El holmio es un elemento químico ; tiene símbolo Ho y número atómico 67. Es un elemento de tierras raras y el undécimo miembro de la serie de los lantánidos . Es un metal relativamente blando, plateado, bastante resistente a la corrosión y maleable . Como muchos otros lantánidos, el holmio es demasiado reactivo para encontrarse en su forma nativa, ya que el holmio puro forma lentamente una capa de óxido amarillento cuando se expone al aire. Cuando se aísla, el holmio es relativamente estable en aire seco a temperatura ambiente. Sin embargo, reacciona con el agua y se corroe fácilmente, y también arde en el aire cuando se calienta.
En la naturaleza, el holmio se encuentra junto con otros metales de tierras raras (como el tulio ). Es un lantánido relativamente raro, que constituye 1,4 partes por millón de la corteza terrestre , una abundancia similar a la del tungsteno . El holmio fue descubierto mediante aislamiento por el químico sueco Per Theodor Cleve . También fue descubierto de forma independiente por Jacques-Louis Soret y Marc Delafontaine , quienes juntos lo observaron espectroscópicamente en 1878. Su óxido fue aislado por primera vez de minerales de tierras raras por Cleve en 1878. El nombre del elemento proviene de Holmia , el nombre latino de la ciudad. de Estocolmo . [5] [6] [7]
Como muchos otros lantánidos , el holmio se encuentra en los minerales monacita y gadolinita y generalmente se extrae comercialmente de la monacita mediante técnicas de intercambio iónico . Sus compuestos en la naturaleza y en casi toda su química de laboratorio están oxidados trivalentemente y contienen iones Ho (III) . Los iones de holmio trivalentes tienen propiedades fluorescentes similares a muchos otros iones de tierras raras (aunque producen su propio conjunto de líneas de luz de emisión únicas ) y, por lo tanto, se utilizan de la misma manera que otras tierras raras en ciertas aplicaciones de láser y colorantes de vidrio.
El holmio tiene la permeabilidad magnética y la saturación magnética más altas de cualquier elemento y, por lo tanto, se utiliza para las piezas polares de los imanes estáticos más fuertes . Como el holmio absorbe fuertemente los neutrones , también se utiliza como veneno combustible en los reactores nucleares .
El holmio es el undécimo miembro de la serie de los lantánidos . En la tabla periódica aparece en el período 6 , entre los lantánidos disprosio a su izquierda y el erbio a su derecha, y encima del actínido einstenio .
Con un punto de ebullición de 3000 K (2730 °C), el holmio es el sexto lantánido más volátil después del iterbio , europio , samario , tulio y disprosio . A temperatura y presión estándar, el holmio, como muchos de la segunda mitad de los lantánidos, normalmente asume una estructura hexagonal compacta (hcp) . [8] Sus 67 electrones están dispuestos en la configuración [Xe] 4f 11 6s 2 , de modo que tiene trece electrones de valencia que llenan las subcapas 4f y 6s. [ cita necesaria ]
El holmio, como todos los lantánidos, es paramagnético a temperatura y presión estándar. [9] Sin embargo, el holmio es ferromagnético a temperaturas inferiores a 19 K (-254,2 °C; -425,5 °F). [10] Tiene el momento magnético más alto (10,6 μ B ) de cualquier elemento natural [11] y posee otras propiedades magnéticas inusuales. Cuando se combina con itrio , forma compuestos altamente magnéticos . [12]
El metal holmio se empaña lentamente en el aire, formando una capa de óxido amarillento que tiene una apariencia similar a la del óxido de hierro . Se quema fácilmente para formar óxido de holmio (III) : [13]
Es un elemento relativamente blando y maleable que es bastante resistente a la corrosión y químicamente estable en aire seco a temperatura y presión estándar . Sin embargo, en aire húmedo y a temperaturas más altas se oxida rápidamente formando un óxido amarillento. [14] En su forma pura, el holmio posee un brillo plateado brillante y metálico.
El holmio es bastante electropositivo: en la escala de electronegatividad de Pauling , tiene una electronegatividad de 1,23. [15] Generalmente es trivalente. Reacciona lentamente con agua fría y rápidamente con agua caliente para formar hidróxido de holmio (III): [16]
El holmio metálico reacciona con todos los halógenos estables : [17]
El holmio se disuelve fácilmente en ácido sulfúrico diluido para formar soluciones que contienen iones amarillos Ho (III), que existen como complejos [Ho (OH 2 ) 9 ] 3+ : [17]
Como ocurre con muchos lantánidos, el holmio generalmente se encuentra en el estado de oxidación +3 , formando compuestos como el fluoruro de holmio (III) (HoF 3 ) y el cloruro de holmio (III) (HoCl 3 ). El holmio en solución se encuentra en forma de Ho 3+ rodeado por nueve moléculas de agua. El holmio se disuelve en ácidos . [11] Sin embargo, el holmio también existe en los estados de oxidación +2, +1 y 0. [ cita necesaria ]
Los isótopos del holmio oscilan entre 140 Ho y 175 Ho. El modo de desintegración primario antes del isótopo estable más abundante , 165 Ho, es la emisión de positrones , y el modo primario posterior es la desintegración beta menos . Los productos primarios de desintegración antes de 165 Ho son los isótopos de terbio y disprosio , y los productos primarios posteriores son los isótopos de erbio . [18]
El holmio natural consta de un isótopo primordial , el holmio-165; [11] es el único isótopo de holmio que se cree que es estable, aunque se predice que sufrirá desintegración alfa hasta terbio-161 con una vida media muy larga. [19] De los 35 isótopos radiactivos sintéticos que se conocen, el más estable es el holmio-163 ( 163 Ho), con una vida media de 4570 años. [20] Todos los demás radioisótopos tienen vidas medias en el estado fundamental no superiores a 1,117 días; el más largo, el holmio-166 ( 166 Ho), tiene una vida media de 26,83 horas, [21] y la mayoría tiene vidas medias inferiores a 3 horas.
166m1 Ho tiene una vida media de alrededor de 1200 años. [22] La alta energía de excitación, que da como resultado un espectro particularmente rico de rayos gamma de desintegración producidos cuando el estado metaestable se desexcita, hace que este isótopo sea útil como medio para calibrar espectrómetros de rayos gamma . [23]
_oxide.jpg/1280px-Holmium(III)_oxide.jpg)
El óxido de holmio (III) es el único óxido de holmio. Cambia de color dependiendo de las condiciones de iluminación. A la luz del día tiene un color amarillento. Bajo luz tricromática , aparece de color rojo anaranjado, casi indistinguible de la apariencia del óxido de erbio en las mismas condiciones de iluminación. [24] El cambio de color está relacionado con las nítidas líneas de emisión de iones de holmio trivalentes que actúan como fósforos rojos. [25] El óxido de holmio (III) aparece de color rosa bajo una lámpara fluorescente de cátodo frío.
Otros calcogenuros son conocidos por el holmio. El sulfuro de holmio (III) tiene cristales de color amarillo anaranjado en el sistema cristalino monoclínico , [18] con el grupo espacial P 2 1 / m (No. 11). [26] Bajo alta presión, se puede formar sulfuro de holmio (III) en los sistemas cristalinos cúbicos y ortorrómbicos . [27] Se puede obtener mediante la reacción de óxido de holmio (III) y sulfuro de hidrógeno a 1.598 K (1.325 °C; 2.417 °F). [28] También se conoce el seleniuro de holmio (III). Es antiferromagnético por debajo de 6 K. [29]
Se conocen los cuatro trihaluros de holmio. El fluoruro de holmio (III) es un polvo amarillento que se puede producir haciendo reaccionar óxido de holmio (III) y fluoruro de amonio y luego cristalizándolo a partir de la sal de amonio formada en solución. [30] El cloruro de holmio (III) se puede preparar de manera similar, con cloruro de amonio en lugar de fluoruro de amonio. [31] Tiene la estructura de capas YCl 3 en estado sólido. [32] Estos compuestos, así como el bromuro de holmio (III) y el yoduro de holmio (III), se pueden obtener mediante reacción directa de los elementos: [17]
Además, el yoduro de holmio (III) se puede obtener mediante la reacción directa del yoduro de holmio y mercurio (II) , eliminando luego el mercurio por destilación . [33]
Los compuestos de organoholmio son muy similares a los de otros lantánidos , ya que todos comparten la incapacidad de sufrir enlaces π . Por lo tanto, están restringidos en su mayoría a los ciclopentadienuros , en su mayoría iónicos ( isoestructurales con los del lantano) y a los alquilos y arilos simples con enlaces σ , algunos de los cuales pueden ser poliméricos . [34]
El holmio ( Holmia , nombre latino de Estocolmo ) fue descubierto por los químicos suizos Jacques-Louis Soret y Marc Delafontaine en 1878, quienes notaron el aberrante espectro de emisión espectrográfica del entonces desconocido elemento (lo llamaron "Elemento X"). [35] [36]
El químico sueco Per Teodor Cleve también descubrió el elemento de forma independiente mientras trabajaba en tierra de erbia ( óxido de erbio ). Fue el primero en aislar el nuevo elemento. [6] [5] [37] Utilizando el método desarrollado por el químico sueco Carl Gustaf Mosander , Cleve eliminó primero todos los contaminantes conocidos de erbia. 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 la holmia era óxido de holmio y la tulia era óxido de tulio . [38]
En el clásico artículo del físico inglés Henry Moseley sobre números atómicos , al holmio se le asignó el valor 66. La preparación de holmio que le habían dado para investigar era impura, dominada por el vecino (en ese momento no descubierto) disprosio. Habría visto líneas de emisión de rayos X para ambos elementos, pero supuso que las dominantes pertenecían al holmio, en lugar de a la impureza del disprosio. [39]
Como todos los demás elementos de tierras raras , el holmio no se encuentra naturalmente como elemento libre . Se presenta combinado con otros elementos en gadolinita, monacita y otros minerales de tierras raras. Aún no se ha encontrado ningún mineral con predominio de holmio. Las principales zonas mineras son China, Estados Unidos, Brasil, India, Sri Lanka y Australia, con reservas de holmio estimadas en 400.000 toneladas. [38] La producción anual de holmio metálico es de unas 10 toneladas al año. [40]
El holmio constituye 1,4 partes por millón de la corteza terrestre en masa. Esto lo convierte en el 56º elemento más abundante en la corteza terrestre. El holmio constituye 1 parte por millón de los suelos , 400 partes por cuatrillón del agua de mar y casi nada de la atmósfera de la Tierra , lo cual es muy raro para un lantánido. [38] Constituye 500 partes por billón del universo en masa. [41]
El holmio se extrae comercialmente mediante intercambio iónico de arena de monacita (0,05% de holmio), pero todavía es difícil de separar de otras tierras raras. El elemento ha sido aislado mediante la reducción de su cloruro o fluoruro anhidro con calcio metálico . [18] Su abundancia estimada en la corteza terrestre es de 1,3 mg/kg. El holmio obedece la regla de Oddo-Harkins : como elemento impar, es menos abundante que el disprosio y el erbio. Sin embargo, es el más abundante de los lantánidos pesados impares . De los lantánidos, sólo el prometio , el tulio , el lutecio y el terbio son menos abundantes en la Tierra. La principal fuente de corriente son algunas de las arcillas de adsorción de iones del sur de China. Algunos de ellos tienen una composición de tierras raras similar a la que se encuentra en la xenotima o la gadolinita. El itrio constituye aproximadamente dos tercios del total en masa; el holmio ronda el 1,5%. [42] El holmio es relativamente barato para ser un metal de tierras raras y su precio ronda los 1.000 USD /kg. [43]
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 tanto, se utilizan como estándar de calibración para espectrofotómetros ópticos . [44] [45] [46] El 166m1 Ho , radiactivo pero de larga vida, se utiliza en la calibración de espectrómetros de rayos gamma . [47]
El holmio se utiliza para crear los campos magnéticos generados artificialmente más fuertes , cuando se coloca dentro de imanes de alta resistencia como una pieza polar magnética (también llamado concentrador de flujo magnético). [48] El holmio también se utiliza en la fabricación de algunos imanes permanentes .
El granate de itrio y hierro (YIG) dopado con holmio y el fluoruro de itrio y litio tienen aplicaciones en láseres de estado sólido , y el Ho-YIG tiene aplicaciones en aisladores ópticos y en equipos de microondas (p. ej., esferas YIG ). Los láseres de holmio emiten a 2,1 micrómetros. [49] Se utilizan en aplicaciones médicas, dentales y de fibra óptica . [12] También se está considerando su uso en la enucleación de la próstata . [50]
Dado que el holmio puede absorber neutrones generados por fisión nuclear , se utiliza como veneno combustible para regular los reactores nucleares. [38] Se utiliza como colorante para la circona cúbica , proporcionando una coloración rosa, [51] y para el vidrio , proporcionando una coloración amarillo-naranja. [52] En marzo de 2017, IBM anunció que había desarrollado una técnica para almacenar un bit de datos en un solo átomo de holmio colocado sobre un lecho de óxido de magnesio . [53] Con suficientes técnicas de control cuánticas y clásicas, el holmio puede ser un buen candidato para fabricar computadoras cuánticas . [54]
El holmio no desempeña ningún papel biológico en los seres humanos , pero sus sales pueden estimular el metabolismo . [18] Los seres humanos suelen consumir alrededor de un miligramo de holmio al año. Las plantas no absorben fácilmente el holmio del suelo. Se midió el contenido de holmio de algunas verduras y fue de 100 partes por billón. [55] El holmio y sus sales solubles son ligeramente tóxicos si se ingieren, pero las sales de holmio insolubles no son tóxicas . El holmio metálico en forma de polvo presenta peligro de incendio y explosión. [56] [57] [58] Grandes cantidades de sales de holmio pueden causar daños graves si se inhalan , se consumen por vía oral o se inyectan . Se desconocen los efectos biológicos del holmio durante un largo período de tiempo. El holmio tiene un bajo nivel de toxicidad aguda . [59]
{{cite journal}}: Mantenimiento CS1: DOI inactivo a partir de enero de 2024 ( enlace ){{cite web}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace ){{cite book}}: Mantenimiento CS1: otros ( enlace ){{cite web}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace ){{cite book}}: Mantenimiento CS1: otros ( enlace )