Строение
Это не диаграмма из точек на кольцах, а выборка методом Монте-Карло из фактической плотности вероятности |ψ|² для каждой занятой подоболочки. Перетаскивайте, чтобы вращать. Синий и фиолетовый цвета обозначают противоположные знаки волновой функции, благодаря чему возможно образование химических связей.
Измеренные значения
Каждый столбец показывает положение гольмий среди всех 118 элементов по этому свойству.
Источники: стандартные атомные веса IUPAC 2021 года · Справочник CRC по химии и физике · NIST. Значения, отмеченные символом ~, являются расчётными, а не измеренными.
Размер в масштабе
Радиус 176 pm — это 0,176 нм, поэтому около 2,84 миллионов таких атомов, расположенных бок о бок, протянулись бы на миллиметр.
Тепловой диапазон
Гольмий находится в жидком состоянии в диапазоне 1259 K — от 1734 K до 2993 K.
История
Элемент с наибольшим магнитным моментом среди всех встречающихся в природе атомов.
Открыл: Per Teodor Cleve в Уппсале, Швеция (1878)
Сооткрыватели: Marc Delafontaine и Jacques-Louis Soret в Женеве, Швейцария (1878)
Назван в честь: Holmia — латинское название Стокгольма, Швеция
Открытие гольмия представляет собой выдающийся случай одновременного научного достижения. В 1878 году две независимые исследовательские группы по разные стороны Европы обнаружили один и тот же новый элемент, используя разные аналитические подходы, что продемонстрировало воспроизводимость и строгость аналитической химии XIX века.
Per Teodor Cleve, работавший в Уппсальском университете в Швеции, исследовал оксид редкоземельного элемента «эрбия», когда заметил спектроскопические аномалии, указывавшие на присутствие неизвестных элементов. Используя систематическую технику дробной кристаллизации, Cleve разделил эрбию на три компонента, в процессе обнаружив гольмий и тулий.
Одновременно Marc Delafontaine и Jacques-Louis Soret в Женевском университете проводили независимые спектроскопические исследования редкоземельных минералов. Их более совершенное спектроскопическое оборудование выявило характерные линии поглощения, которые не соответствовали ни одному известному элементу.
Спектроскопический анализ швейцарской команды стал важным подтверждением работы Cleve по химическому разделению. Совокупность полученных данных убедила международное научное сообщество в том, что гольмий действительно является отдельным элементом.
Первоначально обе команды предложили разные названия для открытого элемента. Cleve предложил название «holmium» в честь Стокгольма (Holmia на латыни), тогда как швейцарская команда предпочитала «spectrium», основываясь на использованном ими методе спектроскопического открытия. В конечном счёте научное сообщество приняло номенклатуру Cleve.
Чистые соединения гольмия удалось получить только в 1911 году, когда оксид гольмия наконец отделили от всех прочих примесей редкоземельных элементов. Металлический гольмий был выделен лишь в 1934 году с помощью восстановления фторида гольмия кальцием.
Открытие гольмия углубило понимание химии редкоземельных элементов и продемонстрировало возможности сочетания химического разделения со спектроскопическим анализом. Этот совместный подход стал стандартной методологией для открытия дополнительных редкоземельных элементов.
Сегодня уникальные магнитные свойства гольмия, неизвестные его первооткрывателям XIX века, сделали его незаменимым для передовых медицинских процедур и научных исследований. Элемент, который когда-то был лишь научной диковинкой, теперь ежедневно спасает жизни благодаря медицинским процедурам с использованием гольмиевых лазеров.
Применение
Гольмий обладает самым высоким магнитным моментом среди всех встречающихся в природе элементов, что делает его абсолютно незаменимым в применениях, требующих исключительных магнитных свойств. Этот выдающийся редкоземельный элемент играет важную роль в современных медицинских процедурах, научных исследованиях и передовых технологиях, зависящих от точного управления магнитным полем.
Лазеры на основе гольмий:ИАГ (иттрий-алюминиевый гранат) преобразили современную медицину, особенно урологию, ортопедию и дерматологию. Эти специализированные лазеры излучают на длине волны 2.1 микрометра, которая идеально поглощается водой и мягкими тканями, обеспечивая чрезвычайно точное рассечение с минимальным повреждением окружающих тканей. Гольмиевые лазеры позволяют фрагментировать камни в почках, удалять опухоли и выполнять тонкие артроскопические процедуры с беспрецедентной точностью.
Исключительные нейтронопоглощающие свойства гольмия делают его незаменимым для управления ядерными реакторами. Гольмиевые регулирующие стержни и мониторы нейтронного потока помогают с чрезвычайной точностью регулировать ядерные реакции. Уникальные ядерные свойства элемента обеспечивают безопасную работу реакторов и точное обнаружение нейтронов на исследовательских объектах и электростанциях.
Научно-исследовательские лаборатории используют гольмий в специализированных постоянных магнитах и электромагнитах, когда требуются максимально сильные магнитные поля. Магнитные материалы на основе гольмия способствуют прорывным исследованиям в физике конденсированного состояния, материаловедении и экспериментах по фундаментальной физике элементарных частиц.
Волоконно-оптические системы, легированные гольмием, играют важную роль в телекоммуникациях и лазерных технологиях. Эти специализированные волокна могут генерировать лазерный свет на определённых длинах волн, необходимых для дальней оптической связи и высокоточной спектроскопии.
Стекло с оксидом гольмия служит стандартом калибровки длины волны для УФ-видимых спектрофотометров во всём мире. Характерные пики поглощения обеспечивают точные реперные точки для аналитических приборов, гарантируя точность контроля качества фармацевтических препаратов, экологического анализа и испытаний материалов.
Магнитные свойства гольмия обеспечивают работу сверхточных систем позиционирования и магнитных подшипников в специализированном производственном оборудовании. Эти применения требуют исключительной магнитной стабильности, которую может обеспечить только гольмий.
Хотя применения гольмия высокоспециализированы, они обеспечивают критически важные функции в отраслях стоимостью миллиарды долларов. Только мировой рынок медицинских лазерных систем оценивается в $4 миллиарда, а гольмиевые лазеры продаются по премиальным ценам благодаря своим превосходным эксплуатационным характеристикам.
Спрос на гольмий обусловлен старением населения, которому требуется больше медицинских процедур, расширением программ ядерной энергетики и развитием передовой телекоммуникационной инфраструктуры. В ключевых областях применения рынок растёт в среднем на 8–12% ежегодно.
К новым применениям относятся компоненты для квантовых вычислений, системы магнитного охлаждения и контрастные вещества для современной медицинской визуализации. Уникальные магнитные свойства гольмия продолжают открывать новые технологические возможности.
Откуда он происходит
1,3 мг/кг земной коры · более распространён, чем 53% элементов
Гольмий содержится в земной коре в средней концентрации 1.3 частей на миллион, что делает его более распространённым, чем серебро, но всё же чрезвычайно редким. Несмотря на относительную нехватку, гольмий встречается в следовых количествах в большинстве месторождений редкоземельных минералов по всему миру.
Китай (85% производства): рудник Bayan Obo во Внутренней Монголии и месторождения ионно-адсорбционных глин на юге Китая обеспечивают большую часть промышленного гольмия. Китайские производители разработали специализированные методы разделения, оптимизированные для извлечения тяжёлых редкоземельных элементов.
Австралия: редкоземельный проект Mount Weld производит гольмий как побочный продукт переработки смешанного концентрата редкоземельных элементов.
США: рудник Mountain Pass в Калифорнии содержит гольмийсодержащий бастнезит, хотя текущие операции сосредоточены на извлечении лёгких редкоземельных элементов.
Разделение гольмия требует сложных многостадийных процессов из-за его химического сходства с другими лантаноидами. Ионообменная хроматография с использованием определённых хелатирующих агентов позволяет отделять гольмий от соседних элементов — эрбия и диспрозия. Для полной очистки может потребоваться 50–100 стадий разделения, чтобы достичь чистоты 99.9%, необходимой для медицинских и научных применений.
Глубоководные конкреции и донные отложения содержат значительные концентрации гольмия, особенно в месторождениях Тихого океана. Эти нетрадиционные источники могут стать важными по мере истощения наземных запасов.
Переработка гольмия из медицинского оборудования и лабораторных приборов, выработавших срок службы, приобретает всё большее значение. Специализированные процессы позволяют извлекать высокочистый гольмий из лазерных компонентов и оптических устройств, хотя текущие показатели переработки остаются минимальными.
Точный анализ гольмия требует передовых методов, таких как ICP-MS (масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой), из-за спектральных интерференций со стороны других лантаноидов. Точное количественное определение необходимо для контроля качества в высокостоимостных применениях.
Обращение
Гольмий и его соединения представляют относительно низкий токсикологический риск, но требуют соблюдения соответствующих мер лабораторной безопасности. Материалы медицинского класса требуют высочайших стандартов чистоты и обращения.
Лазерная безопасность: лазеры на основе гольмий:ИАГ испускают невидимое излучение с длиной волны 2.1 μm, требующее специальной защиты глаз и процедур контролируемого доступа. Соблюдение протоколов безопасности для лазеров класса 4 обязательно.
Контроль пыли: порошок оксида гольмия может вызывать лёгкое раздражение дыхательных путей. Обеспечьте хорошую вентиляцию и не допускайте образования взвешенной в воздухе пыли.
Соединения гольмия медицинского класса должны соответствовать стандартам USP (Фармакопея США) по чистоте и стерильности. Обращение с ними требует процедур чистых помещений фармацевтического класса и контроля загрязнения.
Храните соединения гольмия в плотно закрытых контейнерах вдали от влаги и несовместимых материалов. Материалы медицинского класса требуют контролируемых условий температуры и влажности для сохранения стерильности.
Собирайте гольмийсодержащие отходы отдельно для возможной переработки из-за высокой стоимости гольмия и его специализированных применений. Медицинские отходы требуют процедур утилизации биологически опасных материалов независимо от содержания гольмия.
Предельно допустимый уровень воздействия на рабочем месте: 5 mg/m³ в виде средневзвешенной по времени концентрации за 8 часов для соединений гольмия. На производственных объектах рекомендуется регулярно контролировать состав воздуха.
Краткие ответы
Гольмий (символ Ho) — элемент 67 в периодической таблице, представитель семейства Лантаноид в 6 периоде. Элемент с наибольшим магнитным моментом среди всех встречающихся в природе атомов. При комнатной температуре это твёрдое вещество.
[Xe] 4f¹¹ 6s²; она включает 6 занятых электронных оболочек с распределением 2, 8, 18, 29, 8, 2.Гольмий плавится при 1734 K (1460.9 °C) и кипит при 2993 K (2719.9 °C).
Стандартная атомная масса Гольмий составляет 164.93 u. Это средневзвешенное значение для его природных изотопов, поэтому оно редко бывает целым числом.
Плотность Гольмий составляет 8.79 г/см³. Плотность воды — 1,0 г/см³, поэтому блок из Гольмий примерно в 8.8× тяжелее.
Электроотрицательность Гольмий по шкале Полинга составляет 1.23. Шкала простирается от 0,70 (франций, наименее склонный притягивать электроны) до 3,98 (фтор, наиболее склонный). Значения в этом среднем диапазоне обычно соответствуют ковалентным, а не преимущественно ионным связям.
Гольмий был открыт в 1879 году Soret & Delafontaine. Назван в честь латинское Holmia, Стокгольм.
На долю Гольмий приходится около 1.3 мг/кг земной коры — он встречается нечасто, но не является редким.