Holmijev element i uobičajene metode detekcije
U periodnom sustavu kemijskih elemenata nalazi se element tzvholmij, koji je rijedak metal. Ovaj element je čvrst na sobnoj temperaturi i ima visoko talište i vrelište. Međutim, to nije najatraktivniji dio elementa holmija. Njegova prava čar leži u tome što kada je uzbuđen, emitira prekrasno zeleno svjetlo. Element holmij u ovom pobuđenom stanju je poput bljeskajućeg zelenog dragulja, lijep i tajanstven. Ljudi imaju relativno kratku kognitivnu povijest elementa holmija. Godine 1879., švedski kemičar Per Theodor Klebe prvi je otkrio element holmij i nazvao ga po svom rodnom gradu. Dok je proučavao nečisti erbij, neovisno je otkrio holmij uklanjanjemitrijiskandij. Smeđu tvar nazvao je Holmia (latinski naziv za Stockholm), a zelenu tvar Thulia. Zatim je uspješno razdvojio disprozij kako bi odvojio čisti holmij. U periodnom sustavu kemijskih elemenata, holmij ima neka vrlo jedinstvena svojstva i namjene. Holmij je element rijetke zemlje s vrlo jakim magnetizmom, pa se često koristi za izradu magnetskih materijala. Istovremeno, holmij ima i visok indeks loma, što ga čini idealnim materijalom za izradu optičkih instrumenata i optičkih vlakana. Osim toga, holmij također igra važnu ulogu u području medicine, energetike i zaštite okoliša. Ušetajmo danas u ovaj čarobni element široke primjene - holmij. Istražite njegove misterije i osjetite njegov veliki doprinos ljudskom društvu.
Područja primjene elementa holmija
Holmij je kemijski element s atomskim brojem 67 i pripada nizu lantanida. Slijedi detaljan uvod u neka područja primjene elementa holmija:
1. Holmijev magnet:Holmij ima dobra magnetska svojstva i naširoko se koristi kao materijal za izradu magneta. Osobito u istraživanju visokotemperaturne supravodljivosti, holmijevi magneti često se koriste kao materijali za supravodiče za pojačavanje magnetskog polja supravodiča.
2. Holmijsko staklo:Holmij može dati staklu posebna optička svojstva i koristi se za izradu lasera od holmijeva stakla. Holmijevi laseri imaju široku primjenu u medicini i industriji, a mogu se koristiti za liječenje očnih bolesti, rezanje metala i drugih materijala itd.
3. Industrija nuklearne energije:Holmijev izotop holmij-165 ima visok presjek hvatanja neutrona i koristi se za kontrolu toka neutrona i raspodjele snage nuklearnih reaktora.
4. Optički uređaji: Holmij također ima neke primjene u optičkim uređajima, kao što su optički valni vodići, fotodetektori, modulatori itd. u komunikacijama optičkim vlaknima.
5. Fluorescentni materijali:Spojevi holmija mogu se koristiti kao fluorescentni materijali za proizvodnju fluorescentnih svjetiljki, fluorescentnih zaslona i fluorescentnih indikatora.6. Metalne legure:Holmij se može dodati drugim metalima za izradu legura za poboljšanje toplinske stabilnosti, otpornosti na koroziju i učinkovitosti zavarivanja metala. Često se koristi za proizvodnju zrakoplovnih motora, automobilskih motora i kemijske opreme. Holmij ima važne primjene u magnetima, staklenim laserima, industriji nuklearne energije, optičkim uređajima, fluorescentnim materijalima i metalnim legurama.
Fizikalna svojstva elementa holmija
1. Atomska struktura: Atomska struktura holmija sastoji se od 67 elektrona. U svojoj elektroničkoj konfiguraciji, u prvom sloju nalaze se 2 elektrona, u drugom sloju 8 elektrona, u trećem sloju 18 elektrona i u četvrtom sloju 29 elektrona. Stoga postoje 2 usamljena para elektrona u krajnjem vanjskom sloju.
2. Gustoća i tvrdoća: Gustoća holmija je 8,78 g/cm3, što je relativno velika gustoća. Tvrdoća mu je oko 5,4 Mohsove tvrdoće.
3. Talište i vrelište: Talište holmija je oko 1474 stupnjeva Celzijusa, a vrelište je oko 2695 stupnjeva Celzijusa.
4. Magnetizam: Holmij je metal s dobrim magnetizmom. Pokazuje feromagnetizam na niskim temperaturama, ali postupno gubi magnetizam na visokim temperaturama. Magnetizam holmija čini ga važnim u primjeni magneta iu istraživanju visokotemperaturne supravodljivosti.
5. Spektralne karakteristike: Holmij pokazuje očite apsorpcijske i emisijske linije u vidljivom spektru. Njegove emisijske linije uglavnom se nalaze u zelenom i crvenom spektralnom području, što rezultira holmijevim spojevima koji obično imaju zelenu ili crvenu boju.
6. Toplinska vodljivost: Holmij ima relativno visoku toplinsku vodljivost od oko 16,2 W/m·Kelvina. To čini holmij vrijednim u nekim primjenama koje zahtijevaju izvrsnu toplinsku vodljivost. Holmij je metal visoke gustoće, tvrdoće i magnetizma. Ima važnu ulogu u magnetima, visokotemperaturnim supravodičima, spektroskopiji i toplinskoj vodljivosti.
Kemijska svojstva holmija
1. Reaktivnost: Holmij je relativno stabilan metal koji sporo reagira s većinom nemetalnih elemenata i kiselina. Ne reagira sa zrakom i vodom na sobnoj temperaturi, ali kada se zagrije na visoke temperature, reagira s kisikom u zraku i nastaje holmijev oksid.
2. Topljivost: Holmij ima dobru topljivost u kiselim otopinama i može reagirati s koncentriranom sumpornom kiselinom, dušičnom kiselinom i klorovodičnom kiselinom kako bi proizveo odgovarajuće holmijeve soli.
3. Oksidacijsko stanje: Oksidacijsko stanje holmija obično je +3. Može tvoriti različite spojeve, poput oksida (Ho2O3), kloridi (HoCl3), sulfati (Ho2(SO4)3), itd. Osim toga, holmij također može imati oksidacijska stanja kao što su +2, +4 i +5, ali ta su oksidacijska stanja rjeđa.
4. Kompleksi: Holmij može tvoriti različite komplekse, od kojih su najčešći kompleksi usredotočeni na holmijeve (III) ione. Ovi kompleksi igraju važnu ulogu u kemijskim analizama, katalizatorima i biokemijskim istraživanjima.
5. Reaktivnost: Holmij obično pokazuje relativno blagu reaktivnost u kemijskim reakcijama. Može sudjelovati u mnogim vrstama kemijskih reakcija kao što su oksidacijsko-redukcijske reakcije, koordinacijske reakcije i složene reakcije. Holmij je relativno stabilan metal, a njegova kemijska svojstva uglavnom se ogledaju u relativno niskoj reaktivnosti, dobroj topivosti, različitim oksidacijskim stanjima i stvaranju raznih kompleksa. Zbog ovih karakteristika holmij se široko koristi u kemijskim reakcijama, koordinacijskoj kemiji i biokemijskim istraživanjima.
Biološka svojstva holmija
Biološka svojstva holmija relativno su malo proučavana, a informacije koje do sada znamo su ograničene. Slijede neka od svojstava holmija u organizmima:
1. Bioraspoloživost: Holmij je relativno rijedak u prirodi, pa je njegov sadržaj u organizmima vrlo nizak. Holmij ima slabu bioraspoloživost, odnosno sposobnost organizma da unese i apsorbira holmij je ograničena, što je jedan od razloga zašto funkcije i učinci holmija u ljudskom organizmu nisu u potpunosti razjašnjeni.
2. Fiziološka funkcija: Iako postoji ograničeno znanje o fiziološkim funkcijama holmija, studije su pokazale da holmij može biti uključen u neke važne biokemijske procese u ljudskom tijelu. Znanstvene studije su pokazale da holmij može biti povezan sa zdravljem kostiju i mišića, ali je specifični mehanizam još uvijek nejasan.
3. Toksičnost: Zbog niske bioraspoloživosti, holmij ima relativno nisku toksičnost za ljudsko tijelo. U laboratorijskim studijama na životinjama, izloženost visokim koncentracijama spojeva holmija može uzrokovati određena oštećenja jetre i bubrega, ali trenutna istraživanja akutne i kronične toksičnosti holmija relativno su ograničena. Biološka svojstva holmija u živim organizmima još nisu u potpunosti shvaćena. Trenutna istraživanja usmjerena su na njegove moguće fiziološke funkcije i toksične učinke na žive organizme. Uz kontinuirani napredak znanosti i tehnologije, istraživanja bioloških svojstava holmija nastavit će se produbljivati.
Prirodna raspodjela holmija
Rasprostranjenost holmija u prirodi vrlo je rijetka, a jedan je od elemenata s izrazito niskim sadržajem u zemljinoj kori. Slijedi raspored holmija u prirodi:
1. Raspodjela u zemljinoj kori: Sadržaj holmija u zemljinoj kori je oko 1,3 ppm (dijelova na milijun), što je relativno rijedak element u zemljinoj kori. Unatoč niskom sadržaju, holmij se može pronaći u nekim stijenama i rudama, poput ruda koje sadrže elemente rijetke zemlje.
2. Prisutnost u mineralima: Holmij uglavnom postoji u rudama u obliku oksida, kao što je holmijev oksid (Ho2O3). Ho2O3 je aoksid rijetke zemljeruda koja sadrži visoku koncentraciju holmija.
3. Sastav u prirodi: Holmij obično koegzistira s drugim elementima rijetke zemlje i dijelom lantanoidnih elemenata. U prirodi može postojati u obliku oksida, sulfata, karbonata itd.
4. Zemljopisni položaj distribucije: Rasprostranjenost holmija relativno je ujednačena diljem svijeta, ali je njegova proizvodnja vrlo ograničena. Neke zemlje imaju određene resurse rude holmija, poput Kine, Australije, Brazila itd. Holmij je relativno rijedak u prirodi i uglavnom postoji u obliku oksida u rudama. Iako je sadržaj nizak, koegzistira s drugim elementima rijetke zemlje i može se pronaći u nekim specifičnim geološkim okruženjima. Zbog njegove rijetkosti i ograničenja distribucije, rudarenje i korištenje holmija je relativno teško.
Ekstrakcija i taljenje elementa holmija
Holmij je element rijetke zemlje, a proces njegovog rudarenja i ekstrakcije sličan je ostalim elementima rijetke zemlje. Slijedi detaljan uvod u proces rudarenja i ekstrakcije elementa holmija:
1. Traženje rude holmija: Holmij se može pronaći u rudama rijetkih zemalja, a uobičajene rude holmija uključuju oksidne i karbonatne rude. Ove rude mogu postojati u podzemnim ili otvorenim mineralnim naslagama.
2. Drobljenje i mljevenje rude: Nakon rudarenja, holmijevu rudaču treba zdrobiti i samljeti u manje čestice i dalje rafinirati.
3. Flotacija: Odvajanje holmijeve rude od ostalih nečistoća metodom flotacije. U procesu flotacije, razrjeđivač i pjenilo se često koriste kako bi holmijeva ruda plutala na površini tekućine, a zatim se provodi fizička i kemijska obrada.
4. Hidratacija: Nakon flotacije, holmijeva ruda će biti podvrgnuta hidratacijskom tretmanu kako bi se pretvorila u holmijeve soli. Obrada hidratacijom obično uključuje reakciju rude s razrijeđenom kiselom otopinom kako bi nastala otopina soli holmijeve kiseline.
5. Taloženje i filtracija: Podešavanjem reakcijskih uvjeta, holmij u kiseloj otopini soli holmija se taloži. Zatim filtrirajte talog kako biste odvojili čisti talog holmija.
6. Kalcinacija: Precipitate holmija potrebno je podvrgnuti tretmanu kalcinacije. Ovaj proces uključuje zagrijavanje taloga holmija na visoku temperaturu kako bi se pretvorio u holmijev oksid.
7. Redukcija: Holmijev oksid prolazi redukcijski tretman da bi se transformirao u metalni holmij. Obično se redukcijska sredstva (kao što je vodik) koriste za redukciju u uvjetima visoke temperature. 8. Rafiniranje: Reducirani metalni holmij može sadržavati druge nečistoće i treba ga rafinirati i pročistiti. Metode rafiniranja uključuju ekstrakciju otapalom, elektrolizu i kemijsku redukciju. Nakon gornjih koraka, visoka čistoćametal holmijmože se dobiti. Ovi metali holmija mogu se koristiti za pripremu legura, magnetskih materijala, nuklearne industrije i laserskih uređaja. Vrijedno je napomenuti da je proces rudarenja i ekstrakcije elemenata rijetke zemlje relativno složen i zahtijeva naprednu tehnologiju i opremu za postizanje učinkovite i jeftine proizvodnje.
Metode detekcije elementa holmija
1. Atomska apsorpcijska spektrometrija (AAS): Atomska apsorpcijska spektrometrija često je korištena metoda kvantitativne analize koja koristi apsorpcijske spektre specifičnih valnih duljina za određivanje koncentracije holmija u uzorku. Raspršuje uzorak koji se ispituje u plamenu, a zatim spektrometrom mjeri intenzitet apsorpcije holmija u uzorku. Ova je metoda prikladna za detekciju holmija u višim koncentracijama.
2. Spektrometrija optičke emisije induktivno spregnute plazme (ICP-OES): Spektrometrija optičke emisije induktivno spregnute plazme vrlo je osjetljiva i selektivna analitička metoda koja se široko koristi u analizi više elemenata. Raspršuje uzorak i formira plazmu za mjerenje specifične valne duljine i intenziteta emisije holmija u spektrometru.
3. Masena spektrometrija induktivno spregnute plazme (ICP-MS): Masena spektrometrija induktivno spregnute plazme vrlo je osjetljiva analitička metoda visoke razlučivosti koja se može koristiti za određivanje omjera izotopa i analizu elemenata u tragovima. Raspršuje uzorak i formira plazmu za mjerenje omjera mase i naboja holmija u masenom spektrometru.
4. Rendgenska fluorescentna spektrometrija (XRF): X-zraka fluorescentna spektrometrija koristi fluorescentni spektar koji proizvodi uzorak nakon pobuđivanja X-zrakama za analizu sadržaja elemenata. Može brzo i nedestruktivno odrediti sadržaj holmija u uzorku. Ove se metode široko koriste u laboratorijima i industrijskim područjima za kvantitativnu analizu i kontrolu kvalitete holmija. Odabir odgovarajuće metode ovisi o čimbenicima kao što su vrsta uzorka, potrebna granica detekcije i točnost detekcije.
Specifična primjena metode atomske apsorpcije holmija
U mjerenju elemenata, metoda atomske apsorpcije ima visoku točnost i osjetljivost i pruža učinkovito sredstvo za proučavanje kemijskih svojstava, sastava spojeva i sadržaja elemenata. Zatim koristimo metodu atomske apsorpcije za mjerenje sadržaja holmija. Konkretni koraci su sljedeći: Pripremite uzorak za mjerenje. Pripremite uzorak za mjerenje u otopinu, koju je općenito potrebno probaviti miješanom kiselinom za naknadno mjerenje. Odaberite odgovarajući atomski apsorpcijski spektrometar. U skladu sa svojstvima uzorka koji se mjeri i rasponom sadržaja holmija koji se mjeri, odaberite odgovarajući atomski apsorpcijski spektrometar. Podesite parametre atomskog apsorpcijskog spektrometra. U skladu s elementom koji se mjeri i modelom instrumenta, prilagodite parametre atomskog apsorpcijskog spektrometra, uključujući izvor svjetlosti, raspršivač, detektor itd. Izmjerite apsorbanciju holmija. Stavite uzorak za mjerenje u atomizer i emitirajte svjetlosno zračenje određene valne duljine kroz izvor svjetlosti. Element holmija koji se mjeri će apsorbirati ta svjetlosna zračenja i proizvesti prijelaze energetskih razina. Izmjerite apsorbanciju holmija kroz detektor. Izračunajte sadržaj holmija. Prema apsorbanciji i standardnoj krivulji izračunava se sadržaj holmija. Sljedeći su specifični parametri koje koristi instrument za mjerenje holmija.
Holmijev (Ho) standard: holmijev oksid (analitički stupanj).
Metoda: Točno izvažite 1,1455 g Ho2O3, otopite u 20 mL 5 Mole klorovodične kiseline, razrijedite vodom do 1 L, koncentracija Ho u ovoj otopini je 1000 μg/mL. Čuvati u polietilenskoj bočici daleko od svjetlosti.
Vrsta plamena: dušikov oksid-acetilen, bogat plamen
Parametri analize: Valna duljina (nm) 410,4 Spektralna propusnost (nm) 0,2
Koeficijent filtra 0,6 Preporučena struja žarulje (mA) 6
Negativni visoki napon (v) 384,5
Visina glave izgaranja (mm) 12
Vrijeme integracije (S) 3
Tlak i protok zraka (MP, mL/min) 0,25, 5000
Tlak i protok dušikovog oksida (MP, mL/min) 0,22, 5000
Tlak i protok acetilena (MP, mL/min) 0,1, 4500
Koeficijent linearne korelacije 0,9980
Karakteristična koncentracija (μg/mL) 0,841
Metoda proračuna Kontinuirana metoda Kiselost otopine 0,5%
HCl izmjerena tablica:
Kalibracijska krivulja:
Interferencija: Holmij je djelomično ioniziran u plamenu dušikovog oksida-acetilena. Dodavanje kalijevog nitrata ili kalijevog klorida do konačne koncentracije kalija od 2000 μg/mL može inhibirati ionizaciju holmija. U stvarnom radu potrebno je odabrati prikladnu metodu mjerenja prema specifičnim potrebama gradilišta. Ove se metode naširoko koriste u analizi i detekciji kadmija u laboratorijima i industriji.
Holmij je pokazao veliki potencijal u mnogim poljima sa svojim jedinstvenim svojstvima i širokim rasponom upotrebe. Razumijevanjem povijesti, procesa otkrića,značaj i primjenu holmija, možemo bolje razumjeti važnost i vrijednost ovog magičnog elementa. Radujmo se što će holmij u budućnosti donijeti više iznenađenja i otkrića ljudskom društvu i dati veći doprinos promicanju znanstvenog i tehnološkog napretka i održivog razvoja.
Za više informacija ili upit Holmium dobrodošli nakontaktirajte nas
Koji&tel:008613524231522
Email:sales@shxlchem.com
Vrijeme objave: 13. studenoga 2024