โฮลเมียม: ประวัติคุณสมบัติโครงสร้างทางเคมีและการใช้ - เคมี - 2025

โฮลเมียมเป็นธาตุโลหะที่อยู่ฉป้องกันตารางธาตุโดยเฉพาะกับช่วงเวลาของ lanthanides ที่ ดังนั้นมันจึงเป็นสมาชิกของดินที่หายากร่วมกับเออร์เบียม, อิทเทรียม, ดิสโพรเซียมและอิตเทอร์เบียม สิ่งเหล่านี้ประกอบขึ้นเป็นชุดของแร่ธาตุ (xenotime หรือ gadolinite) ซึ่งแยกได้ยากด้วยวิธีการทางเคมีทั่วไป

สัญลักษณ์ทางเคมีคือโฮมีเลขอะตอม 67 และมีจำนวนน้อยกว่าดิสโพรเซียมเพื่อนบ้าน ( ₆₆ Dy) และเออร์เบียม ( ₆₈ Er) ว่ากันว่ามันปฏิบัติตามกฎ Oddo-Harkins โฮลเมียมเป็นหนึ่งในโลหะหายากที่แทบไม่มีใครรู้หรือสงสัยถึงการมีอยู่ของมัน แม้แต่ในหมู่นักเคมีก็ไม่ค่อยมีใครพูดถึงบ่อยนัก

ตัวอย่าง Ultrapure ของโลหะโฮลเมียม ที่มา: ภาพความละเอียดสูงขององค์ประกอบทางเคมี

ในด้านการแพทย์โฮลเมียมเป็นที่รู้จักกันดีในการใช้เลเซอร์ในการผ่าตัดเพื่อต่อสู้กับโรคต่อมลูกหมาก นอกจากนี้ยังแสดงถึงวัสดุที่มีแนวโน้มสำหรับการผลิตแม่เหล็กไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์ควอนตัมเนื่องจากคุณสมบัติของแม่เหล็กที่ผิดปกติ

สารประกอบโฮลเมียมไตรวาเลนต์โฮ³⁺มีลักษณะเฉพาะของการแสดงสีที่ขึ้นอยู่กับแสงที่ถูกฉายรังสี หากเป็นสารเรืองแสงสีของสารประกอบเหล่านี้จะเปลี่ยนจากสีเหลืองเป็นสีชมพู ในทำนองเดียวกันมันเกิดขึ้นพร้อมกับแนวทางแก้ไข

ประวัติศาสตร์

การค้นพบโฮลเมียมเป็นผลมาจากนักเคมีชาวสวิสสองคนคือ Marc Delafontaine และ Jacques-Louis Soret ซึ่งในปีพ. ศ. 2421 ได้ตรวจพบสเปกโตรสโคปิกในขณะที่วิเคราะห์แร่ธาตุหายากในเจนีวา พวกเขาเรียกมันว่าธาตุ X

เพียงหนึ่งปีต่อมาในปีพ. ศ. 2422 นักเคมีชาวสวีเดน Per Teodor Cleve สามารถแยกโฮลเมียมออกไซด์โดยเริ่มจาก erbia, erbium oxide (Er ₂ O ₃ ) ออกไซด์นี้ปนเปื้อนจากสิ่งสกปรกอื่น ๆ มีสีน้ำตาลซึ่งเขาตั้งชื่อว่า 'โฮลเมีย' ซึ่งหมายถึงสตอกโฮล์มในภาษาละติน

นอกจากนี้ Cleve ยังได้รับวัสดุสีเขียวอีกชนิดหนึ่งคือ 'thulia' ซึ่งเป็น thulium oxide ปัญหาในการค้นพบนี้คือไม่มีนักเคมีสามคนใดสามารถได้ตัวอย่างโฮลเมียมออกไซด์ที่บริสุทธิ์เพียงพอเนื่องจากถูกปนเปื้อนโดยอะตอมของดิสโพรเซียมซึ่งเป็นโลหะแลนทาไนด์อีกชนิดหนึ่ง

จนกระทั่งปีพ. ศ. 2429 Paul Lecoq de Boisbaudran นักเคมีชาวฝรั่งเศสที่ทำงานหนักได้แยกโฮลเมียมออกไซด์โดยการตกตะกอนแบบเศษส่วน ออกไซด์นี้อยู่ภายใต้ปฏิกิริยาทางเคมีในการผลิตเกลือโฮลเมียมซึ่งลดลงในปีพ. ศ. 2454 โดยอ็อตโตโฮล์มเบิร์กนักเคมีชาวสวีเดน ดังนั้นตัวอย่างแรกของโลหะโฮลเมียมจึงปรากฏขึ้น

อย่างไรก็ตามในปัจจุบันโฮลเมียมไอออนโฮ³⁺ถูกสกัดโดยโครมาโทกราฟีแลกเปลี่ยนไอออนแทนที่จะใช้ปฏิกิริยาแบบเดิม

คุณสมบัติโฮลเมียม

ลักษณะทางกายภาพ

โลหะสีเงินอ่อนนุ่มเหนียวและอ่อนได้

เลขอะตอม

67 ( ₆₇โฮ)

มวลโมลาร์

164.93 ก. / โมล

จุดหลอมเหลว

1461ºC

จุดเดือด

2600 ºC

ความหนาแน่น

ที่อุณหภูมิห้อง: 8.79 g / cm ³

เมื่อมันละลายหรือละลาย: 8.34 g / cm ³

ความร้อนของฟิวชั่น

17 กิโลจูล / โมล

ความร้อนของการกลายเป็นไอ

251 กิโลจูล / โมล

ความจุความร้อนกราม

27.15 J / (โมล K)

อิเล็ก

1.23 ในระดับ Pauling

พลังงานไอออไนเซชัน

แรก: 581.0 kJ / mol (Ho ⁺ gaseous)

วินาที: 1140 kJ / mol (โฮ²⁺ก๊าซ)

ที่สาม: 2204 kJ / mol (โฮ³⁺ก๊าซ)

การนำความร้อน

16.2 W / (ม. K)

ความต้านทานไฟฟ้า

814 nΩม

เลขออกซิเดชัน

โฮลเมียมสามารถปรากฏในสารประกอบโดยมีตัวเลขหรือสถานะออกซิเดชั่นต่อไปนี้: 0, +1 (Ho ⁺ ), +2 (โฮ²⁺ ) และ +3 (โฮ³⁺ ) ในบรรดาสิ่งเหล่านี้ +3 เป็นสิ่งที่พบได้บ่อยและเสถียรที่สุด ดังนั้นโฮลเมียมเป็นโลหะ trivalent สารประกอบขึ้นรูป (อิออนไอออนิกหรือบางส่วน) ที่มีส่วนร่วมในฐานะโฮ³⁺ไอออน

ตัวอย่างเช่นในสารประกอบต่อไปนี้โฮลเมียมมีเลขออกซิเดชันเป็น +3: โฮ₂ O ₃ (โฮ₂ ³⁺ O ₃ ^2- ) โฮ (OH) ₃ HoI ₃ (โฮ³⁺ I ₃ ^- ) และ Ho ₂ (SO ₄ ) ₃ .

โฮ³⁺และการเปลี่ยนอิเล็กทรอนิกส์มีหน้าที่ทำให้สารประกอบของโลหะนี้มีสีน้ำตาล - เหลือง อย่างไรก็ตามเมื่อสิ่งเหล่านี้ถูกฉายรังสีด้วยแสงฟลูออเรสเซนต์จะเปลี่ยนเป็นสีชมพู เช่นเดียวกับการแก้ปัญหาของพวกเขา

ไอโซโทป

โฮลเมียมเกิดขึ้นในธรรมชาติโดยเป็นไอโซโทปเสถียรเดียว: ¹⁶⁵โฮ (ความอุดมสมบูรณ์ 100%) อย่างไรก็ตามมีไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีที่มนุษย์สร้างขึ้นซึ่งมีครึ่งชีวิตยาว ระหว่างนั้นเรามี:

- ¹⁶³ Ho (t _1/2 = 4570 ปี)

- ¹⁶⁴โฮ (t _1/2 = 29 นาที)

- ¹⁶⁶ Ho (t _1/2 = 26,763 ชั่วโมง)

- ¹⁶⁷โฮ (t _1/2 = 3.1 ชั่วโมง)

ลำดับแม่เหล็กและโมเมนต์

โฮลเมียมเป็นโลหะพาราแมกเนติก แต่สามารถกลายเป็นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ที่อุณหภูมิ 19 K ซึ่งมีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กที่แรงมาก นอกจากนี้ยังมีลักษณะเฉพาะคือมีโมเมนต์แม่เหล็กที่ใหญ่ที่สุด (10.6 μ _B ) ในองค์ประกอบทางเคมีทั้งหมดรวมถึงการซึมผ่านของแม่เหล็กที่ผิดปกติ

การเกิดปฏิกิริยา

โฮลเมียมเป็นโลหะที่ไม่เป็นสนิมเร็วเกินไปภายใต้สภาวะปกติดังนั้นจึงต้องใช้เวลาในการสูญเสียความเงางาม อย่างไรก็ตามเมื่อให้ความร้อนด้วยไฟแช็กจะเปลี่ยนเป็นสีเหลืองเนื่องจากการก่อตัวของชั้นออกไซด์:

4 โฮ + 3 โอ₂ → 2 โฮ₂โอ₃

ทำปฏิกิริยากับกรดเจือจางหรือเข้มข้นเพื่อผลิตเกลือตามลำดับ (ไนเตรตซัลเฟต ฯลฯ ) อย่างไรก็ตามและน่าแปลกใจที่มันไม่ทำปฏิกิริยากับกรดไฮโดรฟลูออริกเนื่องจากชั้นของ HoF ₃จะปกป้องมันจากการย่อยสลาย

โฮลเมียมยังทำปฏิกิริยากับฮาโลเจนทั้งหมดในการผลิตไลด์ของตน (ฮอฟ₃ , HOCl ₃ , HoBr ₃และฮอยอัน₃ )

โครงสร้างทางเคมี

โฮลเมียมตกผลึกเป็นโครงสร้างหกเหลี่ยมขนาดกะทัดรัด hcp (หกเหลี่ยมปิดสนิท) ตามทฤษฎีแล้วอะตอมของโฮยังคงเหนียวแน่นเนื่องจากพันธะโลหะที่เกิดจากอิเล็กตรอนของออร์บิทัล 4f ตามการกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์:

4f ¹¹ 6s ²

ปฏิสัมพันธ์ดังกล่าวเช่นเดียวกับการจัดเรียงพลังงานของอิเล็กตรอนกำหนดคุณสมบัติทางกายภาพของโฮลเมียม โลหะชนิดนี้ไม่รู้จัก allotrope หรือ polymorph แม้แต่ภายใต้แรงกดดันสูง

การประยุกต์ใช้งาน

ปฏิกิริยานิวเคลียร์

อะตอมของโฮลเมียมเป็นตัวดูดซับนิวตรอนที่ดีซึ่งเป็นสาเหตุที่ช่วยในการควบคุมการพัฒนาของปฏิกิริยานิวเคลียร์

สเปก

สารละลายโฮลเมียมออกไซด์ใช้ในการปรับเทียบสเปกโตรโฟโตมิเตอร์เนื่องจากสเปกตรัมการดูดกลืนยังคงที่เกือบตลอดเวลาโดยไม่คำนึงถึงสิ่งสกปรกที่มีอยู่ นอกจากนี้ยังแสดงแถบที่แหลมคมซึ่งเกี่ยวข้องกับอะตอมของโฮลเมียมไม่ใช่กับสารประกอบของมัน

colorant

อะตอมของโฮลเมียมสามารถให้สีแดงแก่แก้วและอัญมณีลูกบาศก์เซอร์โคเนียเทียม

แม่เหล็ก

ที่อุณหภูมิต่ำมาก (30K หรือน้อยกว่า) โฮลเมียมจะแสดงคุณสมบัติแม่เหล็กที่น่าสนใจซึ่งใช้ในการสร้างแม่เหล็กไฟฟ้าที่ทรงพลังซึ่งจะช่วยในการโฟกัสสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้น

วัสดุแม่เหล็กดังกล่าวมีไว้สำหรับเรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์ สำหรับการพัฒนาฮาร์ดไดรฟ์ด้วยความทรงจำที่สั่นตามลำดับเพตาไบต์หรือเทราไบต์ และสำหรับการผลิตคอมพิวเตอร์ควอนตัม

โฮลเมียมเลเซอร์

คริสตัลโกเมนอลูมิเนียมอิตเทรียม (YAG) สามารถเจือด้วยอะตอมของโฮลเมียมเพื่อปล่อยรังสีที่มีความยาวคลื่น 2 µm; นั่นคือเรามีเลเซอร์โฮลเมียม ต้องขอบคุณเนื้อเยื่อเนื้องอกที่สามารถตัดออกได้อย่างแม่นยำโดยไม่ทำให้เลือดออกเนื่องจากพลังงานที่ให้มาจะทำให้บาดแผลทันที

เลเซอร์นี้ถูกใช้ซ้ำ ๆ ในการผ่าตัดต่อมลูกหมากและฟันรวมทั้งกำจัดเซลล์มะเร็งและนิ่วในไต

อ้างอิง

1. ตัวสั่นและแอตกินส์ (2008) เคมีอนินทรีย์. (พิมพ์ครั้งที่สี่). Mc Graw Hill
2. วิกิพีเดีย (2019) ชื่อธาตุชนิดหนึ่ง สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
3. ราชสมาคมเคมี. (2020) ตารางธาตุ: โฮลเมียม สืบค้นจาก: rsc.org
4. ดร. ดั๊กสจ๊วต (2020) ข้อเท็จจริงเกี่ยวกับธาตุโฮลเมียม / เคมี ดึงมาจาก: chemicool.com
5. สตีฟแกกนอน (เอสเอฟ) ธาตุโฮลเมียม สืบค้นจาก: education.jlab.org
6. บรรณาธิการของสารานุกรมบริแทนนิกา (3 เมษายน 2562). ชื่อธาตุชนิดหนึ่ง สารานุกรมบริแทนนิกา. ดึงมาจาก: britannica.com
7. Judy Lynn Mohn Rosebrook (2020) ชื่อธาตุชนิดหนึ่ง ดึงมาจาก: utoledo.edu