HOLMIUM : 역사, 속성, 화학 구조 및 용도 - 화학 - 2025

홀뮴은 특히 란탄 족의 기간은 F 블록 주기율표에 속하는 금속 원소이다. 따라서 그것은 에르븀, 이트륨, 디스프로슘 및 이테르븀과 함께 희토류의 구성원입니다. 이 모든 것은 기존의 화학적 방법으로 분리하기 어려운 일련의 미네랄 (이종 시간 또는가 돌리 나이트)을 구성합니다.

화학적 기호는 67의 원자 번호를 가지는 이웃과 디스프로슘 (보다 풍부한 인, 호이고 ₆₆ 의 Dy) 및 에르븀 ( ₆₈ 어). 그런 다음 Oddo-Harkins 규칙을 준수한다고합니다. Holmium은 거의 아무도 그 존재를 모르거나 의심하지 않는 희귀 금속 중 하나입니다. 화학자 사이에서도 거의 언급되지 않습니다.

금속 홀뮴의 초순수 샘플. 출처 : 화학 원소의 고해상도 이미지

의학 분야에서 holmium은 전립선 질환과 싸우기 위해 수술에 레이저를 사용하는 것으로 유명합니다. 또한 특이한 자기 특성으로 인해 전자석 및 양자 컴퓨터 제조에 유망한 재료를 나타냅니다.

3가 홀뮴 화합물 인 Ho ³⁺ 는 조사되는 빛에 따라 색상을 나타내는 특이성을 가지고 있습니다. 형광등이면이 화합물의 색이 노란색에서 분홍색으로 바뀝니다. 같은 방식으로 솔루션에서도 발생합니다.

역사

홀뮴의 발견은 스위스의 두 화학자 인 Marc Delafontaine과 Jacques-Louis Soret가 1878 년 제네바의 희토류 광물을 분석하는 동안 분 광학적으로 발견했습니다. 그들은 그것을 요소 X라고 불렀습니다.

불과 1 년 후인 1879 년 스웨덴의 화학자 Per Teodor Cleve는 에르 비아, 에르븀 산화물 (Er ₂ O ₃ ) 에서 시작하여 홀뮴 산화물을 분리했습니다 . 다른 불순물로 오염 된이 산화물은 갈색을 띠며 라틴어로 스톡홀름을 의미하는 'holmia'라고 명명했습니다.

또한 Cleve는 툴륨 산화물 인 '툴 리아'라는 또 다른 녹색 물질을 얻었습니다. 이 발견의 문제점은 3 명의 화학자 중 어느 누구도 충분히 순수한 산화 홀뮴 샘플을 얻을 수 없었다는 것입니다. 이는 또 다른 란탄 족 금속 인 디스프로슘 원자에 의해 오염 되었기 때문입니다.

열심히 일하는 프랑스의 화학자 Paul Lecoq de Boisbaudran이 분수 침전으로 산화 홀뮴을 분리 한 것은 1886 년이 되어서야였습니다. 이 산화물은 이후에 스웨덴 화학자 Otto Holmberg에 의해 1911 년에 환원 된 홀뮴 염을 생성하기 위해 화학 반응을 겪었습니다. 따라서 금속 홀뮴의 첫 번째 샘플이 나타났습니다.

그러나 현재 홀뮴 이온 인 Ho ³⁺ 는 기존의 반응에 의존하는 대신 이온 교환 크로마토 그래피로 추출됩니다.

Holmium 속성

외모

은빛, 부드러움, 연성 및 가단성 금속.

원자 번호

67 ( ₆₇ 호)

몰 질량

164.93g / 몰

녹는 점

1461ºC

비점

2600ºC

밀도

실온에서 : 8.79g / cm ³

녹거나 녹을 때 : 8.34g / cm ³

융합 열

17 kJ / 몰

기화열

251 kJ / 몰

몰 열용량

27.15 J / (몰 K)

전기 음성도

1.23 폴링 척도

이온화 에너지

첫째 : 581.0 kJ / mol (Ho ⁺ 기체)

둘째 : 1140 kJ / mol (Ho ²⁺ 기체)

세 번째 : 2204 kJ / mol (Ho ³⁺ 기체)

열 전도성

16.2W / (m · K)

전기 저항

814nΩ · m

산화 번호

Holmium은 0, +1 (Ho ⁺ ), +2 (Ho ²⁺ ) 및 +3 (Ho ³⁺ )의 수 또는 산화 상태를 갖는 화합물에서 발생할 수 있습니다 . 이들 중 +3이 가장 일반적이고 안정적입니다. 따라서 홀뮴은 3가 금속으로, Ho ³⁺ 이온으로 참여하는 화합물 (이온 또는 부분 이온)을 형성 합니다.

예를 들어, 다음과 같은 화합물에서, 홀뮴은 +3의 산화수를 가진다 : 호 ₂ O ₃ (호 ₂ ³⁺ O ₃ ^2- ), 호 (OH) ₃ , 호이 ₃ (호 ³⁺ I ₃ ^- ) 및 Ho ₂ (SO ₄ ) ₃ .

Ho ³⁺ 및 전자 전이는이 금속의 화합물이 갈색-노란색으로 나타나는 원인이됩니다. 그러나 형광등을 조사하면 분홍색으로 변합니다. 솔루션도 마찬가지입니다.

동위 원소

Holmium은 자연에서 단일 안정 동위 원소로 발생합니다 : ¹⁶⁵ Ho (100 % 풍부). 그러나 반감기가 긴 인공 방사성 동위 원소가 있습니다. 그들 사이에는 다음이 있습니다.

- ¹⁶³ 호 (t _1/2 = 4천5백70년)

- ¹⁶⁴ 호 (t _1/2 = 29분)

- ¹⁶⁶ 호 (t _1/2 = 26,763시간)

- ¹⁶⁷ 호 (t _1/2 = 3.1 시간)

자기 질서와 순간

Holmium은 상자성 금속이지만 19K의 온도에서 강자성이되어 매우 강한 자기 특성을 나타냅니다. 또한 모든 화학 원소 중에서 가장 큰 자기 모멘트 (10.6 μ _B )와 특이한 투자율을 특징으로합니다.

반동

Holmium은 정상적인 조건에서 너무 빨리 녹슬지 않는 금속이므로 광택을 잃는 데 시간이 걸립니다. 그러나 라이터로 가열하면 산화물 층의 형성으로 인해 황색으로 변합니다.

4 호 + 3 O ₂ → 2 호 ₂ O ₃

희석되거나 농축 된 산과 반응하여 각각의 염 (질산염, 황산염 등)을 생성합니다. 그러나 놀랍게도 HoF ₃ 층이 분해로부터 보호하기 때문에 불산과 반응하지 않습니다 .

Holmium은 또한 모든 할로겐과 반응하여 각각의 할로겐화물 (HoF ₃ , HoCl ₃ , HoBr ₃ 및 HoI ₃ )을 생성합니다.

화학 구조

Holmium은 조밀 한 육각형 구조 인 hcp (육각형 밀집 형)로 결정화됩니다. 이론적으로 Ho 원자는 전자 구성에 따라 4f 궤도의 전자에 의해 형성된 금속 결합 덕분에 응집력을 유지합니다.

4f ¹¹ 6s ²

이러한 상호 작용과 전자의 에너지 배열은 홀뮴의 물리적 특성을 정의합니다. 다른 동소체 또는 다 형체는 고압 상태에서도이 금속에 알려지지 않았습니다.

응용

핵 반응

홀뮴 원자는 좋은 중성자 흡수체이기 때문에 핵 반응의 발생을 제어하는 ​​데 도움이됩니다.

분광학

Holmium oxide 용액은 분광 광도계를 교정하는 데 사용됩니다. 흡수 스펙트럼은 포함 된 불순물에 관계없이 거의 항상 일정하게 유지되기 때문입니다. 또한 그 화합물이 아닌 홀뮴 원자와 관련된 매우 특징적인 날카로운 띠를 보여줍니다.

착색제

Holmium 원자는 유리 및 인공 큐빅 지르코니아 보석에 붉은 색을 제공 할 수 있습니다.

자석

매우 낮은 온도 (30K 이하)에서 홀뮴은 강력한 전자석을 만드는 데 사용되는 흥미로운 자기 특성을 나타내며, 여기서 결과적인 자기장을 집중시키는 데 도움이됩니다.

이러한 자성 물질은 핵 자기 공명을위한 것입니다. 페타 바이트 또는 테라 바이트 순서로 진동하는 메모리가있는 하드 드라이브 개발 그리고 아마도 양자 컴퓨터의 제조를 위해.

Holmium 레이저

이트륨-알루미늄 가넷 (YAG) 결정은 홀뮴 원자로 도핑되어 2μm 파장의 방사선을 방출 할 수 있습니다. 즉, 우리는 홀뮴 레이저를 가지고 있습니다. 그 덕분에 공급되는 에너지가 상처를 즉시 소작하기 때문에 출혈을 일으키지 않고 종양 조직을 정확하게 절단 할 수 있습니다.

이 레이저는 전립선 및 치과 수술뿐만 아니라 암세포와 신장 결석을 제거하는 데 반복적으로 사용되었습니다.

참고 문헌

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