عنصر الهولميوم وطرق الاختبار الشائعة

عنصر الهولميوم وطرق الكشف الشائعة
يوجد في الجدول الدوري للعناصر الكيميائية عنصر يسمىالهولميوم، وهو معدن نادر. هذا العنصر صلب في درجة حرارة الغرفة وله نقطة انصهار ونقطة غليان عالية. ومع ذلك، هذا ليس الجزء الأكثر جاذبية في عنصر الهولميوم. سحرها الحقيقي يكمن في حقيقة أنها عندما تكون متحمسة، فإنها تنبعث منها ضوء أخضر جميل. يشبه عنصر الهولميوم في هذه الحالة المثارة جوهرة خضراء وامضة، جميلة وغامضة. لدى البشر تاريخ معرفي قصير نسبيًا لعنصر الهولميوم. في عام 1879، اكتشف الكيميائي السويدي بير تيودور كليبي عنصر الهولميوم لأول مرة وأطلق عليه اسم مسقط رأسه. أثناء دراسة الإربيوم غير النقي، اكتشف بشكل مستقل الهولميوم عن طريق إزالةالإيتريوموسكانديوم. أطلق على المادة البنية اسم هولميا (الاسم اللاتيني لستوكهولم) والمادة الخضراء ثوليا. ثم نجح بعد ذلك في فصل الديسبروسيوم لفصل الهولميوم النقي. في الجدول الدوري للعناصر الكيميائية، يتمتع الهولميوم ببعض الخصائص والاستخدامات الفريدة جدًا. الهولميوم هو عنصر أرضي نادر ذو مغناطيسية قوية جدًا، لذلك غالبًا ما يستخدم لصنع المواد المغناطيسية. وفي الوقت نفسه، يتمتع الهولميوم أيضًا بمعامل انكسار عالٍ، مما يجعله مادة مثالية لصنع الأجهزة البصرية والألياف الضوئية. بالإضافة إلى ذلك، يلعب الهولميوم أيضًا دورًا مهمًا في مجالات الطب والطاقة وحماية البيئة. اليوم، دعونا نتناول هذا العنصر السحري مع مجموعة واسعة من التطبيقات - الهولميوم. اكتشف أسرارها واشعر بمساهمتها العظيمة في المجتمع البشري.

مجالات تطبيق عنصر الهولميوم

الهولميوم عنصر كيميائي عدده الذري 67 وينتمي إلى سلسلة اللانثانيدات. فيما يلي مقدمة تفصيلية لبعض مجالات تطبيق عنصر الهولميوم:
1. مغناطيس الهولميوم:يتمتع الهولميوم بخصائص مغناطيسية جيدة ويستخدم على نطاق واسع كمادة لصنع المغناطيس. خاصة في أبحاث الموصلية الفائقة في درجات الحرارة العالية، غالبًا ما يتم استخدام مغناطيس الهولميوم كمواد للموصلات الفائقة لتعزيز المجال المغناطيسي للموصلات الفائقة.
2. زجاج الهولميوم:يمكن أن يمنح الهولميوم الزجاج خصائص بصرية خاصة، ويستخدم في صنع ليزر زجاج الهولميوم. يستخدم ليزر الهولميوم على نطاق واسع في الطب والصناعة، ويمكن استخدامه لعلاج أمراض العيون، وقطع المعادن والمواد الأخرى، وما إلى ذلك.
3. صناعة الطاقة النووية:يحتوي نظير الهولميوم هولميوم-165 على مقطع عرضي عالي لالتقاط النيوترونات ويستخدم للتحكم في تدفق النيوترونات وتوزيع الطاقة في المفاعلات النووية.
4. الأجهزة البصرية: للهولميوم أيضًا بعض التطبيقات في الأجهزة البصرية، مثل أدلة الموجات الضوئية وأجهزة الكشف الضوئي والمعدلات وما إلى ذلك في اتصالات الألياف الضوئية.
5. مواد الفلورسنت:يمكن استخدام مركبات الهولميوم كمواد فلورسنتية لتصنيع مصابيح الفلورسنت وشاشات عرض الفلورسنت ومؤشرات الفلورسنت.6. السبائك المعدنية:يمكن إضافة الهولميوم إلى معادن أخرى لصنع سبائك لتحسين الاستقرار الحراري ومقاومة التآكل وأداء اللحام للمعادن. وغالبا ما يستخدم لتصنيع محركات الطائرات ومحركات السيارات والمعدات الكيميائية. للهولميوم تطبيقات مهمة في المغناطيس، وأشعة الليزر الزجاجية، وصناعة الطاقة النووية، والأجهزة البصرية، والمواد الفلورية، والسبائك المعدنية.

الخصائص الفيزيائية لعنصر الهولميوم

1. التركيب الذري: التركيب الذري للهولميوم يتكون من 67 إلكترون. وفي تكوينها الإلكتروني يوجد 2 إلكترون في الطبقة الأولى، و8 إلكترونات في الطبقة الثانية، و18 إلكترونًا في الطبقة الثالثة، و29 إلكترونًا في الطبقة الرابعة. لذلك، هناك زوجان وحيدان من الإلكترونات في الطبقة الخارجية.
2. الكثافة والصلابة: كثافة الهولميوم 8.78 جم/سم3 وهي كثافة عالية نسبياً. صلابته حوالي 5.4 صلابة موس.
3. درجة الانصهار ودرجة الغليان: تبلغ درجة انصهار الهولميوم حوالي 1474 درجة مئوية ودرجة الغليان حوالي 2695 درجة مئوية.
4. المغناطيسية: الهولميوم معدن ذو مغناطيسية جيدة. تظهر المغناطيسية الحديدية عند درجات الحرارة المنخفضة، ولكنها تفقد مغناطيسيتها تدريجياً عند درجات الحرارة المرتفعة. إن مغناطيسية الهولميوم تجعله مهمًا في تطبيقات المغناطيس وفي أبحاث الموصلية الفائقة في درجات الحرارة العالية.
5. الخصائص الطيفية: يظهر الهولميوم خطوط امتصاص وانبعاث واضحة في الطيف المرئي. تقع خطوط انبعاثه بشكل رئيسي في النطاق الطيفي الأخضر والأحمر، مما يؤدي إلى أن تكون مركبات الهولميوم عادة ذات ألوان خضراء أو حمراء.
6. الموصلية الحرارية: يتمتع الهولميوم بموصلية حرارية عالية نسبيًا تبلغ حوالي 16.2 وات/م · كلفن. وهذا يجعل الهولميوم ذا قيمة في بعض التطبيقات التي تتطلب التوصيل الحراري الممتاز. الهولميوم معدن ذو كثافة عالية وصلابة ومغناطيسية. إنه يلعب دورًا مهمًا في المغناطيس والموصلات الفائقة ذات درجة الحرارة العالية والتحليل الطيفي والتوصيل الحراري.

الخواص الكيميائية للهولميوم

1. التفاعل: الهولميوم معدن مستقر نسبيًا ويتفاعل ببطء مع معظم العناصر والأحماض غير المعدنية. وهو لا يتفاعل مع الهواء والماء في درجة حرارة الغرفة، ولكن عند تسخينه إلى درجات حرارة عالية، فإنه يتفاعل مع الأكسجين الموجود في الهواء لتكوين أكسيد الهولميوم.
2. الذوبان: يتمتع الهولميوم بقابلية ذوبان جيدة في المحاليل الحمضية ويمكن أن يتفاعل مع حمض الكبريتيك المركز وحمض النيتريك وحمض الهيدروكلوريك لإنتاج أملاح الهولميوم المقابلة.
3. حالة الأكسدة: عادة ما تكون حالة أكسدة الهولميوم +3. يمكن أن يشكل مجموعة متنوعة من المركبات، مثل الأكاسيد (Ho2O3) ، كلوريدات (HoCl3) ، الكبريتات (هو2(SO4)3) وما إلى ذلك. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يظهر الهولميوم أيضًا حالات أكسدة مثل +2 و+4 و+5، ولكن حالات الأكسدة هذه أقل شيوعًا.
4. المجمعات: يمكن أن يشكل الهولميوم مجموعة متنوعة من المجمعات، وأكثرها شيوعًا هي المجمعات المتمركزة على أيونات الهولميوم (III). تلعب هذه المجمعات دورًا مهمًا في التحليل الكيميائي والمحفزات والأبحاث الكيميائية الحيوية.
5. التفاعلية: يُظهر الهولميوم عادةً تفاعلًا خفيفًا نسبيًا في التفاعلات الكيميائية. ويمكنه المشاركة في العديد من أنواع التفاعلات الكيميائية مثل تفاعلات الأكسدة والاختزال، وتفاعلات التنسيق، والتفاعلات المعقدة. يعد الهولميوم معدنًا مستقرًا نسبيًا، وتنعكس خواصه الكيميائية بشكل أساسي في تفاعله المنخفض نسبيًا، وقابليته للذوبان الجيدة، وحالات الأكسدة المختلفة، وتكوين مجمعات مختلفة. هذه الخصائص تجعل الهولميوم يستخدم على نطاق واسع في التفاعلات الكيميائية، وكيمياء التنسيق، والأبحاث الكيميائية الحيوية.

الخصائص البيولوجية للهولميوم

لم تتم دراسة الخصائص البيولوجية للهولميوم إلا بشكل قليل نسبيًا، والمعلومات التي نعرفها حتى الآن محدودة. وفيما يلي بعض خصائص الهولميوم في الكائنات الحية:
1. التوافر الحيوي: يعتبر الهولميوم نادرًا نسبيًا في الطبيعة، لذا فإن محتواه في الكائنات الحية منخفض جدًا. يتمتع الهولميوم بتوافر حيوي ضعيف، أي أن قدرة الكائن الحي على تناول وامتصاص الهولميوم محدودة، وهذا أحد أسباب عدم فهم وظائف وآثار الهولميوم في جسم الإنسان بشكل كامل.
2. الوظيفة الفسيولوجية: على الرغم من محدودية المعرفة بالوظائف الفسيولوجية للهولميوم، فقد أظهرت الدراسات أن الهولميوم قد يشارك في بعض العمليات الكيميائية الحيوية المهمة في جسم الإنسان. أظهرت الدراسات العلمية أن الهولميوم قد يكون مرتبطًا بصحة العظام والعضلات، لكن الآلية المحددة لا تزال غير واضحة.
3. السمية: نظرًا لانخفاض توافره الحيوي، فإن سمية الهولميوم منخفضة نسبيًا لجسم الإنسان. في الدراسات المختبرية على الحيوانات، قد يسبب التعرض لتركيزات عالية من مركبات الهولميوم بعض الأضرار للكبد والكلى، لكن الأبحاث الحالية حول السمية الحادة والمزمنة للهولميوم محدودة نسبيًا. الخصائص البيولوجية للهولميوم في الكائنات الحية ليست مفهومة بالكامل بعد. تركز الأبحاث الحالية على وظائفه الفسيولوجية المحتملة وتأثيراته السامة على الكائنات الحية. مع التقدم المستمر للعلوم والتكنولوجيا، سوف تستمر الأبحاث حول الخصائص البيولوجية للهولميوم في التعمق.

التوزيع الطبيعي للهولميوم

إن توزيع الهولميوم في الطبيعة نادر جدًا، وهو أحد العناصر ذات المحتوى المنخفض للغاية في القشرة الأرضية. وفيما يلي توزيع الهولميوم في الطبيعة:
1. التوزيع في القشرة الأرضية: يبلغ محتوى الهولميوم في القشرة الأرضية حوالي 1.3 جزء في المليون (جزء في المليون)، وهو عنصر نادر نسبياً في القشرة الأرضية. على الرغم من محتواه المنخفض، يمكن العثور على الهولميوم في بعض الصخور والخامات، مثل الخامات التي تحتوي على عناصر أرضية نادرة.
2. التواجد في المعادن: يتواجد الهولميوم بشكل رئيسي في الخامات على شكل أكاسيد، مثل أكسيد الهولميوم (Ho2O3). Ho2O3 هوأكسيد الأرض النادرةخام يحتوي على تركيز عال من الهولميوم.
3. التركيب في الطبيعة: يتواجد الهولميوم عادة مع عناصر أرضية نادرة أخرى وجزء من عناصر اللانثانيدات. يمكن أن توجد في الطبيعة على شكل أكاسيد، كبريتات، كربونات، إلخ.
4. الموقع الجغرافي للتوزيع: إن توزيع الهولميوم موحد نسبياً حول العالم، إلا أن إنتاجه محدود جداً. تمتلك بعض الدول موارد معينة من خام الهولميوم، مثل الصين وأستراليا والبرازيل وغيرها. يعتبر الهولميوم نادرًا نسبيًا في الطبيعة ويوجد بشكل أساسي على شكل أكاسيد في الخامات. وعلى الرغم من أن المحتوى منخفض، إلا أنه يتعايش مع عناصر أرضية نادرة أخرى ويمكن العثور عليه في بعض البيئات الجيولوجية المحددة. نظرًا لندرته والقيود المفروضة على توزيعه، فإن تعدين الهولميوم واستخدامه أمر صعب نسبيًا.

استخلاص وصهر عنصر الهولميوم
يعد الهولميوم عنصرًا أرضيًا نادرًا، وتشبه عملية تعدينه واستخراجه عمليات العناصر الأرضية النادرة الأخرى. وفيما يلي مقدمة تفصيلية لعملية التعدين واستخراج عنصر الهولميوم:
1. البحث عن خام الهولميوم: يمكن العثور على الهولميوم في الخامات الأرضية النادرة، وتشمل خامات الهولميوم الشائعة خامات الأكسيد وخامات الكربونات. قد توجد هذه الخامات في رواسب معدنية تحت الأرض أو في حفرة مفتوحة.
2. سحق وطحن الخام: بعد التعدين، يجب سحق خام الهولميوم وطحنه إلى جزيئات أصغر ثم تكريره بشكل أكبر.
3. التعويم: فصل خام الهولميوم عن الشوائب الأخرى بطريقة التعويم. في عملية التعويم، غالبًا ما يتم استخدام المادة المخففة والرغوة لجعل خام الهولميوم يطفو على سطح السائل، ومن ثم إجراء المعالجة الفيزيائية والكيميائية.
4. الترطيب: بعد التعويم، سيخضع خام الهولميوم لمعالجة الترطيب لتحويله إلى أملاح هولميوم. تتضمن المعالجة بالترطيب عادة تفاعل الخام مع محلول حمض مخفف لتكوين محلول ملح حمض الهولميوم.
5. الترسيب والترشيح: عن طريق ضبط ظروف التفاعل، يتم ترسيب الهولميوم الموجود في محلول ملح حمض الهولميوم. ثم قم بتصفية الراسب لفصل راسب الهولميوم النقي.
6. التكليس: تحتاج رواسب الهولميوم إلى الخضوع لعلاج التكليس. تتضمن هذه العملية تسخين راسب الهولميوم إلى درجة حرارة عالية لتحويله إلى أكسيد الهولميوم.
7. الاختزال: يخضع أكسيد الهولميوم لمعاملة الاختزال ليتحول إلى هولميوم معدني. عادة، يتم استخدام عوامل الاختزال (مثل الهيدروجين) للاختزال في ظل ظروف درجات الحرارة المرتفعة. 8. التكرير: قد يحتوي معدن الهولميوم المختزل على شوائب أخرى ويحتاج إلى تكرير وتنقية. وتشمل طرق التكرير استخلاص المذيبات، والتحليل الكهربائي، والاختزال الكيميائي. بعد الخطوات المذكورة أعلاه، درجة نقاء عاليةمعدن الهولميوميمكن الحصول عليها. يمكن استخدام معادن الهولميوم هذه في تحضير السبائك والمواد المغناطيسية وصناعة الطاقة النووية وأجهزة الليزر. ومن الجدير بالذكر أن عملية التعدين واستخراج العناصر الأرضية النادرة معقدة نسبيًا وتتطلب تكنولوجيا ومعدات متقدمة لتحقيق إنتاج فعال ومنخفض التكلفة.

طرق الكشف عن عنصر الهولميوم
1. قياس طيف الامتصاص الذري (AAS): قياس طيف الامتصاص الذري هو طريقة تحليل كمي شائعة الاستخدام تستخدم أطياف الامتصاص ذات أطوال موجية محددة لتحديد تركيز الهولميوم في العينة. يقوم بتفتيت العينة المراد اختبارها في اللهب، ثم يقيس شدة امتصاص الهولميوم في العينة من خلال مقياس الطيف. هذه الطريقة مناسبة للكشف عن الهولميوم بتركيزات أعلى.
2. قياس طيف الانبعاث البصري للبلازما المقترنة حثيًا (ICP-OES): يعد قياس الطيف الضوئي للانبعاث البصري للبلازما المقترنة حثيًا طريقة تحليلية حساسة للغاية وانتقائية تستخدم على نطاق واسع في التحليل متعدد العناصر. يقوم بتفتيت العينة وتكوين بلازما لقياس الطول الموجي المحدد وشدة انبعاث الهولميوم في مطياف.
3. قياس الطيف الكتلي للبلازما المقترنة حثيًا (ICP-MS): يعد قياس الطيف الكتلي للبلازما المقترنة حثيًا طريقة تحليلية حساسة للغاية وعالية الدقة يمكن استخدامها لتحديد نسبة النظائر وتحليل العناصر النزرة. يقوم بتفتيت العينة وتكوين بلازما لقياس نسبة الكتلة إلى الشحنة للهولميوم في مطياف الكتلة.
4. مطياف مضان الأشعة السينية (XRF): يستخدم مطياف مضان الأشعة السينية طيف الفلورة الذي تنتجه العينة بعد إثارةها بواسطة الأشعة السينية لتحليل محتوى العناصر. ويمكنه تحديد محتوى الهولميوم في العينة بسرعة ودون إتلاف. تستخدم هذه الطرق على نطاق واسع في المختبرات والمجالات الصناعية للتحليل الكمي ومراقبة جودة الهولميوم. يعتمد اختيار الطريقة المناسبة على عوامل مثل نوع العينة وحد الكشف المطلوب ودقة الكشف.

تطبيق محدد لطريقة الامتصاص الذري الهولميوم
في قياس العناصر، تتميز طريقة الامتصاص الذري بدقة وحساسية عالية، وتوفر وسيلة فعالة لدراسة الخواص الكيميائية والتركيب المركب ومحتوى العناصر. بعد ذلك، نستخدم طريقة الامتصاص الذري لقياس محتوى الهولميوم. الخطوات المحددة هي كما يلي: تحضير العينة المراد قياسها. قم بإعداد العينة المراد قياسها إلى محلول، والذي يحتاج عمومًا إلى هضمه مع حمض مختلط للقياس اللاحق. اختيار مطياف الامتصاص الذري المناسب. وفقًا لخصائص العينة المراد قياسها ونطاق محتوى الهولميوم المراد قياسه، حدد مطياف الامتصاص الذري المناسب. ضبط معلمات مطياف الامتصاص الذري. وفقًا للعنصر المراد قياسه ونموذج الأداة، قم بضبط معلمات مطياف الامتصاص الذري، بما في ذلك مصدر الضوء، والرذاذ، والكاشف، وما إلى ذلك. قم بقياس امتصاص الهولميوم. ضع العينة المراد قياسها في الرذاذ، ثم قم بإصدار إشعاع ضوئي بطول موجي محدد من خلال مصدر الضوء. سوف يمتص عنصر الهولميوم المراد قياسه هذه الإشعاعات الضوئية وينتج تحولات في مستوى الطاقة. قياس امتصاص الهولميوم من خلال الكاشف. احسب محتوى الهولميوم. وفقا للامتصاص والمنحنى القياسي، يتم حساب محتوى الهولميوم. فيما يلي المعلمات المحددة التي تستخدمها أداة لقياس الهولميوم.

معيار الهولميوم (Ho): أكسيد الهولميوم (درجة تحليلية).
الطريقة: يزن بدقة 1.1455 جم من Ho2O3، ويذوب في 20 مل من حمض الهيدروكلوريك 5 مول، ويخفف إلى 1 لتر بالماء، ويكون تركيز Ho في هذا المحلول 1000 ميكروجرام/مل. تخزينها في زجاجة البولي ايثيلين بعيدا عن الضوء.
نوع اللهب: أكسيد النيتروز - الأسيتيلين، لهب غني
معلمات التحليل: الطول الموجي (نانومتر) 410.4 عرض النطاق الطيفي (نانومتر) 0.2
معامل التصفية 0.6 تيار المصباح الموصى به (مللي أمبير) 6
الجهد العالي السلبي (ت) 384.5
ارتفاع رأس الاحتراق (مم) 12
وقت التكامل (S) 3
ضغط الهواء وتدفقه (MP، مل/دقيقة) 0.25، 5000
ضغط وتدفق أكسيد النيتروز (MP، مل/دقيقة) 0.22، 5000
ضغط وتدفق الأسيتيلين (MP، مل/دقيقة) 0.1، 4500
معامل الارتباط الخطي 0.9980
التركيز المميز (ميكروجرام/مل) 0.841
طريقة الحساب الطريقة المستمرة حموضة المحلول 0.5%
جدول قياس حمض الهيدروكلوريك:

منحنى المعايرة:

التداخل: يتأين الهولميوم جزئيًا في لهب أكسيد النيتروز والأسيتيلين. إن إضافة نترات البوتاسيوم أو كلوريد البوتاسيوم إلى تركيز البوتاسيوم النهائي 2000 ميكروجرام/مل يمكن أن يمنع تأين الهولميوم. في العمل الفعلي، من الضروري اختيار طريقة قياس مناسبة وفقًا للاحتياجات المحددة للموقع. وتستخدم هذه الطرق على نطاق واسع في تحليل والكشف عن الكادميوم في المختبرات والصناعات.

لقد أظهر الهولميوم إمكانات كبيرة في العديد من المجالات بفضل خصائصه الفريدة ومجموعة واسعة من الاستخدامات. من خلال فهم التاريخ، وعملية الاكتشاف،أهمية وتطبيق الهولميوم، يمكننا أن نفهم بشكل أفضل أهمية وقيمة هذا العنصر السحري. دعونا نتطلع إلى أن يجلب الهولميوم المزيد من المفاجآت والاختراقات للمجتمع البشري في المستقبل وتقديم مساهمات أكبر لتعزيز التقدم العلمي والتكنولوجي والتنمية المستدامة.

لمزيد من المعلومات أو الاستفسار هولميوم مرحبا بكم فياتصل بنا

واتس & هاتف: 008613524231522

Email:sales@shxlchem.com