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钬   67Ho
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外观
银白色
概况
名称·符号·序数钬(holmium)·Ho·67
元素类别镧系元素
·周期·不适用 ·6·f
标准原子质量164.93033(2)
电子排布[Xe] 4f11 6s2
2, 8, 18, 29, 8, 2
钬的电子层(2, 8, 18, 29, 8, 2)
历史
发现马克·德拉方丹(1878年)
物理性质
物态固体
密度(接近室温
8.79 g·cm−3
熔点时液体密度8.34 g·cm−3
熔点1734 K,1461 °C,2662 °F
沸点2873 K,2600 °C,4712 °F
熔化热17.0 kJ·mol−1
汽化热251 kJ·mol−1
比热容27.15 J·mol−1·K−1
蒸气压
压/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
温/K 1432 1584 (1775) (2040) (2410) (2964)
原子性质
氧化态0, +1, +2, +3
碱性的氧化物)
电负性1.23(鲍林标度)
电离能第一:581.0 kJ·mol−1

第二:1140 kJ·mol−1

第三:2204 kJ·mol−1
原子半径176 pm
共价半径192±7 pm
杂项
晶体结构六方密堆积
磁序顺磁性
电阻率poly: 814 nΩ·m
热导率16.2 W·m−1·K−1
热膨胀系数poly: 11.2 µm/(m·K)
声速(细棒)(20 °C)2760 m·s−1
杨氏模量64.8 GPa
剪切模量26.3 GPa
体积模量40.2 GPa
泊松比0.231
维氏硬度410–600 MPa
布氏硬度500–1250 MPa
CAS号7440-60-0
最稳定同位素
主条目:钬的同位素
同位素 丰度 半衰期 (t1/2) 衰变
方式 能量MeV 产物
163Ho syn 4570 y ε 0.003 163Dy
164Ho syn 29 min ε 0.987 164Dy
165Ho 100% 稳定,带98个中子
166Ho syn 26.763 h β 1.855 166Er
167Ho syn 3.1 h β 1.007 167Er
Decay modes in parentheses are predicted, but have not yet been observed

拼音huǒ注音ㄏㄨㄛˇ粤拼fo2;英语:Holmium;旧译),是一种化学元素,其化学符号Ho原子序数为67,原子量164.93033 u,属于镧系元素,也是稀土元素之一。钬在常温常压下是固体。 1878年为索里特(J.L.Soret)发现;1879年又被克利夫(P.T.Cleve)发现。第一电离能6.02电子伏特。有金属光泽。与能缓慢起作用,溶于稀酸。盐类是黄色。氧化物Ho2O2为淡绿色。溶于矿物酸而产生三价离子黄色盐。由氟化钬HoF3·2H2O用还原而制得。它和一样,是一种能够吸收核分裂所产生的中子的金属。在核子反应炉中,一方面不断燃烧,一方面控制连锁反应的速度。

性质

物理性质

左边是自然光照射的Ho2O3,右边是冷阴极荧光灯管照射的Ho2O3

钬是一种相对柔软且具有延展性的元素,在标准情况下,在干燥空气中具有相当的耐腐蚀性和稳定性。但是,在较高温度的湿气下,钬会迅速氧化,形成黄色的氧化钬。纯钬具有金属般明亮的银色光泽。

氧化钬根据光线的不同,颜色有相当大的变化。在阳光下,它是黄棕色的。在三色光下,它是火红色的,几乎不能和氧化铒区别。这些颜色变化与钬的锐利吸收带有关,可用作磷光体。

钬是所有天然的化学元素中,磁矩最高的, (10.6 µ
B
) 并具有其他不寻常的磁性。当和混合时,会形成有极强磁性的混合物。钬在标准情况下是顺磁性的,但在19 K的温度以下是铁磁性的。

化学性质

钬可以在空气中燃烧,发出耀眼白光,产生氧化钬

4 Ho + 3 O2 → 2 Ho2O3

钬能与水反应,与冷水反应较缓慢,而与热水反应较快速:

2 Ho (s) + 6 H2O (l) → 2 Ho(OH)3 (aq) + 3 H2 (g)

钬也能与卤素反应:

2 Ho (s) + 3 F2 (g) → 2 HoF3 (s) [粉红色]
2 Ho (s) + 3 Cl2 (g) → 2 HoCl3 (s) [黄色]
2 Ho (s) + 3 Br2 (g) → 2 HoBr3 (s) [黄色]
2 Ho (s) + 3 I2 (g) → 2 HoI3 (s) [黄色]

钬较容易溶解于稀硫酸中,生成Ho3+离子,以[Ho(OH2)9]3+配合物出现:

2 Ho (s) + 3 H2SO4 (aq) → 2 Ho3+ (aq) + 3 SO2−
4
(aq) + 3 H2 (g)

钬最常见的氧化态是+3。钬溶液中的Ho3+被九个水分子环绕。钬能溶解于酸性溶液。

同位素

钬共有35个同位素,其中只有165Ho是稳定的。其余的皆为人工合成的放射性同位素,其中最稳定的是钬-163,半衰期 4570 年。其它基态的钬同位素的半衰期都不超过 2 天,大部分少于 3小时。不过,同核异构体 166m1Ho 的半衰期很长,约为 1200 年,这是由于其高自旋而成的。

历史

钬是由Jacques-Louis Soret英语Jacques-Louis Soret马克·德拉方丹在 1878 年发现的。他们注意到了当时未知的元素(他们称之为元素 X)异常的光谱吸收带

Per Teodor Cleve英语Per Teodor Cleve 在研究铒土(氧化铒)时独立发现了该元素,并且是第一个将其分离出来的人。 使用Carl Gustaf Mosander英语Carl Gustaf Mosander 开发的方法,Cleve 首先从 erbia 中去除了所有当时已知的杂质。他得到了两种新的物质,一个是棕色的,另一个是绿色的。他将棕色物质命名为 holmia(以克利夫家乡斯德哥尔摩的拉丁名称命名)和绿色物质 thulia。 后来发现holmia 就是氧化钬,而thulia 就是氧化钬

亨利·莫塞莱关于原子序数的经典论文 中,钬的原子序为 66。显然,他研究的钬样本非常不纯,主要是由旁边(未被列入)的镝影响的。他会看到这两种元素的 X 射线发射线,但他假设这些都是钬,而不是杂质镝。

来源

就像其他的稀土金属一样,钬不会以单质形式出现。钬一般存在于硅铍钇矿独居石等稀土矿物中。尚未发现以钬为主的矿物。钬的主要产地在中国美国巴西印度斯里兰卡澳洲,储量估计为 400,000 吨。

钬组成了地壳的 1.4 ppm(质量计),为第56常见的元素。钬组成了土壤的 1 ppm,海水的 0.4 ppt,几乎不存在于地球大气中。钬是镧系元素中相对罕见的。依质量计,它组成了宇宙的 500 ppt。

钬是通过离子交换从独居石(含0.05% 钬)中提取的,但仍难以与其他稀土分离。它是通过用金属还原其无水氯化物氟化物而分离出来的。 钬在稀土金属中相对便宜,价格为 1000 USD/kg.

应用

4% 氧化钬和 10% 高氯酸的溶液,可永久融合到吸收池中,作为光学校准标准

钬在任何元素中具有最高的磁矩,可用于产生最强的人工磁场。由于它可以吸收核裂变产生的中子,它也被用作可燃毒物来调节核反应堆。

掺钬的钇铁石榴石 (YIG)和氟化钇锂 (YLF) 应用于固态激光器英语Solid-state_laser中,而掺钬的钇铁石榴石也用于光学隔离器微波器材(例如YIG球体英语YIG sphere)。钬激光器的发射波长为 2.1 微米。 它们用于医疗、牙科和光纤。

钬是用于立方氧化锆玻璃的着色剂之一,可提供黄色或红色着色。 含有氧化钬或其溶液(溶剂通常是高氯酸)的玻璃在 200–900 nm 的光谱范围内有尖锐的光吸收峰。因此它们被用作单色器的校准标准 ,可以商购。

半衰期较长的放射性同位素 166m1Ho 用于校准伽马射线光谱仪。

在2017年3月,IBM宣布他们已经开发出一种技术,可以在氧化镁上的单个钬原子上存储一位元数据。

凭借足够的量子和经典控制技术,钬可能是制造量子计算机的理想物质。

生物作用

钬在人体中没有用处,但钬盐能够促进新陈代谢。人体通常每年消耗大约一毫克钬。植物不容易从土壤中吸收钬。一些蔬菜的钬含量已经过测量,达到100 ppt。

毒性

如果吸入、食用或注射大量的钬会对人体造成严重损害。钬的长期影响不明。钬的急性毒性英语acute toxicity较低。

参见

外部链接


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