الهولميوم: التاريخ ، الخصائص ، التركيب الكيميائي والاستخدامات - كيمياء - 2026

و الهولميوم هو العنصر المعدني ينتمون إلى كتلة F الجدول الدوري، وتحديدا لفترة اللانثانيدات. لذلك فهو عضو من العناصر الأرضية النادرة ، إلى جانب الإربيوم والإيتريوم والديسبروسيوم والإيتربيوم. كل هذه تشكل سلسلة من المعادن (xenotime أو gadolinite) التي يصعب فصلها بالطرق الكيميائية التقليدية.

رمزه الكيميائي هو Ho ، وله عدد ذري ​​67 ، وهو أقل وفرة من جيرانه الديسبروسيوم (₆₆ Dy) والإربيوم (₆₈ Er). يقال بعد ذلك أنه يخضع لقاعدة Oddo-Harkins. الهولميوم هو أحد تلك المعادن النادرة التي لا يعرف أحد تقريبًا أو يشك في وجودها ؛ حتى بين الكيميائيين ، نادرًا ما يتم ذكره كثيرًا.

عينة فائقة النقاء من معدن الهولميوم. المصدر: صور عالية الدقة للعناصر الكيميائية

في مجالات الطب ، يُعرف الهولميوم باستخدام الليزر الخاص به في العمليات الجراحية لمكافحة أمراض البروستاتا. كما أنها تمثل مادة واعدة لتصنيع المغناطيسات الكهربائية وأجهزة الكمبيوتر الكمومية ، نظرًا لخصائصها المغناطيسية غير العادية.

تتميز مركبات الهولميوم ثلاثية التكافؤ ، Ho ³⁺ ، ^{بخصوصية} إظهار لون يعتمد على الضوء الذي يتم تشعيعها به. إذا كان الفلوريسنت ، يتغير لون هذه المركبات من الأصفر إلى الوردي. بنفس الطريقة ، يحدث ذلك مع حلوله.

التاريخ

يُعزى اكتشاف الهولميوم إلى اثنين من الكيميائيين السويسريين ، مارك ديلافونتين وجاك لويس سوريت ، الذين اكتشفوه في عام 1878 عن طريق التحليل الطيفي أثناء تحليل معادن الأرض النادرة في جنيف. أطلقوا عليه العنصر X.

بعد عام واحد فقط ، في عام 1879 ، تمكن الكيميائي السويدي Per Teodor Cleve من فصل أكسيد الهولميوم بدءًا من erbia ، وهو أكسيد الإربيوم (Er ₂ O ₃). هذا الأكسيد ، الملوث بشوائب أخرى ، أظهر لونًا بنيًا أطلق عليه اسم هولميا ، وهو ما يعني ستوكهولم باللاتينية.

حصل كليف أيضًا على مادة خضراء أخرى: "ثوليا" ، وهو أكسيد الثوليوم. تكمن مشكلة هذا الاكتشاف في عدم تمكن أي من الكيميائيين الثلاثة من الحصول على عينة نقية بما فيه الكفاية من أكسيد الهولميوم ، حيث تلوثت بذرات الديسبروسيوم ، وهو معدن آخر من اللانثانيدات.

لم يكن حتى عام 1886 أن الكيميائي الفرنسي المجتهد ، بول ليكوك دي بواسبودران ، عزل أكسيد الهولميوم عن طريق الترسيب الجزئي. تعرض هذا الأكسيد بعد ذلك لتفاعلات كيميائية لإنتاج أملاح هولميوم ، والتي تم تقليلها في عام 1911 بواسطة الكيميائي السويدي أوتو هولمبيرج. وهكذا ظهرت العينات الأولى من معدن الهولميوم.

ومع ذلك ، في الوقت الحاضر يتم استخراج أيونات الهولميوم ، Ho ³⁺ ، عن طريق كروماتوغرافيا التبادل الأيوني ، بدلاً من اللجوء إلى التفاعلات التقليدية.

خصائص هولميوم

مظهر جسماني

معدن فضي ، ناعم ، مطيل وقابل للطرق.

العدد الذري

67 (_{67 ساعة})

الكتلة المولية

164.93 جم / مول

نقطة الانصهار

1461 درجة مئوية

نقطة الغليان

2600 درجة مئوية

كثافة

في درجة حرارة الغرفة: 8.79 جم / سم ³

فقط عندما يذوب أو يذوب: 8.34 جم / سم ³

حرارة الانصهار

17 كيلو جول / مول

حرارة التبخير

251 كيلو جول / مول

السعة الحرارية المولية

27.15 جول / (مول · ك)

كهرسلبية

1.23 على مقياس بولينج

طاقات التأين

أولًا: 581.0 كيلوجول / مول (Ho ⁺ غازي)

ثانيًا: 1140 كج / مول (Ho ²⁺ غازي)

ثالثًا: 2204 كيلوجول / مول (Ho ³⁺ غازي)

توصيل حراري

16.2 واط / (م · ك)

المقاومة الكهربائية

814 ن م

أعداد الأكسدة

يمكن أن يتواجد الهولميوم في مركباته بالأرقام أو حالات الأكسدة التالية: 0 ، +1 (Ho ⁺) ، +2 (Ho ²⁺) و +3 (Ho ³⁺). من بين كل منهم ، تعد +3 هي الأكثر شيوعًا واستقرارًا. لذلك ، الهولميوم هو معدن ثلاثي التكافؤ ، مكونًا مركبات (أيونية أو أيونية جزئيًا) حيث يشارك ^كأيون Ho ³⁺.

على سبيل المثال ، في المركبات التالية ، يحتوي الهولميوم على عدد أكسدة +3: Ho ₂ O ₃ (Ho ₂ ³⁺ O ₃ ^2-) ، Ho (OH) ₃ ، HoI ₃ (Ho ³⁺ I ₃ ^-) و Ho ₂ (SO ₄) ₃.

Ho ^{3+ وتحولاته} الإلكترونية هي المسؤولة عن ظهور مركبات هذا المعدن بألوان بنية صفراء. ومع ذلك ، عندما يتم تشعيعها بضوء الفلورسنت ، فإنها تتحول إلى اللون الوردي. الشيء نفسه ينطبق على حلولهم.

النظائر

يوجد الهولميوم في الطبيعة كنظير مستقر واحد: ¹⁶⁵ Ho (متوفر بنسبة 100٪). ومع ذلك ، هناك نظائر مشعة من صنع الإنسان ذات عمر نصفي طويل. بينهم لدينا:

- ¹⁶³ Ho (t _1/2 = 4570 سنة)

- ¹⁶⁴ Ho (ر _1/2 = 29 دقيقة)

- ¹⁶⁶ Ho (طن _1/2 = 26763 ساعة)

- ^{167 ساعة} (طن _1/2 = 3.1 ساعة)

النظام المغناطيسي واللحظة

يعتبر الهولميوم معدنًا مغناطيسيًا ، ولكنه يمكن أن يصبح مغنطيسيًا مغناطيسيًا عند درجة حرارة 19 كلفن ، مما يُظهر خصائص مغناطيسية قوية جدًا. يتميز أيضًا بوجود أكبر عزم مغناطيسي (10.6 μ _B) بين جميع العناصر الكيميائية ، فضلاً عن نفاذية مغناطيسية غير عادية.

التفاعلية

الهولميوم معدن لا يصدأ بسرعة كبيرة في الظروف العادية ، لذلك يستغرق وقتًا طويلاً حتى يفقد بريقه. ومع ذلك ، عند تسخينه باستخدام ولاعة ، فإنه يتحول إلى اللون الأصفر ، بسبب تكوين طبقة أكسيد:

4 Ho + 3 O ₂ → 2 Ho ₂ O ₃

يتفاعل مع الأحماض المخففة أو المركزة لإنتاج أملاحها الخاصة (النترات ، الكبريتات ، إلخ). ومع ذلك ، والمثير للدهشة أنه لا يتفاعل مع حمض الهيدروفلوريك ، حيث أن طبقة HoF ₃ تحميها من تدهورها.

يتفاعل هولميوم أيضا مع جميع الهالوجينات لإنتاج الهاليدات كل منها (هوف ₃ ، HOCL ₃ ، HoBr ₃ وهوي ₃).

التركيب الكيميائي

يتبلور الهولميوم في هيكل سداسي مضغوط ، hcp (سداسي معبأ قريبًا). من الناحية النظرية ، تظل ذرات Ho متماسكة بفضل الرابطة المعدنية التي تشكلها إلكترونات مداراتها 4f ، وفقًا لتكوينها الإلكتروني:

4f ¹¹ 6 s ²

تحدد هذه التفاعلات ، بالإضافة إلى ترتيب الطاقة لإلكتروناتها ، الخصائص الفيزيائية للهولميوم. لا يُعرف أي تآصل أو تعدد أشكال آخر لهذا المعدن ، ولا حتى تحت الضغط العالي.

التطبيقات

التفاعلات النووية

تعتبر ذرة الهولميوم ماصًا جيدًا للنيوترونات ، ولهذا السبب تساعد في التحكم في تطور التفاعلات النووية.

التحليل الطيفي

تُستخدم محاليل أكسيد الهولميوم لمعايرة أجهزة قياس الطيف الضوئي ، لأن طيف امتصاصها يظل ثابتًا دائمًا تقريبًا ، بغض النظر عن الشوائب التي يحتوي عليها. كما أنه يُظهر أيضًا نطاقات حادة مميزة جدًا مرتبطة بذرة الهولميوم ، وليس بمركباتها.

تلوين

ذرات الهولميوم قادرة على توفير تلوين محمر للزجاج وأحجار الزركونيا المكعبة الاصطناعية.

مغناطيس

في درجات حرارة منخفضة للغاية (30 كلفن أو أقل) ، يُظهر الهولميوم خصائص مغناطيسية مثيرة للاهتمام ، والتي تُستخدم لصنع مغناطيس كهربائي قوي ، حيث يساعد على تركيز المجال المغناطيسي الناتج.

هذه المواد المغناطيسية مخصصة للرنين المغناطيسي النووي ؛ لتطوير محركات الأقراص الصلبة ، مع ذكريات تتأرجح في ترتيب البيتابايت أو تيرابايت ؛ وربما لتصنيع الحواسيب الكمومية.

ليزر هولميوم

يمكن تخدير بلورة عقيق الإيتريوم والألومنيوم (YAG) بذرات الهولميوم لإصدار إشعاع بطول موجة 2 ميكرومتر ؛ وهذا يعني أن لدينا ليزر هولميوم. بفضله ، يمكن قطع أنسجة الورم بدقة دون التسبب في نزيف ، لأن الطاقة الموفرة تكوي الجروح على الفور.

تم استخدام هذا الليزر بشكل متكرر في جراحات البروستات والأسنان ، وكذلك للقضاء على الخلايا السرطانية وحصوات الكلى.

المراجع

1. رجفة وأتكينز. (2008). الكيمياء غير العضوية. (طبعة رابعة). ماك جراو هيل.
2. ويكيبيديا. (2019). هولميوم. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
3. الجمعية الملكية للكيمياء. (2020). الجدول الدوري: هولميوم. تم الاسترجاع من: rsc.org
4. دكتور دوج ستيوارت. (2020). حقائق حول عنصر الهولميوم / الكيمياء. تم الاسترجاع من: chemicool.com
5. ستيف جانيون. (سادس). العنصر هولميوم. تم الاسترجاع من: education.jlab.org
6. محررو Encyclopaedia Britannica. (03 أبريل 2019). هولميوم. Encyclopædia Britannica. تم الاسترجاع من: britannica.com
7. جودي لين موهن روزبروك. (2020). هولميوم. تم الاسترجاع من: utoledo.edu