Го́льмий (химический символ — Ho, 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 → | ||||
| ||||
| Внешний вид простого вещества | ||||
 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) | |||
| Мол. 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
|
| 4f116s2 | |
Относится к семейству лантаноидов.
Простое вещество гольмий — это пластичный редкоземельный металл серебристо-белого цвета.
История
правитьВ 1879 году швейцарский химик и физик Жак-Луи Соре методом спектрального анализа обнаружил в «эрбиевой земле» новый элемент[3].
Происхождение названия
правитьНазвание 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 природе
правитьСодержание 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.
Месторождения
правитьГольмий 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]
Цены
правитьЦены 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 свойства
правитьПолная электронная конфигурация атома гольмия: 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 свойства
правитьМедленно 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.
Изотопы
правитьЕдинственным стабильным изотопом гольмия является 165Ho. Самым долгоживущим радиоизотопом является 163Ho с периодом полураспада 4570 лет.
Получение
правитьПолучают восстановлением фторида гольмия HoF3 кальцием.
Применение
правитьГольмий — 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[англ.] 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].
Таким образом, этот атом стал первым, на который была записана информация в 1 бит[11][12][13][14].
Биологическая роль
правитьГольмий не играет биологической роли в организме человека, но его соли способны стимулировать обмен веществ[15]. 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[16].
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[17].
Примечания
править- ↑ 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. Архивировано 5 февраля 2014 года.
- ↑ Химическая энциклопедия: в 5 т. / Редкол.:Кнунянц И. Л. (гл. ред.). — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — С. 590. — 623 с. — 100 000 экз.
- ↑ Горбов А. И. Гольмий // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
- ↑ 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) 11 октября 2021. Дата обращения: 30 декабря 2019.
- ↑ 1 2 Holmium. Royal Society of Chemistry (2020). Дата обращения: 4 января 2020. Архивировано 18 января 2022 года.
- ↑ Stwertka, Albert. A guide to the elements. — 2nd. — Oxford University Press, 1998. — P. 161. — ISBN 0-19-508083-1.
- ↑ 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. Источник. Дата обращения: 29 мая 2020. Архивировано 19 июня 2021 года.
- ↑ Emsley, John. Nature's Building Blocks. — Oxford University Press, 2011.
- ↑ James B. Hedrick. "Rare-Earth Metals" (PDF). USGS. Архивировано (PDF) 10 января 2011. Дата обращения: 6 июня 2009.
- ↑ Владимир Королев. Магнитная запись информации достигла предельной плотности. nplus1.ru. Дата обращения: 10 марта 2017. Архивировано 12 марта 2017 года.
- ↑ "Физики из Дельфтского технологического университета создали атомное хранилище данных". Архивировано 12 марта 2017. Дата обращения: 10 марта 2017.
- ↑ 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.
- ↑ «Меньше некуда»: ученые из IBM сохранили информацию в атоме - PCNEWS.RU. pcnews.ru. Дата обращения: 10 марта 2017. Архивировано 12 марта 2017 года.
- ↑ IBM Scientists Achieve Storage Memory Breakthrough (англ.). www-03.ibm.com (17 мая 2016). Дата обращения: 10 марта 2017. Архивировано 12 марта 2017 года.
- ↑ C. R. Hammond. The Elements, in Handbook of Chemistry and Physics. — 81st. — CRC press, 2000. — ISBN 0-8493-0481-4.
- ↑ Emsley, John. Nature's Building Blocks. — 2011.
- ↑ "Holmium" Архивная копия от 15 апреля 2011 на Wayback Machine in Periodic Table v2.5. University of Coimbra, Portugal
