Holmium

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung Pulver Gefahr H- und P-Sätze H: Entzündbarer Feststoff. P: Von Hitze, heißen Oberflächen, Funken, offenen Flammen und anderen Zündquellen fernhalten. Nicht rauchen.

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

Eigenschaften
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl	Holmium, Ho, 67
Elementkategorie	Lanthanoide
Gruppe, Periode, Block	La, 6, f
Aussehen	silbrig weiß
CAS-Nummer	7440-60-0
Massenanteil an der Erdhülle	1,1 ppm
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−1
Verdampfungswärme	251 kJ/mol
Schmelzwärme	17 kJ·mol−1
Schallgeschwindigkeit	2760 m·s−1
Elektrische Leitfähigkeit	1,23 · 106 A·V−1·m−1
Wärmeleitfähigkeit	16 W·m−1·K−1
Chemisch
Oxidationszustände	3
Normalpotential	−2,33 V (Ho3+ + 3 e− → Ho)
Elektronegativität	1,23 (Pauling-Skala)

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

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. 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) und Mikrowellenbauteile in der Medizintechnik.
• Holmiumoxid zur Erzeugung von gelbem Glas u.a. wegen seiner scharfen Absorptionsbanden für Kalibrierfunktionen für Photometer.

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

Basierend auf einem Artikel in: Wikipedia.de

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Datum der letzten Änderung:  Jena, den: 22.11. 2023