Кіріспе

Холмий – химиялық элемент, символы Ho, атомдық нөмірі 67. Ол сирек кездесетін элемент және лантаноидтар қатарының он бірінші мүшесі. Холмий салыстырмалы түрде жұмсақ, күміс түсті, жақсы коррозияға төзімді және иілгіш металл. Көптеген басқа лантаноидтар сияқты, хольмий табиғи күйінде кездеспейді, өйткені таза хольмий ауамен әрекеттескенде баяу сары түсті оксид қабатын түзетін өте реактивті. Оқшауланған кезде хольмий бөлме температурасында құрғақ ауада салыстырмалы түрде тұрақты болады. Дегенмен, ол сумен әрекеттесіп, тез тотығады, ал қыздырғанда ауада жануы мүмкін. Табиғатта хольмий басқа сирек кездесетін металдармен (тулий сияқты) бірге кездеседі. Холмий Жер қыртысында миллионға 1,4 бөлігін құрайтын өте сирек лантаноид, бұл көрсеткіш вольфрамға ұқсас. Холмийді швед химигі Пер Теодор Клив оқшаулау арқылы ашқан. Оны Жаку Луи Сорет және Марк Делафонтен де тәуелсіз түрде ашқан, олар 1878 жылы оны спектроскопиялық әдіспен байқаған. Оның оксиді алғаш рет 1878 жылы Клив сирек кездесетін кендерден оқшауланған. Элементтің аты Стокгольм қаласының латынша атауы Холмиядан алынған. Көптеген басқа лантаноидтар сияқты, хольмий монозайт және гадолинит минералдарында кездеседі және әдетте ион алмасу әдістерін қолдана отырып, монозайттан коммерциялық түрде өндіріледі. Табиғаттағы және зертханалық химиядағы оның қосылыстары үш валентті, Ho(III) иондарын қамтиды. Үш валентті хольмий иондары көптеген басқа сирек кездесетін жер иондарына ұқсас флуоресценттік қасиеттерге ие (бірақ өзінің ерекше сәуле шығару спектрлік сызықтарын береді), сондықтан олар кейбір лазерлерде және шыны бояуларында басқа сирек кездесетін жерлер сияқты қолданылады. Холмийдің магниттік өткізгіштігі және магниттік қанықтығы кез келген элементтің ең жоғары деңгейіне ие, сондықтан ол ең күшті тұрақты магниттердің полюстері үшін қолданылады. Холмий нейтрондарды күшті жұтатындықтан, ол ядролық реакторлардағы нейтрондық у ретінде де қолданылады.

Қасиеттері

Холмий – лантаноидтар қатарының он бірінші мүшесі. Периодтық кестеде ол 6-шы қатарда, сол жағындағы диспрозий мен оң жағындағы эрбий лантаноидтарының арасында және актинид эйнштейнийдің төменінде орналасқан.

Тотықтандыру күйлері

Көптеген лантаноидтердегідей, гольмий көбінесе +3 тотығу күйінде кездеседі, мысалы, гольмий(III) фториді (HoF3) және гольмий(III) хлориді (HoCl3) сияқты қосылыстарды жасайды. Ерітіндідегі гольмий тоғыз су молекуласымен қоршалған Ho3+ ионы түрінде болады. Гольмий қышқылдарда ериді. Дегенмен, гольмий +2, +1 және 0 тотығу күйінде де табылуы мүмкін.

Изотоптар

Холмийдің изотоптары 140Ho мен 175Ho аралығында болады. Ең көп таралған тұрақты изотоп – 165Ho-дан бұрынғы негізгі ыдырау түрі – позитрондық эмиссия, ал одан кейінгі негізгі түрі – бета-минус ыдырау. 165Ho-дан бұрынғы негізгі ыдырау өнімдері – тербий және диспрозий изотоптары, ал одан кейінгі негізгі өнімдер – эрбий изотоптары. 35 синтетикалық радиоактивті изотоптың ішіндегі ең тұрақтысы – Холмий 163 (163Ho), оның жартылай ыдырау мерзімі 4570 жыл. Қалған радиоизотоптардың барлығының жартылай ыдырау мерзімі 1,117 күннен аспайды, ең ұзағы – Холмий 166 (166Ho), оның жартылай ыдырау мерзімі 26,83 сағат, ал көпшілігі 3 сағаттан кем. 166m1Ho-ның жартылай ыдырау мерзімі шамамен 1200 жылды құрайды. Метастабильді күйден деэкситацияланғанда пайда болатын ыдырау гамма-сәулелерінің аса бай спектрін тудыратын жоғары қозу энергиясы осы изотопты гамма-сәулелік спектрометрлерді калибрлеу үшін пайдалы етеді.

Оксидтер мен халкогенидтер

Холмий(III) оксиді – гольмийдің жалғыз оксиді. Ол жарық жағдайына байланысты түсін өзгертеді. Күндіз ол сары түсті болады. Трихроматикалық жарықта ол қызғылт-қызыл түсті болып көрінеді, бірдей жарық жағдайында ербий оксидінен ажырату қиын. Түс өзгеруі қызыл фосфор ретінде әрекет ететін үш валентті гольмий иондарының өткір эмиссиялық сызықтарымен байланысты. Холмий(III) оксиді суық катодты люминесцентті шамда қызғылт түсті көрінеді. Гольмий үшін басқа халькогенидтер де белгілі. Гольмий(III) сульфиді моноклиндық кристалл жүйесінде сары-қызыл кристаллдар түзеді. Жоғары қысымда гольмий(III) сульфиді кубтық және орторомбтық кристалл жүйелерінде пайда болуы мүмкін. Ол гольмий(III) оксиді мен күкірттегінің әрекеттесуінен алынады. Гольмий(III) селениді де белгілі. Ол 6 К төмен температурада антиферромагниттік қасиет көрсетеді.

Галоидтар

Холмийдің барлық төрт трихалиді белгілі. Холмий(III) фториді – хольмий(III) оксиді мен аммоний фторидін реакцияға келтіріп, содан кейін ерітіндіде түзілген аммоний тұзынан кристалдау арқылы алынатын сары түсті ұнтақ. Холмий(III) хлориді де осыған ұқсас жолмен, аммоний фторидінің орнына аммоний хлоридін пайдаланып дайындалуы мүмкін. Ол қатты күйде YCl3 қабатты құрылымына ие. Бұл қосылыстармен қатар, гольмий(III) бромиді мен гольмий(III) йодиді элементтердің тікелей әрекеттесуі арқылы алуға болады:

Органохолмий қосылыстары

Органохолмий қосылыстары басқа лантаноидтарға өте ұқсас, себебі олардың бәрі π кері байланысуға қабілетсіз. Сондықтан олар көбінесе иондық циклопентадиенидтермен (лантанмен изоструктуралық) және σ-байланысты қарапайым алкилдермен және арилдермен шектеледі, олардың кейбіреулері полимерлі болуы мүмкін.

Тарих

Холмий (Holmia, Стокгольмнің латынша атауы) 1878 жылы швейцариялық химиктер Жак Луи Сорет және Марк Делафонтен ашқан. Олар сол кездегі белгісіз элементтің (олар оны "Элемент Х" деп атады) қалыптан тыс спектрографиялық эмиссия спектрін байқаған. Швед химигі Пер Теодор Клив ербий топырағы (эрбий оксиді) үстінде жұмыс істеп жүргенде бұл элементті тәуелсіз түрде ашқан. Ол жаңа элементті алғашқы рет бөліп алған. Швед химигі Карл Густав Мосандер әзірлеген әдіс қолданып, Клив ербийден барлық белгілі қоспаларды жойды. Осы жұмыстың нәтижесінде екі жаңа материал пайда болды: біреуі қоңыр, екіншісі жасыл. Ол қоңыр затты холмия (Клевтің туған қаласы Стокгольмнің латынша атауымен) және жасыл затты тюлия деп атады. Кейіннен холмия – холмий оксиді, ал тюлия – тулий оксиді екені анықталды.

Өрлеу және өндіріс

Барлық басқа сирек кездесетін элементтер сияқты, гольмий де табиғатта еркін элемент түрінде кездеспейді. Ол гадолинит, моназит және басқа сирек кездесетін минералдарда басқа элементтермен бірігіп табылады. Гольмийге басымдық беретін минерал әлі табылған жоқ. Басты кен өндіру аймақтары – Қытай, АҚШ, Бразилия, Үндістан, Шри-Ланка және Австралия, гольмий қоры 400 000 тоннаға бағаланады. Гольмий Жер қабығының массасының миллионнан 1,3 бөлігін құрайды. Топырақта миллионнан 1 бөлігі, теңіз суында квадриллионнан 400 бөлігі кездеседі, ал Жер атмосферасында іс жүзінде жоқ, бұл лантаноид үшін өте сирек жағдай. Ол ғаламның массасының триллионнан 500 бөлігін құрайды. Гольмий коммерциялық түрде ион алмасу арқылы моназиттік құмнан (0,05% гольмий) өндіріледі, бірақ оны басқа сирек кездесетін элементтерден бөліп алу әлі де қиын. Элемент оның сусыз хлоридін немесе фторидін металл кальциймен тотықтыру арқылы бөліп алынады. Гольмий сирек металл үшін салыстырмалы түрде арзан, бағасы шамамен 1000 АҚШ доллары/кг.

Қолданбалар

Холмий оксиді және холмий оксидінің ерітінділері бар шыны (әдетте перхлор қышқылында) 200-900 нм спектрлік диапазонда өткір оптикалық сіңіру шыңдарына ие. Сондықтан олар оптикалық спектрофотометрлерді калибрлеу стандарты ретінде қолданылады. Радиоактивті, бірақ ұзақ өмір сүретін 166m1Ho гамма сәулелерінің спектрометрлерін калибрлеуде қолданылады. Холмий жоғары күшті магниттерге магниттік полюс бөлігі ретінде (магниттік ағынды концентратор деп те аталады) орналастырылған кезде жасалған ең күшті магнит өрістерін жасау үшін қолданылады. Холмий кейбір тұрақты магниттерді өндіруде де қолданылады. Холмиймен қоспаланған иттрий темір гранаты (YIG) және иттрий литий фториді қатты күйдегі лазерлерде қолданылады, ал Ho YIG оптикалық оқшаулағыштарда және микротолқынды жабдықтарда (мысалы, YIG сфераларында) қолданылады. Холмий лазерлері 2,1 микрометрлік сәуле шығарады. Олар медицинада, стоматологияда және оптикалық талшықтарда қолданылады. Сонымен қатар, оны простатаның энуклеациясында қолдану қарастырылуда. Холмий ядролық бөлінуден пайда болған нейтрондарды сіңіре алатынына байланысты, ол ядролық реакторларды реттеу үшін «жанғыш улы зат» ретінде қолданылады, сондай-ақ шыныға сары-қызғылт түс береді. 2017 жылдың наурызында IBM магний оксидінің үстіне орналасқан бір холмий атомында бір бит ақпаратты сақтау әдісін жасағанын хабарлады. Жеткілікті кванттық және классикалық басқару техникалары болған жағдайда, холмий кванттық компьютерлер жасау үшін жақсы кандидат болуы мүмкін.

Биологиялық рөлі және сақтық шаралары

Холмий адам организмінде биологиялық рөл атқармайды, бірақ оның тұздары метаболизмді ынталандыра алады. Адамдар әдетте жылына шамамен 1 миллиграмм хольмий тұтынады. Өсімдіктер топырақтан хольмийді оңай сіңіре алмайды. Кейбір көкөністердің хольмий құрамы өлшенді, ол 100 триллионнан бір бөлікке тең болды. Хольмий және оның суда еритін тұздары жұтылғанда аз дәрежеде улы, ал суда ермейтін хольмий тұздары улы емес. Хольмийдің металл түрі шаң күйінде өрт және жарылыс қаупін тудырады. Хольмий тұздарының көп мөлшері тыныс алғанда, ауыз арқылы ішкенде немесе инъекция жасағанда ауыр зақым келтіруі мүмкін. Хольмийдің ұзақ мерзімді биологиялық әсері белгісіз. Хольмийдің жедел уыттылығы төмен.