钬(拼音:huǒ,注音:ㄏㄨㄛˇ,粤拼:fo2;英语:Holmium;旧译錵),是一种化学元素,其化学符号为Ho,原子序数为67,原子量为164.93033 u,属于镧系元素,也是稀土元素之一。钬在常温常压下是固体。 1878年为索里特(J.L.Soret)发现;1879年又被克利夫(P.T.Cleve)发现。第一电离能6.02电子伏特。有金属光泽。与水能缓慢起作用,溶于稀酸。盐类是黄色。氧化物Ho2O2为淡绿色。溶于矿物酸而产生三价离子黄色盐。由氟化钬HoF3·2H2O用钙还原而制得。它和镝一样,是一种能够吸收核分裂所产生的中子的金属。在核子反应炉中,一方面不断燃烧,一方面控制连锁反应的速度。
物理性质
钬是一种相对柔软且具有延展性的元素,在标准情况下,在干燥空气中具有相当的耐腐蚀性和稳定性。但是,在较高温度的湿气下,钬会迅速氧化,形成黄色的氧化钬。纯钬具有金属般明亮的银色光泽。
氧化钬根据光线的不同,颜色有相当大的变化。在阳光下,它是黄棕色的。在三色光下,它是火红色的,几乎不能和氧化铒区别。这些颜色变化与钬的锐利吸收带有关,可用作磷光体。[3]
钬是所有天然的化学元素中,磁矩最高的, (10.6 µB) 并具有其他不寻常的磁性。当和钇混合时,会形成有极强磁性的混合物。[4]钬在标准情况下是顺磁性的,但在19 K的温度以下是铁磁性的。[5]
化学性质
钬能与水反应,与冷水反应较缓慢,而与热水反应较快速:
钬较容易溶解于稀硫酸中,生成Ho3+离子,以[Ho(OH2)9]3+配合物出现:[6]
钬最常见的氧化态是+3。钬溶液中的Ho3+被九个水分子环绕。钬能溶解于酸性溶液。[7]
同位素
钬共有35个同位素,其中只有165Ho是稳定的。其余的皆为人工合成的放射性同位素,其中最稳定的是钬-163,半衰期 4570 年。其它基态的钬同位素的半衰期都不超过 2 天,大部分少于 3小时。不过,同核异构体 166m1Ho 的半衰期很长,约为 1200 年,这是由于其高自旋而成的。
钬是由Jacques-Louis Soret和马克·德拉方丹在 1878 年发现的。他们注意到了当时未知的元素(他们称之为元素 X)异常的光谱吸收带。[8][9]
Per Teodor Cleve在研究铒土(氧化铒)时独立发现了该元素,并且是第一个将其分离出来的人。[10][11][12][13][14]
使用Carl Gustaf Mosander 开发的方法,Cleve 首先从 erbia 中去除了所有当时已知的杂质。他得到了两种新的物质,一个是棕色的,另一个是绿色的。他将棕色物质命名为 holmia(以克利夫家乡斯德哥尔摩的拉丁名称命名)和绿色物质 thulia。 后来发现holmia 就是氧化钬,而thulia 就是氧化铥。 [15]
在亨利·莫塞莱关于原子序数的经典论文[16] 中,钬的原子序为 66。显然,他研究的钬样本非常不纯,主要是由旁边(未被列入)的镝影响的。他会看到这两种元素的 X 射线发射线,但他假设这些都是钬,而不是杂质镝。
就像其他的稀土金属一样,钬不会以单质形式出现。钬一般存在于硅铍钇矿、独居石等稀土矿物中。尚未发现以钬为主的矿物。[17]钬的主要产地在中国、美国、巴西、印度、斯里兰卡和澳洲,储量估计为 400,000 吨。[15]
钬组成了地壳的 1.4 ppm(质量计),为第56常见的元素。钬组成了土壤的 1 ppm,海水的 0.4 ppt,几乎不存在于地球大气中。钬是镧系元素中相对罕见的。[18]依质量计,它组成了宇宙的 500 ppt。[19]
钬是通过离子交换从独居石(含0.05% 钬)中提取的,但仍难以与其他稀土分离。它是通过用金属钙还原其无水氯化物或氟化物而分离出来的。[20] 钬在稀土金属中相对便宜,价格为 1000 USD/kg.[21]
4% 氧化钬和 10% 高氯酸的溶液,可永久融合到
吸收池中,作为光学校准标准
钬在任何元素中具有最高的磁矩,可用于产生最强的人工磁场。[22]由于它可以吸收核裂变产生的中子,它也被用作可燃毒物来调节核反应堆。[15]
掺钬的钇铁石榴石 (YIG)和氟化钇锂 (YLF) 应用于固态激光器中,而掺钬的钇铁石榴石也用于光学隔离器和微波器材(例如YIG球体)。钬激光器的发射波长为 2.1 微米。[23] 它们用于医疗、牙科和光纤。[4]
钬是用于立方氧化锆和玻璃的着色剂之一,可提供黄色或红色着色。[24] 含有氧化钬或其溶液(溶剂通常是高氯酸)的玻璃在 200–900 nm 的光谱范围内有尖锐的光吸收峰。因此它们被用作单色器的校准标准[25] ,可以商购。[26]
半衰期较长的放射性同位素 166m1Ho 用于校准伽马射线光谱仪。[27]
在2017年3月,IBM宣布他们已经开发出一种技术,可以在氧化镁上的单个钬原子上存储一位元数据。[28]
凭借足够的量子和经典控制技术,钬可能是制造量子计算机的理想物质。[29]
钬在人体中没有用处,但钬盐能够促进新陈代谢。[20]人体通常每年消耗大约一毫克钬。植物不容易从土壤中吸收钬。一些蔬菜的钬含量已经过测量,达到100 ppt。[7]
毒性
如果吸入、食用或注射大量的钬盐会对人体造成严重损害。钬的长期影响不明。钬的急性毒性较低。[30]