אלמנט הולמיום ושיטות בדיקה נפוצות

אלמנט הולמיום ושיטות זיהוי נפוצות
בטבלה המחזורית של יסודות כימיים, יש יסוד שנקראהולמיום, שהיא מתכת נדירה. יסוד זה מוצק בטמפרטורת החדר ובעל נקודת התכה וסף רתיחה גבוהים. עם זאת, זה לא החלק האטרקטיבי ביותר של אלמנט ההולמיום. הקסם האמיתי שלו טמון בעובדה שכאשר הוא נרגש, הוא פולט אור ירוק ויפה. יסוד ההולמיום במצב נרגש זה הוא כמו פנינה ירוקה מהבהבת, יפה ומסתורי. לבני אדם יש היסטוריה קוגניטיבית קצרה יחסית של יסוד ההולמיום. בשנת 1879, הכימאי השבדי פר תיאודור קלבה גילה לראשונה את יסוד ההולמיום וקרא לו על שם עיר הולדתו. תוך כדי לימוד ארביום לא טהור, הוא גילה באופן עצמאי את הולמיום על ידי הסרהאיטריוםוסקנדיום. הוא קרא לחומר החום הולמיה (השם הלטיני לשטוקהולם) ולחומר הירוק Thulia. לאחר מכן הוא הפריד בהצלחה את דיספרוזיום כדי להפריד הולמיום טהור. בטבלה המחזורית של יסודות כימיים, להולמיום יש כמה תכונות ושימושים ייחודיים מאוד. הולמיום הוא יסוד אדמה נדיר עם מגנטיות חזקה מאוד, ולכן הוא משמש לעתים קרובות לייצור חומרים מגנטיים. יחד עם זאת, להולמיום גם מקדם שבירה גבוה, מה שהופך אותו לחומר אידיאלי לייצור מכשירים אופטיים וסיבים אופטיים. בנוסף, להולמיום תפקיד חשוב גם בתחומי הרפואה, האנרגיה והגנת הסביבה. היום, תנו לנו להיכנס לאלמנט הקסום הזה עם מגוון רחב של יישומים - הולמיום. חקור את המסתורין שלו והרגיש את תרומתו הגדולה לחברה האנושית.

שדות יישום של אלמנט הולמיום

הולמיום הוא יסוד כימי עם מספר אטומי של 67 ושייך לסדרת הלנתנידים. להלן מבוא מפורט לכמה תחומי יישום של אלמנט הולמיום:
1. מגנט הולמיום:להולמיום תכונות מגנטיות טובות והוא נמצא בשימוש נרחב כחומר לייצור מגנטים. במיוחד במחקר מוליכות-על בטמפרטורות גבוהות, מגנטים של הולמיום משמשים לעתים קרובות כחומרים עבור מוליכים כדי לשפר את השדה המגנטי של מוליכים.
2. זכוכית הולמיום:הולמיום יכול להעניק לזכוכית תכונות אופטיות מיוחדות ומשמש לייצור לייזרים מזכוכית הולמיום. לייזר הולמיום נמצא בשימוש נרחב ברפואה ובתעשייה, וניתן להשתמש בהם לטיפול במחלות עיניים, חיתוך מתכות וחומרים נוספים וכו'.
3. תעשיית האנרגיה הגרעינית:לאיזוטופ הולמיום-165 של הולמיום יש חתך רוחב לכידת נויטרונים גבוה והוא משמש לשליטה בשטף הנייטרונים וחלוקת הכוח של כורים גרעיניים.
4. מכשירים אופטיים: להולמיום יש גם כמה יישומים בהתקנים אופטיים, כגון מוליכי גל אופטיים, גלאי צילום, מאפננים וכו' בתקשורת סיבים אופטיים.
5. חומרים פלורסנטים:ניתן להשתמש בתרכובות הולמיום כחומרי פלורסנט לייצור מנורות פלורסנט, מסכי פלורסנט ומחווני פלורסנט.6. סגסוגות מתכת:ניתן להוסיף הולמיום למתכות אחרות לייצור סגסוגות לשיפור היציבות התרמית, עמידות בפני קורוזיה וביצועי הריתוך של מתכות. הוא משמש לעתים קרובות לייצור מנועי מטוסים, מנועי רכב וציוד כימי. להולמיום יש יישומים חשובים במגנטים, לייזרים מזכוכית, תעשיית אנרגיה גרעינית, מכשירים אופטיים, חומרים פלורסנטים וסגסוגות מתכת.

תכונות פיזיקליות של יסוד הולמיום

1. מבנה אטומי: המבנה האטומי של הולמיום מורכב מ-67 אלקטרונים. בתצורתו האלקטרונית ישנם 2 אלקטרונים בשכבה הראשונה, 8 אלקטרונים בשכבה השנייה, 18 אלקטרונים בשכבה השלישית ו-29 אלקטרונים בשכבה הרביעית. לכן, בשכבה החיצונית ישנם 2 זוגות בודדים של אלקטרונים.
2. צפיפות וקשיות: הצפיפות של הולמיום היא 8.78 גרם/סמ"ק, שהיא צפיפות גבוהה יחסית. הקשיות שלו היא כ-5.4 מוהס קשיות.
3. נקודת התכה ונקודת רתיחה: נקודת ההיתוך של הולמיום היא כ-1474 מעלות צלזיוס ונקודת הרתיחה היא כ-2695 מעלות צלזיוס.
4. מגנטיות: הולמיום היא מתכת בעלת מגנטיות טובה. הוא מראה פרומגנטיות בטמפרטורות נמוכות, אך מאבד בהדרגה את המגנטיות שלו בטמפרטורות גבוהות. המגנטיות של הולמיום הופכת אותו לחשוב ביישומי מגנט ובמחקר מוליכות-על בטמפרטורה גבוהה.
5. מאפיינים ספקטרליים: הולמיום מציג קווי ספיגה ופליטות ברורים בספקטרום הנראה לעין. קווי הפליטה שלו ממוקמים בעיקר בטווח הספקטרלי הירוק והאדום, וכתוצאה מכך תרכובות הולמיום בעלות בדרך כלל צבעים ירוקים או אדומים.
6. מוליכות תרמית: להולמיום מוליכות תרמית גבוהה יחסית של כ-16.2 W/m·Kelvin. זה הופך את ההולמיום לבעל ערך ביישומים מסוימים הדורשים מוליכות תרמית מעולה. הולמיום היא מתכת בעלת צפיפות גבוהה, קשיות ומגנטיות. הוא ממלא תפקיד חשוב במגנטים, מוליכים בטמפרטורה גבוהה, ספקטרוסקופיה ומוליכות תרמית.

תכונות כימיות של הולמיום

1. תגובתיות: הולמיום היא מתכת יציבה יחסית המגיבה לאט עם רוב היסודות והחומצות הלא מתכתיות. הוא אינו מגיב עם אוויר ומים בטמפרטורת החדר, אך כאשר הוא מחומם לטמפרטורות גבוהות, הוא מגיב עם חמצן באוויר ויוצר תחמוצת הולמיום.
2. מסיסות: להולמיום מסיסות טובה בתמיסות חומציות והוא יכול להגיב עם חומצה גופרתית מרוכזת, חומצה חנקתית וחומצה הידרוכלורית כדי לייצר מלחי הולמיום מתאימים.
3. מצב חמצון: מצב החמצון של הולמיום הוא בדרך כלל +3. זה יכול ליצור מגוון של תרכובות, כגון תחמוצות (Ho2O3), כלורידים (HoCl3), סולפטים (Ho2(SO4)3), וכו' בנוסף, הולמיום יכול להציג גם מצבי חמצון כגון +2, +4 ו-+5, אך מצבי חמצון אלו פחות שכיחים.
4. קומפלקסים: הולמיום יכול ליצור מגוון קומפלקסים, כאשר הנפוצים שבהם הם קומפלקסים שבמרכזם יוני הולמיום (III). קומפלקסים אלה ממלאים תפקיד חשוב בניתוח כימי, זרזים ומחקר ביוכימי.
5. תגובתיות: הולמיום בדרך כלל מפגין תגובתיות קלה יחסית בתגובות כימיות. זה יכול להשתתף בסוגים רבים של תגובות כימיות כמו תגובות חמצון-הפחתת, תגובות קואורדינציה ותגובות מורכבות. הולמיום היא מתכת יציבה יחסית, ותכונותיה הכימיות באות לידי ביטוי בעיקר בתגובתיות נמוכה יחסית, מסיסות טובה, מצבי חמצון שונים ויצירת קומפלקסים שונים. מאפיינים אלה הופכים את ההולמיום לשימוש נרחב בתגובות כימיות, כימיה של תיאום ומחקר ביוכימי.

תכונות ביולוגיות של הולמיום

התכונות הביולוגיות של הולמיום נחקרו מעט יחסית, והמידע שאנו יודעים עד כה מוגבל. להלן כמה מהתכונות של הולמיום באורגניזמים:
1. זמינות ביולוגית: הולמיום נדיר יחסית בטבע, ולכן תכולתו באורגניזמים נמוכה מאוד. להולמיום יש זמינות ביולוגית ירודה, כלומר, יכולתו של האורגניזם לבלוע ולספוג הולמיום מוגבלת, וזו אחת הסיבות לכך שתפקודים והשפעותיו של הולמיום בגוף האדם אינם מובנים במלואם.
2. תפקוד פיזיולוגי: למרות שקיים ידע מוגבל על התפקודים הפיזיולוגיים של הולמיום, מחקרים הראו כי הולמיום עשוי להיות מעורב בכמה תהליכים ביוכימיים חשובים בגוף האדם. מחקרים מדעיים הראו כי הולמיום עשוי להיות קשור לבריאות העצמות והשרירים, אך המנגנון הספציפי עדיין לא ברור.
3. רעילות: בשל הזמינות הביולוגית הנמוכה שלו, להולמיום רעילות נמוכה יחסית לגוף האדם. במחקרים בחיות מעבדה, חשיפה לריכוזים גבוהים של תרכובות הולמיום עלולה לגרום נזק מסוים לכבד ולכליות, אך המחקר הנוכחי על הרעילות החריפה והכרונית של הולמיום מוגבל יחסית. התכונות הביולוגיות של הולמיום באורגניזמים חיים עדיין לא מובנות במלואן. המחקר הנוכחי מתמקד בתפקודיו הפיזיולוגיים האפשריים ובהשפעותיו הרעילות על אורגניזמים חיים. עם התקדמות מתמשכת של המדע והטכנולוגיה, המחקר על התכונות הביולוגיות של הולמיום ימשיך להעמיק.

הפצה טבעית של הולמיום

תפוצת ההולמיום בטבע נדירה מאוד, והוא אחד היסודות בעלי תכולה נמוכה ביותר בקרום כדור הארץ. להלן התפלגות ההולמיום בטבע:
1. התפלגות בקרום כדור הארץ: תכולת ההולמיום בקרום כדור הארץ היא כ-1.3ppm (חלקים למיליון), שהוא יסוד נדיר יחסית בקרום כדור הארץ. למרות תכולתו הנמוכה, ניתן למצוא הולמיום בחלק מהסלעים והעפרות, כגון עפרות המכילות יסודות אדמה נדירים.
2. נוכחות במינרלים: הולמיום קיים בעיקר בעפרות בצורת תחמוצות, כמו תחמוצת הולמיום (Ho2O3). Ho2O3 הוא אתחמוצת אדמה נדירהעפרה המכילה ריכוז גבוה של הולמיום.
3. הרכב בטבע: הולמיום מתקיים בדרך כלל יחד עם יסודות אדמה נדירים אחרים וחלק מיסודות הלנתניד. זה יכול להתקיים בטבע בצורה של תחמוצות, סולפטים, קרבונטים וכו'.
4. מיקום תפוצה גיאוגרפי: תפוצת ההולמיום אחידה יחסית ברחבי העולם, אך ייצורו מוגבל מאוד. במדינות מסוימות יש משאבי עפרות הולמיום מסוימים, כמו סין, אוסטרליה, ברזיל וכו'. הולמיום נדיר יחסית בטבע וקיים בעיקר בצורת תחמוצות בעפרות. למרות שהתוכן נמוך, הוא מתקיים יחד עם יסודות אדמה נדירים אחרים וניתן למצוא אותו בכמה סביבות גיאולוגיות ספציפיות. בשל נדירותו ומגבלות ההפצה שלו, הכרייה והניצול של הולמיום קשים יחסית.

מיצוי והיתוך של יסוד הולמיום
הולמיום הוא יסוד אדמה נדיר, ותהליך הכרייה וההפקה שלו דומה ליסודות אדמה נדירים אחרים. להלן מבוא מפורט לתהליך הכרייה וההפקה של יסוד הולמיום:
1. חיפוש אחר עפרות הולמיום: ניתן למצוא הולמיום בעפרות אדמה נדירות, ועפרות הולמיום נפוצות כוללות עפרות תחמוצת ועפרות קרבונט. עפרות אלו עשויות להתקיים במרבצי מינרלים תת-קרקעיים או בבור פתוח.
2. ריסוק וטחינה של עפרות: לאחר הכרייה, יש לכתוש עפרות הולמיום ולטחון לחלקיקים קטנים יותר ולעידון נוסף.
3. ציפה: הפרדת עפרות הולמיום מזיהומים אחרים בשיטת הציפה. בתהליך הציפה, לעתים קרובות נעשה שימוש בדילול ובחומר קצף כדי לגרום עפרות הולמיום לצוף על פני הנוזל, ולאחר מכן לבצע טיפול פיזי וכימי.
4. הידרציה: לאחר הציפה, עפרות הולמיום יעברו טיפול הידרציה כדי להפוך אותה למלחי הולמיום. טיפול הידרציה כולל בדרך כלל תגובה של עפר עם תמיסת חומצה מדוללת ליצירת תמיסת מלח חומצה הולמיום.
5. משקעים וסינון: על ידי התאמת תנאי התגובה, הולמיום בתמיסת מלח חומצת הולמיום משקע. לאחר מכן, מסננים את המשקע כדי להפריד את משקע ההולמיום הטהור.
6. חידוד: משקעי הולמיום צריכים לעבור טיפול חישול. תהליך זה כולל חימום משקע ההולמיום לטמפרטורה גבוהה כדי להפוך אותו לתחמוצת הולמיום.
7. הפחתה: תחמוצת הולמיום עוברת טיפול הפחתה כדי להפוך להולמיום מתכתי. בדרך כלל משתמשים בחומרי הפחתה (כגון מימן) להפחתה בתנאי טמפרטורה גבוהים. 8. זיקוק: המתכת המופחתת הולמיום עשויה להכיל זיהומים אחרים וצריך זיקוק וטיהור. שיטות הזיקוק כוללות מיצוי ממס, אלקטרוליזה והפחתה כימית. לאחר השלבים לעיל, טוהר גבוהמתכת הולמיוםניתן להשיג. מתכות הולמיום אלו יכולות לשמש להכנת סגסוגות, חומרים מגנטיים, תעשיית אנרגיה גרעינית ומכשירי לייזר. ראוי לציין שתהליך הכרייה וההפקה של יסודות אדמה נדירים הוא מורכב יחסית ודורש טכנולוגיה וציוד מתקדמים להשגת ייצור יעיל ובעלות נמוכה.

שיטות זיהוי של יסוד הולמיום
1. ספקטרומטריית ספיגה אטומית (AAS): ספקטרומטריית ספיגה אטומית היא שיטת ניתוח כמותית נפוצה המשתמשת בספקטרום ספיגה של אורכי גל ספציפיים כדי לקבוע את ריכוז ההולמיום בדגימה. הוא מחלק את הדגימה לבדיקה בלהבה, ולאחר מכן מודד את עוצמת הספיגה של הולמיום בדגימה באמצעות ספקטרומטר. שיטה זו מתאימה לזיהוי הולמיום בריכוזים גבוהים יותר.
2. ספקטרומטריית פליטה אופטית פלזמה בשילוב אינדוקטיבי (ICP-OES): ספקטרומטריית פליטה אופטית פלזמה בשילוב אינדוקטיבי היא שיטה אנליטית רגישה וסלקטיבית ביותר שנמצאת בשימוש נרחב בניתוח רב-אלמנטים. הוא מחלק את המדגם ויוצר פלזמה כדי למדוד את אורך הגל והעוצמה הספציפיים של פליטת הולמיום בספקטרומטר.
3. ספקטרומטריית מסה פלזמה בשילוב אינדוקטיבי (ICP-MS): ספקטרומטריית מסה פלזמה בשילוב אינדוקטיבי היא שיטה אנליטית רגישה ביותר וברזולוציה גבוהה, שניתן להשתמש בה לקביעת יחס איזוטופים וניתוח יסודות קורט. הוא מחלק את הדגימה ויוצר פלזמה כדי למדוד את יחס המסה למטען של הולמיום בספקטרומטר מסה.
4. ספקטרומטריית קרני רנטגן (XRF): ספקטרומטריית הקרינה של קרני רנטגן משתמשת בספקטרום הקרינה המיוצר על ידי הדגימה לאחר ריגוש בקרני רנטגן כדי לנתח את התוכן של אלמנטים. זה יכול לקבוע במהירות וללא הרס את תכולת ההולמיום במדגם. שיטות אלו נמצאות בשימוש נרחב במעבדות ובתחומי תעשייה לניתוח כמותי ובקרת איכות של הולמיום. בחירת השיטה המתאימה תלויה בגורמים כגון סוג המדגם, מגבלת הזיהוי הנדרשת ודיוק הזיהוי.

יישום ספציפי של שיטת הספיגה האטומית של הולמיום
במדידת יסודות, שיטת הספיגה האטומית היא בעלת דיוק ורגישות גבוהים, והיא מספקת אמצעי יעיל לחקר המאפיינים הכימיים, הרכב התרכובת ותכולת היסודות. לאחר מכן, אנו משתמשים בשיטת ספיגה אטומית למדידת תכולת הולמיום. השלבים הספציפיים הם כדלקמן: הכן את המדגם למדידה. הכן את המדגם למדידה לתמיסה, שבדרך כלל צריך לעכל עם חומצה מעורבת למדידה הבאה. בחר ספקטרומטר קליטה אטומי מתאים. לפי תכונות הדגימה שיש למדוד וטווח תכולת ההולמיום שיש למדוד, בחרו ספקטרומטר ספיגה אטומי מתאים. התאם את הפרמטרים של ספקטרומטר הספיגה האטומי. בהתאם ליסוד המיועד למדוד ולדגם המכשיר, התאם את הפרמטרים של ספקטרומטר הספיגה האטומית, כולל מקור אור, מרסס, גלאי וכו'. מדוד את הספיגה של הולמיום. מניחים את המדגם המיועד למדידה במרסס, ופולטים קרינת אור באורך גל מסוים דרך מקור האור. יסוד ההולמיום שיימדד יקלוט את קרינת האור הללו וייצר מעברי רמת אנרגיה. מדוד את הספיגה של הולמיום דרך הגלאי. חשב את התוכן של הולמיום. על פי הספיגה ועקומת התקן, תכולת הולמיום מחושבת. להלן הפרמטרים הספציפיים המשמשים מכשיר למדידת הולמיום.

תקן הולמיום (Ho): תחמוצת הולמיום (דרגה אנליטית).
שיטה: שקלו במדויק 1.1455 גרם Ho2O3, ממיסים ב-20 מ"ל 5 מול חומצה הידרוכלורית, דלל ל-1 ליטר במים, ריכוז Ho בתמיסה זו הוא 1000 מיקרוגרם/מ"ל. אחסן בבקבוק פוליאתילן הרחק מאור.
סוג להבה: תחמוצת חנקן-אצטילן, להבה עשירה
פרמטרי ניתוח: אורך גל (ננומטר) 410.4 רוחב פס ספקטרלי (ננומטר) 0.2
מקדם מסנן 0.6 זרם מנורה מומלץ (mA) 6
מתח גבוה שלילי (v) 384.5
גובה ראש הבעירה (מ"מ) 12
זמן שילוב (S) 3
לחץ אוויר וזרימה (MP, מ"ל/דקה) 0.25, 5000
לחץ וזרימה של תחמוצת החנקן (MP, מ"ל/דקה) 0.22, 5000
לחץ וזרימה של אצטילן (MP, מ"ל/דקה) 0.1, 4500
מקדם מתאם ליניארי 0.9980
ריכוז אופייני (מיקרוגרם/מ"ל) 0.841
שיטת חישוב שיטה רציפה חומציות תמיסה 0.5%
טבלת מדידת HCl:

עקומת כיול:

הפרעה: הולמיום מיונן חלקית בלהבת תחמוצת החנקן-אצטילן. הוספת אשלגן חנקתי או אשלגן כלורי לריכוז אשלגן סופי של 2000μg/mL יכולה לעכב את היינון של הולמיום. בעבודה בפועל יש צורך לבחור שיטת מדידה מתאימה בהתאם לצרכים הספציפיים של האתר. שיטות אלו נמצאות בשימוש נרחב בניתוח ואיתור קדמיום במעבדות ובתעשיות.

הולמיום הראתה פוטנציאל רב בתחומים רבים עם תכונותיה הייחודיות ומגוון רחב של שימושים. על ידי הבנת ההיסטוריה, תהליך הגילוי,החשיבות והיישום של הולמיום, נוכל להבין טוב יותר את החשיבות והערך של אלמנט קסום זה. הבה נצפה לכך שהולמיום יביא עוד הפתעות ופריצות דרך לחברה האנושית בעתיד ויתרום תרומה גדולה יותר לקידום קידמה מדעית וטכנולוגית ופיתוח בר קיימא.

למידע נוסף או בירור Holmium מוזמןפנה אלינו

Whats&tel:008613524231522

Email:sales@shxlchem.com