Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Оксид гольмия(III), или оксид гольмия – химическое соединение редкоземельного элемента гольмия и кислорода с формулой Ho2O3. Вместе с оксидом диспрозия(III) (Dy2O3), оксид гольмия является одним из наиболее сильно парамагнитных веществ, известных науке. Оксид, также называемый холмией, встречается в составе минерала оксида эрбия, известного как эрбия. Как правило, оксиды трехвалентных лантаноидов сосуществуют в природе, и для разделения этих компонентов требуются специальные методы. Оксид гольмия используется при производстве специальных цветных стекол. Стекло, содержащее оксид гольмия, и растворы оксида гольмия демонстрируют ряд четких пиков оптического поглощения в видимой области спектра. Поэтому они традиционно применяются в качестве удобного стандарта калибровки для оптических спектрофотометров.
Holmium(III) oxide, or holmium oxide is a chemical compound of the rare earth element holmium and oxygen with the formula Ho2O3. Together with dysprosium(III) oxide (Dy2O3), holmium oxide is one of the most powerfully paramagnetic substances known. The oxide, also called holmia, occurs as a component of the related erbium oxide mineral called erbia. Typically, the oxides of the trivalent lanthanides coexist in nature, and separation of these components requires specialized methods. Holmium oxide is used in making specialty colored glasses. Glass containing holmium oxide and holmium oxide solutions have a series of sharp optical absorption peaks in the visible spectral range. They are therefore traditionally used as a convenient calibration standard for optical spectrophotometers.
Внешний вид
Оксид гольмия демонстрирует довольно заметные изменения цвета в зависимости от условий освещения. При дневном свете он имеет желтовато-коричневый цвет. Под трихроматическим освещением он становится ярко-оранжево-красным, практически неотличимым от цвета оксида эрбия при том же освещении. Это связано с узкими полосами излучения люминофоров.
Holmium oxide has some fairly dramatic color changes depending on the lighting conditions. In daylight, it is a tannish yellow color. Under trichromatic light, it is a fiery orange red, almost indistinguishable from the way erbium oxide looks under this same lighting. This is related to the sharp emission bands of the phosphors.
Кристаллическая структура
Оксид гольмия имеет кубическую, но достаточно сложную биксбайтовую структуру, с большим количеством атомов в элементарной ячейке и большой постоянной решетки, равной 1,06 нм. Эта структура характерна для оксидов тяжелых редкоземельных элементов, таких как Tb2O3, Dy2O3, Er2O3, Tm2O3, Yb2O3 и Lu2O3. Коэффициент теплового расширения Ho2O3 также относительно велик и составляет 7,4 × 10−6/°C.
Holmium oxide has a cubic, yet rather complex bixbyite structure, with many atoms per unit cell and a large lattice constant of 1.06 nm. This structure is characteristic of oxides of heavy rare earth elements, such as Tb2O3, Dy2O3, Er2O3, Tm2O3, Yb2O3 and Lu2O3. The thermal expansion coefficient of Ho2O3 is also relatively large at 7.4 ×10−6/°C.
История
Холмий (Holmia, латинское название Стокгольма) был открыт Марком Делафонтеном и Жаком Луи Соре в 1878 году, которые заметили аномальные спектрографические полосы поглощения тогда неизвестного элемента (они назвали его «элементом X»). Позже, в 1878 году, Пер Теодор Клив независимо открыл этот элемент, работая с эрбиевой землей (оксидом эрбия). Используя метод, разработанный Карлом Густавом Мосандером, Клив сначала удалил все известные примеси из эрбия. Результатом этих усилий стали два новых вещества – одно коричневое, другое зеленое. Он назвал коричневое вещество холмием (в честь латинского названия родного города Клева, Стокгольма), а зеленое – тулием. Впоследствии было установлено, что холмий является оксидом гольмия, а тулий – оксидом тулия.
Holmium (Holmia, Latin name for Stockholm) was discovered by Marc Delafontaine and Jacques Louis Soret in 1878 who noticed the aberrant spectrographic absorption bands of the then unknown element (they called it "Element X"). Later in 1878, Per Teodor Cleve independently discovered the element while he was working on erbia earth (erbium oxide). Using the method developed by Carl Gustaf Mosander, Cleve first removed all of the known contaminants from erbia. The result of that effort was two new materials, one brown and one green. He named the brown substance holmia (after the Latin name for Cleve's home town, Stockholm) and the green one thulia. Holmia was later found to be the holmium oxide and thulia was thulium oxide.
Возникновение
Холмий легко окисляется на воздухе, поэтому его присутствие в природе обычно связано с наличием хольмии. Оксид гольмия содержится в незначительных количествах в минералах гадолинита, монаците и других редкоземельных минералах.
Holmium readily oxidizes in air; therefore presence of holmium in nature is synonymous with that of holmia. Holmium oxide occurs in trace amounts in the minerals gadolinite, monazite, and in other rare earth minerals.
Производство
Типичный процесс извлечения оксида гольмия можно упрощенно представить следующим образом: минеральные смеси измельчают и перемалывают. Моназит, благодаря своим магнитным свойствам, отделяют повторными электромагнитными сепарациями. После разделения его обрабатывают горячей концентрированной серной кислотой для получения водорастворимых сульфатов нескольких редкоземельных элементов. Кислотные фильтраты частично нейтрализуют гидроксидом натрия до pH 3–4. Торий выпадает в осадок в виде гидроксида и удаляется. Затем раствор обрабатывают оксалатом аммония для перевода редкоземельных элементов в нерастворимые оксалаты. Оксалаты превращают в оксиды путем прокаливания. Оксиды растворяют в азотной кислоте, которая позволяет исключить один из основных компонентов – церий, оксид которого нерастворим в HNO3. Наиболее эффективным методом разделения оксида гольмия от других редкоземельных элементов является ионный обмен. В этом процессе ионы редкоземельных элементов адсорбируются на подходящей ионообменной смоле путем замещения ионов водорода, аммония или меди, присутствующих в смоле. Затем ионы редкоземельных элементов избирательно элюируют подходящим комплексообразователем, таким как цитрат аммония или нитрилотриацетат.
A typical extraction process of holmium oxide can be simplified as follows: the mineral mixtures are crushed and ground. Monazite, because of its magnetic properties can be separated by repeated electromagnetic separation. After separation, it is treated with hot concentrated sulfuric acid to produce water soluble sulfates of several rare earth elements. The acidic filtrates are partially neutralized with sodium hydroxide to pH 3 4. Thorium precipitates out of solution as hydroxide and is removed. After that, the solution is treated with ammonium oxalate to convert rare earths in to their insoluble oxalates. The oxalates are converted to oxides by annealing. The oxides are dissolved in nitric acid that excludes one of the main components, cerium, whose oxide is insoluble in HNO3. The most efficient separation routine for holmium oxide from the rare earths is ion exchange. In this process, rare earth ions are adsorbed onto suitable ion exchange resin by exchange with hydrogen, ammonium or cupric ions present in the resin. The rare earth ions are then selectively washed out by suitable complexing agent, such as ammonium citrate or nitrilotriacetate.
Приложения
Оксид гольмия является одним из красителей, используемых для кубического циркония и стекла, придавая желтый или красный цвет. Стекло, содержащее оксид гольмия, и растворы оксида гольмия (обычно в перхлорной кислоте) имеют четкие пики оптического поглощения в спектральном диапазоне 200–900 нм. Благодаря этому они используются в качестве эталона калибровки для оптических спектрофотометров и доступны в продаже. Как и большинство других оксидов редкоземельных элементов, оксид гольмия применяется в качестве специализированного катализатора, люминофора и лазерного материала. Гольмиевый лазер работает на длине волны около 2,08 микрометра в импульсном или непрерывном режиме. Этот лазер безопасен для глаз и находит применение в медицине, лидарах, измерениях скорости ветра и мониторинге атмосферы.
Holmium oxide is one of the colorants used for cubic zirconia and glass, providing yellow or red coloring. Glass containing holmium oxide and holmium oxide solutions (usually in perchloric acid) have sharp optical absorption peaks in the spectral range 200 900 nm. They are therefore used as a calibration standard for optical spectrophotometers and are available commercially. As most other oxides of rare earth elements, holmium oxide is used as a specialty catalyst, phosphor and a laser material. Holmium laser operates at wavelength of about 2.08 micrometres, either in pulsed or continuous regime. This laser is eye safe and is used in medicine, lidars, wind velocity measurements and atmosphere monitoring.
Влияние на здоровье
Оксид гольмия(III) по сравнению со многими другими соединениями не представляет большой опасности, хотя повторное длительное воздействие может вызывать гранулему и гемоглобинемию. Он обладает низкой токсичностью при пероральном приеме, через кожу и при ингаляции, и не оказывает раздражающего действия. Острая пероральная медианная летальная доза (LD50) превышает 1 г на килограмм массы тела.
Holmium(III) oxide is, compared to many other compounds, not very dangerous, although repeated overexposure can cause granuloma and hemoglobinemia. It has low oral, dermal and inhalation toxicities and is non irritating. The acute oral median lethal dose (LD50) is greater than 1 g per kilogram of body weight.