El óxido de holmio (III) , u óxido de holmio, es un compuesto químico de un 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 paramagnéticas más potentes que se conocen. El óxido, también llamado holmia , se presenta como un componente del mineral de óxido de erbio relacionado llamado erbia . Normalmente, 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 en la fabricación de gafas de colores especiales . El vidrio que contiene óxido de holmio y soluciones de óxido de holmio tiene una serie de picos de absorción óptica agudos en el rango espectral visible . Por lo tanto, se utilizan tradicionalmente como estándar de calibración conveniente para espectrofotómetros ópticos .
El óxido de holmio tiene algunos cambios de color bastante dramáticos según las condiciones de iluminación. A la luz del día, es de un color amarillo bronceado. Bajo luz tricromática, es de un rojo anaranjado intenso, casi indistinguible del aspecto del óxido de erbio bajo esta misma iluminación. Esto está relacionado con las marcadas bandas de emisión de los fósforos. [2] El óxido de holmio tiene una banda prohibida amplia de 5,3 eV [1] y, por lo tanto, debería aparecer incoloro. El color amarillo se origina por abundantes defectos de la red (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 gran constante de red de 1,06 nm. Esta estructura es característica de los óxidos de elementos pesados de tierras raras, 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 del 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 produce 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 aberrantes bandas de absorción espectrográfica del entonces desconocido elemento (lo llamaron "Elemento X"). [6] [7] Más tarde, en 1878, Per Teodor Cleve descubrió de forma independiente el elemento mientras trabajaba en tierra de erbia ( óxido de erbio ). [8] [9]
Cleve eliminó primero todos los contaminantes conocidos de la erbia utilizando el método desarrollado por Carl Gustaf Mosander . El resultado de ese esfuerzo fueron dos nuevos materiales, uno marrón y otro verde. Llamó a la sustancia marrón holmia (por el nombre latino de la ciudad natal de Cleve, Estocolmo) y a la verde thulia. Más tarde se descubrió que Holmia era óxido de holmio y thulia era óxido de tulio . [10]
El óxido de holmio se encuentra en pequeñas cantidades en los minerales gadolinita , monacita y en otros minerales de tierras raras . El holmio metálico se oxida fácilmente en el aire; por tanto, la presencia de holmio en la naturaleza es sinónimo de la de holmia. Con una abundancia de 1,4 mg/kg, el holmio es el 56º elemento más abundante. [10] Las principales zonas mineras son China , Estados Unidos , Brasil , India , Sri Lanka y Australia con reservas de óxido de holmio estimadas en 400.000 toneladas. [10]
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 hasta un pH de 3-4. El torio precipita de la solución en forma de hidróxido y se elimina. Después de eso, la solución se trata con oxalato de amonio para convertir las tierras raras en 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 eficaz 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 cúpricos presentes en la resina. A continuación, los iones de tierras raras se eliminan selectivamente mediante un agente complejante adecuado, como por ejemplo citrato de amonio o nitrilotriacetato. [4]
El óxido de holmio es uno de los colorantes utilizados para la circona cúbica y el vidrio , proporcionando coloración amarilla o roja. [11] El vidrio que contiene óxido de holmio y soluciones de óxido de holmio (generalmente en ácido perclórico ) tiene picos de absorción óptica agudos en el rango espectral de 200 a 900 nm. Por lo tanto, se utilizan como estándar de calibración para espectrofotómetros ópticos [12] [13] y están disponibles comercialmente. [14] Como la mayoría de los otros óxidos de elementos de tierras raras, el óxido de holmio se utiliza como catalizador especial , fósforo y material láser . El láser de holmio funciona 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, lidares , mediciones de la velocidad del viento y monitoreo de la atmósfera. [15]
El óxido de holmio (III), en comparación con muchos otros compuestos, no es muy peligroso, aunque la sobreexposición repetida puede provocar granuloma y hemoglobinemia . Tiene baja toxicidad oral, dérmica y por inhalación y no es irritante. La dosis letal media oral aguda (DL50 ) es superior a 1 g por kilogramo de peso corporal. [dieciséis]