钬

化學元素
钬,是一種金屬元素,化學符号為Ho,原子序數67,原子量164.93,元素名來源于發現者的出生地。 1878年索裡特從铒土的光譜中發現钬,次年瑞典的克萊夫用化學方法從铒土中分離出钬。钬在地殼中的含量為0.000115%,與其它稀土元素一起存在于獨居石和稀土礦中。天然穩定同位素隻有钬165。钬為銀白色金屬,質較軟,有延展性;熔點1474°C,沸點2695°C,密度8.7947克/立方厘米。钬在幹燥空氣中穩定,高溫時很快氧化;氧化钬是已知順磁性最強的物質。钬的化合物可做新型鐵磁材料的添加劑;碘化钬用于制造金屬鹵素燈—钬燈,钬激光在醫學領域也應用非常廣泛。[1]
  • 中文名:钬
  • 熔點:1474℃
  • 沸點:2695℃
  • 密度:8800 kg/m3
  • 外觀:銀白色
  • 英文名:holmium
  • 符号:Ho
  • 序号:67
  • 周期:6
  • 元素分區:f

發現曆史

發現人:索裡特(J.L.Soret)、克利夫(P.T.Cleve)

發現年代:1878至1879年。

發現過程:1878年為索裡特(J.L.Soret)發現;1879年又被克利夫(P.T.Cleve)發現。

1842年莫桑德爾從钇土中分離出铒土和铽土後,不少化學家利用光譜分析鑒定,确定它們不是純淨的一種元素的氧化物,這就鼓勵了化學家們繼續去分離它們。在從氧化餌分離出氧化镱和氧化钪以後,1879年克利夫又分離出兩個新元素的氧化物。其中一個被命名為holmium,以紀念克利夫的出生地,瑞典首都斯德哥爾摩古代的拉丁名稱Holmia,元素符号Ho。其後1886年布瓦博德朗又從钬中分離出了另一元素,但钬的名稱被保留了。随着钬以及其他一些稀土元素的發現,完成了發現稀土元素第三階段的另一半。

性質

物理性質

钬為銀白色金屬,質較軟,有延展性;熔點1474°C,沸點2695°C,密度8.7947g/㎝³。钬在幹燥空氣中穩定,高溫時很快氧化;氧化钬是已知順磁性最強的物質。钬的化合物可做新型鐵磁材料的添加劑;碘化钬用于制造金屬鹵素燈—钬燈。

讀音:huǒ

CAS号:7440-60-0

體積彈性模量:Gpa:40.2

原子化焓:kJ /mol @25℃:301

熱容:J /(mol· K):27.15

導電性:106/(cm ·Ω ):0.0124

導熱系數:W/(m·K):16.2

熔化熱:(千焦/摩爾):12.20

汽化熱:(千焦/摩爾):241.0

原子體積:(立方厘米/摩爾):18.7

元素在宇宙中的含量:(ppm):0.0005

元素在海水中的含量太平洋表面 0.00000016

地殼中含量(ppm):1.4

晶體結構:晶胞為六方晶胞。

氧化态:Main Ho+3

聲音在其中的傳播速率:(m/S) 2760

電離能 (kJ /mol)

M - M+ 580.7

M+ - M2+ 1139

M2+ - M3+ 2204

M3+ - M4+ 4100

相對原子質量:164.93

常見化合價: +3

電負性: 1.23

外圍電子層排布:4f11 6s2

核電荷數:67

電子層:K-L-M-N-O-P

核外電子排布: 2,8,18,29,8,2

同位素及放射線:Ho-163[4570y] Ho-165 Ho-166[1.1d]

電子親合和能:0 KJ·mol-1

第一電離能:581 KJ·mol-1

第二電離能:1139 KJ·mol-1

第三電離能:0 KJ·mol-1

單質密度:8.54 g/cm3

單質熔點: 1470.0 ℃

單質沸點: 2720.0 ℃

原子半徑:2.47Å(埃)

共價半徑: 1.58Å

維氏硬度:481MPa

穩定性

常溫下在幹燥空氣中穩定,在潮濕空氣中和高溫下易被氧化。避免與空氣、氧化物、酸、鹵素、潮濕的水分接觸,和水接觸時釋放可燃性氣體;溶于無機酸。在室溫下幹燥空氣中穩定,但在潮濕空氣中和高于室溫時迅速氧化。化學性質活潑。使水緩慢分解。可以與幾乎所有非金屬元素化合。存在于矽铍钇礦、獨居石和其他的稀土礦物中。用于制作磁性合金材料。

化學性質

它和镝一樣,是一種能夠吸收核分裂所産生的中子的金屬。

在核子反應爐中,一方面不斷燃燒,一方面控制連鎖反應的速度。

元素描述:第一電離能6.02ev。有金屬光澤。與水能緩慢起作用,溶于稀酸。鹽類是黃色。氧化物Ho2O2為淡綠色。溶于礦物酸而産生三價離子黃色鹽。

元素來源:由氟化钬HoF3·2H2O用鈣還原而制得。

化合物

(1)氧化钬;holmium oxide為白色體心立方和單斜兩種結構。Ho2O3是惟一的一種穩定的氧化物。化學性質及制備方法同于氧化镧。可制做钬燈。

(2)硝酸钬;holmium(iii) nitrate pentahydrate分子式:Ho(NO3)3·5H2O;分子質量:441.02;

通常對水體是稍微有害的,不要将未稀釋或大量産品接觸地下水,水道或污水系統,未經政府許可勿将材料排入周圍環境。

(3)二氯化環戊二烯基钬;cyclopentadienyl-holmium dichloride分子式:(C5H5)HOCl2

性質:黃色晶體。熔點84~92℃,對空氣極為敏感。由三氯化钬與環戊二烯基鈉反應得到其三分子四氫呋喃加合物。

合成方法

1、以金屬鈣還原無水三氯化钬或三氟化钬可得金屬钬2、通過離子交換或溶劑萃取技術将钬與其他稀土元素分離後,可用金屬熱還原法制備金屬钬。锂熱還原稀土氯化物與鈣熱還原稀土氯化物不同,前者的還原過程是在氣相中進行的。锂熱還原反應器分兩段加熱區,還原和蒸餾過程在同一設備中進行。無水氯化钬放在上部的钛制反應器坩埚中(亦是HoCl3蒸餾室),還原劑金屬锂放置在下部的坩埚中,然後将不鏽鋼反應罐抽真空至7Pa後開始加熱。溫度達到1000℃時保持一定時間,使HoCl3蒸氣與锂蒸氣充分反應,還原出來的金屬钬固體顆粒落在下部的坩埚中。還原反應完成後,隻加熱下部坩埚,把LiCl蒸餾到上部坩埚。還原反應過程一般需要10h左右。為了制得較純的金屬钬,還原劑金屬锂要用99.97%高純锂,并使用二次蒸餾的無水HoCl3。

用途

主要用途

钬Ho是稀土元素,钬的主要用途有:

(1)、用作金屬鹵素燈添加劑,金屬鹵素燈是一種氣體放電燈,它是在高壓汞燈基礎上發展起來的,其特點是在燈泡裡充有各種不同的稀土鹵化物。主要使用的是稀土碘化物,在氣體放電時發出不同的譜線光色。在钬燈中采用的工作物質是碘化钬,在電弧區可以獲得較高的金屬原子濃度,從而大大提高了輻射效能。

(2)、钬可以用作钇鐵或钇鋁石榴石的添加劑;

(3)、摻钬的钇鋁石榴石(Ho:YAG)可發射2μm激光,人體組織對2μm激光吸收率高,幾乎比Hd:YAG高3個數量級。所以用Ho:YAG激光器進行醫療手術時,不但可以提高手術效率和精度,而且可使熱損傷區域減至更小。钬晶體産生的自由光束可消除脂肪而不會産生過大的熱量,從而減少對健康組織産生的熱損傷,據報道美國用钬激光治療青光眼,可以減少患者手術的痛苦。中國2μm激光晶體的水平已達到國際水平,應大力開發生産這種激光晶體。

(4)、在磁緻伸縮合金Terfenol-D中,也可以加入少量的钬,從而降低合金飽和磁化所需的外場。

(5)、另外用摻钬的光纖可以制作光纖激光器、光纖放大器、光纖傳感器等等光通訊器件在光纖通信迅猛的今天将發揮更重要的作用。

钬激光

钬激光碎石技術:醫用钬激光碎石,它适用于體外沖擊波碎石法無法碎解的、堅硬的腎結石、輸尿管結石和膀胱結石。醫用钬激光碎石時,醫用钬激光的纖細光纖借助膀胱鏡和輸尿管軟鏡通過尿道、輸尿管直抵膀胱結石、輸尿管結石和腎結石部位,然後由泌尿外科專家操縱钬激光将結石擊碎。這種治療方法的優點是可以解決輸尿管結石、膀胱結石和絕大部分的腎結石。其缺點是對于部分腎上盞和腎下盞的結石,由于從輸尿管進入的钬激光光纖無法抵達結石部位,會有少量結石殘留。

钬激光是以钇鋁石榴石(YAG)為激活媒質,摻敏化離子鉻(Cr)、傳能離子铥(Tm)、激活離子钬(Ho)的激光晶體(Cr:Tm:Ho:YAG)制成的脈沖固體激光裝置産生的新型激光。可應用于泌尿外科、五官科、皮膚科、婦科等科室手術。該激光手術為無創或微創手術,病人的治療痛苦非常小。

貯存方法

儲存于陰涼、通風的庫房。遠離火種、熱源。應與氧化劑、酸類、鹵素等分開存放,切忌混儲。采用防爆型照明、通風設施。禁止使用易産生火花的機械設備和工具。儲區應備有合适的材料收容洩漏物。

毒理性

細胞毒性

硝酸钬的毒性在細胞和亞細胞水平上很容易被檢測到。有研究表明,當用濃度高于4mg/L硝酸钬處理蠶豆根尖時。即能引起根尖質地變硬、顔色變黑、生長減慢、細胞分裂指數下降等現象,而且随着劑量的增加或染毒時間的延長,根尖細胞受損傷的程度呈加重趨勢。在細胞壓片中還觀察到,細胞核凝縮、深染,核質顆粒減少,核仁、核質不清晰,細胞聚集成塊。組織纖維化漸重等現象。在動物的體内試驗中也出現了類似的結果,當用劑量>20mg/kg體重的硝酸钬處理小鼠時,發現硝酸钬能夠抑制骨髓細胞的增殖。另外,在顯微鏡下還可觀察到淋巴細胞核凝縮、深染、碎裂、染色質邊集、外突、内陷等異常現象,而且伴随着劑量的增加核異常的程度和比例呈現上升趨勢。所有這些表明,硝酸钬對細胞具有一定的毒性作用,這與镧、铈、铒其他14種稀土元素毒性報道一緻。

生化毒性

動物的實驗發現,在一定劑量作用下硝酸钬具有提高超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)的活性,可以清除多餘的超氧陰離子自由基(O2-·)及抑制脂質過氧化。當對小鼠注射了低劑量(10-40mg/kg體重)的硝酸钬,小鼠肝髒中的SOD、POD、CAT的活性升高,當劑量達到80、160mg/kg體重時,3種抗氧化酶的活性都受到了抑制。說明低劑量的钬可以減少自由基對生物大分子和細胞的氧化損傷,但高劑量的钬卻使抗氧化酶活性下降,從而使自由基在機體内積累,破壞了細胞結構和功能,導緻突變發生,說明钬在高劑量下又具有一定的緻突變作用。

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