Holmium

Eigenschaften
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl	Holmium, Ho, 67
Serie	Lanthanoide
Gruppe, Periode, Block	La, 6, f
Aussehen	silbrig weiß
CAS-Nummer	7440-60-0
Massenanteil an der Erdhülle	1,1 ppm
Atomar
Atommasse	164,93033(2) u
Atomradius (berechnet)	175 (226) pm
Kovalenter Radius	192 pm
Elektronenkonfiguration	[Xe] 4f11 6s2
1. Ionisierungsenergie	581,0 kJ/mol
2. Ionisierungsenergie	1140 kJ/mol
3. Ionisierungsenergie	2204 kJ/mol
Physikalisch
Aggregatzustand	fest
Kristallstruktur	hexagonal
Dichte	8,78 g/cm3 (25 °C)
Magnetismus	paramagnetisch (Χm = 0,049)
Schmelzpunkt	1734 K (1461 °C)
Siedepunkt	2873 K (2600 °C)
Molares Volumen	18,74 · 10−6 m3/mol
Verdampfungswärme	251 kJ/mol
Schmelzwärme	17 kJ/mol
Schallgeschwindigkeit	2760 m/s
Elektrische Leitfähigkeit	1,23 · 106 A/(V · m)
Wärmeleitfähigkeit	16 W/(m · K)
Chemisch
Oxidationszustände	3
Normalpotential	−2,33 V (Ho3+ + 3 e− → Ho)
Elektronegativität	1,23 (Pauling-Skala)
Isotope
Weitere Isotope siehe Liste der Isotope
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung Gefahr
H- und P-Sätze	H: 228
	P: 210
	Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. ; Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Holmium ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Ho und der Ordnungszahl 67. Im Periodensystem steht es in der Gruppe der Lanthanoide und zählt damit auch zu den Metallen der Seltenen Erden.

Geschichte

1878 entdeckten die Schweizer Chemiker Marc Delafontaine und Jacques-Louis Soret das Element spektroskopisch durch seine abweichenden Absorptionslinien. Das neue Element nannten sie ›X‹. 1879 entdeckte der schwedische Chemiker Per Teodor Cleve das neue Element unabhängig von den beiden Schweizern und isolierte es als gelbes Oxid aus unreinem Erbium (Erbiumoxid). Cleve wendete eine von Carl Gustav Mosander entwickelte Methode an; er trennte zunächst alle bekannten Verunreinigungen ab, bevor er versuchte, den Rest zu trennen. Er erhielt einen braunen Rest, den er Holmia nannte, sowie einen grünen Rest, der den Namen Thulia erhielt.

Erst 1911 gelang dem schwedischen Chemiker Holmberg die Gewinnung von reinem Holmiumoxid. Ob er die Bezeichnung Holmium, vorgeschlagen von Cleve für die schwedische Landeshauptstadt Stockholm, übernahm oder als Ableitung seines eigenen Namens betrachtete, ist nicht bekannt.

Metallisch reines Holmium wurde erstmals 1940 hergestellt.

Vorkommen

In natürlichen Vorkommen tritt Holmium nur in Verbindungen auf. Bekannte holmiumhaltige Minerale sind:

Gadolinit
Monazit (Ce,La,Th,Nd,Y)PO₄

Gewinnung und Darstellung

Nach einer aufwändigen Abtrennung der anderen Holmiumbegleiter wird das Oxid mit Fluorwasserstoff zum Holmiumfluorid umgesetzt. Anschließend wird mit Calcium unter Bildung von Calciumfluorid zum metallischen Holmium reduziert. Die verbleibenden Calciumreste und Verunreinigungen werden in einer zusätzlichen Umschmelzung im Vakuum abgetrennt.

Eigenschaften

Holmium

Das silberweiß glänzende Metall der Seltenen Erden ist weich und schmiedbar.

Holmium weist besondere magnetische Eigenschaften auf. In seinen ferromagnetischen Eigenschaften ist es dem Eisen weit überlegen. Holmium besitzt zusammen mit Dysprosium das höchste magnetische Moment (10,6 μ_B) aller natürlich vorkommenden chemischen Elemente.^[9]^[10] Mit Yttrium bildet es magnetische Verbindungen.

In trockener Luft ist Holmium relativ beständig, in feuchter oder warmer Luft läuft es unter Bildung einer gelblichen Oxidschicht schnell an. Bei Temperaturen oberhalb von 150 °C verbrennt es zum Sesquioxid Ho₂O₃. Mit Wasser reagiert es unter Wasserstoffentwicklung zum Hydroxid.
In Mineralsäuren löst es sich unter Bildung von Wasserstoff auf.

In seinen Verbindungen liegt es in der Oxidationszahl +3 vor, die Ho³⁺-Kationen bilden in Wasser gelbe Lösungen. Unter besonderen reduktiven Bedingungen kann bei den Chloriden auch die Oxidationszahl +2 realisiert werden, z. B. im Holmium(II,III)chlorid Ho₅Cl₁₁, allerdings existiert das reine Holmium(II)chlorid nicht.

Verwendung

Wegen seiner hervorragenden magnetischen Eigenschaften verwendet man Polschuhe aus Holmium für Hochleistungsmagnete zur Erzeugung stärkster Magnetfelder.

Weitere Anwendungen:

Magnetblasenspeicher unter Verwendung von Dünnschichtlegierungen aus Holmium-Eisen, Holmium-Nickel und Holmium-Cobalt.
Steuerstäbe in Brutreaktoren.
Dotierung von Yttrium-Eisen-Granat (YIG), Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) und Yttrium-Lithium-Fluorid (YLF) für Festkörperlaser (Holmium-Laser mit einer Emissionswellenlänge von 2,1 µm^[11]) und Mikrowellenbauteile in der Medizintechnik.
Holmiumoxid zur Erzeugung von gelbem Glas u. a. wegen seiner scharfen Absorptionsbanden für Kalibrierfunktionen für Photometer.^[12]

Physiologisches

Holmium hat keine bekannte biologische Funktion.

Sicherheitshinweise

Holmium und Holmiumverbindungen sind als wenig toxisch zu betrachten. Metallstäube sind feuer- und explosionsgefährlich.

Verbindungen

Holmium(III)-oxid Ho₂O₃
Holmium(III)-fluorid HoF₃
Holmium(III)-chlorid HoCl₃
Holmium(III)-bromid HoBr₃
Holmium(III)-iodid HoI₃
Holmium(III)-sulfat Ho₂(SO₄)₃ · 8 H₂O: bei Tageslicht gelbe, bei Kunstlicht (Leuchtstofflampe) rosafarbene Kristalle.
Holmium(III)-perchlorat Ho(ClO₄)₃: Als Standard-Lösung zum Kalibrieren vom Spektrometern

Einzelnachweise

↑ Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
↑ Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Holmium) entnommen.
↑ IUPAC, Standard Atomic Weights Revised v2 (Memento vom 3. März 2016 im Internet Archive).
↑ CIAAW, Standard Atomic Weights Revised 2013.
↑ N. N. Greenwood, A. Earnshaw: Chemie der Elemente. 1. Auflage. VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9, S. 1579.
↑ Robert C. Weast (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990, ISBN 0-8493-0470-9, S. E-129 bis E-145. Werte dort sind auf g/mol bezogen und in cgs-Einheiten angegeben. Der hier angegebene Wert ist der daraus berechnete maßeinheitslose SI-Wert.
↑ ^7,0 ^7,1 Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang: Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks. In: Journal of Chemical & Engineering Data. 56, 2011, S. 328–337, doi:10.1021/je1011086.
↑ ^8,0 ^8,1 Eintrag zu Holmium in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 26. April 2017 (JavaScript erforderlich).
↑ Dysprosium. www.americanelements.com, abgerufen am 27. März 2016 (english).
↑ Holmium. www.americanelements.com, abgerufen am 27. März 2016 (english).
↑ Der Einsatz von Holmium-Lasern mittlerer Leistung in der Endourologie (PDF; 46 kB).
↑ starna.de: Holmiumglas - UV und sichtbare Wellenlänge.