What is ホルミウム?
ホルミウム (symbol Ho) is element 67 on the periodic table, a ランタノイド in period 6. The element with the strongest magnetic moment of any naturally occurring atom. At room temperature it is a solid.
構造
環の上の点を示す図ではありません。占有された各副殻の実際の確率密度|ψ|²をモンテカルロ法でサンプリングしたものです。ドラッグして回転できます。青と紫は波動関数の反対の符号を示しており、それによって結合が可能になります。
測定値
各バーは、その性質についてホルミウムが118元素の中でどこに位置するかを示しています。
出典:IUPAC 2021標準原子量 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST。~が付いた値は、測定値ではなく予測値です。
縮尺どおりの大きさ
Radius 176 pm — that is 0.176 nm, so about 2841 million of them side by side would span a millimetre.
熱範囲
ホルミウム is liquid over a 1259 K window, from 1734 K to 2993 K.
物語
The element with the strongest magnetic moment of any naturally occurring atom.
発見者:スウェーデンのウプサラでペル・テオドール・クレーベ(1878年)
共同発見者:スイスのジュネーブでマルク・ドラフォンテーヌとジャック=ルイ・ソレ(1878年)
命名の由来:スウェーデンのストックホルムを表すラテン語名Holmia
ホルミウムの発見は、科学上の同時達成という注目すべき事例です。1878年、ヨーロッパの両端にいた2つの独立した研究グループが、それぞれ異なる分析手法を用いて同じ新元素を特定しました。これは、19世紀の分析化学の再現性と厳密さを示しています。
スウェーデンのウプサラ大学で研究していたペル・テオドール・クレーベは、希土類酸化物「エルビア」を調べている際、未知の元素の存在を示す分光学的異常に気付きました。系統的な分別結晶法を用いて、クレーベはエルビアを3つの成分に分離し、その過程でホルミウムとツリウムの両方を発見しました。
同じ頃、ジュネーブ大学のマルク・ドラフォンテーヌとジャック=ルイ・ソレは、希土類鉱物の分光学的研究を独自に行っていました。彼らのより高度な分光装置によって、既知の元素とは一致しない特徴的な吸収線が明らかになりました。
スイスの研究チームによる分光分析は、クレーベの化学的分離研究を決定的に裏付けました。両者の証拠が合わさることで、国際的な科学界はホルミウムが確かに独立した元素であると確信しました。
当初、両チームは発見した元素に異なる名前を提案しました。クレーベはストックホルム(ラテン語でHolmia)にちなみ「holmium」を提案し、スイスのチームは分光学的な発見方法に基づいて「spectrium」を好みました。最終的に科学界はクレーベの命名を採用しました。
純粋なホルミウム化合物が得られたのは1911年になってからで、酸化ホルミウムが他のすべての希土類不純物から最終的に分離されました。金属ホルミウムが単離されたのは1934年で、フッ化ホルミウムをカルシウムで還元する方法が用いられました。
ホルミウムの発見は希土類化学の理解を深め、化学的分離と分光分析を組み合わせることの威力を示しました。この共同的な手法は、その後さらに多くの希土類元素を発見するための標準的な方法論となりました。
今日では、19世紀の発見者たちが知らなかったホルミウム特有の磁気特性が、高度な医療処置や科学研究に欠かせないものとなっています。かつては単なる科学上の珍しい対象だった元素が、現在ではホルミウムレーザー医療によって日々人命を救っています。
用途
ホルミウムは、天然に存在するあらゆる元素の中で最大の磁気モーメントを持つという特徴があり、極めて優れた磁気特性を必要とする用途には欠かせません。この注目すべき希土類元素は、高度な医療処置、科学研究、精密な磁気制御に依存する最先端技術で重要な役割を果たしています。
ホルミウム:YAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)レーザーは、特に泌尿器科、整形外科、皮膚科において現代医療を変革しました。これらの特殊なレーザーは2.1マイクロメートルの波長で発光し、水や軟組織に完全に吸収されるため、周囲の組織への損傷を最小限に抑えながら、極めて精密な切開が可能です。ホルミウムレーザーは、腎結石の破砕、腫瘍の除去、繊細な関節鏡手術を、かつてない精度で行えます。
ホルミウムの優れた中性子吸収特性は、原子炉の制御用途で非常に価値があります。ホルミウム製制御棒と中性子束モニターは、核反応を極めて精密に調整するのに役立ちます。この元素特有の核特性により、研究施設や発電施設での原子炉の安全な運転と正確な中性子検出が可能になります。
研究ラボでは、可能な限り高い磁場が必要な特殊な永久磁石や電磁石にホルミウムを使用します。ホルミウムを基盤とする磁性材料は、凝縮系物理学、材料科学、素粒子物理学の基礎実験における画期的な研究を可能にします。
ホルミウムを添加した光ファイバーシステムは、通信およびレーザー技術で重要な役割を果たします。これらの特殊なファイバーは、長距離光通信や精密分光に不可欠な特定の波長のレーザー光を生成できます。
酸化ホルミウムガラスは、世界中でUV可視分光光度計の波長校正標準として使用されています。その特徴的な吸収ピークは分析機器の正確な基準点となり、医薬品の品質管理、環境分析、材料試験の精度を保証します。
ホルミウムの磁気特性は、特殊な製造装置における超精密位置決めシステムや磁気軸受を可能にします。これらの用途には、ホルミウムだけが実現できる極めて高い磁気安定性が必要です。
ホルミウムの用途は非常に専門的ですが、数十億ドル規模の産業で重要な機能を担っています。医療用レーザーシステムだけでも世界市場は$4 billion規模に達し、ホルミウムレーザーは優れた性能特性により高価格で取引されています。
ホルミウムの需要は、より多くの医療処置を必要とする高齢化人口、拡大する原子力発電計画、高度な通信インフラによって牽引されています。主要用途分野の市場成長率は、年間平均8~12%です。
新たな用途には、量子コンピューティング部品、磁気冷凍システム、高度な医療画像用造影剤などがあります。ホルミウムの独特な磁気特性は、技術上の新たな可能性を開き続けています。
由来
1.3 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 53% of elements
ホルミウムは地殻中に平均1.3 ppmの濃度で存在し、銀より豊富ですが、それでも極めて希少です。相対的に少量しか存在しないにもかかわらず、世界中のほとんどの希土類鉱床で微量のホルミウムが見つかります。
中国(生産量の85%):内モンゴルのバヤン・オボ鉱山と中国南部のイオン吸着型粘土鉱床が、商業用ホルミウムの大部分を供給しています。中国の生産者は、重希土類の回収に最適化された特殊な分離技術を開発しています。
オーストラリア:マウント・ウェルド希土類プロジェクトでは、混合希土類精鉱の処理に伴う副産物としてホルミウムを生産しています。
アメリカ合衆国:カリフォルニア州のマウンテン・パス鉱山にはホルミウムを含むバストネサイトがありますが、現在の操業は軽希土類の回収に重点を置いています。
ホルミウムの化学的性質は他のランタノイドとよく似ているため、その分離には高度な多段階プロセスが必要です。特定のキレート剤を用いたイオン交換クロマトグラフィーにより、隣接する元素であるエルビウムやジスプロシウムからホルミウムを分離できます。医療および科学用途に必要な99.9%の純度を達成するには、完全な精製に50~100段階の分離が必要になる場合があります。
深海マンガン団塊や海底堆積物には、特に太平洋の鉱床で、相当量のホルミウムが含まれています。陸上の埋蔵量が枯渇に直面するにつれて、これらの非従来型資源が重要になる可能性があります。
使用済みの医療機器やラボ用機器からのホルミウムのリサイクルは、重要性を増しています。特殊な回収プロセスによって、レーザー部品や光学機器から高純度のホルミウムを回収できますが、現在のリサイクル率は依然としてごくわずかです。
正確なホルミウム分析には、他のランタノイドによるスペクトル干渉があるため、ICP-MS(誘導結合プラズマ質量分析法)などの高度な技術が必要です。高価値用途の品質管理には、正確な定量が不可欠です。
取り扱い
ホルミウムおよびその化合物は比較的低い毒性リスクを示しますが、適切なラボの安全対策が必要です。医療用ホルミウム材料には、最高水準の純度と取り扱い基準が求められます。
レーザーの安全性:ホルミウム:YAGレーザーは目に見えない2.1 μmの放射線を放出するため、特殊な目の保護具と立入管理手順が必要です。クラス4レーザーの安全手順を必ず実施します。
粉じん管理:酸化ホルミウム粉末は軽度の呼吸器刺激を引き起こす可能性があります。十分な換気を行い、空気中に粉じんを発生させないでください。
医療用ホルミウム化合物は、純度と無菌性についてUSP(アメリカ薬局方)の基準を満たす必要があります。取り扱いには、医薬品向けクリーンルームの手順と汚染管理が必要です。
ホルミウム化合物は、密閉容器に入れ、湿気や不適合物質から離して保管します。医療用材料は、無菌性を維持するため、温度と湿度を管理した条件で保管する必要があります。
ホルミウムを含む廃棄物は、その価値と特殊用途を考慮し、リサイクルの可能性に備えて分別収集します。医療廃棄物は、ホルミウムの含有量にかかわらず、バイオハザード廃棄手順に従って処理する必要があります。
職場での曝露限界値:ホルミウム化合物について、8時間の時間加重平均として5 mg/m³。生産施設では定期的な空気モニタリングが推奨されます。
簡単な回答
ホルミウム (symbol Ho) is element 67 on the periodic table, a ランタノイド in period 6. The element with the strongest magnetic moment of any naturally occurring atom. At room temperature it is a solid.
[Xe] 4f¹¹ 6s², giving 6 occupied shells holding 2, 8, 18, 29, 8, 2 electrons respectively.ホルミウム melts at 1734 K (1460.9 °C) and boils at 2993 K (2719.9 °C).
The standard atomic weight of ホルミウム is 164.93 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
ホルミウム has a density of 8.79 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of ホルミウム is about 8.8× heavier.
ホルミウム has a Pauling electronegativity of 1.23. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.
ホルミウム was discovered in 1879 by Soret & Delafontaine. It is named after latin Holmia, Stockholm.
ホルミウム makes up about 1.3 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.