Holmiyum

Holmiyum, ₆₇Ho

Holmiyum
Telaffuz	/ˈhoʊlmiəm/ ​(HOHL-mee-əm)
Görünüm	gümüş beyazı
Standart atom ağırlığı Ar, std(Ho)	7002164930328000000♠164.930328(7)
Periyodik tablodaki Holmiyum
– ↑ Ho ↓ Es disporsiyum ← holmiyum → erbiyum
Atom numarası (Z)	67
Grup	n/a
Period	periyot 6
Blok	f-blok
Element kategorisi	Lantanid
Elektron konfigürasyonu	[Xe] 4f11 6s2
Kabuk başına elektron	2, 8, 18, 29, 8, 2
Fiziksel özellikler
STP de Faz	katı
Erime noktası	1734 K ​(1461 °C, ​2662 °F)
Kaynama noktası	2873 K ​(2600 °C, ​4712 °F)
Yoğunluk (r.t. yakın)	8.79 g/cm3
sıvı olduğunda ( m.p.)	8.34 g/cm3
Isı entalpisi	17.0 kJ/mol
Buharlaştırma ısı	251 kJ/mol
Molar ısı kapasitesi	27.15 J/(mol·K)
Buhar basıncı P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k at T (K) 1432 1584 (1775) (2040) (2410) (2964)
Atom özellikleri
Oksidasyon durumları	0, +1, +2, +3 (bir baz oksit)
Elektronegatiflik	Pauling ölçeği: 1.23
İyonlaşma enerjisi	1.: 581.0 kJ/mol 2.: 1140 kJ/mol 3.: 2204 kJ/mol
Atom yarıçapı	deneysel: 176 pm
Kovalent yarıçapı	192±7 pm
holmiyum spektral çizgileri
Diğer özellikler
Kristal yapı	​yakın altıgen paketleme (hcp)
Sesin hızı kalay çubuk	2760 m/s (20 °C)
Termal Genleşme	poly: 11.2 µm/(m·K) (r.t.)
Termal iletkenlik	16.2 W/(m·K)
Elektriksel direnç	poly: 814 nΩ·m (r.t.)
Manyetik sıralama	paramanyetik
Young modülü	64.8 GPa
Kayma modülü	26.3 GPa
Bulk modülü	40.2 GPa
Poisson oranı	0.231
Vickers sertliği	410–600 MPa
Brinell sertliği	500–1250 MPa
CAS Numarası	7440-60-0
Tarihçe
Keşfeden	Jacques-Louis Soret ve Marc Delafontaine (1878)
holmiyum ana izotopları
İzo­top Bol­luk Half-life (t1/2) Bozunma modu Boz­unma 163Ho syn 4570 y ε 163Dy 164Ho syn 29 min ε 164Dy 165Ho 100% kararlı 166Ho syn 26.763 h β− 166Er 167Ho syn 3.1 h β− 167Er

Holmium, sembolü Ho ve atom numarası 67 olan kimyasal bir elementtir. Lantanit serisinin bir parçası olan holmiyum, nadir bulunan bir toprak elementidir.

Holmiyum, İsveçli kimyager Per Theodor Cleve ve bağımsız olarak 1878'de spektroskopik olarak gözlemleyen Jacques-Louis Soret ve Marc Delafontaine tarafından izolasyon yoluyla keşfedildi. Oksit, ilk olarak 1878'de Cleve tarafından nadir toprak cevherlerinden izole edildi. Elementin adı, Stockholm şehrinin Latince adı olan Holmia'dan geliyor.

Elemental holmiyum, nispeten yumuşak ve dövülebilir bir gümüşi-beyaz metaldir. Doğada birleşmemiş olarak bulunamayacak kadar reaktiftir, ancak izole edildiğinde oda sıcaklığında kuru havada nispeten kararlıdır. Ancak su ile reaksiyona girerek kolayca korozyona uğrar ve ayrıca ısıtıldığında havada yanar.

Holmium, monazit ve gadolinit minerallerinde bulunur ve genellikle iyon değiştirme teknikleri kullanılarak monazitten ticari olarak çıkarılır. Doğadaki ve neredeyse tüm laboratuvar kimyasındaki bileşikleri, Ho (III) iyonları içeren üç değerlikli bir şekilde oksitlenir. Üç değerlikli holmiyum iyonları, diğer pek çok nadir toprak iyonuna benzer floresan özelliklere sahiptir (kendi benzersiz emisyon ışık çizgileri setini verirken) ve bu nedenle, bazı lazer ve cam renklendirici uygulamalarında diğer bazı nadir topraklarla aynı şekilde kullanılır. Holmiyum, herhangi bir element arasında en yüksek manyetik geçirgenliğe sahiptir ve bu nedenle en güçlü statik mıknatısların kutup parçaları için kullanılır. Holmiyum, nötronları güçlü bir şekilde emdiği için nükleer reaktörlerde yanabilir bir zehir olarak da kullanılır.

Tarihçe

Holmium (Holmia, Stockholm'ün Latince adı), Jacques-Louis Soret ve Marc Delafontaine tarafından 1878'de keşfedildi ve o zamanlar bilinmeyen elementin anormal spektrografik soğurma bantlarını fark ettiler (buna "Element X" adını verdiler).

Ayrıca Per Teodor Cleve, Erbia toprağı (erbiyum oksit) üzerinde çalışırken elementi bağımsız olarak keşfetti ve ilk izole eden kişi oldu. Cleve, Carl Gustaf Mosander tarafından geliştirilen yöntemi kullanarak, önce bilinen tüm kirleticileri erbia'dan uzaklaştırdı. Bu çabanın sonucu, biri kahverengi diğeri yeşil olmak üzere iki yeni malzeme oldu. Kahverengi maddeye holmi (Cleve'nin memleketi Stockholm'ün Latince isminden sonra) ve yeşil maddeye thulia adını verdi. Holmia daha sonra holmiyum oksit olarak bulundu ve thulium oksitti.

Henry Moseley'in atom numaraları hakkındaki klasik makalesinde, holmiuma 66 atom numarası verildi. Açıkça, araştırması için kendisine verilen holmiyum preparatı, komşu (ve lekesiz) disprosiyumun hakim olduğu, için saf değildi. Her iki element için de x-ışını emisyon hatları görebilirdi, ancak baskın olanların disprosyum katışıklığı yerine holmiyum'a ait olduğunu varsayardı.

Özellikler

Fiziki ozellikleri

Holmium, standart sıcaklık ve basınçta kuru havada oldukça korozyona dayanıklı ve stabil olan nispeten yumuşak ve dövülebilir bir elementtir. Bununla birlikte, nemli havada ve daha yüksek sıcaklıklarda, hızla oksitlenir ve sarımsı bir oksit oluşturur. Saf haliyle holmiyum metalik, parlak gümüşi bir parlaklığa sahiptir.

Holmium oksit, aydınlatma koşullarına bağlı olarak oldukça çarpıcı renk değişikliklerine sahiptir. Gün ışığında tan sarısı rengi vardır. Trikromatik ışık altında, ateşli turuncu-kırmızıdır, aynı aydınlatma koşulları altında erbiyum oksit görünümünden neredeyse ayırt edilemez. Algılanan renk değişimi, fosfor görevi gören üç değerlikli öropyum ve terbiyum iyonlarının keskin emisyon bantlarının bir alt kümesiyle etkileşime giren holmiyumun keskin soğurma bantlarıyla ilgilidir.

Holmium en yüksek manyetik momente sahiptir (10.6 µB) herhangi bir doğal olarak oluşan elementin ve diğer olağandışı manyetik özelliklere sahip olur. İtriyum ile birleştiğinde oldukça manyetik bileşikler oluşturur. Holmium, ortam koşullarında paramanyetiktir, ancak 19 K'nin altındaki sıcaklıklarda ferromanyetiktir.

Kimyasal özellikler

Holmium metal havada yavaşça kararır ve kolayca yanarak holmiyum(III) oksit oluşturur:

4 Ho + 3 O₂ → 2 Ho₂O₃

Holmium oldukça elektropozitiftir ve genellikle üç değerlidir. Holmiyum hidroksit oluşturmak için soğuk suyla yavaş ve sıcak suyla oldukça hızlı reaksiyona girer:

2 Ho (s) + 6 H₂O (l) → 2 Ho(OH)₃ (aq) + 3 H₂ (g)

Holmium metal tüm halojenlerle reaksiyona girer:

2 Ho (s) + 3 F₂ (g) → 2 HoF₃ (s) [pembe]

2 Ho (s) + 3 Cl₂ (g) → 2 HoCl₃ (s) [Sarı]

2 Ho (s) + 3 Br₂ (g) → 2 HoBr₃ (s) [Sarı]

2 Ho (s) + 3 I₂ (g) → 2 HoI₃ (s) [Sarı]

Holmium, bir [Ho(OH₂)₉]³⁺ kompleksleri olarak var olan sarı Ho(III) iyonlarını içeren çözeltiler oluşturmak için seyreltik sülfürik asitte kolayca çözünür:

Holmium'un en yaygın oksidasyon durumu + 3'tür. Çözeltideki Holmiyum, dokuz su molekülü ile çevrili Ho³⁺ formundadır. Holmium asitlerde çözünür.

İzotoplar

Doğal holmiyum, bir kararlı izotop, holmiyum-165 içerir. Bazı sentetik radyoaktif izotoplar bilinmektedir; en kararlı olanı 4570 yıllık yarı ömre sahip holmiyum-163'tür. Diğer tüm radyoizotopların temel yarı ömürleri 1.117 günden fazla değildir ve çoğunun yarı ömrü 3 saatin altındadır. Bununla birlikte, yarı kararlı ^166m1Ho'nun yüksek dönüşü nedeniyle yaklaşık 1200 yıllık bir yarı ömrü vardır. Bu gerçek, yüksek uyarım enerjisi ile birleştiğinde, yarı kararlı durum uyarıldığında özellikle zengin bir bozunma gama ışınları spektrumuna yol açar, bu izotopu nükleer fizik deneylerinde enerji tepkilerini ve gama ışını spektrometrelerinin içsel verimliliklerini kalibre etme aracı olarak yararlı kılar.

Oluşum ve üretim

Gadolinit

Diğer tüm nadir topraklar gibi, holmiyum da doğal olarak serbest bir element olarak bulunmaz. Gadolinit (sağda gösterilen numunenin siyah kısmı), monazit ve diğer nadir toprak minerallerindeki diğer elementlerle birlikte oluşur. Henüz holmiyum ağırlıklı bir mineral bulunamamıştır. Ana madencilik alanları Çin, Amerika Birleşik Devletleri, Brezilya, Hindistan, Sri Lanka ve Avustralya'dır ve holmiyum rezervleri 400.000 ton olarak tahmin edilmektedir.

Holmium, Dünya'nın kabuğunun kütlesel olarak milyonda 1,4'ünü oluşturur. Bu, onu Dünya'nın kabuğunda en çok bulunan 56. element yapar. Holmium, toprağın milyonda 1 parçasını, katrilyon deniz suyunda 400 parçayı ve Dünya atmosferinin neredeyse hiçbirini oluşturuyor. Holmium, lantanid için nadirdir. Kütlece evrenin trilyonu başına 500 parçasını oluşturur.

Ticari olarak monazit kumundan (%0.05 holmiyum) iyon değişimi ile çıkarılır, ancak diğer nadir topraklardan ayrılması yine de zordur. Element, susuz klorür veya florürün metalik kalsiyum ile indirgenmesi yoluyla izole edilmiştir. Yerkabuğundaki tahmini bolluğu 1,3 mg/kg'dır. Holmium, Oddo-Harkins kuralına uyar: tek sayılı bir element olarak, o anki çift sayılı komşularından, disprosiyumdan ve erbiyumdan daha az miktarda bulunur. Bununla birlikte, tek sayılı ağır lantanitlerin en bol olanıdır. Ana akım kaynağı, Güney Çin'in bazı iyon adsorpsiyon killeridir. Bunlardan bazıları, ksenotim veya gadolinitte bulunanlara benzer bir nadir toprak bileşimine sahiptir. Yttrium toplam kütlece yaklaşık 2/3'ünü oluşturur; holmiyum yaklaşık %1.5'tir. Orijinal cevherlerin kendileri çok zayıftır, belki sadece %0,1 toplam lantaniddir, ancak kolayca çıkarılabilir. Holmium, fiyatı yaklaşık 1000 USD/kg olan nadir bir toprak metali için nispeten ucuzdur.

Uygulama

Holmium, herhangi bir elementin en yüksek manyetik gücüne sahiptir ve bu nedenle, manyetik bir kutup parçası (manyetik akı yoğunlaştırıcı olarak da adlandırılır) olarak yüksek mukavemetli mıknatısların içine yerleştirildiğinde, yapay olarak üretilen en güçlü manyetik alanları oluşturmak için kullanılır. Nükleer fisyonla beslenen nötronları absorbe edebildiğinden, nükleer reaktörleri düzenlemek için yanabilir bir zehir olarak da kullanılır.

Holmium katkılı itriyum demir granat (YIG) ve itriyum lityum florür (YLF) katı hal lazerlerinde uygulamalara sahiptir ve Ho-YIG, optik izolatörlerde ve mikrodalga ekipmanında (örneğin, YIG küreleri) uygulamalara sahiptir. Holmium lazerler 2,1 mikrometrede yayılır. Tıbbi, dişçilik ve fiber optik uygulamalarda kullanılırlar.

Holmium, kübik zirkonya ve cam için kullanılan, sarı veya kırmızı renk veren renklendiricilerden biridir. Holmiyum oksit ve holmiyum oksit çözeltileri (genellikle perklorik asitte) içeren cam, 200-900 nm spektral aralıkta keskin optik soğurma zirvelerine sahiptir. Bu nedenle, optik spektrofotometreler için bir kalibrasyon standardı olarak kullanılırlar ve ticari olarak temin edilebilirler.

Radyoaktif ancak uzun ömürlü ^166m1Ho (yukarıdaki "İzotoplar" a bakın) gama ışını spektrometrelerinin kalibrasyonunda kullanılır.

Mart 2017'de IBM, bir bit veriyi bir magnezyum oksit yatağı üzerindeki tek bir holmiyum atom setinde depolamak için bir teknik geliştirdiklerini duyurdu.

Yeterli kuantum ve klasik kontrol teknikleriyle Ho, kuantum bilgisayarlar yapmak için iyi bir aday olabilir.

Biyolojik rol

Holmium, insanlarda biyolojik bir rol oynamaz, ancak tuzları metabolizmayı uyarabilir. İnsanlar tipik olarak yılda bir miligram holmiyum tüketirler. Bitkiler topraktan hemen holmiyum almazlar. Bazı sebzelerin holmiyum içeriği ölçüldü ve bu, trilyonda 100 parçaya ulaştı.

Toksisite

Büyük miktarlarda holmiyum tuzu solunduğunda, ağızdan tüketildiğinde veya enjekte edildiğinde ciddi hasara neden olabilir. Holmiyumun uzun bir süre boyunca biyolojik etkileri bilinmemektedir. Holmium düşük düzeyde akut toksisiteye sahiptir.