What is 钬?
钬 (symbol Ho) is element 67 on the periodic table, a 镧系元素 in period 6. The element with the strongest magnetic moment of any naturally occurring atom. At room temperature it is a solid.
结构
这不是环上点阵的示意图,而是对每个已占据子层实际概率密度|ψ|²进行蒙特卡洛采样的结果。拖动即可旋转。蓝色和紫色表示波函数的相反符号,这正是成键成为可能的原因。
测量值
每个条形图都显示钬在全部118种元素中该性质的排名位置。
来源:IUPAC 2021 标准原子量 ·《CRC 化学与物理手册》· NIST。标有 ~ 的数值是预测值,而非测量值。
按比例显示的大小
Radius 176 pm — that is 0.176 nm, so about 2841 million of them side by side would span a millimetre.
热范围
钬 is liquid over a 1259 K window, from 1734 K to 2993 K.
故事
The element with the strongest magnetic moment of any naturally occurring atom.
发现者:Per Teodor Cleve,于瑞典乌普萨拉(1878年)
共同发现者:Marc Delafontaine和Jacques-Louis Soret,于瑞士日内瓦(1878年)
名称来源:Holmia,瑞典斯德哥尔摩的拉丁名称
钬的发现是科学家同时取得研究成果的一个非凡案例。1878年,欧洲两端的两个独立研究团队采用不同的分析方法,发现了同一种新元素,展现了19世纪分析化学的可重复性和严谨性。
在瑞典乌普萨拉大学工作的Per Teodor Cleve正在研究稀土氧化物“铒土”时,注意到表明存在未知元素的光谱异常。Cleve使用系统的分步结晶技术,将铒土分离为三种成分,并在此过程中发现了钬和铥。
与此同时,日内瓦大学的Marc Delafontaine和Jacques-Louis Soret也在独立开展稀土矿物的光谱研究。他们更先进的光谱设备显示出与任何已知元素都不匹配的特征吸收线。
瑞士团队的光谱分析为Cleve的化学分离工作提供了关键证实。他们共同获得的证据使国际科学界确信钬确实是一种独立元素。
起初,两个团队分别为他们发现的元素提出了不同名称。Cleve建议以斯德哥尔摩命名“holmium”(拉丁语Holmia),而瑞士团队则根据其光谱发现方法更倾向于使用“spectrium”。科学界最终采用了Cleve提出的名称。
直到1911年,人们才获得纯钬化合物;当时氧化钬终于从所有其他稀土杂质中分离出来。直到1934年,人们才通过用钙还原氟化钬的方法分离出金属钬。
钬的发现推动了人们对稀土化学的理解,并展示了将化学分离与光谱分析相结合的力量。这种协作方法后来成为发现其他稀土元素的标准方法。
如今,钬独特的磁性质——19世纪的发现者并不了解这一点——使其成为先进医疗程序和科学研究不可或缺的材料。这种曾经仅仅是科学好奇物的元素,如今通过钬激光医疗程序每天拯救生命。
应用
钬拥有所有天然存在元素中最高的磁矩,因此对于需要极强磁性质的应用而言不可或缺。这种非凡的稀土元素已在先进医疗程序、科学研究以及依赖精确磁场控制的尖端技术中发挥关键作用。
钬:YAG(钇铝石榴石)激光改变了现代医学,尤其是在泌尿科、骨科和皮肤科领域。这些专用激光以2.1微米波长发射,能被水和软组织完美吸收,从而实现极其精确的切割,并将附带损伤降至最低。钬激光能够粉碎肾结石、去除肿瘤,并以前所未有的精度完成精细的关节镜手术。
钬出色的中子吸收性质使其在核反应堆控制应用中极具价值。钬控制棒和中子通量监测器有助于以极高精度调节核反应。这种元素独特的核性质能够支持反应堆安全运行,并在研究和发电设施中实现准确的中子探测。
研究实验室在需要尽可能高磁场的场合,将钬用于专用永磁体和电磁体。钬基磁性材料推动了凝聚态物理、材料科学以及基础粒子物理实验中的突破性研究。
掺钬光纤系统在电信和激光技术中发挥关键作用。这些专用光纤能够在特定波长产生激光,这对于长距离光通信和精密光谱学应用至关重要。
钬氧化物玻璃被全球范围内用作紫外-可见分光光度计的波长校准标准。其特征吸收峰为分析仪器提供精确的参考点,确保药品质量控制、环境分析和材料测试的准确性。
钬的磁性质使专用制造设备能够采用超精密定位系统和磁轴承。这些应用需要只有钬才能提供的极高磁稳定性。
虽然钬的应用高度专业化,但它们在价值数十亿美元的行业中承担着关键功能。仅医疗激光系统就代表着$4十亿美元的全球市场,而钬激光凭借优越的性能特点能够获得溢价。
钬的需求受到需要更多医疗程序的老龄化人口、不断扩大的核能计划以及先进电信基础设施的推动。在主要应用领域,市场年均增长率为8-12%。
新兴应用包括量子计算组件、磁制冷系统和先进医学成像造影剂。钬独特的磁性质持续开拓新的技术可能性。
来源
1.3 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 53% of elements
钬在地壳中的平均含量为1.3ppm,含量高于银,但仍极其稀有。尽管相对稀缺,世界各地大多数稀土矿床中都能发现微量钬。
中国(占产量的85%):内蒙古白云鄂博矿和中国南方的离子吸附型黏土矿床提供了大部分商业用钬。中国生产商已开发出专门的分离技术,用于优化重稀土回收。
澳大利亚:Mount Weld稀土项目在处理混合稀土精矿时,作为副产品生产钬。
美国:加利福尼亚州Mountain Pass矿含有含钬氟碳铈矿,但目前的开采重点是轻稀土回收。
由于钬在化学性质上与其他镧系元素相似,其分离需要复杂的多阶段工艺。使用特定螯合剂的离子交换色谱能够将钬与相邻元素铒和镝分离。为达到医疗和科学应用所需的99.9%纯度,完全提纯可能需要50-100个分离阶段。
深海结核和海底沉积物含有较高浓度的钬,尤其是太平洋矿床。随着陆地储量逐渐枯竭,这些非常规来源可能变得十分重要。
从报废医疗设备和实验室仪器中回收钬的重要性正在提高。专门的回收工艺能够从激光组件和光学设备中回收高纯度钬,但目前的回收率仍然很低。
由于其他镧系元素会产生光谱干扰,准确分析钬需要采用ICP-MS(电感耦合等离子体质谱)等先进技术。在高价值应用中,精确定量对于质量控制至关重要。
处理
钬及其化合物的毒性风险相对较低,但仍需要采取适当的实验室安全措施。医用级钬材料要求最高级别的纯度和操作标准。
激光安全:钬:YAG激光会发射不可见的2.1μm辐射,需要专用眼部防护和受控进入程序。必须遵守4级激光安全规程。
粉尘控制:氧化钬粉末可能引起轻微呼吸道刺激。保持良好通风,避免产生空气传播的粉尘。
医用级钬化合物必须符合USP(美国药典)的纯度和无菌标准。操作需要采用药品级洁净室程序并进行污染控制。
将钬化合物储存在密封严密的容器中,远离潮气和不相容材料。医用级材料需要受控的温度和湿度条件,以保持无菌状态。
将含钬废物单独收集,以便进行潜在回收,因为钬价值高且应用专业化。无论钬含量如何,医疗废物都必须按照生物危害废物程序处置。
工作场所暴露限值:钬化合物按8小时加权平均值计为5mg/m³。建议在生产设施中定期进行空气监测。
快速回答
钬 (symbol Ho) is element 67 on the periodic table, a 镧系元素 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.钬 melts at 1734 K (1460.9 °C) and boils at 2993 K (2719.9 °C).
The standard atomic weight of 钬 is 164.93 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
钬 has a density of 8.79 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of 钬 is about 8.8× heavier.
钬 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.
钬 was discovered in 1879 by Soret & Delafontaine. It is named after latin Holmia, Stockholm.
钬 makes up about 1.3 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.