Holmium - Holmium

Holmium,  67 Ho
Holmium2.jpg
Holmium
Pronúncia / H l m i ə m / ( HOHL -mee-əm )
Aparência branco prateado
Peso atômico padrão A r, std (Ho) 164,930 328 (7)
Holmium na tabela periódica
Hidrogênio Hélio
Lítio Berílio Boro Carbono Azoto Oxigênio Flúor Néon
Sódio Magnésio Alumínio Silício Fósforo Enxofre Cloro Argônio
Potássio Cálcio Escândio Titânio Vanádio Cromo Manganês Ferro Cobalto Níquel Cobre Zinco Gálio Germânio Arsênico Selênio Bromo Krypton
Rubídio Estrôncio Ítrio Zircônio Nióbio Molibdênio Tecnécio Rutênio Ródio Paládio Prata Cádmio Índio Lata Antimônio Telúrio Iodo Xenon
Césio Bário Lantânio Cério Praseodímio Neodímio Promécio Samário Europium Gadolínio Térbio Disprósio Holmium Erbium Túlio Itérbio Lutécio Háfnio Tântalo Tungstênio Rênio Ósmio Iridium Platina Ouro Mercúrio (elemento) Tálio Pista Bismuto Polônio Astatine Radon
Francium Rádio Actínio Tório Protactínio Urânio Neptúnio Plutônio Americium Curium Berquélio Californium Einsteinium Fermium Mendelévio Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seabórgio Bohrium Hassium Meitnerium Darmstádio Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
-

Ho

Es
disprósiohólmioérbio
Número atômico ( Z ) 67
Grupo grupo n / a
Período período 6
Quadra   bloco f
Configuração de elétron [ Xe ] 4f 11 6s 2
Elétrons por camada 2, 8, 18, 29, 8, 2
Propriedades físicas
Fase em  STP sólido
Ponto de fusão 1734  K (1461 ° C, 2662 ° F)
Ponto de ebulição 2873 K (2600 ° C, 4712 ° F)
Densidade (próximo à  rt ) 8,79 g / cm 3
quando líquido (em  mp ) 8,34 g / cm 3
Calor de fusão 17,0  kJ / mol
Calor da vaporização 251 kJ / mol
Capacidade de calor molar 27,15 J / (mol · K)
Pressão de vapor
P  (Pa) 1 10 100 1 mil 10 k 100 k
em  T  (K) 1432 1584 (1775) (2040) (2410) (2964)
Propriedades atômicas
Estados de oxidação 0, +1, +2, +3 (um  óxido básico )
Eletro-negatividade Escala de Pauling: 1,23
Energias de ionização
Raio atômico empírico: 176  pm
Raio covalente 192 ± 19h
Linhas de cores em uma faixa espectral
Linhas espectrais de hólmio
Outras propriedades
Ocorrência natural primordial
Estrutura de cristal hexagonal fechado (hcp)
Estrutura de cristal hexagonal compactada para hólmio
Velocidade do som haste fina 2760 m / s (a 20 ° C)
Expansão térmica poli: 11,2 µm / (m⋅K) (à  temperatura ambiente )
Condutividade térmica 16,2 W / (m⋅K)
Resistividade elétrica poli: 814 nΩ⋅m (at  rt )
Ordenação magnética paramagnético
Módulo de Young 64,8 GPa
Módulo de cisalhamento 26,3 GPa
Módulo de massa 40,2 GPa
Coeficiente de Poisson 0,231
Dureza Vickers 410–600 MPa
Dureza Brinell 500-1250 MPa
Número CAS 7440-60-0
História
Descoberta Jacques-Louis Soret e Marc Delafontaine (1878)
Principais isótopos de hólmio
Isótopo Abundância Meia-vida ( t 1/2 ) Modo de decaimento produtos
163 Ho syn 4570 anos ε 163 Dy
164 Ho syn 29 min ε 164 Dy
165 Ho 100% estábulo
166 Ho syn 26,763 h β - 166 Er
167 Ho syn 3,1 h β - 167 Er
Categoria Categoria: Holmium
| referências

O hólmio é um elemento químico com o símbolo Ho e número atômico 67. Parte da série dos lantanídeos , o hólmio é um elemento de terra rara .

Holmium foi descoberto através do isolamento pelo químico sueco Per Theodor Cleve e independentemente por Jacques-Louis Soret e Marc Delafontaine , que o observaram espectroscopicamente em 1878. Seu óxido foi isolado pela primeira vez de minérios de terras raras por Cleve em 1878. O nome do elemento vem de Holmia , o nome latino para a cidade de Estocolmo .

O hólmio elementar é um metal branco prateado relativamente macio e maleável . É muito reativo para ser encontrado não combinado na natureza, mas quando isolado, é relativamente estável no ar seco à temperatura ambiente. No entanto, ele reage com a água e corrói prontamente, e também queima no ar quando aquecido.

O hólmio é encontrado nos minerais monazita e gadolinita e geralmente é extraído comercialmente da monazita usando técnicas de troca iônica . Seus compostos na natureza e em quase toda a química laboratorial são oxidados trivalentemente, contendo íons Ho (III). Os íons de hólmio trivalentes têm propriedades fluorescentes semelhantes a muitos outros íons de terras raras (embora produzam seu próprio conjunto de linhas de luz de emissão exclusivas) e, portanto, são usados ​​da mesma forma que algumas outras terras raras em certas aplicações de laser e corantes de vidro.

O hólmio tem a maior permeabilidade magnética de qualquer elemento e, portanto, é usado para as pólos dos ímãs estáticos mais fortes . Como o hólmio absorve fortemente nêutrons, também é usado como veneno queimável em reatores nucleares.

Características

Propriedades físicas

Ho 2 O 3 , esquerda: luz natural, direita: sob uma lâmpada fluorescente de cátodo frio

O hólmio é um elemento relativamente macio e maleável que é bastante resistente à corrosão e estável em ar seco em temperatura e pressão padrão . No ar úmido e em temperaturas mais altas , porém, oxida rapidamente , formando um óxido amarelado. Na forma pura, o hólmio possui um brilho metálico e prateado brilhante.

O óxido de hólmio tem algumas mudanças de cor bastante dramáticas dependendo das condições de iluminação. À luz do dia apresenta uma cor amarelo taninoso. Sob luz tricromática, é vermelho-alaranjado ardente, quase indistinguível da aparência de óxido de érbio nas mesmas condições de iluminação. A mudança de cor percebida está relacionada às bandas de absorção agudas de hólmio interagindo com um subconjunto das bandas de emissão agudas dos íons trivalentes de európio e térbio, agindo como fósforo.

Holmium tem o momento magnético mais alto (10,6  µ
B
) de qualquer elemento que ocorre naturalmente e possui outras propriedades magnéticas incomuns. Quando combinado com ítrio , forma compostos altamente magnéticos . O hólmio é paramagnético em condições ambientais, mas é ferromagnético em temperaturas abaixo19  K .

Propriedades quimicas

O metal de hólmio mancha lentamente ao ar e queima prontamente para formar óxido de hólmio (III) :

4 Ho + 3 O 2 → 2 Ho 2 O 3

O hólmio é bastante eletropositivo e geralmente trivalente. Ele reage lentamente com água fria e muito rapidamente com água quente para formar hidróxido de hólmio:

2 Ho (s) + 6 H 2 O (l) → 2 Ho (OH) 3 (aq) + 3 H 2 (g)

O metal de hólmio reage com todos os halogênios:

2 Ho (s) + 3 F 2 (g) → 2 HoF 3 (s) [rosa]
2 Ho (s) + 3 Cl 2 (g) → 2 HoCl 3 (s) [amarelo]
2 Ho (s) + 3 Br 2 (g) → 2 HoBr 3 (s) [amarelo]
2 Ho (s) + 3 I 2 (g) → 2 HoI 3 (s) [amarelo]

O hólmio se dissolve prontamente em ácido sulfúrico diluído para formar soluções contendo os íons Ho (III) amarelos, que existem como complexos [Ho (OH 2 ) 9 ] 3+ :

2 Ho (s) + 3 H 2 SO 4 (aq) → 2 Ho 3+ (aq) + 3 SO2−
4
(aq) + 3H 2 (g)

O estado de oxidação mais comum do hólmio é +3. O hólmio em solução está na forma de Ho 3+ rodeado por nove moléculas de água. Holmium dissolve-se em ácidos.

Isótopos

O hólmio natural contém um isótopo estável , o hólmio-165. Alguns isótopos radioativos sintéticos são conhecidos; o mais estável é o hólmio-163, com meia-vida de 4.570 anos. Todos os outros radioisótopos têm meia-vida de estado fundamental não superior a 1,117 dias, e a maioria tem meia-vida inferior a 3 horas. No entanto, o metaestável 166m1 Ho tem meia-vida de cerca de 1200 anos devido ao seu alto spin . Este fato, combinado com uma alta energia de excitação resultando em um espectro particularmente rico de raios gama de decaimento produzidos quando o estado metaestável desexcita, torna este isótopo útil em experimentos de física nuclear como um meio para calibrar respostas de energia e eficiências intrínsecas de espectrômetros de raios gama. .

História

Holmium ( Holmia , nome latino para Estocolmo ) foi descoberto por Jacques-Louis Soret e Marc Delafontaine em 1878, que notaram as bandas de absorção espectrográfica aberrantes do elemento então desconhecido (eles o chamaram de "Elemento X").

Assim, por Teodor Cleve descoberto independentemente o elemento, enquanto ele estava a trabalhar em érbia terra ( óxido de érbio ), e foi o primeiro a isolá-lo. Usando o método desenvolvido por Carl Gustaf Mosander , Cleve primeiro removeu todos os contaminantes conhecidos da Érbia. O resultado desse esforço foram dois novos materiais, um marrom e outro verde. Ele chamou a substância marrom de holmia (em homenagem ao nome latino da cidade natal de Cleve, Estocolmo) e a verde de thulia. Mais tarde descobriu-se que Holmia era o óxido de hólmio e a tulia era o óxido de túlio .

No artigo clássico de Henry Moseley sobre números atômicos, o hólmio recebeu um número atômico de 66. Evidentemente, a preparação de hólmio que ele havia recebido para investigar era grosseiramente impura, dominada por disprósio vizinho (e não traçado). Ele teria visto linhas de emissão de raios-X para ambos os elementos, mas presumiu que os dominantes pertenciam ao hólmio, em vez da impureza disprósio.

Ocorrência e produção

Como todas as outras terras raras, o hólmio não é encontrado naturalmente como um elemento livre. Ocorre combinado com outros elementos na gadolinita (a parte preta do espécime ilustrado à direita), monazita e outros minerais de terras raras. Nenhum mineral dominante de hólmio foi encontrado ainda. As principais áreas de mineração são China , Estados Unidos , Brasil , Índia , Sri Lanka e Austrália, com reservas de hólmio estimadas em 400.000 toneladas.

O hólmio constitui 1,4 partes por milhão da crosta terrestre em massa. Isso o torna o 56º elemento mais abundante na crosta terrestre. O hólmio constitui 1 parte por milhão dos solos , 400 partes por quatrilhão de água do mar e quase nenhuma parte da atmosfera terrestre . O hólmio é raro para um lantanídeo. Ele perfaz 500 partes por trilhão do universo em massa.

É extraído comercialmente por troca iônica da areia monazítica (0,05% de hólmio), mas ainda é difícil de separar de outras terras raras. O elemento foi isolado através da redução de seu cloreto anidro ou fluoreto com cálcio metálico . Sua abundância estimada na crosta terrestre é de 1,3 mg / kg. O hólmio obedece à regra de Oddo-Harkins : como elemento de número ímpar, é menos abundante do que seus vizinhos imediatos de número par, disprósio e érbio . No entanto, é o mais abundante dos lantanídeos pesados ​​de números ímpares . A principal fonte atual são algumas das argilas de adsorção de íons do sul da China. Alguns deles têm uma composição de terras raras semelhante à encontrada no xenotime ou na gadolinita. O ítrio representa cerca de 2/3 do total em massa; hólmio é cerca de 1,5%. Os próprios minérios originais são muito magros, talvez apenas 0,1% de lantanídeo total, mas são facilmente extraídos. O hólmio é relativamente barato para um metal de terras raras com um preço de cerca de US $ 1.000  / kg.

Formulários

Uma solução de 4% de óxido de hólmio em 10% de ácido perclórico, permanentemente fundido em uma cubeta de quartzo como um padrão de calibração óptica

O hólmio tem a maior força magnética de qualquer elemento e, portanto, é usado para criar os campos magnéticos gerados artificialmente mais fortes , quando colocado dentro de ímãs de alta resistência como uma peça polar magnética (também chamado de concentrador de fluxo magnético ). Uma vez que pode absorver nêutrons gerados pela fissão nuclear, também é usado como um veneno queimável para regular os reatores nucleares.

A granada ítrio-ferro dopada com hólmio (YIG) e o fluoreto de ítrio-lítio (YLF) têm aplicações em lasers de estado sólido , e Ho-YIG tem aplicações em isoladores ópticos e em equipamentos de micro-ondas (por exemplo, esferas YIG ). Os lasers de hólmio emitem 2,1 micrômetros. Eles são usados ​​em aplicações médicas, odontológicas e de fibra óptica.

O hólmio é um dos corantes usados ​​para zircônia cúbica e vidro , fornecendo a coloração amarela ou vermelha. O vidro contendo soluções de óxido de hólmio e óxido de hólmio (geralmente em ácido perclórico ) tem picos de absorção óptica agudos na faixa espectral de 200–900 nm. Eles são, portanto, usados ​​como um padrão de calibração para espectrofotômetros ópticos e estão disponíveis comercialmente.

O 166m1 Ho radioativo, mas de longa duração (veja "Isótopos" acima) é usado na calibração de espectrômetros de raios gama.

Em março de 2017, a IBM anunciou que havia desenvolvido uma técnica para armazenar um bit de dados em um único átomo de hólmio colocado em uma camada de óxido de magnésio .

Com técnicas de controle quântico e clássico suficientes, Ho pode ser um bom candidato para fazer computadores quânticos .

Papel biológico

O hólmio não desempenha nenhum papel biológico em humanos , mas seus sais são capazes de estimular o metabolismo . Os humanos normalmente consomem cerca de um miligrama de hólmio por ano. As plantas não absorvem facilmente o hólmio do solo. Alguns vegetais tiveram seu conteúdo de hólmio medido, e chegou a 100 partes por trilhão.

Toxicidade

Grandes quantidades de sais de hólmio podem causar danos graves se inalados , consumidos por via oral ou injetados . Os efeitos biológicos do hólmio por um longo período de tempo não são conhecidos. Holmium tem um baixo nível de toxicidade aguda .

Veja também

Referências

links externos