jer je isuviše reaktivan. Međutim kada se izoluje iz rude, prilično je stabilan u prisustvu vazduha na sobnoj temperaturi. U dodiru s vodom vrlo lako reaguje i korodira, a prah holmijuma je zapaljiv ako se zagrejava.

Ovaj element se može naći u mineralima poput monacita i gadolinita, a komercijalno se izdvaja pretežno iz monacita pomoću jonoizmenjivačkih tehnika. U svim svojim jedinjenjima u prirodi, i gotovo svim laboratorijskim reakcijama i jedinjenjima, nalazi se trovalentno oksidiran u vidu Ho(III) jona. Trovalentni joni holmijuma imaju fluorescentne osobine slične mnogim drugim jonima retkih zemalja (mada ima svoj vlastiti set jedinstvenih linija emisionog spektra), te se joni holmijuma koriste na isti način i kao neke druge retke „zemlje” u određenim laserima i aplikacijama za bojenje stakla.

Holmijum ima najvišu magnetnu permeabilnost (propustljivost) od svih poznatih hemijskih elemenata, pa se zbog toga upotrebljava za vrhove ili delove magnetnih polova za neke od najsnažnijih statičkih magneta. Pošto holmijum takođe vrlo dobro apsorbuje neutrone, takođe se koristi i kao gorivi „otrov” u nuklearnim reaktorima.

Istorija uredi

Holmijum (Holmia, latinsko ime za grad Stokholm) su otkrili Žak-Luj Sore i Mark Delafonten 1878. godine, kada su primetili neobične spektrografske apsorpcijske trake tada još nepoznatog elementa (nazvali su ga element X).[4][5] Sledeće godine, Per Teodor Kleve, nezavisno od njih dvoje, otkrio je ovaj element dok je radio na proučavanju retke zemlje erbije (erbijum oksid).[6][7]

Koristeći metode koje je razvio Karl Gustaf Mosander, Kleve je najprije uklonio sve poznate nečistoće iz erbije. Rezultat tog rada bile su dve supstance, jedna zelena a druga smeđa. Smeđu supstancu Kleve je nazvao holmija (prema latinskom nazivu svog rodnog grada, Stokholma), a zelenu tulija. Za holmiju kasnije se ispostavilo da se radilo o holmijum oksidu, a tulija je bila tulijum oksid.[8] U klasičnom radu Henrija Mozlija o atomskim brojevima, holmijumu je dodeljen atomski broj 66. Zbog načina dobijanja holmijuma, uzorak koji je Mozli ispitivao imao je veliku količinu nečistoća, među kojim je dominirao susedni (tada još neistraženi) disprozijum. Iako je utvrdio emisijske x-zrake za oba elementa, ipak je smatrao da one dominantne pripadaju holmijumu, umesto nečistoćama disprozijuma.

Osobine uredi

Fizičke uredi

 
Ho2O3, levo: prirodno svetlo, desno: pod hladnom katodnom fluorescentnom svetiljkom

Holmijum je relativno mek i kovan element, prilično dobro otporan na koroziju, stabilan na suvom vazduhu pri standardnim uslovima temperature i pritiska. Stajanjem na vlažnom vazduhu i pri povišenoj temperaturi, vrlo brzo oksidira gradeći žućkasti oksid. U čistom obliku, holmijum je metal izrazitog srebrnastog sjaja.

Holmijum(III) oksid pokazuje neobične promene boje u zavisnosti od osvetljenja okoline. Pri dnevnom svetlu je tamnožute boje. Pri trihromatskom svetlu, prelazi u jarko narandžastu boju, koja se gotovo nikako ne razlikuje od boje erbijum-oksida pri istim uslovima osvetljenja. Znatne promene boje uzrokovane su oštrim apsorpcijskim trakama holmijuma koje imaju interakciju s podskupom oštrih emisijskih traka trovalentnih jona evropijuma i terbijuma, delujući poput fosfora.[9]

Ovaj element ima najviši magnetni moment (10,6 µB) od bilo kojeg drugog elementa u prirodi, kao i druge vrlo neobične magnetne osobine. Kada se kombinuje sa itrijumom, dobija se izuzetno magnetična legura.[10] Holmijum je paramagnetičan u normalnim uslovima, ali je feromagnetičan pri temperaturama ispod 19 Kelvina.[11]

Hemijske uredi

Metalni holmijum polako tamni u prisustvu vazduha, a vrlo lako sagoreva dajući holmijum(III) oksid:

4 Ho + 3 O2 → 2 Ho2O3

Holmijum je relativno elektropozitivan i generalno trovalentan. Sporo reaguje u hladnoj vodi a znatno brže ako se ona zagreje, gradeći holmijum hidroksid:

2 Ho (č) + 6 H2O (t) → 2 Ho(OH)3 (aq) + 3 H2 (g)

Metalni holmijum reaguje sa svim halogenim elementima:

2 Ho (č) + 3 F2 (g) → 2 HoF3 (č) [ružičast]
2 Ho (č) + 3 Cl2 (g) → 2 HoCl3 (č) [žut]
2 Ho (č) + 3 Br2 (g) → 2 HoBr3 (č) [žut]
2 Ho (č) + 3 I2 (g) → 2 HoI3 (č) [žut]

Metal se dobro rastvara u razblaženoj sumpornoj kiselini gradeći rastvore koji sadrže žute Ho(III) jone, u vidu kompleksa [Ho(OH2)9]3+:[12]

2 Ho (č) + 3 H2SO4 (aq) → 2 Ho3+ (aq) + 3 SO2−
4 (aq) + 3 H2 (g)

Najčešće oksidaciono stanje holmijuma je +3. U rastvorima je obliku jona Ho3+ okružen sa devet molekula vode. Rastvara se u kiselinama.[8]

Izotopi uredi

Prirodni holmijum sadrži samo jedan stabilan izotop, holmijum-165. Poznati su i neki sintetički radioaktivni izotopi, među kojim je najstabilniji holmijum-163 sa vremenom poluraspada od 4.570 godina. Svi drugi radioizotopi u osnovnom stanju imaju vremena poluraspada kraća od 1,117 dana, a većina njih vremena poluraspada kraća od 3 sata. Ipak, metastabilni 166m1Ho ima vreme poluraspada od oko 1.200 godina zbog svog velikog spina. Ova činjenica, uz podatak da on ima i vrlo visoku energiju pobuđivanja, rezultira izuzetno bogatim spektrom gama zraka pri raspadu, koje nastaju kada metastabilno stanje prelazi u osnovno, čineći ovaj izotop korisnim za eksperimente u nuklearnoj fizici kao sredstvo za kalibrisanje energetskih odgovora i intrinzičke efikasnosti gama spektrometara.

Rasprostranjenost uredi

 
Gadolinit

Kao i svi drugi metali retkih zemalja, holmijum se takođe ne nalazi u prirodi u elementarnom stanju. Može se naći u jedinjenjima s drugim elementima ili u mineralima poput gadolinita (tamniji deo minerala prikazanog na slici desno), monacita i drugih koji sadrže retke zemne elemente. Glavna područja iz kojih se kopaju rude holmijuma nalaze se u Kini, SAD, Brazilu, Indiji, Šri Lanki i Australiji. Njegove rezerve na Zemlji procenjuju se na oko 400 hiljada tona.[8] Holmijum sačinjava oko 1,1 ppm (delova na milion) Zemljine kore po težini, te je tako 56. element po rasprostranjenosti na Zemlji. Rasprostranjenost holmijuma u skladu je sa [Oddo–Harkins rule|Odo-Harkinsovim pravilom]]: kao element sa neparnim atomskim brojem, manje je rasprostranjen od njegovih „suseda” sa parnim atomskim brojevima, disprozijuma i erbijuma. Međutim, holmijum je najrasprostranjeniji lantanoid sa neparnim atomskim brojem. U zemljištu ga ima približno 1 ppm, u morskoj vodi oko 400 delova na kvadrilion, a gotovo nikako u Zemljinoj atmosferi. U odnosu na druge lantanoide, holmijum je dosta redak.[8] U svemiru ga ima oko 500 delova na bilion, računajući po težini.[13]

Dobijanje uredi

Industrijski se holmijum dobija izdvajanjem iz monacitnog peska (sadrži 0,05% holmijuma) jonsko-izmenjivačkim tehnikama, ali ga je i dalje vrlo teško odvojiti od drugih retkih zemnih elemenata. Holmijum se izdvaja putem redukcije njegovog bezvodnog hlorida ili fluorida pomoću metalnog kalcijuma.[14] Danas su glavni izvor ovog elementa neke od jonsko-adsorpcijskih naslaga gline u južnoj Kini. Neke od njih imaju sastav retkih zemalja sličan onom kod ksenotima ili gadolinita. Na primer, u njima ima itrijuma oko dve trećine po ukupnoj masi, a holmijuma oko 1,5%. Originalnih ruda je vrlo malo, približno oko 0,1% od ukupnih ruda lantanoida, ali ih je vrlo lako izdvojiti.[15] Holmijum je relativno jeftin retki zemni metal u poređenju s drugim lantanoidima, a cena mu se kreće oko 1000 američkih dolara po kilogramu.[16]

Upotreba uredi

 
Rastvor 4% holmijum-oksida u 10%-noj perhlornoj kiselini, trajno zatvoren u kvarcnoj kiveti kao optički kalibracijski standard

Holmijum ima najveću magnetnu jačinu od svih elemenata, te se zbog toga koristi za proizvodnju najsnažnijih veštačko generisanih magnetnih polja, pri čemu se dodaje vrlo snažnim magnetima u vidu delova magnetskih polova (odnosno delova koji koncentrišu magnetni tok).[17] Pošto može da apsorbuje neutrone nastale nuklearnom fisijom, takođe se koristi i kao gorivi „otrov” za regulaciju nuklearnih reaktora.[8] Holmijum se koristi u sklopu lasera čvrstog stanja na bazi itrijum-željezo-granata (YIG) i itrijum-lantan-fluorida (YLF), koji su našli primenu u mikrotalasnoj tehnici (naročito za potrebe raznih medicinskih i stomatoloških tehnika). Laseri na bazi holmijuma emitiraju zračenje talasne dužine 2,1 mikrometara.[18] Takođe se koriste i u oblasti optičkih kablova.[10]

Ovaj metal je jedan od sastojaka koji daju boju za staklo i cirkon („lažni dijamant”), dajući im žutu ili crvenu nijansu.[19] Staklo koje sadrži holmijum-oksid ili njegov rastvor (obično u perhlornoj kiselini) ima vrlo oštre vrhove optičke apsorpcije u spektralnom opsegu od 200 do 900 nm. Takođe je koristan i kao standard za kalibraciju optičkih spektrofotometara,[20] i lako je dostupan na tržištu.[21]

Radioaktivni dugoživući izotop holmijuma Ho-166m1 upotrebljava se za kalibraciju gama spektrometara.[22] U martu 2017, IBM je objavio da je razvio tehniku pohranjivanja jednog bita podataka na jedan set atoma holmijuma postavljenog na ležište od magnezijum-oksida.[23]

Jedinjenja uredi

Biološka uloga uredi

Za holmijum nije poznata niti jedna biološka uloga u ljudskom telu, mada se smatra da njegove soli mogu stimulisati metabolizam.[14] Ljudi obično unesu u telo oko jedan miligrama holmijuma godišnje. Biljke obično ne uzimaju holmijum iz zemljišta. Izvršena su neka merenja sadržaja holmijuma u određenom povrću, a njegov udeo iznosio je oko 100 delova na bilion.[8][24]

Otrovnost uredi

Holmijum i njegove rastvorljive soli su blago toksični ako se progutaju, ali nerastvorljive soli holmijuma su netoksične. Metalni holmijum u obliku prašine predstavlja opasnost od požara i eksplozije.[25][26][27] Veće količine soli holmijuma mogu predstavljati opasnost po zdravlje ljudi ako se udišu, konzumiraju oralno ili ubrizgaju injekcijom. Biološki efekti pri izlaganju holmijumu u dužem vremenskom periodu nisu poznati. Smatra se da holmijum ima nizak nivo akutne otrovnosti.[28]

Reference uredi

  1. ^ Meija, J.; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265—291. doi:10.1515/pac-2015-0305. 
  2. ^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. izd.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6. 
  3. ^ Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga. 
  4. ^ Jacques-Louis Soret (1878). „Sur les spectres d'absorption ultra-violets des terres de la gadolinite”. Comptes rendus de l'Académie des sciences. 87: 1062. 
  5. ^ Jacques-Louis Soret (1879). „Sur le spectre des terres faisant partie du groupe de l'yttria”. Comptes rendus de l'Académie des sciences. 89: 521. 
  6. ^ Per Teodor Cleve (1879). „Sur deux nouveaux éléments dans l'erbine”. Comptes rendus de l'Académie des sciences. 89: 478. 
  7. ^ Per Teodor Cleve (1879). „Sur l'erbine”. Comptes rendus de l'Académie des sciences. 89: 708. 
  8. ^ a b v g d đ Emsley John (2011). Nature's Building Blocks. ISBN 9780199605637. 
  9. ^ Yiguo Su; Li Guangshe; Chen Xiaobo; Liu Junjie (2008). „Hydrothermal Synthesis of GdVO4:Ho3+ Nanorods with a Novel White-light Emission”. Chemistry Letters. 37 (7): 762—763. doi:10.1246/cl.2008.762. 
  10. ^ a b C. K. Gupta; Nagaiyar Krishnamurthy (2004). Extractive metallurgy of rare earths. CRC Press. str. 32. ISBN 0-415-33340-7. 
  11. ^ Jiles, David (1998). Introduction to magnetism and magnetic materials. CRC Press. str. 228. ISBN 0-412-79860-3. 
  12. ^ „Chemical reactions of Holmium”. Webelements. Pristupljeno 6. 6. 2009. 
  13. ^ Abundance in the universe: periodicity Arhivirano na sajtu Wayback Machine (17. januar 2013), na stranici webelements.com, pristupljeno 22. jula 2017.
  14. ^ a b C. R. Hammond (2000). „The Elements”. CRC Handbook of Chemistry and Physics (81. izd.). CRC press. ISBN 0-8493-0481-4. 
  15. ^ Patnaik Pradyot (2003). Handbook of Inorganic Chemical Compounds. McGraw-Hill. str. 338—339. ISBN 0-07-049439-8. Pristupljeno 6. 6. 2009. 
  16. ^ James B. Hedrick. „Rare-Earth Metals” (PDF). USGS. Pristupljeno 6. 6. 2009. 
  17. ^ R. W. Hoard; S. C. Mance; R. L. Leber; E. N. Dalder; M. R. Chaplin; K. Blair; D. H. Nelson; A. Van Dyke (1985). „FIELD ENHANCEMENT OF A 12.5-T MAGNET USING HOLMIUM POLES”. Ieee Transactions on Magnetics. 21 (2): 448—450. Bibcode:1985ITM....21..448H. doi:10.1109/tmag.1985.1063692. 
  18. ^ Wollin T. A.; Denstedt J. D. (1. 2. 1998). „The holmium laser in urology”. Journal of clinical laser medicine & surgery. 16 (1): 13—20. PMID 9728125. doi:10.1089/clm.1998.16.13. 
  19. ^ „Cubic zirconia”. Arhivirano iz originala 24. 4. 2009. g. Pristupljeno 6. 6. 2009. 
  20. ^ R. P. MacDonald (1964). „Uses for a Holmium Oxide Filter in Spectrophotometry” (PDF). Clinical Chemistry. 10 (12): 1117—20. PMID 14240747. 
  21. ^ „Holmium Glass Filter for Spectrophotometer Calibration”. Arhivirano iz originala 14. 3. 2010. g. Pristupljeno 6. 6. 2009. 
  22. ^ Ming-Chen Yuan; Jeng-Hung Lee; Wen-Song Hwang (2002). „The absolute counting of 166mHo, 58Co and 88Y”. Applied Radiation and Isotopes. 56: 424. doi:10.1016/S0969-8043(01)00226-3. 
  23. ^ „Storing data in a single atom proved possible by IBM researchers”. Pristupljeno 10. 3. 2017. 
  24. ^ Emsley, John (2011). Nature's Building Blocks. str. 224. 
  25. ^ Haley, T. J.; Koste, L.; Komesu, N.; Efros, M.; Upham, H. C. (1966). „Pharmacology and toxicology of dysprosium, holmium, and erbium chlorides”. Toxicology and Applied Pharmacology. 8 (1): 37—43. PMID 5921895. doi:10.1016/0041-008x(66)90098-6. 
  26. ^ Haley, T. J. (1965). „Pharmacology and toxicology of the rare earth elements”. Journal of Pharmaceutical Sciences. 54 (5): 663—70. PMID 5321124. doi:10.1002/jps.2600540502. 
  27. ^ Bruce, D. W.; Hietbrink, B. E.; Dubois, K. P. (1963). „The acute mammalian toxicity of rare earth nitrates and oxides”. Toxicology and Applied Pharmacology. 5 (6): 750—9. PMID 14082480. doi:10.1016/0041-008X(63)90067-X. 
  28. ^ "Holmium" Arhivirano 2011-04-15 na sajtu Wayback Machine u: Periodic Table v2.5. Univerzitet u Coimbri, Portugal

Literatura uredi

Spoljašnje veze uredi

 
Holmijum na Vikimedijinoj ostavi.
Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Холмијум&oldid=27548728”