HOLMIUM: SEJARAH, SIFAT, STRUKTUR KIMIA DAN KEGUNAANNYA - KIMIA - 2026

The holmium ialah unsur logam yang dimiliki oleh blok f jadual berkala, secara khusus kepada tempoh lantanida. Oleh itu, ia adalah anggota nadir bumi, bersama erbium, yttrium, dysprosium dan ytterbium. Semua ini membentuk serangkaian mineral (xenotime atau gadolinite) yang sukar dipisahkan dengan kaedah kimia konvensional.

Simbol kimianya adalah Ho, mempunyai bilangan atom 67, dan kurang banyak berbanding dengan disprosium jirannya ( ₆₆ Dy) dan erbium ( ₆₈ Er). Kemudian dikatakan bahawa ia mematuhi peraturan Oddo-Harkins. Holmium adalah salah satu logam langka yang hampir tidak ada yang mengetahui atau mengesyaki keberadaannya; walaupun di kalangan ahli kimia, jarang sekali disebut.

Sampel ultrapura holmium logam. Sumber: Imej Hi-Res Elemen Kimia

Dalam bidang perubatan, holmium terkenal dengan penggunaan lasernya dalam pembedahan untuk memerangi penyakit prostat. Ini juga mewakili bahan yang menjanjikan untuk pembuatan elektromagnet dan komputer kuantum, kerana sifat magnetnya yang tidak biasa.

Sebatian holmium trivalen, Ho ³⁺ , mempunyai kekhususan menunjukkan warna yang bergantung pada cahaya yang disinari. Sekiranya pendarfluor, warna sebatian ini berubah dari kuning ke merah jambu. Dengan cara yang sama, ia berlaku dengan penyelesaiannya.

Sejarah

Penemuan holmium dikaitkan dengan dua ahli kimia Switzerland, Marc Delafontaine dan Jacques-Louis Soret, yang pada tahun 1878 mengesannya secara spektroskopi semasa menganalisis mineral nadir bumi di Geneva. Mereka memanggilnya unsur X.

Hanya satu tahun kemudian, pada tahun 1879, ahli kimia Sweden Per Teodor Cleve berjaya memisahkan holmium oksida bermula dari erbia, erbium oksida (Er ₂ O ₃ ). Oksida ini, yang terkontaminasi oleh kekotoran lain, menunjukkan warna coklat, yang ia namakan 'holmia', yang bermaksud Stockholm dalam bahasa Latin.

Juga, Cleve memperoleh bahan hijau lain: 'thulia', yang merupakan thulium oksida. Masalah dengan penemuan ini adalah bahawa tidak ada satu pun dari tiga ahli kimia yang dapat memperoleh sampel holmium oksida yang cukup murni, kerana dicemari oleh atom disprosium, logam lantanida lain.

Baru pada tahun 1886, ahli kimia Perancis yang rajin, Paul Lecoq de Boisbaudran, mengasingkan holmium oksida oleh pemecahan pecahan. Oksida ini kemudiannya mengalami reaksi kimia untuk menghasilkan garam holmium, yang dikurangkan pada tahun 1911 oleh ahli kimia Sweden, Otto Holmberg; dan dengan itu, sampel pertama holmium logam muncul.

Namun, pada masa ini ion holmium, Ho ³⁺ , diekstraksi dengan kromatografi pertukaran ion, bukannya menggunakan reaksi konvensional.

Sifat Holmium

Penampilan fizikal

Logam keperakan, lembut, mulur dan lembut.

Nombor atom

67 ( ₆₇ Ho)

Jisim molar

164.93 g / mol

Takat lebur

1461 ºC

Takat didih

2600 ºC

Ketumpatan

Pada suhu bilik: 8.79 g / cm ³

Tepat ketika meleleh atau cair: 8.34 g / cm ³

Panas pelakuran

17 kJ / mol

Haba pengewapan

251 kJ / mol

Kapasiti haba molar

27.15 J / (mol K)

Elektronegativiti

1.23 pada skala Pauling

Tenaga pengionan

Pertama: 581.0 kJ / mol (Ho ⁺ gas)

Kedua: 1140 kJ / mol (Ho ²⁺ gas)

Ketiga: 2204 kJ / mol (Ho ³⁺ gas)

Kekonduksian terma

16.2 W / (m K)

Ketahanan elektrik

814 nΩ m

Nombor pengoksidaan

Holmium boleh berlaku dalam sebatiannya dengan nombor atau keadaan pengoksidaan berikut: 0, +1 (Ho ⁺ ), +2 (Ho ²⁺ ) dan +3 (Ho ³⁺ ). Dari semua itu, +3 adalah yang paling biasa dan stabil. Oleh itu, holmium adalah logam trivalen, membentuk sebatian (ionik atau ionik sebahagian) di mana ia berpartisipasi sebagai ion Ho ³⁺ .

Sebagai contoh, dalam sebatian berikut holmium dijumpai dengan nombor pengoksidaan +3: Ho ₂ O ₃ (Ho ₂ ³⁺ O ₃ ^2- ), Ho (OH) ₃ , HoI ₃ (Ho ³⁺ I ₃ ^- ) dan Ho ₂ (SO ₄ ) ₃ .

Ho ³⁺ dan peralihan elektroniknya bertanggungjawab agar sebatian logam ini kelihatan berwarna coklat-kuning. Walau bagaimanapun, apabila ini disinari dengan cahaya pendarfluor, mereka berubah menjadi merah jambu. Perkara yang sama berlaku untuk penyelesaian mereka.

Isotop

Holmium berlaku secara semula jadi sebagai isotop stabil tunggal: ¹⁶⁵ Ho (kelimpahan 100%). Walau bagaimanapun, terdapat radioisotop buatan manusia dengan jangka hayat yang panjang. Di antara mereka ada:

- ¹⁶³ Ho (t _1/2 = 4570 tahun)

- ¹⁶⁴ Ho (t _1/2 = 29 minit)

- ¹⁶⁶ Ho (t _1/2 = 26,763 jam)

- ¹⁶⁷ Ho (t _1/2 = 3.1 jam)

Susunan dan momen magnet

Holmium adalah logam paramagnetik, tetapi boleh menjadi feromagnetik pada suhu 19 K, menunjukkan sifat magnet yang sangat kuat. Ia juga dicirikan dengan mempunyai momen magnetik terbesar (10.6 μ _B ) di antara semua unsur kimia, serta kebolehtelapan magnet yang tidak biasa.

Kereaktifan

Holmium adalah logam yang tidak berkarat terlalu cepat dalam keadaan normal, jadi memerlukan masa untuk kehilangan kilauannya. Walau bagaimanapun, apabila dipanaskan dengan lebih ringan, ia berubah menjadi kekuningan, kerana pembentukan lapisan oksida:

4 Ho + 3 O ₂ → 2 Ho ₂ O ₃

Bertindak balas dengan asid cair atau pekat untuk menghasilkan garam masing-masing (nitrat, sulfat, dll.). Namun dan yang mengejutkan, ia tidak bertindak balas dengan asid hidrofluorik, kerana lapisan HoF ₃ melindunginya dari degradasinya.

Holmium juga bertindak balas dengan semua halogen untuk menghasilkan halida masing-masing (HoF ₃ , HoCl ₃ , HoBr ₃ dan HoI ₃ ).

Struktur kimia

Holmium mengkristal menjadi struktur heksagon padat, hcp (hexagonal close-pack). Secara teori, atom Ho tetap bersatu berkat ikatan logam yang dibentuk oleh elektron orbital 4f mereka, mengikut konfigurasi elektronik mereka:

4f ¹¹ 6s ²

Interaksi seperti itu, serta susunan tenaga elektronnya, menentukan sifat fizikal holmium. Tidak ada allotrope atau polimorf lain yang diketahui oleh logam ini, bahkan tidak dalam tekanan tinggi.

Permohonan

Tindak balas nuklear

Atom holmium adalah penyerap neutron yang baik, sebab itulah ia membantu mengawal perkembangan tindak balas nuklear.

Spektroskopi

Larutan oksida Holmium digunakan untuk menentukur spektrofotometer, kerana spektrum penyerapannya tetap berterusan hampir selalu, tanpa mengira kekotoran yang dikandungnya. Ini juga menunjukkan jalur tajam yang sangat khas yang berkaitan dengan atom holmium, dan bukan dengan sebatiannya.

Pewarna

Atom Holmium mampu memberikan pewarnaan kemerahan pada kaca dan permata zirkonia kubik tiruan.

Magnet

Pada suhu yang sangat rendah (30K atau kurang), holmium menunjukkan sifat magnet yang menarik, yang digunakan untuk membuat elektromagnet yang kuat, di mana ia membantu memusatkan medan magnet yang dihasilkan.

Bahan magnet tersebut bertujuan untuk resonans magnetik nuklear; untuk pengembangan cakera keras, dengan kenangan yang berayun mengikut urutan petabyte atau terabyte; dan untuk kemungkinan pembuatan komputer kuantum.

Laser Holmium

Kristal yttrium-aluminium garnet (YAG) dapat didoping dengan atom holmium untuk memancarkan sinaran dengan panjang gelombang 2 µm; iaitu, kita mempunyai laser holmium. Berkat itu, tisu tumor dapat dipotong dengan tepat tanpa menyebabkan pendarahan, kerana tenaga yang dibekalkan dapat menyembuhkan luka dengan segera.

Laser ini telah digunakan berulang kali dalam pembedahan prostat dan pergigian, serta untuk menghilangkan sel barah dan batu karang.

Rujukan

1. Shiver & Atkins. (2008). Kimia bukan organik. (Edisi keempat). Bukit Mc Graw.
2. Wikipedia. (2019). Holmium. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
3. Persatuan Kimia Diraja. (2020). Jadual berkala: Holmium. Dipulihkan dari: rsc.org
4. Doug Stewart. (2020). Fakta Elemen Holmium / Kimia. Dipulihkan dari: chemicool.com
5. Steve Gagnon. (sf). Elemen Holmium. Dipulihkan dari: education.jlab.org
6. Pengarang Ensiklopedia Britannica. (03 April 2019). Holmium. Encyclopædia Britannica. Dipulihkan dari: britannica.com
7. Judy Lynn Mohn Rosebrook. (2020). Holmium. Dipulihkan dari: utoledo.edu