Holmium prvek a běžné metody detekce
V periodické tabulce chemických prvků se nachází prvek tzvholmium, což je vzácný kov. Tento prvek je při pokojové teplotě pevný a má vysoký bod tání a bod varu. To však není nejatraktivnější část prvku holmium. Jeho skutečné kouzlo spočívá v tom, že když je vzrušený, vydává krásné zelené světlo. Element holmium v tomto vzrušeném stavu je jako blikající zelený drahokam, krásný a tajemný. Lidé mají relativně krátkou kognitivní historii prvku holmium. V roce 1879 švédský chemik Per Theodor Klebe poprvé objevil prvek holmium a pojmenoval jej po svém rodném městě. Při studiu nečistého erbia nezávisle objevil holmium odstraněnímyttriumaskandium. Hnědou látku pojmenoval Holmia (latinský název pro Stockholm) a zelenou látku Thulia. Poté úspěšně oddělil dysprosium, aby oddělil čisté holmium. V periodické tabulce chemických prvků má holmium některé velmi jedinečné vlastnosti a použití. Holmium je prvek vzácných zemin s velmi silným magnetismem, proto se často používá k výrobě magnetických materiálů. Zároveň má holmium také vysoký index lomu, díky čemuž je ideálním materiálem pro výrobu optických přístrojů a optických vláken. Kromě toho hraje holmium také důležitou roli v oblasti medicíny, energetiky a ochrany životního prostředí. Pojďme dnes do tohoto magického prvku s širokým spektrem použití - holmia. Prozkoumejte jeho tajemství a pociťte jeho velký přínos pro lidskou společnost.
Oblasti použití holmiového prvku
Holmium je chemický prvek s atomovým číslem 67 a patří do řady lanthanoidů. Následuje podrobný úvod do některých aplikačních oblastí holmiového prvku:
1. Holmium magnet:Holmium má dobré magnetické vlastnosti a je široce používáno jako materiál pro výrobu magnetů. Zejména ve výzkumu vysokoteplotní supravodivosti se holmiové magnety často používají jako materiály pro supravodiče ke zvýšení magnetického pole supravodičů.
2. Holmium sklo:Holmium může dát sklu speciální optické vlastnosti a používá se k výrobě holmiových skleněných laserů. Holmiové lasery jsou široce používány v lékařství a průmyslu a lze je použít k léčbě očních onemocnění, řezání kovů a jiných materiálů atd.
3. Průmysl jaderné energetiky:Izotop Holmium holmium-165 má vysoký průřez pro zachycení neutronů a používá se k řízení toku neutronů a distribuce energie v jaderných reaktorech.
4. Optická zařízení: Holmium má také některé aplikace v optických zařízeních, jako jsou optické vlnovody, fotodetektory, modulátory atd. v komunikaci pomocí optických vláken.
5. Fluorescenční materiály:Sloučeniny holmia lze použít jako fluorescenční materiály k výrobě zářivek, fluorescenčních obrazovek a fluorescenčních indikátorů.6. Slitiny kovů:Holmium lze přidat do jiných kovů za účelem výroby slitin pro zlepšení tepelné stability, odolnosti proti korozi a svařovacího výkonu kovů. Často se používá k výrobě leteckých motorů, automobilových motorů a chemických zařízení. Holmium má důležité aplikace v magnetech, skleněných laserech, jaderném energetickém průmyslu, optických zařízeních, fluorescenčních materiálech a kovových slitinách.
Fyzikální vlastnosti prvku holmium
1. Struktura atomu: Struktura atomu holmia se skládá z 67 elektronů. V jeho elektronické konfiguraci jsou 2 elektrony v první vrstvě, 8 elektronů ve druhé vrstvě, 18 elektronů ve třetí vrstvě a 29 elektronů ve čtvrté vrstvě. V nejvzdálenější vrstvě jsou tedy 2 osamocené páry elektronů.
2. Hustota a tvrdost: Hustota holmia je 8,78 g/cm3, což je poměrně vysoká hustota. Jeho tvrdost je asi 5,4 Mohsovy tvrdosti.
3. Bod tání a bod varu: Bod tání holmia je asi 1474 stupňů Celsia a bod varu je asi 2695 stupňů Celsia.
4. Magnetismus: Holmium je kov s dobrým magnetismem. Při nízkých teplotách vykazuje feromagnetismus, ale při vysokých teplotách postupně magnetismus ztrácí. Magnetismus holmia je důležitý v magnetických aplikacích a ve výzkumu vysokoteplotní supravodivosti.
5. Spektrální charakteristiky: Holmium vykazuje zřejmé absorpční a emisní čáry ve viditelném spektru. Jeho emisní čáry se nacházejí hlavně v zeleném a červeném spektrálním rozsahu, což vede k tomu, že sloučeniny holmia mají obvykle zelenou nebo červenou barvu.
6. Tepelná vodivost: Holmium má relativně vysokou tepelnou vodivost asi 16,2 W/m·Kelvin. Díky tomu je holmium cenné v některých aplikacích, které vyžadují vynikající tepelnou vodivost. Holmium je kov s vysokou hustotou, tvrdostí a magnetismem. Hraje důležitou roli v magnetech, vysokoteplotních supravodičech, spektroskopii a tepelné vodivosti.
Chemické vlastnosti holmia
1. Reaktivita: Holmium je relativně stabilní kov, který pomalu reaguje s většinou nekovových prvků a kyselin. Při pokojové teplotě nereaguje se vzduchem a vodou, ale při zahřátí na vysoké teploty reaguje se vzdušným kyslíkem za vzniku oxidu holmiového.
2. Rozpustnost: Holmium má dobrou rozpustnost v kyselých roztocích a může reagovat s koncentrovanou kyselinou sírovou, kyselinou dusičnou a kyselinou chlorovodíkovou za vzniku odpovídajících solí holmia.
3. Oxidační stav: Oxidační stav holmia je obvykle +3. Může tvořit různé sloučeniny, jako jsou oxidy (např.Ho2O3), chloridy (HoCl3), sírany (Ho2(SO4)3), atd. Kromě toho může holmium také vykazovat oxidační stavy jako +2, +4 a +5, ale tyto oxidační stavy jsou méně časté.
4. Komplexy: Holmium může tvořit různé komplexy, z nichž nejběžnější jsou komplexy soustředěné na ionty holmia (III). Tyto komplexy hrají důležitou roli v chemické analýze, katalyzátorech a biochemickém výzkumu.
5. Reaktivita: Holmium obvykle vykazuje relativně mírnou reaktivitu v chemických reakcích. Může se účastnit mnoha typů chemických reakcí, jako jsou oxidačně-redukční reakce, koordinační reakce a komplexní reakce. Holmium je relativně stabilní kov a jeho chemické vlastnosti se projevují především v relativně nízké reaktivitě, dobré rozpustnosti, různých oxidačních stavech a tvorbě různých komplexů. Díky těmto vlastnostem je holmium široce používáno v chemických reakcích, koordinační chemii a biochemickém výzkumu.
Biologické vlastnosti holmia
Biologické vlastnosti holmia byly poměrně málo prozkoumány a informace, které zatím známe, jsou omezené. Níže jsou uvedeny některé vlastnosti holmia v organismech:
1. Biologická dostupnost: Holmium je v přírodě poměrně vzácné, takže jeho obsah v organismech je velmi nízký. Holmium má špatnou biologickou dostupnost, to znamená, že schopnost organismu přijímat a absorbovat holmium je omezená, což je jeden z důvodů, proč funkce a účinky holmia v lidském těle nejsou plně pochopeny.
2. Fyziologická funkce: Ačkoli existují omezené znalosti o fyziologických funkcích holmia, studie ukázaly, že holmium se může podílet na některých důležitých biochemických procesech v lidském těle. Vědecké studie ukázaly, že holmium může souviset se zdravím kostí a svalů, ale konkrétní mechanismus je stále nejasný.
3. Toxicita: Vzhledem ke své nízké biologické dostupnosti má holmium relativně nízkou toxicitu pro lidský organismus. Ve studiích na laboratorních zvířatech může expozice vysokým koncentracím sloučenin holmia způsobit určité poškození jater a ledvin, ale současný výzkum akutní a chronické toxicity holmia je relativně omezený. Biologické vlastnosti holmia v živých organismech nejsou dosud plně pochopeny. Současný výzkum se zaměřuje na jeho možné fyziologické funkce a toxické účinky na živé organismy. S neustálým pokrokem vědy a techniky se bude výzkum biologických vlastností holmia nadále prohlubovat.
Přirozené rozšíření holmia
Rozšíření holmia v přírodě je velmi vzácné a je to jeden z prvků s extrémně nízkým obsahem v zemské kůře. Toto je distribuce holmia v přírodě:
1. Distribuce v zemské kůře: Obsah holmia v zemské kůře je asi 1,3 ppm (částic na milion), což je poměrně vzácný prvek v zemské kůře. Přes svůj nízký obsah lze holmium nalézt v některých horninách a rudách, jako jsou rudy obsahující prvky vzácných zemin.
2. Přítomnost v minerálech: Holmium se vyskytuje hlavně v rudách ve formě oxidů, jako je oxid holmium (Ho2O3). Ho2O3 je aoxid vzácných zeminruda, která obsahuje vysokou koncentraci holmia.
3. Složení v přírodě: Holmium obvykle koexistuje s jinými prvky vzácných zemin a částí prvků lanthanoidů. V přírodě může existovat ve formě oxidů, síranů, uhličitanů atd.
4. Geografická poloha rozšíření: Rozšíření holmia je po celém světě poměrně jednotné, ale jeho produkce je velmi omezená. Některé země mají určité zdroje holmiové rudy, např. Čína, Austrálie, Brazílie atd. Holmium je v přírodě poměrně vzácné a existuje především ve formě oxidů v rudách. Přestože je obsah nízký, koexistuje s jinými prvky vzácných zemin a lze jej nalézt v některých specifických geologických prostředích. Vzhledem k jeho vzácnosti a omezením distribuce je těžba a využití holmia poměrně obtížné.
Extrakce a tavení prvku Holmium
Holmium je prvek vzácných zemin a proces jeho těžby a těžby je podobný jako u jiných prvků vzácných zemin. Následuje podrobný úvod do procesu těžby a těžby prvku holmium:
1. Hledání holmiové rudy: Holmium lze nalézt v rudách vzácných zemin a běžné holmiové rudy zahrnují oxidové rudy a uhličitanové rudy. Tyto rudy mohou existovat v podzemních nebo povrchových ložiskách nerostů.
2. Drcení a mletí rudy: Po těžbě je potřeba holmiovou rudu rozdrtit a rozemlít na menší částice a dále zušlechťovat.
3. Flotace: Separace holmiové rudy od ostatních nečistot flotační metodou. Při flotačním procesu se často používá ředidlo a pěnidlo k tomu, aby holmiová ruda plavala na hladině kapaliny a pak se prováděla fyzikální a chemická úprava.
4. Hydratace: Po flotaci podstoupí ruda holmia hydratační úpravu, aby se změnila na soli holmia. Hydratační úprava obvykle zahrnuje reakci rudy se zředěným roztokem kyseliny za vzniku roztoku soli kyseliny holmiové.
5. Srážení a filtrace: Úpravou reakčních podmínek se holmium v roztoku soli kyseliny holmiové vysráží. Poté se sraženina filtruje, aby se oddělila čistá sraženina holmia.
6. Kalcinace: Precipitáty holmia musí projít kalcinací. Tento proces zahrnuje zahřátí sraženiny holmia na vysokou teplotu, aby se přeměnila na oxid holmiový.
7. Redukce: Oxid holmium prochází redukčním zpracováním, aby se přeměnil na kovové holmium. Obvykle se pro redukci za podmínek vysoké teploty používají redukční činidla (jako je vodík). 8. Rafinace: Redukované kovové holmium může obsahovat další nečistoty a musí být rafinováno a čištěno. Metody rafinace zahrnují extrakci rozpouštědlem, elektrolýzu a chemickou redukci. Po výše uvedených krocích vysoká čistotaholmium kovlze získat. Tyto holmiové kovy lze použít pro přípravu slitin, magnetických materiálů, jadernou energetiku a laserová zařízení. Stojí za zmínku, že proces těžby a těžby prvků vzácných zemin je poměrně složitý a vyžaduje pokročilou technologii a vybavení k dosažení efektivní a levné výroby.
Metody detekce prvku holmia
1. Atomová absorpční spektrometrie (AAS): Atomová absorpční spektrometrie je běžně používaná metoda kvantitativní analýzy, která využívá absorpční spektra specifických vlnových délek ke stanovení koncentrace holmia ve vzorku. Rozprašuje vzorek, který má být testován, v plameni a poté měří intenzitu absorpce holmia ve vzorku pomocí spektrometru. Tato metoda je vhodná pro detekci holmia ve vyšších koncentracích.
2. Optická emisní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem (ICP-OES): Optická emisní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem je vysoce citlivá a selektivní analytická metoda, která je široce používána ve víceprvkové analýze. Rozprašuje vzorek a vytváří plazmu pro měření specifické vlnové délky a intenzity emise holmia ve spektrometru.
3. Hmotnostní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem (ICP-MS): Hmotnostní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem je vysoce citlivá analytická metoda s vysokým rozlišením, kterou lze použít pro stanovení poměru izotopů a analýzu stopových prvků. Rozprašuje vzorek a vytváří plazmu pro měření poměru hmotnosti k náboji holmia v hmotnostním spektrometru.
4. Rentgenová fluorescenční spektrometrie (XRF): Rentgenová fluorescenční spektrometrie využívá fluorescenční spektrum produkované vzorkem po excitaci rentgenovým zářením k analýze obsahu prvků. Dokáže rychle a nedestruktivně určit obsah holmia ve vzorku. Tyto metody jsou široce používány v laboratořích a průmyslových oblastech pro kvantitativní analýzu a kontrolu kvality holmia. Výběr vhodné metody závisí na faktorech, jako je typ vzorku, požadovaný detekční limit a přesnost detekce.
Specifická aplikace metody atomové absorpce holmia
Při měření prvků má metoda atomové absorpce vysokou přesnost a citlivost a poskytuje účinný prostředek pro studium chemických vlastností, složení sloučenin a obsahu prvků. Dále používáme metodu atomové absorpce k měření obsahu holmia. Konkrétní kroky jsou následující: Připravte vzorek k měření. Připravte vzorek, který má být měřen, do roztoku, který je obecně potřeba pro následné měření štěpit směsnou kyselinou. Vyberte vhodný atomový absorpční spektrometr. Podle vlastností měřeného vzorku a rozsahu měřeného obsahu holmia vyberte vhodný atomový absorpční spektrometr. Upravte parametry atomového absorpčního spektrometru. Podle měřeného prvku a modelu přístroje upravte parametry atomového absorpčního spektrometru včetně světelného zdroje, atomizéru, detektoru atd. Změřte absorbanci holmia. Umístěte měřený vzorek do atomizéru a emitujte světelné záření o specifické vlnové délce přes světelný zdroj. Holmium prvek, který má být měřen, pohltí toto světelné záření a vytvoří přechody energetické hladiny. Změřte absorbanci holmia detektorem. Vypočítejte obsah holmia. Podle absorbance a standardní křivky se vypočítá obsah holmia. Následují specifické parametry používané přístrojem k měření holmia.
Holmium (Ho) standard: oxid holmitý (analytická kvalita).
Metoda: Přesně navážíme 1,1455 g Ho2O3, rozpustíme ve 20 ml 5 mol kyseliny chlorovodíkové, zředíme na 1 l vodou, koncentrace Ho v tomto roztoku je 1000 μg/ml. Uchovávejte v polyethylenové lahvi mimo dosah světla.
Typ plamene: oxid dusný-acetylen, bohatý plamen
Parametry analýzy: Vlnová délka (nm) 410,4 Spektrální šířka pásma (nm) 0,2
Filtrační koeficient 0,6 Doporučený proud lampy (mA) 6
Záporné vysoké napětí (v) 384,5
Výška spalovací hlavy (mm) 12
Doba integrace (S) 3
Tlak a průtok vzduchu (MP, ml/min) 0,25, 5000
Tlak a průtok oxidu dusného (MP, ml/min) 0,22, 5000
Tlak a průtok acetylenu (MP, ml/min) 0,1, 4500
Lineární korelační koeficient 0,9980
Charakteristická koncentrace (μg/ml) 0,841
Metoda výpočtu Kontinuální metoda Kyselost roztoku 0,5 %
Tabulka měření HCl:
Kalibrační křivka:
Rušení: Holmium je částečně ionizováno v plameni oxid dusný-acetylen. Přidání dusičnanu draselného nebo chloridu draselného do konečné koncentrace draslíku 2000 μg/ml může inhibovat ionizaci holmia. Při vlastní práci je nutné zvolit vhodnou metodu měření podle konkrétních potřeb staveniště. Tyto metody jsou široce používány při analýze a detekci kadmia v laboratořích a průmyslových odvětvích.
Holmium prokázalo velký potenciál v mnoha oborech svými jedinečnými vlastnostmi a širokým rozsahem použití. Pochopením historie, procesu objevování,důležitosti a použití holmia, můžeme lépe pochopit důležitost a hodnotu tohoto magického prvku. Těšme se, že holmium v budoucnu přinese další překvapení a průlomy do lidské společnosti a více přispěje k podpoře vědeckého a technologického pokroku a udržitelného rozvoje.
Pro více informací nebo dotaz Holmium vítámekontaktujte nás
Whats&tel:008613524231522
Email:sales@shxlchem.com
Čas odeslání: 13. listopadu 2024