Гольмий

Го́льмий (химический символHo, от лат. Holmium) — химический элемент 3-й группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы третьей группы, IIIB) шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 67.

Гольмий
← Диспрозий | Эрбий →
67 Ho

Es
ВодородГелийЛитийБериллийБорУглеродАзотКислородФторНеонНатрийМагнийАлюминийКремнийФосфорСераХлорАргонКалийКальцийСкандийТитанВанадийХромМарганецЖелезоКобальтНикельМедьЦинкГаллийГерманийМышьякСеленБромКриптонРубидийСтронцийИттрийЦирконийНиобийМолибденТехнецийРутенийРодийПалладийСереброКадмийИндийОловоСурьмаТеллурИодКсенонЦезийБарийЛантанЦерийПразеодимНеодимПрометийСамарийЕвропийГадолинийТербийДиспрозийГольмийЭрбийТулийИттербийЛютецийГафнийТанталВольфрамРенийОсмийИридийПлатинаЗолотоРтутьТаллийСвинецВисмутПолонийАстатРадонФранцийРадийАктинийТорийПротактинийУранНептунийПлутонийАмерицийКюрийБерклийКалифорнийЭйнштейнийФермийМенделевийНобелийЛоуренсийРезерфордийДубнийСиборгийБорийХассийМейтнерийДармштадтийРентгенийКоперницийНихонийФлеровийМосковийЛиверморийТеннессинОганесонПериодическая система элементов
67Ho
Hexagonal.svg
Electron shell 067 Holmium.svg
Внешний вид простого вещества
Holmium2.jpg
Образец гольмия
Свойства атома
Название, символ, номер Гольмий / Holmium (Ho), 67
Группа, период, блок 3 (устар. 3), 6,
f-элемент
Атомная масса
(молярная масса)
164,93032(2)[1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Xe] 6s24f11
Радиус атома 179 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус 158 пм
Радиус иона (+3e) 89,4 пм
Электроотрицательность 1,23 (шкала Полинга)
Электродный потенциал Ho←Ho3+ −2,33 В
Степени окисления +3
Энергия ионизации
(первый электрон)
574,0 (5,95) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) 8,795 г/см³
Температура плавления 1747 K (+1474°C)
Температура кипения 2968 K (+2695°C)
Уд. теплота испарения 301 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 27,15[2] Дж/(K·моль)
Молярный объём 18,7 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки Гексагональная
Параметры решётки a=3,577 c=5,616 Å
Отношение c/a 1,570
Прочие характеристики
Теплопроводность (300 K) (16,2) Вт/(м·К)
Номер CAS 7440-60-0
67
Гольмий
164,9303
4f116s2

Относится к семейству «Лантаноиды».

Простое вещество гольмий — это пластичный редкоземельный металл серебристо-белого цвета.

ИсторияПравить

В 1879 году швейцарский химик и физик Жак-Луи Соре методом спектрального анализа обнаружил в «эрбиевой земле» новый элемент[3].

Происхождение названияПравить

Название элементу дал шведский химик П. Т. Клеве в честь Стокгольма (его старинное латинское название Holmia)[4][5][5][6], так как минерал, из которого сам Клёве в 1879 году выделил оксид нового элемента, был найден близ столицы Швеции.

Нахождение в природеПравить

Содержание гольмия в земной коре составляет 1,3⋅10−4 % по массе, в морской воде 2,2⋅10−7 %. Вместе с другими редкоземельными элементами содержится в минералах монаците, бастенезите, эвксените, апатите и гадолините.

Среди космических объектов аномально высоким содержанием гольмия отличается звезда Пшибыльского.

МесторожденияПравить

Гольмий входит в состав лантаноидов, которые часто встречаются в Китае, США, Казахстане, России, Украине, Шри-Ланке, Австралии, Бразилии, Индии, Скандинавии. Запасы гольмия оцениваются в 400 000 тонн[7].

Гольмий является редким металлом[8] и 56-м среди наиболее распространенных элементом в земной коре. Он почти не содержится в атмосфере Земли. Он составляет 500 частей на триллион вселенной по массе. [20]

ЦеныПравить

Цены на оксид гольмия чистотой 99—99,99 % в 2006 году составили около 120—191 долларов за 1 кг. В 2009 году цена гольмия составили около 1 тыс. долларов США за 1 кг[9].

Физические свойстваПравить

Полная электронная конфигурация атома неодима: 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f11

Гольмий — это сравнительно мягкий, ковкий и пластичный редкоземельный металл серебристо-белого цвета. Не радиоактивен. Является парамагнетиком.

Содержится в таких минералах как монацит и гадолинит и обычно извлекается из монацита с использованием методов ионного обмена. Гольмий обладает самой высокой магнитной проницаемостью среди всех элементов и поэтому используется для полюсов самых сильных статических магнитов.

Химические свойстваПравить

Медленно окисляется на воздухе, образуя Ho2O3. Взаимодействует с кислотами (кроме HF), образуя соли Ho3+. Реагирует при нагревании с хлором, бромом, азотом и водородом. Устойчив к действию фтора.

ИзотопыПравить

Единственным стабильным изотопом гольмия является 165Ho. Самым долгоживущим радиоизотопом является 163Ho с периодом полураспада 4570 лет.

ПолучениеПравить

Получают восстановлением фторида гольмия HoF3 кальцием.

ПрименениеПравить

Гольмий — моноизотопный элемент (гольмий-165).

Получение сверхсильных магнитных полей: гольмий сверхвысокой чистоты применяется для изготовления полюсных наконечников сверхпроводящих магнитов для получения сверхсильных магнитных полей. В этом же отношении важное значение играет сплав гольмий-эрбий.

Изотопы: радиоактивный изотоп гольмия — гольмий-166 находит применение в аналитической химии в качестве радиоактивного индикатора.

Металлургия: добавлением гольмия к сплавам алюминия резко уменьшают газосодержание в них.

Лазерные материалы: ионы гольмия служат для генерации лазерного излучения в инфракрасной области спектра, длина волны — 2,05 мкм.

Термоэлектрические материалы: термоЭДС монотеллурида гольмия составляет 40 мкВ/К.

Ядерная энергетика: борат гольмия применяется в атомной технике.

Технологии: атом гольмия — первый атом, на который была записана информация, которая при считывании могла быть расшифрована 4 способами (00, 01, 10, 11)

(То есть 2 атома гольмия, находящиеся рядом, соответственно Ho(A) и Ho(B) могли при считывании представить 4 варианта по флуктуации спинов: A↑B↑, A↑B↓, A↓B↑, A↓B↓.)

IBM Research[en] нашло применение атома гольмия следующим образом: атом гольмия устанавливается на подложку из оксида магния. В этом случае гольмий приобретает свойства магнитной бистабильности, то есть имеет два стабильных магнитных состояния с различными спинами.

Исследователи использовали сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) и прикладывают к атому напряжение в 150 мВ при 10 мкА. Такой большой приток электронов заставляет атом гольмия изменить магнитное спиновое состояние. Поскольку каждое из двух состояний имеет различные профили проводимости, игла СТМ способна определить, в котором из них находится атом. Это выполняется путем приложения меньшего напряжения (75 мВ) и измерения сопротивления.

Дабы убедиться, что атом гольмия менял своё магнитное состояние и это не было побочным эффектом работы СТМ, учёные разместили рядом атом железа, реагирующий на магнитные колебания. Это позволило подтвердить, что во время эксперимента удалось на длительное время сохранить магнитное состояние атома[10][11].

Таким образом, этот атом стал первым, на который была записана информация в 1 бит[12][13][14][15].

Биологическая рольПравить

Гольмий не играет биологической роли в организме человека, но его соли способны стимулировать обмен веществ[16]. Люди обычно потребляют около миллиграмма гольмия в год. Растения с трудом поглощают гольмий из почвы. При измерении содержания гольмия в некоторых овощах было измерено, что его содержание составило 1/1010 частей[17].

Большое количество солей гольмия может привести к серьёзным повреждениям при дыхании, приеме внутрь или инъекции. Биологические эффекты гольмия в течение длительного периода времени не известны. Гольмий имеет низкий уровень острой токсичности[18].

ПримечанияПравить

  1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Vol. 85, no. 5. — P. 1047—1078. — doi:10.1351/PAC-REP-13-03-02.
  2. Химическая энциклопедия: в 5 т. / Редкол.:Кнунянц И. Л. (гл. ред.). — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — С. 590. — 623 с. — 100 000 экз.
  3. Горбов А. И. Гольмий // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  4. Marshall, James L. Marshall; Marshall, Virginia R. Marshall (2015). “Rediscovery of the elements: The Rare Earths–The Confusing Years” (PDF). The Hexagon: 72—77. Архивировано (PDF) из оригинала 2021-10-11. Дата обращения 30 December 2019. Используется устаревший параметр |deadlink= (справка)
  5. 1 2 Holmium. Royal Society of Chemistry (2020). Дата обращения: 4 января 2020. Архивировано 18 января 2022 года.
  6. Stwertka, Albert. A guide to the elements. — 2nd. — Oxford University Press, 1998. — P. 161. — ISBN 0-19-508083-1.
  7. John Emsley. Nature's building blocks: an A-Z guide to the elements. — US : Oxford University Press, 2001. — P. 181–182. — ISBN 0-19-850341-5. Архивная копия от 19 июня 2021 на Wayback Machine
  8. Emsley, John. Nature's Building Blocks. — Oxford University Press, 2011.
  9. James B. Hedrick. Rare-Earth Metals, USGS. Архивировано 10 января 2011 года. Дата обращения 6 июня 2009.
  10. «Меньше некуда»: учёные из IBM сохранили информацию в атоме, Пикабу. Архивировано 13 марта 2017 года. Дата обращения 10 марта 2017.
  11. Владимир Королев. Магнитная запись информации достигла предельной плотности. nplus1.ru. Дата обращения: 10 марта 2017. Архивировано 12 марта 2017 года.
  12. Физики из Дельфтского технологического университета создали атомное хранилище данных (рус.). Архивировано 12 марта 2017 года. Дата обращения 10 марта 2017.
  13. F. E. Kalff, M. P. Rebergen, E. Fahrenfort, J. Girovsky, R. Toskovic. A kilobyte rewritable atomic memory (англ.) // Nature Nanotechnology. — 2016-11-01. — Vol. 11, iss. 11. — P. 926–929. — ISSN 1748-3387. — doi:10.1038/nnano.2016.131.
  14. «Меньше некуда»: ученые из IBM сохранили информацию в атоме - PCNEWS.RU. pcnews.ru. Дата обращения: 10 марта 2017. Архивировано 12 марта 2017 года.
  15. IBM Scientists Achieve Storage Memory Breakthrough (англ.). www-03.ibm.com (17 мая 2016). Дата обращения: 10 марта 2017. Архивировано 12 марта 2017 года.
  16. C. R. Hammond. The Elements, in Handbook of Chemistry and Physics. — 81st. — CRC press, 2000. — ISBN 0-8493-0481-4.
  17. Emsley, John. Nature's Building Blocks. — 2011.
  18. "Holmium" Архивная копия от 15 апреля 2011 на Wayback Machine in Periodic Table v2.5. University of Coimbra, Portugal

СсылкиПравить