ホルミウム：歴史、特性、化学構造および用途 - 化学 - 2025

ホルミウムは、具体的ランタニドの期間に、周期表のブロックFに属する金属元素です。したがって、エルビウム、イットリウム、ジスプロシウム、イッテルビウムとともに、希土類のメンバーです。これらはすべて、従来の化学的方法では分離することが難しい一連の鉱物（ゼノタイムまたはガドリナイト）を構成しています。

その化学記号はHoで、原子番号は67で、隣接するジスプロシウム（₆₆ Dy）およびエルビウム（₆₈ Er）よりも豊富ではありません。そして、それはオッド・ハーキンスのルールに従っていると言われています。ホルミウムは、その存在についてほとんど誰も知らなかったり、疑ったりすることのないレアメタルの1つです。化学者の間でさえ、それはめったに頻繁に言及されません。

金属ホルミウムの超高純度サンプル。出典：化学元素の高解像度画像

医学の分野では、ホルミウムは、前立腺疾患と戦うための手術でのレーザーの使用で知られています。また、その異常な磁気特性により、電磁石や量子コンピューターの製造に有望な材料でもあります。

三価のホルミウム化合物、Ho ^3+は、それらが照射される光に依存する色を示すという特殊性を持っています。蛍光性の場合、これらの化合物の色は黄色からピンクに変わります。同じように、それはそのソリューションでも起こります。

歴史

ホルミウムの発見は、1878年にジュネーブで希土類鉱物を分析しているときに分光法で検出した2人のスイスの化学者、マークデラフォンテーヌとジャックルイソレに起因しています。彼らはそれを元素Xと呼んだ。

そのわずか1年後の1879年、スウェーデンの化学者Per Teodor Cleveは、エルビア、酸化エルビウム（Er ₂ O ₃）から酸化ホルミウムを分離することに成功しました。他の不純物で汚染されたこの酸化物は、彼がラテン語でストックホルムを意味する「ホルミア」と名付けた茶色を示しました。

また、クリーブは別の緑色の材料、酸化ツリウムである「ツリア」を入手しました。この発見の問題は、別のランタニド金属であるジスプロシウムの原子によって汚染されていたため、3人の化学者がホルミウム酸化物の十分に純粋なサンプルを入手できなかったことです。

勤勉なフランスの化学者、ポール・ルコック・ド・ボワボーランが分別沈殿によって酸化ホルミウムを単離したのは、1886年まででした。この酸化物はその後、ホルミウム塩を生成するための化学反応にさらされ、1911年にスウェーデンの化学者Otto Holmbergによって還元されました。したがって、金属ホルミウムの最初のサンプルが登場しました。

ただし、現在のホルミウムイオンHo ^3+は、従来の反応に頼る代わりに、イオン交換クロマトグラフィーによって抽出されます。

ホルミウム特性

外見

銀色で柔らかく、延性があり、展性のある金属。

原子番号

67（₆₇ Ho）

モル質量

164.93 g / mol

融点

1461ºC

沸点

2600ºC

密度

室温で：8.79 g / cm ³

溶けるとき、または溶けるとき：8.34 g / cm ³

融合熱

17 kJ / mol

気化熱

251 kJ / mol

モル熱容量

27.15 J /（mol K）

電気陰性

ポーリングスケールの1.23

イオン化エネルギー

最初：581.0 kJ / mol（Ho ⁺ガス状）

第二：1140 kJ / mol（Ho ²⁺ガス状）

3番目：2204 kJ / mol（Ho ³⁺ガス）

熱伝導率

16.2 W /（m K）

電気抵抗率

814nΩm

酸化数

ホルミウムは、次の数または酸化状態の化合物で発生する可能性があります：0、+ 1（Ho ⁺）、+ 2（Ho ²⁺）および+3（Ho ³⁺）。これらすべての中で、+ 3が最も一般的で安定しています。したがって、ホルミウムは三価の金属であり、Ho ³⁺イオンとして関与する化合物（イオン性または部分的イオン性）を形成します。

例えば、以下の化合物では、ホルミウムは+3の酸化数を有する。HO ₂ O ₃（HO ₂ ³⁺ O ₃ ^2-）、HO（OH）₃、ホイ₃（HO ³⁺ I ₃ ^- ）およびHo ₂（SO ₄）₃。

Ho ³⁺とその電子遷移は、この金属の化合物が茶黄色に見える原因です。ただし、蛍光灯を照射するとピンク色になります。同じことが彼らの解決策にも言えます。

同位体

ホルミウムは自然界では単一の安定同位体として存在します：¹⁶⁵ Ho（100％の存在量）。ただし、半減期が長い人工放射性同位元素もあります。それらの間に私達は持っています：

- ¹⁶³ホー（T _1/2 = 4570年）

- ¹⁶⁴ HO（T _1/2 = 29分）

- ¹⁶⁶ HO（T _1/2 = 26763時間）

- ¹⁶⁷ HO（T _1/2 = 3.1時間）

磁気秩序とモーメント

ホルミウムは常磁性金属ですが、19 Kの温度で強磁性になり、非常に強い磁気特性を示します。また、最大の磁気モーメント（10.6μ有することを特徴とする_Bのすべての化学元素のうち）、ならびに異常な透磁率。

反応性

ホルミウムは、通常の状態ではさびにくく、輝きを失うまでに時間がかかります。ただし、ライターで加熱すると、酸化物層が形成されるため、黄色がかります。

4 Ho + 3 O ₂ →2 Ho ₂ O ₃

希酸または濃酸と反応して、それぞれの塩（硝酸塩、硫酸塩など）を生成します。HOFの層しかしながら驚くべきことに、それは、フッ酸と反応しない_3はその分解からそれを保護します。

また、ホルミウムはすべてのハロゲンと反応して、それぞれのハロゲン化物（HoF ₃、HoCl ₃、HoBr ₃およびHoI ₃）を生成します。

化学構造

ホルミウムは結晶化して、コンパクトな六角形の構造、hcp（六方最密充填）になります。理論的には、電子構成に応じて、4f軌道の電子によって形成される金属結合により、Ho原子は凝集性を維持します。

4f ¹¹ 6s ²

そのような相互作用とその電子のエネルギー配置は、ホルミウムの物理的性質を定義します。他の同素体や多形体は、高圧下でさえ、この金属に知られていません。

用途

核反応

ホルミウム原子は優れた中性子吸収体です。そのため、核反応の進行を制御するのに役立ちます。

分光法

酸化ホルミウム溶液は、分光光度計の校正に使用されます。これは、含まれる不純物に関係なく、その吸収スペクトルがほとんど常に一定であるためです。また、ホルミウム原子に関連する非常に特徴的な鋭いバンドを示し、その化合物には関係ありません。

着色剤

ホルミウム原子は、ガラスや人工の立方晶ジルコニアの宝石に赤みを帯びた色を与えることができます。

磁石

極低温（30K以下）では、ホルミウムは興味深い磁気特性を示します。これは、強力な電磁石を作成するために使用され、結果として生じる磁場を集中させるのに役立ちます。

そのような磁性材料は核磁気共鳴を目的としています。ペタバイトまたはテラバイトのオーダーで振動するメモリを備えたハードドライブの開発用。そして、おそらく量子コンピュータの製造のために。

ホルミウムレーザー

イットリウムアルミニウムガーネット（YAG）結晶にホルミウム原子をドープして、波長2 µmの放射線を放出できます。つまり、ホルミウムレーザーがあります。そのおかげで、供給されたエネルギーが創傷をすぐに焼灼するため、出血を引き起こすことなく腫瘍組織を正確に切断することができます。

このレーザーは、前立腺および歯科手術で繰り返し使用されているほか、がん細胞や腎臓結石を除去するためにも使用されています。

参考文献

1. 震えとアトキンス。（2008）。無機化学。（第4版）。Mc Graw Hill。
2. ウィキペディア。（2019）。ホルミウム。から回復：en.wikipedia.org
3. 王立化学協会。（2020）。周期表：ホルミウム。回収元​​：rsc.org
4. ダグ・スチュワート博士。（2020）。ホルミウム元素の事実/化学。回収元​​：chemicool.com
5. スティーブ・ガニョン。（sf）。要素ホルミウム。回収元​​：Education.jlab.org
6. 百科事典ブリタニカの編集者。（2019年4月3日）。ホルミウム。百科事典ブリタニカ。リカバリー元：britannica.com
7. ジュディ・リン・モーン・ローズブルック。（2020）。ホルミウム。リカバリー元：utoledo.edu