הולמיום: היסטוריה, תכונות, מבנה כימי ושימושים - כִּימִיָה - 2025

Holmium הוא יסוד מתכתי השייכים בלוק F הטבלה המחזורית, במיוחד בתקופה של lanthanides. לפיכך הוא חבר בכדור הארץ הנדיר, יחד עם ארביום, יתרום, דיספרוזריום ואיצתביום. כל אלה מהווים סדרה של מינרלים (קסנוטימה או גאדוליניט) שקשה להפריד בשיטות כימיות קונבנציונאליות.

הסמל הכימי שלה הוא הו, בעל מספר אטומי של 67, והוא פחות שופע משכנותיו dysprosium ( ₆₆ Dy) ו erbium ( ₆₈ Er). לאחר מכן נאמר שהוא מציית לשלטון אודו-הרקינס. הולמיום היא אחת מאותן מתכות נדירות שכמעט איש אינו מכיר או חושד בקיומה; אפילו בקרב כימאים, זה כמעט ולא מוזכר לעתים קרובות.

מדגם Ultrapure של הולמיום מתכתי. מקור: תמונות Hi-Res של אלמנטים כימיים

בתחומי הרפואה הידוע בהולמיום בשימוש בלייזר שלו בניתוחים למאבק במחלות ערמונית. זה גם מייצג את החומר המבטיח לייצור אלקטרומגנטים ומחשבי קוונטים, בגלל תכונותיו המגנטיות הלא שגרתיות.

לתרכובות ההולמיום הטריוויאליות, Ho ³⁺ , יש ייחוד של הצגת צבע התלוי באור עמו הם מוקרנים. אם הוא ניאון, צבעם של תרכובות אלה משתנה מצהוב לורוד. באותו אופן זה קורה עם הפתרונות שלה.

הִיסטוֹרִיָה

גילוי ההולמיום מיוחס לשני כימאים שוויצרים, מארק דלפונטיין וז'אק-לואי סורט, אשר בשנת 1878 גילו אותו בספקטרוסקופיה תוך ניתוח מינרלים אדירים נדירים בז'נבה. הם קראו לזה אלמנט X.

כעבור שנה בלבד, בשנת 1879, הצליח הכימאי השבדי פר תאודור קליב להפריד בין תחמוצת הולמיום מתחילת ארביאה, תחמוצת ארביום (Er ₂ O ₃ ). תחמוצת זו, המזוהמת על ידי זיהומים אחרים, הראתה צבע חום, אותו כינה 'הולמיה', שפירושו שטוקהולם בלטינית.

כמו כן, קליב השיגה חומר ירוק אחר: 'טוליה', שהוא תחמוצת תוליום. הבעיה עם הגילוי הזה היא שאף אחד משלושת הכימאים לא הצליח להשיג דגימה טהורה מספיק של תחמוצת הולמיום, שכן זה היה מזוהם על ידי אטומי דיספרוזיום, מתכת אחרת של לנטניד.

רק בשנת 1886 בודד הכימאי הצרפתי העמל, פול לקוק דה בויסבאודרן, את תחמוצת ההולמיום על ידי משקעים חלקיים. תחמוצת זו נתונה לאחר מכן לתגובות כימיות לייצור מלחי הולמיום, שהופחתו בשנת 1911 על ידי הכימאי השוודי אוטו הולמברג; וכך הופיעו הדגימות הראשונות של הולמיום מתכתי.

עם זאת, כרגע יוני הולמיום, Ho ³⁺ , מופקים באמצעות כרומטוגרפיה של חילופי יונים, במקום לפנות לתגובות קונבנציונאליות.

תכונות הולמיום

מראה חיצוני

מתכת כסופה, רכה, רקיעה וניתנת לניפוח.

מספר אטומי

67 ( ₆₇ הו)

מסה מולארית

164.93 גרם / מול

נקודת המסה

1461 מעלות צלזיוס

נקודת רתיחה

2600 מעלות צלזיוס

צְפִיפוּת

בטמפרטורת החדר: 8.79 גרם / ס"מ ³

בדיוק כשהוא נמס או נמס: 8.34 גרם / ס"מ ³

חום של היתוך

17 ק"ג / מול

חום האידוי

251 kJ / mol

קיבולת חום טוחנת

27.15 J / (mol K)

אלקטרונגטיביות

1.23 בסולם פאולינג

אנרגיות יינון

ראשית: 581.0 kJ / mol (הו ⁺ גזי)

שני: 1140 ק"ג / מול (הו ²⁺ גזי)

שלישית: 2204 kJ / mol (הו ³⁺ גזי)

מוליכות תרמית

16.2 W / (m K)

התנגדות חשמלית

814 נ 'מ

מספרי חמצון

הולמיום יכול להיות קיים בתרכובות שלו עם המספרים הבאים או מצבי חמצון: 0, +1 (Ho ⁺ ), +2 (Ho ²⁺ ) ו- +3 (Ho ³⁺ ). מבין כולם, ה- +3 הוא ללא ספק הנפוץ והיציב ביותר. לפיכך, הולמיום היא מתכת טריפלנטית ויוצרת תרכובות (יוניות או יוניות חלקיות) בהן היא משתתפת כיון Ho ³⁺ .

לדוגמה, בתרכובות הבאות, להולמיום יש מספר חמצון של +3: Ho ₂ O ₃ (Ho ₂ ³⁺ O ₃ ^2- ), Ho (OH) ₃ , HoI ₃ (Ho ³⁺ I ₃ ^- ) והו ₂ (SO ₄ ) ₃ .

הו ³⁺ והמעברים האלקטרוניים שלו אחראים לתרכובות של מתכת זו להופיע בצבעים חום-צהוב. עם זאת, כאשר אלה מוקרנים באור ניאון, הם הופכים לורודים. כך גם הפתרונות שלהם.

איזוטופים

הולמיום מתרחש בטבע כאיזוטופ יציב יחיד: ¹⁶⁵ הו (100% שפע). עם זאת, ישנם רדיואיזוטופים מעשה ידי אדם בעלי מחצית חיים ארוכה. ביניהם יש לנו:

- ¹⁶³ הו (t _1/2 = 4570 שנים)

- ¹⁶⁴ הו (t _1/2 = 29 דקות)

- ¹⁶⁶ הו (t _1/2 = 26,763 שעות)

- ¹⁶⁷ הו (t _1/2 = 3.1 שעות)

סדר ורגע מגנטי

הולמיום היא מתכת פרמגנטית, אך היא יכולה להפוך לפרומגנטית בטמפרטורה של 19 K, ומציגה תכונות מגנטיות חזקות מאוד. היא מאופיינת גם בכך שיש את הרגע המגנטי הגדול ביותר (10.6 מיקרוגרם _B ) בין כל היסודות הכימיים, וכן חדירות מגנטית יוצאת דופן.

תגובתיות

הולמיום היא מתכת שלא מחלידה מהר מדי בתנאים רגילים, ולכן לוקח זמן לאבד את הברק שלה. עם זאת, כאשר הוא מחומם עם מצית, הוא הופך לצהבהב, עקב היווצרות שכבת תחמוצת:

4 Ho + 3 O ₂ → 2 Ho ₂ O ₃

מגיב עם חומצות מדוללות או מרוכזות לייצור מלחים בהתאמה (חנקות, סולפטים וכו '). עם זאת ובאופן מפתיע, הוא אינו מגיב עם חומצה הידרפלואורית, מכיוון ששכבה של HoF ₃ מגנה עליה מפני השפלה.

הולמיום מגיב גם עם כל ההלוגנים לייצור ההלידים שלהם בהתאמה (HoF ₃ , HoCl ₃ , HoBr ₃ ו- HoI ₃ ).

מבנה כימי

הולמיום מתגבש למבנה משושה קומפקטי, hcp (ארוז משושה קרוב). בתיאוריה אטומי הו נשארים מגובשים בזכות הקשר המתכתי שנוצר על ידי האלקטרונים של האורביטלים 4f שלהם, על פי התצורה האלקטרונית שלהם:

4f ¹¹ 6s ²

אינטראקציות כאלה, כמו גם סידור האנרגיה של האלקטרונים שלה, מגדירים את התכונות הפיזיקליות של הולמיום. שום מתכת אלטרופית או פולימורף לא ידועה למתכת זו, אפילו לא בלחץ גבוה.

יישומים

תגובות גרעיניות

אטום ההולמיום הוא בולם נויטרונים טוב, וזו הסיבה שהוא מסייע לשלוט בהתפתחות תגובות גרעיניות.

ספקטרוסקופיה

פתרונות תחמוצת הולמיום משמשים לכיול ספקטרופוטומטרים, מכיוון שספקטרום הספיגה שלהם נשאר קבוע כמעט תמיד, ללא קשר לזיהומים שהוא מכיל. זה גם מראה להקות חדות מאוד אופייניות הקשורות לאטום ההולמיום ולא לתרכובות שלו.

צבע

אטומי הולמיום מסוגלים לספק צבע אדמדם לזכוכית ואבני חן מעוקביות זירקוניה מלאכותיות.

מגנטים

בטמפרטורות נמוכות במיוחד (30K או פחות), הולמיום מציגה תכונות מגנטיות מעניינות, המשמשות לייצור אלקטרומגנטים חזקים, שם היא מסייעת לרכז את השדה המגנטי המתקבל.

חומרים מגנטיים כאלה מיועדים לתהודה מגנטית גרעינית; לפיתוח כוננים קשיחים, עם זיכרונות המתנדנדים לפי סדר הפטיט או הטרה-בתים; ואולי לייצור מחשבים קוונטיים.

לייזר הולמיום

ניתן לסנוף גביש יתום-אלומיניום (YAG) עם אטומי הולמיום לפליטת קרינה באורך גל של 2 מיקרומטר; כלומר יש לנו לייזר הולמיום. בזכותה ניתן לחתוך במדויק את רקמת הגידול מבלי לגרום לדימום, מכיוון שהאנרגיה המסופקת מארטרת את הפצעים באופן מיידי.

לייזר זה שימש שוב ושוב בניתוחי ערמונית ושיניים, כמו גם למיגור תאי סרטן ואבנים בכליות.

הפניות

1. שיבר ואטקינס. (2008). כימיה אורגנית. (גרסה רביעית). מק גריי היל.
2. ויקיפדיה. (2019). הולמיום. התאושש מ: en.wikipedia.org
3. החברה המלכותית לכימיה. (2020). טבלה תקופתית: הולמיום. התאושש מ: rsc.org
4. ד"ר דאג סטיוארט. (2020). עובדות יסוד הולמיום / כימיה. התאושש מ: chemicool.com
5. סטיב גנון. (sf). האלמנט הולמיום. התאושש מ: education.jlab.org
6. עורכי אנציקלופדיה בריטניקה. (03 באפריל, 2019). הולמיום. אנציקלופדיה בריטניקה. התאושש מ: britannica.com
7. ג'ודי לין מוהן רוזברוק. (2020). הולמיום. התאושש מ: utoledo.edu