HOLMIUM: LỊCH SỬ, ĐẶC TÍNH, CẤU TRÚC HÓA HỌC VÀ CÔNG DỤNG - HÓA HỌC - 2026

Các holmium là một nguyên tố kim loại thuộc khối f bảng tuần hoàn, đặc biệt với giai đoạn của nguyên tố nhóm Lantan. Do đó, nó là một thành viên của đất hiếm, cùng với erbium, yttrium, dysprosium và ytterbium. Tất cả những thứ này tạo nên một loạt các khoáng chất (xenotime hoặc gadolinit) rất khó phân tách bằng các phương pháp hóa học thông thường.

Ký hiệu hóa học của nó là Ho, có số nguyên tử là 67, và ít phong phú hơn so với các nước láng giềng dysprosi ( ₆₆ Dy) và erbi ( ₆₈ Er). Sau đó, người ta nói rằng nó tuân theo quy tắc Oddo-Harkins. Holmium là một trong những kim loại hiếm mà hầu như không ai biết hoặc nghi ngờ về sự tồn tại của nó; ngay cả trong số các nhà hóa học, nó hiếm khi được đề cập đến rất thường xuyên.

Mẫu siêu tinh khiết của holmium kim loại. Nguồn: Hình ảnh độ phân giải cao của các nguyên tố hóa học

Trong lĩnh vực y học, holmium được biết đến với việc sử dụng tia laser trong các ca phẫu thuật để chống lại các bệnh tuyến tiền liệt. Nó cũng đại diện cho vật liệu đầy hứa hẹn để sản xuất nam châm điện và máy tính lượng tử, do tính chất từ ​​tính bất thường của nó.

Các hợp chất holmi hóa trị ba, Ho ³⁺ , có điểm đặc biệt là thể hiện màu sắc phụ thuộc vào ánh sáng mà chúng được chiếu xạ. Nếu nó là huỳnh quang, màu sắc của các hợp chất này chuyển từ vàng sang hồng. Theo cách tương tự, nó xảy ra với các giải pháp của nó.

Lịch sử

Việc phát hiện ra holmium là do hai nhà hóa học Thụy Sĩ, Marc Delafontaine và Jacques-Louis Soret, người vào năm 1878 đã phát hiện ra nó bằng phương pháp quang phổ trong khi phân tích các khoáng chất đất hiếm ở Geneva. Họ gọi nó là nguyên tố X.

Chỉ một năm sau, năm 1879, nhà hóa học người Thụy Điển Per Teodor Cleve đã tìm cách tách ôxít holmi bắt đầu từ ôxít erbia, ôxít erbi (Er ₂ O ₃ ). Oxit này, bị ô nhiễm bởi các tạp chất khác, có màu nâu, mà ông đặt tên là 'holmia', có nghĩa là Stockholm trong tiếng Latinh.

Ngoài ra, Cleve đã thu được một vật liệu xanh khác: 'thulia', là oxit thulium. Vấn đề với khám phá này là không một nhà hóa học nào trong số ba nhà hóa học có thể thu được một mẫu holmium oxit đủ tinh khiết, vì nó đã bị ô nhiễm bởi các nguyên tử dysprosi, một kim loại lanthanide khác.

Mãi đến năm 1886, nhà hóa học người Pháp chăm chỉ, Paul Lecoq de Boisbaudran, mới phân lập được holmium oxit bằng cách kết tủa phân đoạn. Oxit này sau đó đã trải qua các phản ứng hóa học để tạo ra muối holmium, được khử vào năm 1911 bởi nhà hóa học người Thụy Điển Otto Holmberg; và do đó, những mẫu holmi kim loại đầu tiên đã xuất hiện.

Tuy nhiên, hiện nay các ion holmium, Ho ³⁺ , được chiết xuất bằng sắc ký trao đổi ion, thay vì sử dụng các phản ứng thông thường.

Thuộc tính Holmium

Ngoại hình

Kim loại bạc, mềm, dẻo và dễ uốn.

Số nguyên tử

67 ( ₆₇ Hồ)

Khối lượng phân tử

164,93 g / mol

Độ nóng chảy

1461 ºC

Điểm sôi

2600 ºC

Tỉ trọng

Ở nhiệt độ phòng: 8,79 g / cm ³

Chỉ khi nó tan chảy hoặc tan chảy: 8,34 g / cm ³

Nhiệt của nhiệt hạch

17 kJ / mol

Nhiệt hóa hơi

251 kJ / mol

Nhiệt dung mol

27,15 J / (mol K)

Độ âm điện

1,23 trên thang điểm Pauling

Năng lượng ion hóa

Đầu tiên: 581,0 kJ / mol (Ho ^{+ ở thể} khí)

Thứ hai: 1140 kJ / mol (Ho ^{2+ ở thể} khí)

Thứ ba: 2204 kJ / mol (Ho ^{3+ ở thể} khí)

Dẫn nhiệt

16,2 W / (m K)

Điện trở suất

814 nΩ m

Số oxi hóa

Holmi có thể xuất hiện trong các hợp chất của nó với các số hoặc trạng thái oxi hóa sau: 0, +1 (Ho ⁺ ), +2 (Ho ²⁺ ) và +3 (Ho ³⁺ ). Trong số tất cả, +3 cho đến nay là phổ biến nhất và ổn định. Do đó, holmi là một kim loại hóa trị ba, tạo thành các hợp chất (ion hoặc một phần ion) trong đó nó tham gia như một ion Ho ³⁺ .

Ví dụ, trong các hợp chất sau, holmi có số oxi hóa +3: Ho ₂ O ₃ (Ho ₂ ³⁺ O ₃ ^2- ), Ho (OH) ₃ , HoI ₃ (Ho ³⁺ I ₃ ^- ) và Ho ₂ (SO ₄ ) ₃ .

Ho ³⁺ và sự chuyển tiếp điện tử của nó là nguyên nhân làm cho các hợp chất của kim loại này xuất hiện màu vàng nâu. Tuy nhiên, khi chúng được chiếu bằng ánh sáng huỳnh quang, chúng sẽ chuyển sang màu hồng. Các giải pháp của họ cũng vậy.

Đồng vị

Holmium xuất hiện trong tự nhiên dưới dạng một đồng vị bền duy nhất: ¹⁶⁵ Ho (100% độ phong phú). Tuy nhiên, có những đồng vị phóng xạ do con người tạo ra có chu kỳ bán rã dài. Giữa chúng, chúng ta có:

- ¹⁶³ Ho (t _1/2 = 4570 năm)

- ¹⁶⁴ Ho (t _1/2 = 29 phút)

- ¹⁶⁶ Ho (t _1/2 = 26,763 giờ)

- ¹⁶⁷ Ho (t _1/2 = 3,1 giờ)

Thứ tự từ tính và thời điểm

Holmium là một kim loại thuận từ, nhưng nó có thể trở thành sắt từ ở nhiệt độ 19 K, thể hiện tính chất từ ​​rất mạnh. Nó cũng có đặc điểm là có mômen từ lớn nhất (10,6 μ _B ) trong số tất cả các nguyên tố hóa học, cũng như độ từ thẩm bất thường.

Phản ứng

Holmium là một kim loại không bị gỉ quá nhanh trong điều kiện bình thường, vì vậy cần có thời gian để mất đi độ sáng bóng của nó. Tuy nhiên, khi đun nóng với bật lửa, nó chuyển sang màu vàng nhạt, do sự tạo thành một lớp oxit:

4 Ho + 3 O ₂ → 2 Ho ₂ O ₃

Phản ứng với axit loãng hoặc axit đặc để tạo ra các muối tương ứng của chúng (nitrat, sunfat, v.v.). Tuy nhiên và đáng ngạc nhiên là nó không phản ứng với axit flohydric, vì một lớp HoF ₃ bảo vệ nó khỏi sự suy thoái.

Holmium cũng phản ứng với tất cả các halogen để tạo ra halogenua tương ứng của chúng (HoF ₃ , HoCl ₃ , HoBr ₃ và HoI ₃ ).

Cấu tạo hóa học

Holmi kết tinh thành một cấu trúc lục giác chặt, hcp (lục giác đóng chặt). Về lý thuyết, các nguyên tử Ho vẫn cố kết nhờ liên kết kim loại được hình thành bởi các electron của obitan 4f của chúng, theo cấu hình điện tử của chúng:

4f ¹¹ 6 giây ²

Những tương tác như vậy, cũng như sự sắp xếp năng lượng của các electron của nó, xác định các đặc tính vật lý của holmium. Không có dạng thù hình hoặc dạng đa hình nào khác được biết đến với kim loại này, ngay cả khi chịu áp suất cao.

Các ứng dụng

Phản ứng hạt nhân

Nguyên tử holmium là một chất hấp thụ neutron tốt, đó là lý do tại sao nó giúp kiểm soát sự phát triển của các phản ứng hạt nhân.

Quang phổ

Dung dịch ôxít Holmi được sử dụng để hiệu chuẩn máy quang phổ, bởi vì phổ hấp thụ của chúng hầu như không đổi, bất kể nó chứa tạp chất gì. Nó cũng cho thấy các dải sắc nét rất đặc trưng liên kết với nguyên tử holmium, chứ không phải với các hợp chất của nó.

Chất tạo màu

Các nguyên tử Holmi có khả năng cung cấp màu hơi đỏ cho thủy tinh và đá quý zirconia khối nhân tạo.

Nam châm

Ở nhiệt độ cực thấp (30K trở xuống), holmi thể hiện các đặc tính từ tính thú vị, được sử dụng để chế tạo nam châm điện mạnh, nơi nó giúp tập trung từ trường tạo ra.

Các vật liệu từ tính như vậy nhằm mục đích cộng hưởng từ hạt nhân; cho sự phát triển của ổ cứng, với các bộ nhớ dao động theo thứ tự của petabyte hoặc terabyte; và có thể là sản xuất máy tính lượng tử.

Holmium laser

Tinh thể ngọc hồng lựu yttrium-nhôm (YAG) có thể được pha tạp với các nguyên tử holmi để phát ra bức xạ có bước sóng 2 µm; nghĩa là, chúng ta có một tia laser holmium. Nhờ đó, mô khối u có thể được cắt chính xác mà không gây chảy máu, vì năng lượng được cung cấp làm tê liệt vết thương ngay lập tức.

Tia laser này đã được sử dụng nhiều lần trong các ca phẫu thuật tuyến tiền liệt và nha khoa, cũng như để loại bỏ các tế bào ung thư và sỏi thận.

Người giới thiệu

1. Rùng mình & Atkins. (2008). Hóa học vô cơ . (Tái bản lần thứ tư). Đồi Mc Graw.
2. Wikipedia. (2019). Holmium. Khôi phục từ: en.wikipedia.org
3. Hiệp hội Hóa học Hoàng gia. (Năm 2020). Bảng tuần hoàn: Holmium. Được khôi phục từ: rsc.org
4. Tiến sĩ Doug Stewart. (Năm 2020). Sự kiện về nguyên tố Holmium / Hóa học. Phục hồi từ: chemicool.com
5. Steve Gagnon. (sf). Nguyên tố Holmium. Được khôi phục từ: education.jlab.org
6. Các biên tập viên của Encyclopaedia Britannica. (Ngày 03 tháng 4 năm 2019). Holmium. Encyclopædia Britannica. Phục hồi từ: britannica.com
7. Judy Lynn Mohn Rosebrook. (Năm 2020). Holmium. Được khôi phục từ: utoledo.edu