Гольмий (Ho)
ЛантаноидТвердое вещество
Стандартная относительная атомная масса
164,93033 uЭлектронная конфигурация
[Xe] 6s2 4f11Температура плавления
1473,85 °CТемпература кипения
2699,85 °CПлотность
8800 kg/m³Степени окисления
0, +1, +2, +3Электроотрицательность (по Полингу)
1,23Энергия ионизации (1-я)
6,0215 eVГод открытия
1878Атомный радиус
175 pmПодробные сведения
Гольмий — лантаноидный металл и один из тяжелых редкоземельных элементов. В соединениях он почти всегда трехвалентен, образуя соли Ho³⁺ с розовой, желтой или бледной окраской, типичной для f-электронных переходов. Природный гольмий моноизотопен и фактически состоит из стабильного ¹⁶⁵Ho. Его большой магнитный момент придает элементу и некоторым его соединениям необычное магнитное поведение при низкой температуре.
Чистый гольмий имеет металлический блеск до ярко-серебристого. Он относительно мягок и ковок, стабилен в сухом воздухе при комнатной температуре, но быстро окисляется во влажном воздухе и при повышенных температурах. Металл обладает необычными магнитными свойствами. Для этого элемента пока найдено мало применений. Элемент, как и другие редкоземельные элементы, по-видимому, имеет низкую острую токсичность.
Название происходит от латинского holmia, обозначающего Стокгольм. Впервые он был обнаружен в эрбии швейцарским химиком J. L. Soret в 1878 году, который назвал его элементом X. Позднее он был независимо открыт шведским химиком Пером Теодором Клеве в 1879 году. Впервые он был выделен в 1911 году Хомбергом, который предложил название гольмий либо для того, чтобы отметить первооткрывателя Пера Клеве, уроженца Стокгольма, либо, возможно, чтобы увековечить собственное имя в истории.
Гольмий был открыт шведским химиком Пером Теодором Клеве в 1879 году. Клеве использовал тот же метод, который Карл Густав Мосандер применил для открытия лантана, эрбия и тербия: он искал примеси в оксидах других редкоземельных элементов. Он начал с эрбии, оксида эрбия (Er2O3), и удалил все известные примеси. После дальнейшей обработки он получил два новых вещества, одно коричневое и другое зеленое. Клеве назвал коричневое вещество холмией, а зеленое — тулией. Холмия является оксидом элемента гольмия, а тулия — оксидом элемента тулия. Полоса поглощения гольмия была наблюдена ранее в том же году швейцарскими химиками J. L. Soret и M. Delafontaine. Сегодня гольмий в основном получают методом ионного обмена из монацитового песка ((Ce, La, Th, Nd, Y)PO4), материала, богатого редкоземельными элементами, который может содержать до 0,05% гольмия. Гольмий не имеет коммерческого применения, хотя обладает необычными магнитными свойствами, которые могут быть использованы в будущем.
Гольмий не образует коммерчески важных соединений. К числу соединений гольмия относятся оксид гольмия (Ho2O3), фторид гольмия (HoF3) и иодид гольмия (HoI3).
От латинского слова Holmia, означающего Стокгольм. Характерные полосы поглощения гольмия были замечены в 1878 году швейцарскими химиками Delafontaine и Soret, которые объявили о существовании «элемента X». Клеве из Швеции позднее независимо открыл этот элемент, работая с эрбиевой землей. Элемент назван в честь родного города Клеве. Холмия, желтый оксид, была приготовлена Хомбергом в 1911 году. Гольмий встречается в гадолините, монаците и других минералах редкоземельных элементов. Его коммерчески получают из монацита, где он содержится в количестве около 0,05%. Он был выделен восстановлением безводного хлорида или фторида кальцием.
Чистый гольмий — мягкое, серебристое, металлическое твёрдое вещество, которое можно резать и обрабатывать в свежеприготовленном состоянии. Он медленно тускнеет на воздухе и становится более реакционноспособным в виде опилок или порошка. Как и другие лантаноиды, он имеет высокую температуру плавления и плотноупакованную металлическую структуру в обычных условиях.
Гольмий имеет специализированные, а не крупнотоннажные применения. Итриево-алюминиевый гранат, легированный гольмием, Y₃Al₅O₁₂, используется в твердотельных лазерах, излучающих вблизи 2,1 микрометра, включая хирургические системы и системы обработки материалов. Оксид гольмия, Ho₂O₃, используется как краситель для стекла и кубического циркония, а также как материал для калибровки длины волны в оптической спектрофотометрии. Металлический гольмий и содержащие гольмий сплавы также используются в магнитных исследованиях и в некоторых полюсных наконечниках высокопольных магнитов.
У него очень мало практических применений; однако он обладает некоторыми необычными магнитными свойствами, что дает некоторую надежду на будущие применения.
Изотопы в медицине
Радиосиновэктомия с использованием радиофармацевтических препаратов 166Ho может применяться для лечения артрита. Период полураспада 166Ho составляет 1,1 дня. Радиосиновэктомия с макроагрегатом гидроксида железа 166Ho ([166Ho] FHMA) применяется, поскольку FHMA минимизирует внесуставную (вне сустава) утечку радиоизотопа [472] S. Zeisler, K. Weber. J. Radioanal. Nucl. Chem.227, 105 (1998)., [473] O. T. Mäkelä, M. J. Lammi, H. Uusitalo, M. M. Hyttinen, E. Vuorio, H. J. Helminen, R. M. Tulamo. Ann. Rheum. Dis.62, 43 (2003).. 166Ho использовался в радиоймунотерапии (RIT) с мечеными антителами [474] H. Mohsin, F. Jia, G. Sivaguru, M. J. Hudson, T. D. Shelton, T. J. Hoffman, C. S. Cutler, A. R. Ketring, P. S. Athey, J. Simon, R. K. Frank, S. S. Jurisson, M. R. Lewis. Bioconjugate Chem.17, 485 (2006).. Комплекс 166Ho-хитозан (линейный полисахарид, длинноцепочечная молекула, подобная целлюлозе, используемая организмом для запаса энергии) применяется для терапии рака печени [475] M. L. Smits, J. F. Nijsen, M. A. van den Bosch, M. G. Lam, M. A. Vente, J. E. Huijbregts, A. D. van het Schip, M. Elschot, W. Bult, H. W. de Jong, P. C. Meulenhoff, B. A. Zonnenberg. J. Exp. Clin. Cancer Res.29, 70 (2010).. Радиофармацевтические препараты, меченные 166Ho, использовались для облегчения боли при костных метастазах [443] International Atomic Energy Agency. Optimization of Production and Quality Control of Therapeutic Radionuclides and Radiopharmaceuticals, IAEA-TECDOC-1114, IAEA VIENNA (1999)., [473] O. T. Mäkelä, M. J. Lammi, H. Uusitalo, M. M. Hyttinen, E. Vuorio, H. J. Helminen, R. M. Tulamo. Ann. Rheum. Dis.62, 43 (2003)., [476] F. Melichar, M. Kropacek, M. Mirzajevova. J. Label. Compd. Radiopharm.46 (S1), S303 (2003). https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/jlcr.772..
Микросферы 166Ho использовались для внутриартериальной радиоэмболизации (лечение, при котором радиоактивные частицы доставляются к опухоли через кровоток) метастазов в печени (рис. IUPAC.67.1) [475] M. L. Smits, J. F. Nijsen, M. A. van den Bosch, M. G. Lam, M. A. Vente, J. E. Huijbregts, A. D. van het Schip, M. Elschot, W. Bult, H. W. de Jong, P. C. Meulenhoff, B. A. Zonnenberg. J. Exp. Clin. Cancer Res.29, 70 (2010).. 166Ho является парамагнитным и испускает как бета-, так и гамма-излучение, что делает его идеальным для радиоэмболизации. Эти свойства также позволяют визуализировать распределение микросфер 166Ho с помощью магнитно-резонансной томографии и однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (SPECT) [475] M. L. Smits, J. F. Nijsen, M. A. van den Bosch, M. G. Lam, M. A. Vente, J. E. Huijbregts, A. D. van het Schip, M. Elschot, W. Bult, H. W. de Jong, P. C. Meulenhoff, B. A. Zonnenberg. J. Exp. Clin. Cancer Res.29, 70 (2010)..
166Ho-Patch — это специально разработанный радиоактивный кожный пластырь, который используется для внешнего облучения поверхностных кожных раков и болезни Боуэна в областях, чувствительных и труднодоступных для лечения методами, более разрушительными и дающими плохие косметические результаты (т. е. в областях лица) [477] J. D. Lee, K. K. Park, M. G. Lee, E. H. Kim, K. J. Rhim, J. T. Lee, H. S. Yoo, Y. M. Kim, K. B. Park, J. R. Kim. J. Nucl. Med.38, 697 (1997)., [478] Y. L. Chung, J. D. Lee, D. Bang, J. B. Lee, K. B. Park, M. G. Lee. Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging27, 842 (2000)..
Химия гольмия определяется степенью окисления +3. Оксид гольмия(III), Ho₂O₃, является обычным оксидом и служит исходным веществом для многих других солей. Хлорид гольмия(III), HoCl₃, и нитрат гольмия(III), Ho(NO₃)₃, образуют гидратированные соли, растворяющиеся в воде с образованием аквакомплексов Ho³⁺. Металл реагирует с галогенами с образованием тригалогенидов и с кислотами с образованием солей с выделением H₂. Более низкие степени окисления не имеют существенного значения в обычной водной или твёрдофазной химии.
See more information at the Holmium compound page.
Крупнообъемный металлический гольмий обладает низкой острой токсичностью по сравнению со многими промышленными металлами, однако порошки и стружка горючи и могут раздражать кожу, глаза и легкие. Растворимые соли гольмия следует рассматривать как токсикологически недостаточно охарактеризованные соединения редкоземельных элементов. Природный гольмий стабилен и не представляет радиационной опасности, хотя нейтронная активация может приводить к образованию радиоактивных изотопов для исследований или медицинских исследований.
Гольмий встречается рассеянно в редкоземельных минералах, таких как монацит и ксенотим, а не в виде самородного металла. В условиях выветривания он ведёт себя подобно другим трёхвалентным лантаноидам, склоняясь к связыванию с фосфатами, карбонатами, оксидами и поверхностями глин, а не оставаясь высокоподвижным в виде свободного иона. О каком-либо известном жизненно важном биологическом значении не известно, а его концентрации в окружающей среде обычно очень низки, за исключением районов редкоземельной добычи, переработки или потоков отходов.
Гольмий получают как незначительный побочный продукт извлечения редкоземельных элементов, особенно из концентратов тяжелых редкоземельных элементов, получаемых из ионоадсорбционных глин, ксенотима и некоторых источников монацита. Разделение зависит от экстракции растворителями или ионообменных методов, поскольку соседние лантаноиды имеют очень близкую химию. Спрос невелик и специализирован, поэтому предложение связано с общей мощностью переработки редкоземельных элементов, а не с отдельной добычей гольмия. Переработка ограничена, поскольку большинство применений содержит небольшие рассредоточенные количества.
Встречается в гадолините. Чаще всего получают из монацита, который обычно содержит 50% редкоземельных элементов и типично 0.05% гольмия.
Гольмий — редкий космический элемент. Его стабильный изотоп образуется главным образом в процессах медленного и быстрого захвата нейтронов в эволюционировавших звёздах и взрывных звёздных событиях, после чего следуют радиоактивные цепочки распада, завершающиеся стабильными ядрами. В Солнечной системе он вместе с другими тугоплавкими литофильными редкоземельными элементами концентрируется в каменистом веществе и обедняется в богатых летучими компонентами резервуарах только за счёт разбавления, а не летучести.
- Гольмий обладает одним из самых больших магнитных моментов среди всех встречающихся в природе элементов.
- Его название происходит от Holmia, латинского названия Стокгольма.
- Природный гольмий практически полностью представлен ¹⁶⁵Ho.
- Растворы и стёкла оксида гольмия дают резкие полосы оптического поглощения, полезные для калибровки.
- Элемент был идентифицирован спектроскопически ещё до того, как его выделили в относительно чистом виде.
Изображения
Свойства
Физические свойства
- Атомный радиус (эмпирический)
- 175 pm Сравнить Атомный радиус (эмпирический) у всех элементов →
- Ковалентный радиус
- 192 pm Сравнить Ковалентный радиус у всех элементов →
- Ван-дер-ваальсов радиус
- 216 pm Сравнить Ван-дер-ваальсов радиус у всех элементов →
- Плотность
- 8800 kg/m³ Сравнить Плотность у всех элементов →
- Молярный объём
- 0,0187 L/mol
- Фаза при стандартных температуре и давлении
- Твёрдое вещество Сравнить Фаза при стандартных температуре и давлении у всех элементов →
- Температура плавления
- 1473,85 °C Сравнить Температура плавления у всех элементов →
- Температура кипения
- 2699,85 °C Сравнить Температура кипения у всех элементов →
- Удельная теплоёмкость
- 0,165 Дж/(г·К) Сравнить Удельная теплоёмкость у всех элементов →
- Молярная теплоёмкость
- 27,15 Дж/(моль·К) Сравнить Молярная теплоёмкость у всех элементов →
- Кристаллическая структура
- Гексагональная плотноупакованная Сравнить Кристаллическая структура у всех элементов →
Химические свойства
- Электроотрицательность (по Полингу)
- 1,23 Сравнить Электроотрицательность (по Полингу) у всех элементов →
- Сродство к электрону
- 0,338 eV
- Энергия ионизации (1-я)
- 6,0215 eV Сравнить Энергия ионизации (1-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (2-я)
- 11,781041 eV Сравнить Энергия ионизации (2-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (3-я)
- 22,790078 eV Сравнить Энергия ионизации (3-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (4-я)
- 42,520146 eV Сравнить Энергия ионизации (4-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (5-я)
- 63,90022 eV Сравнить Энергия ионизации (5-я) у всех элементов →
- Степени окисления
- 0, +1, +2, +3 Сравнить Степени окисления у всех элементов →
- Валентные электроны
- 3 Сравнить Валентные электроны у всех элементов →
- Электронная конфигурация
- [Xe] 6s2 4f11
Термодинамические свойства
- Теплота плавления
- 0,11608022 eV Сравнить Теплота плавления у всех элементов →
- Теплота испарения
- 2,591076 eV Сравнить Теплота испарения у всех элементов →
- Теплота сублимации
- 3,119656 eV
- Теплота атомизации
- 3,119656 eV
- Энтальпия атомизации
- 3,11551 eV
Ядерные свойства
- Протоны
- 67 Сравнить Протоны у всех элементов →
- Нейтроны
- 98 Сравнить Нейтроны у всех элементов →
- Известные изотопы
- 39 Сравнить Известные изотопы у всех элементов →
- Стабильные изотопы
- 1 Сравнить Стабильные изотопы у всех элементов →
- Наиболее стабильный изотоп
- Ho-165
- Год открытия
- 1878
Распространённость
- Содержание в земной коре
- 1,3 мг/кг Сравнить Содержание в земной коре у всех элементов →
- Содержание в океане
- 2,2 × 10−7 мг/л Сравнить Содержание в океане у всех элементов →
Кристаллическая структура
- Параметр решётки a
- 358 pm
Электронная структура
- Электроны по оболочкам
- 2, 8, 18, 29, 8, 2 Сравнить Электроны по оболочкам у всех элементов →
Идентификаторы
- Номер CAS
- 7440-60-0 Сравнить Номер CAS у всех элементов →
- Символ терма
- 4I°15/2
- InChI
- InChI=1S/Ho
- Ключ InChI
- KJZYNXUDTRRSPN-UHFFFAOYSA-N
Электронная конфигурация Измеренные
Ho: 4f¹¹ 6s²[Xe] 4f¹¹ 6s²1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ 4f¹¹ 6s²Модель атома
Изотопы различаются числом нейтронов, массой и стабильностью, но не электронной конфигурацией нейтрального атома.
Схематическая модель атома, без соблюдения масштаба.
Атомный отпечаток
Спектр излучения / поглощения
Распределение изотопов
| Массовое число | Атомная масса (а. е. м.) | Содержание в природе | Период полураспада |
|---|---|---|---|
| 165 Стабильный | 164,9303288 ± 0,0000021 | 100,0000% | Стабильный |
Фаза / агрегатное состояние
Причина: на 1448,8 °C ниже температуры плавления (1473,85 °C)
Схематично, без соблюдения масштаба
Температуры фазовых переходов
Энергии переходов
Энергия, необходимая для плавления 1 моль вещества при температуре плавления
Энергия, необходимая для испарения 1 моль вещества при температуре кипения
Энергия, необходимая для сублимации 1 моль вещества при температуре сублимации
Плотность
При стандартных условиях
При стандартных условиях
Атомные спектры
Показано 10 из 67. Сортировка по заряду иона (по возрастанию).
Данные о спектральных линиях ?
| Ион | Заряд | Всего линий | Вероятности переходов | Обозначения уровней |
|---|---|---|---|---|
| Ho I | 0 | 282 | 13 | 13 |
| Ho II | +1 | 284 | 4 | 12 |
Данные об энергетических уровнях ?
| Ион | Заряд | Уровни |
|---|---|---|
| Ho I | 0 | 234 |
| Ho II | +1 | 55 |
| Ho III | +2 | 126 |
| Ho IV | +3 | 21 |
| Ho V | +4 | 2 |
| Ho VI | +5 | 2 |
| Ho VII | +6 | 2 |
| Ho VIII | +7 | 2 |
| Ho IX | +8 | 2 |
| Ho X | +9 | 2 |
Ионные радиусы
| Заряд | Координация | Спин | Радиус |
|---|---|---|---|
| +3 | 6 | Нет данных | 90.10000000000001 пм |
| +3 | 8 | Нет данных | 101.49999999999999 пм |
| +3 | 9 | Нет данных | 107.2 пм |
| +3 | 10 | Нет данных | 112.00000000000001 пм |
Соединения
Изотопы (1)
| Массовое число | Атомная масса (а. е. м.) | Содержание в природе | Период полураспада | Тип распада | |
|---|---|---|---|---|---|
| 165 Стабильный | 164,9303288 ± 0,0000021 | 100,0000% | Стабильный | stable |
Расширенные данные о свойствах
Ковалентные радиусы (расширенные данные)
- Ковалентный радиус (по Пююккё)
- 166 pm
- Ковалентный радиус (по Пююккё, двойная связь)
- 133 pm
Ван-дер-ваальсовы радиусы
- Alvarez
- 281 pm
- UFF
- 340,9 pm
- MM3
- 267 pm
Атомные и металлические радиусы
- Атомный радиус (по Раму)
- 273 pm
Шкалы нумерации
- Mendeleev
- 33
- Pettifor
- 24
- Glawe
- 23
Шкалы электроотрицательности
- Ghosh
- 0
- Miedema
- 3
- Gunnarsson–Lundqvist
- 5
- Robles–Bartolotti
- 4
Поляризуемость и дисперсия
- Дипольная поляризуемость
- 156 a.u.
- Дипольная поляризуемость (неопределённость)
- 10 a.u.
- C₆ (Gould–Bučko)
- 2280 Ha·Bohr6
Параметры Мидемы
- Молярный объём по Мидеме
- 18,76 cm3/mol
- Электронная плотность по Мидеме
- 2
Риски поставок и экономика
- Концентрация производства
- 97
- Относительный риск поставок
- 10
- Распределение запасов
- 50
- Политическая стабильность (ведущий производитель)
- 24
- Политическая стабильность (страна с крупнейшими запасами)
- 24
Фазовые переходы и аллотропные модификации
| Температура плавления | 1745,15 K |
| Температура кипения | 2973,15 K |
Категории степеней окисления
Расширенные справочные данные
Константы экранирования (13)
| n | Орбиталь | σ |
|---|---|---|
| 1 | s | 1,3088 |
| 2 | p | 4,3332 |
| 2 | s | 17,5444 |
| 3 | d | 13,6531 |
| 3 | p | 20,2546 |
| 3 | s | 20,7649 |
| 4 | d | 35,3284 |
| 4 | f | 39,5304 |
| 4 | p | 32,4372 |
| 4 | s | 31,688 |
Подробные данные о кристаллических радиусах (4)
| Заряд | CN | Спин | rcrystal (pm) | Происхождение |
|---|---|---|---|---|
| 3 | VI | 104,1 | from r^3 vs V plots, | |
| 3 | VIII | 115,5 | from r^3 vs V plots, | |
| 3 | IX | 121,2 | from r^3 vs V plots, | |
| 3 | X | 126 |
Типы распада изотопов (57)
| Изотоп | Режим | Интенсивность |
|---|---|---|
| 140 | p | — |
| 140 | B+ | — |
| 140 | B+p | — |
| 141 | p | 100% |
| 141 | B+ | — |
| 141 | B+p | — |
| 142 | B+ | 100% |
| 142 | B+p | — |
| 142 | p | 0% |
| 143 | B+ | — |
Факторы рассеяния рентгеновского излучения (514)
| Энергия (eV) | f₁ | f₂ |
|---|---|---|
| 10 | — | 0,16762 |
| 10,1617 | — | 0,17164 |
| 10,3261 | — | 0,17576 |
| 10,4931 | — | 0,17997 |
| 10,6628 | — | 0,18429 |
| 10,8353 | — | 0,1887 |
| 11,0106 | — | 0,19366 |
| 11,1886 | — | 0,20086 |
| 11,3696 | — | 0,20833 |
| 11,5535 | — | 0,21608 |
Дополнительные данные
Оценочная распространённость в земной коре
The estimated element abundance in the earth's crust.
Оценочная распространённость в земной коре
1.3 milligrams per kilogram
Источники (1)
Оценочная распространённость в океане
The estimated element abundance in the earth's oceans.
Оценочная распространённость в океане
2.2×10-7 milligrams per liter
Источники (1)
Источники
(9)
Data deposited in or computed by PubChem
The half-life and atomic mass data was provided by the Atomic Mass Data Center at the International Atomic Energy Agency.
Element data are cited from the Atomic weights of the elements (an IUPAC Technical Report). The IUPAC periodic table of elements can be found at https://iupac.org/what-we-do/periodic-table-of-elements/. Additional information can be found within IUPAC publication doi:10.1515/pac-2015-0703 Copyright © 2020 International Union of Pure and Applied Chemistry.
The information are cited from Pure Appl. Chem. 2018; 90(12): 1833-2092, https://doi.org/10.1515/pac-2015-0703.
Thomas Jefferson National Accelerator Facility (Jefferson Lab) is one of 17 national laboratories funded by the U.S. Department of Energy. The lab's primary mission is to conduct basic research of the atom's nucleus using the lab's unique particle accelerator, known as the Continuous Electron Beam Accelerator Facility (CEBAF). For more information visit https://www.jlab.org/
The periodic table at the LANL (Los Alamos National Laboratory) contains basic element information together with the history, source, properties, use, handling and more. The provenance data may be found from the link under the source name.
The periodic table contains NIST's critically-evaluated data on atomic properties of the elements. The provenance data that include data for atomic spectroscopy, X-ray and gamma ray, radiation dosimetry, nuclear physics, and condensed matter physics may be found from the link under the source name. Ref: https://www.nist.gov/pml/atomic-spectra-database
This section provides all form of data related to element Holmium.
The element property data was retrieved from publications.