El óxido de holmio (III) , u óxido de holmio , es un compuesto químico del elemento de tierras raras holmio y oxígeno con la fórmula Ho 2 O 3 . Junto con el óxido de disprosio (III) (Dy 2 O 3 ), el óxido de holmio es una de las sustancias más poderosamente paramagnéticas conocidas. El óxido, también llamado holmia , se presenta como un componente del mineral de óxido de erbio relacionado llamado erbia . Por lo general, los óxidos de los lantánidos trivalentes coexisten en la naturaleza, y la separación de estos componentes requiere métodos especializados. El óxido de holmio se utiliza para fabricar vidrios de colores especiales . El vidrio que contiene óxido de holmio y soluciones de óxido de holmio tienen una serie de picos de absorción óptica agudos en el rango espectral visible . Por lo tanto, se utilizan tradicionalmente como un estándar de calibración conveniente para espectrofotómetros ópticos .
El óxido de holmio presenta algunos cambios de color bastante dramáticos según las condiciones de iluminación. A la luz del día, es de un color amarillo tostado. Bajo luz tricromática, es de un rojo anaranjado intenso, casi indistinguible del óxido de erbio bajo esta misma iluminación. Esto está relacionado con las bandas de emisión nítidas de los fósforos. [2] El óxido de holmio tiene una brecha de banda amplia de 5,3 eV [1] y, por lo tanto, debería parecer incoloro. El color amarillo se origina a partir de abundantes defectos reticulares (como vacantes de oxígeno) y está relacionado con transiciones internas en los iones Ho 3+ . [2]
El óxido de holmio tiene una estructura de bixbyita cúbica , aunque bastante compleja , con muchos átomos por celda unitaria y una constante reticular grande de 1,06 nm. Esta estructura es característica de los óxidos de elementos de tierras raras pesados, como Tb 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Er 2 O 3 , Tm 2 O 3 , Yb 2 O 3 y Lu 2 O 3 . El coeficiente de expansión térmica de Ho 2 O 3 también es relativamente grande, 7,4 ×10 −6 /°C. [3]
El tratamiento del óxido de holmio con cloruro de hidrógeno o con cloruro de amonio proporciona el cloruro de holmio correspondiente : [4]
El óxido de holmio (III) también puede reaccionar con sulfuro de hidrógeno para formar sulfuro de holmio (III) a altas temperaturas. [5]
El holmio ( Holmia , nombre latino de Estocolmo ) fue descubierto por Marc Delafontaine y Jacques-Louis Soret en 1878, quienes notaron las bandas de absorción espectrográfica aberrantes del elemento entonces desconocido (lo llamaron "Elemento X"). [6] [7] Más tarde, en 1878, Per Teodor Cleve descubrió el elemento de forma independiente mientras trabajaba en tierra de erbio ( óxido de erbio ). [8] [9]
Cleve utilizó el método desarrollado por Carl Gustaf Mosander para eliminar todos los contaminantes conocidos de la erbia. El resultado de ese esfuerzo fueron dos nuevos materiales, uno marrón y otro verde. A la sustancia marrón la llamó holmia (por el nombre en latín de la ciudad natal de Cleve, Estocolmo) y a la verde thulia. Más tarde se descubrió que la holmia era óxido de holmio y que la thulia era óxido de tulio . [10]
El holmio se oxida fácilmente en el aire, por lo que su presencia en la naturaleza es sinónimo de holmia. El óxido de holmio se encuentra en cantidades mínimas en los minerales gadolinita , monacita y otros minerales de tierras raras .
Un proceso típico de extracción de óxido de holmio se puede simplificar de la siguiente manera: las mezclas minerales se trituran y muelen. La monacita, debido a sus propiedades magnéticas, se puede separar mediante separación electromagnética repetida. Después de la separación, se trata con ácido sulfúrico concentrado caliente para producir sulfatos solubles en agua de varios elementos de tierras raras. Los filtrados ácidos se neutralizan parcialmente con hidróxido de sodio a pH 3-4. El torio precipita de la solución como hidróxido y se elimina. Después de eso, la solución se trata con oxalato de amonio para convertir las tierras raras en sus oxalatos insolubles . Los oxalatos se convierten en óxidos mediante recocido. Los óxidos se disuelven en ácido nítrico que excluye uno de los componentes principales, el cerio , cuyo óxido es insoluble en HNO 3 .
La rutina de separación más eficiente para el óxido de holmio de las tierras raras es el intercambio iónico . En este proceso, los iones de tierras raras se adsorben en una resina de intercambio iónico adecuada mediante intercambio con iones de hidrógeno, amonio o cúprico presentes en la resina. Luego, los iones de tierras raras se eliminan selectivamente mediante un agente complejante adecuado, como citrato de amonio o nitrilotriacetato. [4]
El óxido de holmio es uno de los colorantes utilizados para la zirconia cúbica y el vidrio , proporcionando una coloración amarilla o roja. [11] El vidrio que contiene óxido de holmio y soluciones de óxido de holmio (generalmente en ácido perclórico ) tienen picos de absorción óptica agudos en el rango espectral de 200-900 nm. Por lo tanto, se utilizan como un estándar de calibración para espectrofotómetros ópticos [12] [13] y están disponibles comercialmente. [14] Como la mayoría de los demás óxidos de elementos de tierras raras, el óxido de holmio se utiliza como catalizador especial , fósforo y material láser . El láser de holmio opera a una longitud de onda de aproximadamente 2,08 micrómetros, ya sea en régimen pulsado o continuo. Este láser es seguro para los ojos y se utiliza en medicina, lidars , mediciones de la velocidad del viento y monitoreo de la atmósfera. [15]
El óxido de holmio (III) no es muy peligroso en comparación con muchos otros compuestos, aunque la sobreexposición repetida puede causar granulomas y hemoglobinemia . Tiene baja toxicidad oral, dérmica e inhalatoria y no es irritante. La dosis letal media oral aguda ( DL50 ) es superior a 1 g por kilogramo de peso corporal. [16]