Holmium - Holmium

Holmium,  67 Ho
Holmium2.jpg
Holmium
Prononciation / H l m i ə m / ( HOHL -mee-əm )
Apparence blanc argenté
Poids atomique standard A r, std (Ho) 164,930 328 (7)
Holmium dans le tableau périodique
Hydrogène Hélium
Lithium Béryllium Bore Carbone Azote Oxygène Fluor Néon
Sodium Magnésium Aluminium Silicium Phosphore Soufre Chlore Argon
Potassium Calcium Scandium Titane Vanadium Chrome Manganèse Le fer Cobalt Nickel Cuivre Zinc Gallium Germanium Arsenic Sélénium Brome Krypton
Rubidium Strontium Yttrium Zirconium Niobium Molybdène Technétium Ruthénium Rhodié Palladium Argent Cadmium Indium Étain Antimoine Tellure Iode Xénon
Césium Baryum Lanthane Cérium Praséodyme Néodyme Prométhium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutécium Hafnium Tantale Tungstène Rhénium Osmium Iridium Platine Or Mercure (élément) Thallium Conduire Bismuth Polonium Astatine Radon
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Ho

Es
dysprosiumholmiumerbium
Numéro atomique ( Z ) 67
Grouper groupe n/a
Période période 6
Bloquer   f-bloc
Configuration électronique [ Xe ] 4f 11 6s 2
Électrons par coquille 2, 8, 18, 29, 8, 2
Propriétés physiques
Phase à  STP solide
Point de fusion 1734  K ​(1461 °C, ​2662 °F)
Point d'ébullition 2873 K ​(2600 °C, ​4712 °F)
Densité (près de  rt ) 8,79 g / cm 3
quand liquide (au  mp ) 8,34 g / cm 3
Température de fusion 17,0  kJ/mol
Chaleur de vaporisation 251 kJ/mol
Capacité calorifique molaire 27,15 J/(mol·K)
La pression de vapeur
P  (Pa) 1 dix 100 1 kilo 10 kilos 100 000
à  T  (K) 1432 1584 (1775) (2040) (2410) (2964)
Propriétés atomiques
États d'oxydation 0, +1, +2, +3 (un  oxyde basique )
Électronégativité Échelle de Pauling : 1,23
Énergies d'ionisation
Rayon atomique empirique : 176  h
Rayon covalent 192±19h
Lignes de couleur dans une gamme spectrale
Lignes spectrales d'holmium
Autres propriétés
Occurrence naturelle primordial
Structure en cristal hexagonal compact (hcp)
Structure cristalline hexagonale compacte pour l'holmium
Vitesse du son tige mince 2760 m/s (à 20 °C)
Dilatation thermique poly : 11,2 µm/(m⋅K) (à  rt )
Conductivité thermique 16,2 W/(m⋅K)
Résistivité électrique poly : 814 nΩ⋅m (à  rt )
Commande magnétique paramagnétique
Module d'Young 64,8 GPa
Module de cisaillement 26,3 GPa
Module de vrac 40,2 GPa
Coefficient de Poisson 0,231
Dureté Vickers 410–600 MPa
dureté Brinell 500–1250 MPa
Numero CAS 7440-60-0
Histoire
Découverte Jacques-Louis Soret et Marc Delafontaine (1878)
Principaux isotopes de l'holmium
Isotope Abondance Demi-vie ( t 1/2 ) Mode de décomposition Produit
163 heures syn 4570 ans ε 163 jours
164 heures syn 29 minutes ε 164 jours
165 heures 100% stable
166 heures syn 26.763 heures β - 166 Euh
167 heures syn 3,1 heures β - 167 Euh
Catégorie Catégorie : Holmium
| les références

L'holmium est un élément chimique de symbole Ho et de numéro atomique 67. Appartenant à la série des lanthanides , l'holmium est un élément de terre rare .

Holmium a été découvert par isolement par le chimiste suédois Per Theodor Cleve et indépendamment par Jacques-Louis Soret et Marc Delafontaine , qui l'ont observé par spectroscopie en 1878. Son oxyde a été isolé pour la première fois à partir de minerais de terres rares par Cleve en 1878. Le nom de l'élément vient de Holmia , le nom latin de la ville de Stockholm .

L'holmium élémentaire est un métal blanc argenté relativement mou et malléable . Il est trop réactif pour être trouvé non combiné dans la nature, mais lorsqu'il est isolé, il est relativement stable dans l'air sec à température ambiante. Cependant, il réagit avec l'eau et se corrode facilement, et brûle également dans l'air lorsqu'il est chauffé.

L'holmium se trouve dans les minéraux monazite et gadolinite et est généralement extrait commercialement de la monazite à l'aide de techniques d' échange d'ions . Ses composés dans la nature et dans presque toute sa chimie de laboratoire sont oxydés de manière trivalente, contenant des ions Ho(III). Les ions holmium trivalents ont des propriétés fluorescentes similaires à de nombreux autres ions de terres rares (tout en produisant leur propre ensemble de lignes lumineuses d'émission uniques), et sont donc utilisés de la même manière que certaines autres terres rares dans certaines applications laser et colorants pour verre.

L'holmium a la perméabilité magnétique la plus élevée de tous les éléments et est donc utilisé pour les pièces polaires des aimants statiques les plus puissants . Parce que l'holmium absorbe fortement les neutrons, il est également utilisé comme poison consommable dans les réacteurs nucléaires.

Caractéristiques

Propriétés physiques

Ho 2 O 3 , à gauche : lumière naturelle, à droite : sous une lampe fluorescente à cathode froide

L'holmium est un élément relativement mou et malléable qui est assez résistant à la corrosion et stable dans l'air sec à température et pression standard . Dans l'air humide et à des températures plus élevées , cependant, il s'oxyde rapidement , formant un oxyde jaunâtre. Dans sa forme pure, l'holmium possède un éclat argenté métallique brillant.

L'oxyde d'holmium a des changements de couleur assez spectaculaires en fonction des conditions d'éclairage. A la lumière du jour, il a une couleur jaune tanné. Sous une lumière trichromatique, il est rouge orangé ardent, presque impossible à distinguer de l'apparition d'oxyde d'erbium dans les mêmes conditions d'éclairage. Le changement de couleur perçu est lié aux bandes d'absorption nettes de l'holmium interagissant avec un sous-ensemble des bandes d'émission nettes des ions trivalents de l'europium et du terbium, agissant comme des luminophores.

Holmium a le moment magnétique le plus élevé (10,6  µ
B
) de tout élément naturel et possède d'autres propriétés magnétiques inhabituelles. Lorsqu'il est combiné avec l' yttrium , il forme des composés hautement magnétiques . L'holmium est paramagnétique dans les conditions ambiantes, mais est ferromagnétique à des températures inférieures19  K .

Propriétés chimiques

L'holmium métallique se ternit lentement à l'air et brûle facilement pour former de l'oxyde d'holmium(III) :

4 Ho + 3 O 2 → 2 Ho 2 O 3

L'holmium est assez électropositif et est généralement trivalent. Il réagit lentement avec de l'eau froide et assez rapidement avec de l'eau chaude pour former de l'hydroxyde d'holmium :

2 Ho (s) + 6 H 2 O (l) → 2 Ho(OH) 3 (aq) + 3 H 2 (g)

Holmium métal réagit avec tous les halogènes :

2 Ho (s) + 3 F 2 (g) → 2 HoF 3 (s) [rose]
2 Ho (s) + 3 Cl 2 (g) → 2 HoCl 3 (s) [jaune]
2 Ho (s) + 3 Br 2 (g) → 2 HoBr 3 (s) [jaune]
2 Ho (s) + 3 I 2 (g) → 2 HoI 3 (s) [jaune]

L'holmium se dissout facilement dans l'acide sulfurique dilué pour former des solutions contenant les ions jaunes Ho(III), qui existent sous forme de complexes [Ho(OH 2 ) 9 ] 3+ :

2 Ho (s) + 3 H 2 SO 4 (aq) → 2 Ho 3+ (aq) + 3 SO2−
4
(aq) + 3 H 2 (g)

L'état d'oxydation le plus courant de l'holmium est +3. L'holmium en solution se présente sous la forme de Ho 3+ entouré de neuf molécules d'eau. Holmium se dissout dans les acides.

Isotopes

L' holmium naturel contient un isotope stable , l'holmium-165. Certains isotopes radioactifs synthétiques sont connus; le plus stable est l'holmium-163, avec une demi-vie de 4570 ans. Tous les autres radio-isotopes ont des demi-vies fondamentales ne dépassant pas 1,117 jours, et la plupart ont des demi-vies inférieures à 3 heures. Cependant, le 166m1 Ho métastable a une demi-vie d'environ 1200 ans en raison de son spin élevé . Ce fait, combiné à une énergie d'excitation élevée résultant en un spectre particulièrement riche de rayons gamma de désintégration produits lorsque l'état métastable se désexcite , rend cet isotope utile dans les expériences de physique nucléaire comme moyen d'étalonnage des réponses énergétiques et des efficacités intrinsèques des spectromètres à rayons gamma. .

Histoire

L'holmium ( Holmia , nom latin de Stockholm ) a été découvert par Jacques-Louis Soret et Marc Delafontaine en 1878 qui remarquèrent les bandes d'absorption spectrographiques aberrantes de l'élément alors inconnu (ils l'appelaient « l'élément X »).

De plus, Per Teodor Cleve a découvert indépendamment l'élément alors qu'il travaillait sur la terre d' erbia ( oxyde d'erbium ) et a été le premier à l'isoler. En utilisant la méthode développée par Carl Gustaf Mosander , Cleve a d'abord éliminé tous les contaminants connus d'erbia. Le résultat de cet effort a été deux nouveaux matériaux, un marron et un vert. Il nomma la substance brune holmia (d'après le nom latin de la ville natale de Cleve, Stockholm) et la verte thulia. Holmia s'est avéré plus tard être l' oxyde d'holmium , et le thulia était l'oxyde de thulium .

Dans l'article classique d' Henry Moseley sur les nombres atomiques, l'holmium s'est vu attribuer un numéro atomique de 66. De toute évidence, la préparation d'holmium qu'il avait été chargé d'étudier était grossièrement impure, dominée par le dysprosium voisin (et non tracé). Il aurait vu des raies d'émission de rayons X pour les deux éléments, mais a supposé que les dominantes appartenaient à l'holmium, au lieu de l'impureté dysprosium.

Occurrence et production

Comme toutes les autres terres rares, l'holmium ne se trouve pas naturellement sous forme d'élément libre. Il se produit en combinaison avec d'autres éléments dans la gadolinite (la partie noire du spécimen illustré à droite), la monazite et d'autres minéraux de terres rares. Aucun minéral à dominante holmium n'a encore été trouvé. Les principales régions minières sont la Chine , les États-Unis , le Brésil , l' Inde , le Sri Lanka et l' Australie avec des réserves d'holmium estimées à 400 000 tonnes.

L'holmium représente 1,4 partie par million de la croûte terrestre en masse. Cela en fait le 56e élément le plus abondant de la croûte terrestre. L'holmium représente 1 partie par million des sols , 400 parties par quadrillion d' eau de mer et presque aucune partie de l'atmosphère terrestre . L'holmium est rare pour un lanthanide. Il représente 500 parties par billion de l' univers en masse.

Elle est extraite commercialement par échange d'ions du sable de monazite (0,05 % d'holmium), mais reste difficile à séparer des autres terres rares. L'élément a été isolé par réduction de son chlorure ou fluorure anhydre avec du calcium métallique . Son abondance estimée dans la croûte terrestre est de 1,3 mg/kg. L'holmium obéit à la règle d'Oddo-Harkins : en tant qu'élément impair, il est moins abondant que ses voisins immédiats pairs, le dysprosium et l' erbium . Cependant, c'est le plus abondant des lanthanides lourds impairs . La principale source actuelle sont certaines des argiles à adsorption ionique du sud de la Chine. Certains d'entre eux ont une composition en terres rares similaire à celle trouvée dans le xénotime ou la gadolinite. L'yttrium représente environ les 2/3 du total en masse; l'holmium est d'environ 1,5%. Les minerais d'origine eux-mêmes sont très maigres, peut-être seulement 0,1% de lanthanide total, mais sont facilement extraits. L'holmium est relativement bon marché pour un métal de terre rare avec un prix d'environ 1000  USD /kg.

Applications

Une solution d'oxyde d'holmium à 4 % dans de l'acide perchlorique à 10 %, fusionnée en permanence dans une cuvette en quartz comme étalon d'étalonnage optique

L'holmium a la force magnétique la plus élevée de tous les éléments et est donc utilisé pour créer les champs magnétiques générés artificiellement les plus puissants , lorsqu'il est placé dans des aimants à haute résistance en tant que pièce polaire magnétique (également appelée concentrateur de flux magnétique ). Puisqu'il peut absorber les neutrons issus de la fission nucléaire, il est également utilisé comme poison consommable pour réguler les réacteurs nucléaires.

Le grenat de fer et d'yttrium dopé à l' holmium (YIG) et le fluorure de lithium et d' yttrium (YLF) ont des applications dans les lasers à solide , et Ho-YIG a des applications dans les isolateurs optiques et les équipements à micro-ondes (par exemple, les sphères YIG ). Les lasers Holmium émettent à 2,1 micromètres. Ils sont utilisés dans des applications médicales, dentaires et de fibre optique.

L'holmium est l'un des colorants utilisés pour la zircone cubique et le verre , fournissant une coloration jaune ou rouge. Le verre contenant de l'oxyde d'holmium et des solutions d'oxyde d'holmium (généralement dans de l'acide perchlorique ) présente des pics d'absorption optique nets dans la gamme spectrale 200-900 nm. Ils sont donc utilisés comme étalon d'étalonnage pour les spectrophotomètres optiques et sont disponibles dans le commerce.

Le 166m1 Ho radioactif mais à vie longue (voir "Isotopes" ci-dessus) est utilisé dans l'étalonnage des spectromètres à rayons gamma.

En mars 2017, IBM a annoncé avoir développé une technique pour stocker un bit de données sur un seul atome d'holmium posé sur un lit d' oxyde de magnésium .

Avec suffisamment de techniques de contrôle quantique et classique, Ho pourrait être un bon candidat pour fabriquer des ordinateurs quantiques .

Rôle biologique

L'holmium ne joue aucun rôle biologique chez l' homme , mais ses sels sont capables de stimuler le métabolisme . Les humains consomment généralement environ un milligramme d'holmium par an. Les plantes n'absorbent pas facilement l'holmium du sol. Certains légumes ont vu leur teneur en holmium mesurée, et elle s'élevait à 100 parties par billion.

Toxicité

De grandes quantités de sels d' holmium peuvent causer de graves dommages en cas d' inhalation , de consommation orale ou d' injection . Les effets biologiques de l'holmium sur une longue période de temps ne sont pas connus. Holmium a un faible niveau de toxicité aiguë .

Voir également

Les références

Liens externes