ホルミウム

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ホルミウム
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ホルミウム、 67 Ho
  • 164.930 329 ± 0.000 005 [1]
  • 164.93 ± 0.01  ( abridged ) [2]
Holmium in the periodic table
HydrogenHelium
LithiumBerylliumBoronCarbonNitrogenOxygenFluorineNeon
SodiumMagnesiumAluminiumSiliconPhosphorusSulfurChlorineArgon
PotassiumCalciumScandiumTitaniumVanadiumChromiumManganeseIronCobaltNickelCopperZincGalliumGermaniumArsenicSeleniumBromineKrypton
RubidiumStrontiumYttriumZirconiumNiobiumMolybdenumTechnetiumRutheniumRhodiumPalladiumSilverCadmiumIndiumTinAntimonyTelluriumIodineXenon
セシウムバリウムランタンセリウムプラセオジムネオジムプロメチウムサマリウムユーロピウムガドリニウムテルビウムジスプロシウムホルミウムエルビウムツリウムイッテルビウムルテチウムハフニウムタンタルタングステンレニウムオスミウムイリジウム白金金水銀（元素）タリウム鉛ビスマスポロニウムアスタチンラドン
フランシウムラジウムアクチニウムトリウムプロトアクチニウムウランネプツニウムプルトニウムアメリシウムキュリウムバークリウムカリホルニウムアインスタイニウムフェルミウムメンデレビウムノーベリウムローレンシウムラザホージウムドブニウムシーボーギウムボーリウムハッシウムマイトネリウムダルムシュタットチウムレントゲンコペルニシウムニホニウムフレロビウムモスコビウムリバモリウムテネシンオガネソン
–
↑
Ho
↓
Es
ジスプロシウム←ホルミウム→エルビウム
原子番号 ( Z )67
族fブロック族(番号なし)
周期第6周期
ブロック  fブロック
電子配置[ Xe ] 4f 11 6s 2
殻あたりの電子数2, 8, 18, 29, 8, 2
物理的性質
標準温度における 相固体
融点1734  K (1461 °C, 2662 °F)
沸点2873 K (2600 °C, 4712 °F)
密度(20 °C)8.795 g/cm 3  [3]
液体時 (  mp )8.34 g/cm 3
融解熱17.0  kJ/mol
蒸発熱251 kJ/mol
モル熱容量27.15 J/(mol·K)
蒸気圧
P  (Pa)1101001 k10 k100 k
T  (  K)14321584(1775)(2040)(2410)(2964)
原子の性質
酸化状態共通: +3
0, [4] +2 [5]
電気陰性度ポーリングスケール：1.23
イオン化エネルギー
  • 1次：581.0 kJ/mol
  • 2次：1140 kJ/mol
  • 3次：2204 kJ/mol
原子半径経験的：176  pm
共有結合半径192±7 pm
スペクトル範囲におけるカラーライン
ホルミウムのスペクトル線
その他の特性
自然発生原始
結晶構造：格子定数
a = 357.80 pm c = 561.77 pm（20℃） [ 3 ]
ホルミウムの六方最密充填結晶構造
熱膨張
ポリ：11.2 µm/(m⋅K)（室温で）熱伝導率
16.2 W/(m⋅K)電気抵抗率
ポリ：814 nΩ⋅m（室温）ポリ：814 nΩ⋅m（ 室温で）
磁気秩序常磁性
ヤング率64.8 GPa
せん断弾性率26.3 GPa
体積弾性率40.2 GPa
細棒の音速2760 m/s（20℃で）
ポアソン比0.231
ビッカース硬度410～600 MPa
ブリネル硬度500～1250 MPa
CAS番号7440-60-0
歴史
命名発見者の故郷であるストックホルム市のラテン語名Holmiaに由来
発見テオドール・クレーヴ、ジャック＝ルイ・ソレ、マルク・ドラフォンテーヌ（1878年）
最初の単離ハインリヒ・ボンマー（1939年）
ホルミウムの同位体
崩壊崩壊
同位体存在比半減期 ( t 1/2 )モード生成物
163 Ho合成4570年ε163 Dy
164 Ho合成28.8分ε164 Dy
β -164 Er
165 Ho100%安定
166 Ho合成26.812時間β -166 Er
166m1 Ho合成1133年β -166 Er
167 Ho合成3.1時間β -167 Er
 カテゴリ: ホルミウム
|参考文献

ホルミウムは化学元素で、記号 Ho、原子番号67です。希土類元素であり、ランタノイド系列の11番目の元素です。比較的柔らかく、銀色で、耐腐食性と展性に優れた金属です。他の多くのランタノイドと同様に、ホルミウムは反応性が非常に高く、天然状態では入手できません。純粋なホルミウムは空気に触れると徐々に黄色がかった酸化物層を形成します。単離されたホルミウムは、室温で乾燥した空気中では比較的安定しています。しかし、水と反応して容易に腐食し、また加熱すると空気中で燃焼します。

自然界では、ホルミウムは他の希土類金属（ツリウムなど）と共に存在します。比較的希少なランタノイドで、地殻の1.4ppmを占めており、これはタングステンと同等の存在量です。ホルミウムは、スウェーデンの化学者ペル・テオドール・クレーブによって単離によって発見されました。また、ジャック＝ルイ・ソレとマルク・ドラフォンテーヌによっても独立して発見され、1878年に二人は分光学的に観測しました。その酸化物は、1878年にクレーブによって希土類鉱石から初めて単離されました。元素名は、ストックホルム市のラテン語名であるHolmiaに由来しています。[7] [8] [9]

他の多くのランタノイドと同様に、ホルミウムは鉱物のモナザイトとガドリナイトに含まれており、通常はイオン交換技術を用いてモナザイトから商業的に抽出されます。自然界およびほぼすべての実験室化学において、ホルミウムの化合物は三価に酸化されており、Ho(III)イオンを含みます。三価ホルミウムイオンは、他の多くの希土類イオンと同様の蛍光特性を持ち（独自の発光線を生成しますが）、そのため、特定のレーザーおよびガラス着色剤の用途では、他の希土類元素と同じように使用されます。

ホルミウムはあらゆる元素の中で最も高い透磁率と磁気飽和度を持ち、そのため最も強力な静磁石の磁極片に使用されます。ホルミウムは中性子を強く吸収するため、原子炉の可燃性毒物としても使用されます。

特性

ホルミウムはランタノイド系列の11番目の元素です。周期表では、周期6にあり、左側のジスプロシウムと右側のエルビウムの間、アクチノイドのアインス タイニウムの上にあります。

物理的性質

沸点が3,000 K（2,727 °C、4,940 °F）のホルミウムは、イッテルビウム、ユーロピウム、サマリウム、ツリウム、ジスプロシウムに次いで6番目に揮発性の高いランタノイドです。標準温度および圧力において、ホルミウムは、ランタノイドの後半の多くの元素と同様に、通常、六方最密充填（hcp）構造をとります。[10] 67個の電子は[Xe] 4f 11 6s 2の配置で配置されており、 4f殻と6s殻を満たす13個の価電子を持っています。 [11]

ホルミウムは、すべてのランタノイド元素と同様に、標準温度および圧力では常磁性です。 [12]しかし、19 K（-254.2 °C、-425.5 °F）未満の温度では強磁性です。[ 13 ]天然に存在する元素の中で最も高い磁気モーメント（10.6  μB ）を持ち[14] 、その他の異常な磁気特性も持っています。イットリウムと結合すると、強力な磁性化合物を形成します。[15]

化学的性質

ホルミウム金属は空気中でゆっくりと変色し、鉄錆に似た外観の黄色がかった酸化物層を形成します。容易に燃焼して酸化ホルミウム(III)を形成します。[ 16]

4 Ho + 3 O 2 → 2 Ho 2 O 3

ホルミウムは比較的柔らかく展性のある元素で、常温常圧の乾燥空気中では耐腐食性が高く化学的に安定しています。しかし、湿った空気中や高温下では急速に酸化され、黄色がかった酸化物を形成します。[17]純粋なホルミウムは金属的な明るい銀光沢を有します。

ホルミウムは非常に電気陽性で、ポーリングの電気陰性度スケールでは1.23です。[18]一般的に三価です。冷水とはゆっくりと反応し、温水とは急速に反応して水酸化ホルミウム(III)を形成します。[19]

2 Ho (s) + 6 H 2 O (l) → 2 Ho(OH) 3 (aq) + 3 H 2 (g)

ホルミウム金属はすべての安定したハロゲンと反応します。[20]

2 Ho (s) + 3 F 2 (g) → 2 HoF 3 (s) [ピンク]
2 Ho (s) + 3 Cl 2 (g) → 2 HoCl 3 (s) [黄色]
2 Ho (s) + 3 Br 2 (g) → 2 HoBr 3 (s) [黄色]
2 Ho (s) + 3 I 2 (g) → 2 HoI 3 (s) [黄色]

ホルミウムは希硫酸に容易に溶解し、黄色の Ho(III) イオンを含む溶液を形成します。これは [Ho(OH 2 ) 9 ] 3+錯体として存在します: [20]

2 Ho (s) + 3 H 2 SO 4 (aq) → 2 Ho 3+ (aq) + 3 SO2-
4(aq) + 3 H 2 (g)

酸化状態

多くのランタノイドと同様に、ホルミウムは通常+3の酸化状態で存在し、フッ化ホルミウム(III) (HoF 3 )や塩化ホルミウム(III) (HoCl 3 )などの化合物を形成します。溶液中のホルミウムは、 9つの水分子に囲まれたHo 3+の形をしています。ホルミウムは酸に溶解します。[14]しかし、ホルミウムは+2、+1、および0の酸化状態でも存在することが分かっています。[21] [11]

同位体

天然のホルミウムは、1つの原始同位体であるホルミウム165で構成されています。観測的には安定していますが、理論的には非常に長い半減期でテルビウム161にアルファ崩壊するはずです。 [22]

ホルミウムの既知の同位体は140 Hoから175 Hoの範囲です。安定な165 Hoの前の 主な崩壊モードは、ジスプロシウム同位体へのベータプラス崩壊であり、その後の主な崩壊モードはエルビウム同位体へのベータマイナス崩壊です。これらの35の合成放射性同位体の中で最も安定しているのはホルミウム163（ 163 Ho）で、半減期は4570年です。[23]次に安定しているのはホルミウム166（166 Ho）で、半減期は26.812時間です。その他の半減期は4時間未満です。

準安定異性体 166m1 Hoは、1133年という異常に長い半減期を持っています。励起エネルギーが非常に低いため、基底状態に崩壊せず、直接ベータ崩壊します。ガンマ線のスペクトルが特に豊富であるため、この同位体はガンマ線分光計の校正 手段として有用です。[24]

ホルミウム166（基底状態）は、医療用途で研究されています。[25] [26]

化合物

酸化物とカルコゲニド

Ho 2 O 3、左：自然光、右：冷陰極蛍光灯下

酸化ホルミウム(III)はホルミウムの唯一の酸化物です。照明条件によって色が変わります。日光の下では黄色がかった色です。三原色光の下ではオレンジがかった赤色に見え、同じ照明条件下での酸化エルビウムの外観とほとんど区別がつきません。[27]この色の変化は、赤色蛍光体として作用する三価ホルミウムイオンの鋭い輝線に関連しています。 [28]酸化ホルミウム(III)は冷陰極蛍光灯の下ではピンク色に見えます

ホルミウムの他のカルコゲニドは知られています。硫化ホルミウム(III)は単斜晶系で橙黄色の結晶を持ち、[29]空間群P 2 1 / m （No. 11）です。[30]高圧下では、硫化ホルミウム(III)は立方晶系および斜方晶系で形成されます。[31] 1,598 K（1,325 °C; 2,417 °F）での酸化ホルミウム(III)と硫化水素の反応によって得られます。[32]セレン化ホルミウム(III)も知られています。6 K以下では反強磁性です。[33]

ハロゲン化物

ホルミウムの三ハロゲン化物は4種類すべてが知られています。フッ化ホルミウム(III)は黄色がかった粉末で、酸化ホルミウム(III)とフッ化アンモニウムを反応させ、溶液中に形成されたアンモニウム塩から結晶化させることで生成できます。 [34]塩化ホルミウム(III)は、フッ化アンモニウムの代わりに塩化アンモニウムを用いて同様の方法で調製できます。 [35]固体状態ではYCl 3層構造をとります。 [36]これらの化合物は、臭化ホルミウム(III)やヨウ化ホルミウム(III)と同様に、元素の直接反応によって得ることができます。[20]

2 Ho + 3 X 2 → 2 HoX 3

さらに、ヨウ化ホルミウム(III)は、ホルミウムとヨウ化水銀(II)を直接反応させ、蒸留によって水銀を除去することで得ることができます。[37]

有機ホルミウム化合物

有機ホルミウム化合物は、πバック結合を起こせないという点で、他のランタノイド化合物と非常によく似ています。そのため、主にイオン性のシクロペンタジエニド（ランタンの化合物と同構造）と、σ結合した単純なアルキルおよびアリールに限定され、その一部はポリマーになることもあります。[38]

歴史

ホルミウム（Holmia、ストックホルムのラテン語名）は、 1878年にスイスの化学者ジャック＝ルイ・ソレとマルク・ドラフォンテーヌによって発見されました。彼らは当時未知だった元素（彼らはそれを「元素X」と呼びました）の異常な分光発光スペクトルに気づきました。[39] [40]

スウェーデンの化学者ペル・テオドール・クレーベも、エルビア土（酸化エルビウム）の研究中に独自にこの元素を発見した。彼は、この新元素の不純な酸化物を初めて単離した人物である。 [8] [7] [41]スウェーデンの化学者カール・グスタフ・モサンダーが開発した方法を用いて、クレーベはまずエルビアから既知の不純物をすべて除去した。その結果、茶色と緑色の2つの新物質が生まれた。彼は茶色の物質をホルミア（クレーベの故郷ストックホルムのラテン語名にちなんで）、緑色の物質をツリア（Thulia ）と名付けた。後に、ホルミアは酸化ホルミウム、ツリアは酸化ツリウムであることが判明した。[42]純粋な酸化物は1911年に、金属は1939年にハインリッヒ・ボンマーによって単離された。[43] : 959  [44]

イギリスの物理学者ヘンリー・モーズリーの原子番号に関する古典的な論文では、ホルミウムに66という値が割り当てられていました。彼が調査のために与えられたホルミウムの標本は不純で、隣接するジスプロシウムが主成分でした。彼は両方の元素のX線輝線を観察したはずですが、主な輝線はジスプロシウムの不純物ではなく、ホルミウムのものであると想定しました。[45]

産出と生成

ガドリナイトの標本

他の希土類元素と同様に、ホルミウムは天然には単体元素として存在しません。ガドリン石、モナザイト、その他の希土類鉱物中に他の元素と結合して存在します。ホルミウムを主成分とする鉱物はまだ発見されていません。主な採掘地域は中国、アメリカ合衆国、ブラジル、インド、スリランカ、オーストラリアで、ホルミウムの埋蔵量は40万トンと推定されています。[42]ホルミウム金属の年間生産量は約10トンです。[46]

ホルミウムは、質量で地球の地殻の1.3ppmを占めています。 [47]土壌では1ppm 、海水では400兆分の1を占め、地球の大気ではほとんど存在せず、これはランタノイドとしては非常に稀です。[42]宇宙では質量で500兆分の1を占めています。[48]

ホルミウムは商業的にはモナザイト砂からイオン交換法で抽出されているが（ホルミウム 0.05%）、他の希土類元素と分離するのは依然として困難である。この元素は、無水塩化物またはフッ化物を金属カルシウムで還元することで単離されている。[ 29 ]地殻中の推定存在量は 1.3 mg/kg である。ホルミウムはオッド・ハーキンスの規則に従い、奇数番号元素であるため、ジスプロシウムやエルビウムよりも存在量が少ない。しかし、奇数番号の重ランタノイドの中で最も豊富である。ランタノイドのうち、地球上でより豊富でないのはプロメチウム、ツリウム、ルテチウム、テルビウムのみである。現在の主な供給源は中国南部のイオン吸着粘土の一部である。これらの中には、ゼノタイムやガドリナイトに見られるものと似た希土類元素組成を持つものがある。イットリウムは質量比で全体の約3分の2を占め、ホルミウムは約1.5%です。[49]ホルミウムは希土類金属としては比較的安価で、  1kgあたり約1000米ドルです。 [50]

用途

10%過塩素酸中の4%酸化ホルミウム溶液を石英キュベットに恒久的に溶融し、光学校正標準として使用されます。

酸化ホルミウムを含むガラスと酸化ホルミウム溶液（通常は過塩素酸溶液）は、200～900 nmのスペクトル範囲に鋭い光吸収ピークを示します。そのため、光学分光光度計の校正標準として使用されます。[51] [52] [53]放射性だが長寿命の166m1 Hoは、ガンマ線分光計の校正に使用されます。[54]

ホルミウムは、高強度磁石内に磁極片（磁束コンセントレータとも呼ばれる）として配置することで、人工的に生成される最も強力な磁場を生成するために使用されます。 [55]ホルミウムは、一部の永久磁石の製造にも使用されます。

ホルミウムは、NIR-IIウィンドウでの吸収を利用するフッ化イットリウムナトリウムの増感剤として作用します。ホルミウムは、ランタニドナノ材料がNIR-IIで調整可能な発光と励起を持つことを可能にします。1143 nm励起下では、他のランタニドへの界面エネルギー移動により、生物学的用途における発光の赤方偏移が可能になります。[56]これにより、通常使用される980 nmおよび808 nmレーザーよりも深い浸透が可能になります

ホルミウム添加イットリウム鉄ガーネット（YIG）とイットリウムリチウムフッ化物は固体レーザーに応用されており、Ho-YIGは光アイソレータやマイクロ波機器（例えばYIG球）に応用されている。ホルミウムレーザーの波長は2.1マイクロメートルである。[57]医療、歯科、光ファイバー用途に用いられている。[15]また、前立腺の核出術にも用いられている。[58]

ホルミウムは核分裂によって生成された中性子を吸収できるため、原子炉を制御するための可燃性毒物として使用されています。 [42]キュービックジルコニアの着色剤として使用され、ピンク色に着色します。[59]また、ガラスの着色剤として使用され、黄橙色に着色します。[60] 2017年3月、IBMは酸化マグネシウムの層上に置かれた単一のホルミウム原子に1ビットのデータを保存する技術を開発したと発表しました。[61]十分な量子制御技術と古典制御技術があれば、ホルミウムは量子コンピュータを作るための良い候補となる可能性があります。[62]

ホルミウムは、その精度と最小限の組織損傷のため、医療分野、特に腎結石除去や前立腺治療などのレーザー手術に使用されています。 [63] [64]その同位体であるホルミウム166は、特に肝臓がんなどの標的癌治療に応用されており、[65]造影剤としてMRI画像の鮮明度を高めます。[66]

生物学的役割と注意事項

ホルミウムはヒトにおいて生物学的役割を担っていませんが、その塩は代謝を促進することができます。[29]ヒトは通常、年間約1ミリグラムのホルミウムを摂取します。植物は土壌からホルミウムを容易に吸収しません。一部の野菜のホルミウム含有量が測定され、1兆分の100に達しました。[67]ホルミウムとその可溶性塩は摂取するとわずかに毒性がありますが、不溶性ホルミウム塩は無毒です。粉塵状の金属ホルミウムは、火災や爆発の危険があります。[68] [69] [70]大量のホルミウム塩は、吸入、経口摂取、または注射すると重篤な損傷を引き起こす可能性があります。ホルミウムの長期にわたる生物学的影響は不明です。ホルミウムの急性毒性は低いです。[71]

関連項目

参考文献

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さらに詳しい情報

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このページは2025年11月13日 14:49 (UTC)に最終編集されました。