氧化鈥
| 氧化鈥 | |
|---|---|
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| IUPAC名 Holmium(III) oxide | |
| 別名 | 三氧化二鈥 |
| 識別 | |
| CAS號 | 12055-62-8 
|
| PubChem | 4232365 |
| ChemSpider | 3441223 |
| SMILES |
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| InChI |
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| InChIKey | JYTUFVYWTIKZGR-VLHOCPAZAL |
| EINECS | 235-015-3 |
| 性質 | |
| 化學式 | Ho2O3 |
| 摩爾質量 | 377.86 g·mol−1 |
| 外觀 | 淺黃色不透明的晶體 |
| 密度 | 8.41 g cm-3 |
| 熔點 | 2415 °C（2688 K） |
| 沸點 | 3900 °C（4173 K） |
| 能隙 | 5.3 eV [1] eV |
| 折光度n D |
1.8 [1] |
| 結構 | |
| 晶體結構 | 立方晶系, cI80 |
| 空間群 | Ia-3, No. 206 |
| 熱力學 | |
| ΔfHm⦵298K | -1880.7 kJ mol-1 |
| S⦵298K | 158.2 J mol-1 K-1 |
| 熱容 | 115.0 J mol-1 K-1 |
| 危險性 | |
| 安全術語 | S：S22, S24/25 |
| MSDS | External MSDS |
| 相關物質 | |
| 相關化學品 | 氧化釤 氧化銪 氧化鑥 氧化鉕 三氧化二鋱 氧化銩 |
| 若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。 | |
氧化鈥，又稱三氧化二鈥，化學式Ho2O3，是稀土元素鈥與氧元素組成的化合物，與氧化鏑並為已知順磁性最強的物質之一。氧化鈥是氧化鉺礦物的成分之一。天然狀態下，氧化鈥常與鑭系元素的三價氧化物共存，需要專門方法才能將其分離。氧化鈥可用於製備特殊顏色的玻璃。含有氧化鈥的玻璃和溶液的可見吸收光譜有一系列尖銳的峰，因此傳統上用作分光光譜儀校準用標準。
性質
外觀
依光照條件，氧化鈥有相當顯著的顏色變化。日光照射下為淺黃色，三原色光源下，呈強橘紅色，與同樣光照下的氧化鉺幾乎無法區分，這與它的明銳的磷光發射帶有關 [2]。氧化鈥具有寬達5.3 eV的帶隙[1]，因此，本應無色。氧化鈥的黃色是大量的晶格缺陷（比如氧空位）和Ho3+的內轉換造成的[2]。
晶體結構
氧化鈥晶體屬於立方晶系，但結構更為複雜，每個單胞有許多原子，晶格常數較大，為1.06 nm。這種結構是重稀土元素的氧化物的典型結構，比如 Tb2O3, Dy2O3, Er2O3, Tm2O3, Yb2O3和Lu2O3。氧化鈥的熱膨脹係數相對較大，達7.4 µm/°C[3]。
反應
- Ho2O3 + 6 NH4Cl → 2 HoCl3 + 6 NH3 + 3 H2O
歷史
鈥（Holmia，為斯德哥爾摩的拉丁名）是1878年由馬克·德拉方丹和雅克-路易斯·索雷發現的，他們當時注意到一種未知元素的異常的吸收光譜帶[5][6]。1878年末，佩爾·特奧多爾·克里夫也在氧化鉺研究中獨立發現了這種元素[7][8]。
利用化學家卡爾·古斯塔夫·莫桑德發展的方法，克里夫清理出了氧化鉺中的雜質，雜質中有棕色和綠色兩種雜質，他把棕色物質以其家鄉斯德哥爾摩命名為「鈥」（holmia），把綠色物質命名為「銩」（thulia）。後來發現，他分離出的其實分別是氧化鈥和氧化銩。[9]
礦體賦存
氧化鈥以痕量存在於矽鈹釔礦、磷鈰鑭礦和其他稀土礦中。鈥金屬在空氣中會立即氧化，因此天然鈥與鈥是同意語。鈥在地球上的豐度為1.4 mg/kg，各元素中排第56位[10]。鈥礦主要分佈中國、美國、巴西、印度、斯里蘭卡和澳大利亞，總儲量估算為400,000噸[10]。
工業生產
氧化鈥典型的提取過程簡述如下：礦物壓碎研磨。反覆使用電磁選礦法，從磷鈰鑭礦中把氧化鈥分離出來。選礦之後，用熱的濃硫酸處理，產生可溶於水的幾種稀土元素的硫酸鹽。酸性濾液用氫氧化鈉部分中和至pH值在3-4之間。釷會以氫氧化物的形式沉澱出來。然後，溶液以草酸銨處理，把稀土鹽轉化為不溶的草酸鹽。通過退火，草酸鹽轉化為氧化物，將氧化物溶於硝酸，主要成分鈰的氧化物不溶於硝酸，這樣就把鈰分離了出來。
將氧化鈥從稀土元素里分離出來的最高效的方法是離子交換法。稀土離子被吸附到合適的離子交換樹脂上，然後用合適的絡合劑，如檸檬酸銨或氨三乙酸，把稀土離子選擇性沖洗出來[4]。
應用
氧化鈥可用作蘇聯鑽和玻璃的黃、紅着色劑[11]。含有氧化鈥的玻璃和氧化鈥溶液（常為高氯酸溶液）在 200-900 nm範圍內的光譜有明銳的吸收峰，因此可用作光譜儀校準用標準[12][13]，並且已經商業化[14]。如其他稀土元素一樣，氧化鈥也用作特種催化劑、磷光體和激光材料。鈥激光波長約為2.08 μm，可以是脈衝也可以是連續光。這種激光對眼無害，可用於醫學、光學雷達、風速測量和大氣監測。[15]
對健康的影響
氧化鈥不是太危險，但反覆過量接觸會引起肉芽腫瘤和血紅蛋白血症。氧化鈥具有低口服毒性、皮膚毒性和吸入毒性，無刺激性。口服半數致死量大於1g每千克體重。[16]
參考資料
- ^ 1.0 1.1 1.2 Wiktorczyk, T. Preparation and optical properties of holmium oxide thin films. Thin Solid Films. 2002, 405: 238. doi:10.1016/S0040-6090(01)01760-6.
- ^ 2.0 2.1 Su, Yiguo; Li, Guangshe; Chen, Xiaobo; Liu, Junjie; Li, Liping. Hydrothermal Synthesis of GdVO4:Ho3+ Nanorods with a Novel White-light Emission. Chemistry Letters. 2008, 37 (7): 762. doi:10.1246/cl.2008.762.
- ^ Singh, H; Dayal, B. Precise determination of the lattice parameters of holmium and erbium sesquioxides at elevated temperatures. Journal of the Less Common Metals. 1969, 18 (2): 172. doi:10.1016/0022-5088(69)90137-4.
- ^ 4.0 4.1 Patnaik, Pradyot. Handbook of Inorganic Chemical Compounds. McGraw-Hill. 2003: 340;445 [2009-06-06]. ISBN 0-07-049439-8.
- ^ Jacques-Louis Soret. Sur les spectres d'absorption ultra-violets des terres de la gadolinite. Comptes rendus de l'Académie des sciences. 1878, 87: 1062 [2015-01-19]. （原始內容存檔於2014-08-24）.
- ^ Jacques-Louis Soret. Sur le spectre des terres faisant partie du groupe de l'yttria. Comptes rendus de l'Académie des sciences. 1879, 89: 521 [2015-01-19]. （原始內容存檔於2014-08-24）.
- ^ Per Teodor Cleve. Sur deux nouveaux éléments dans l'erbine. Comptes rendus de l'Académie des sciences. 1879, 89: 478 [2015-01-19]. （原始內容存檔於2014-08-24）.
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- ^ John Emsley. Nature's building blocks: an A-Z guide to the elements. US: Oxford University Press. 2001: 180–181. ISBN 0-19-850341-5.
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- ^ Travis, John C.; Zwinkels, JC; Mercader, F; Ruíz, A; Early, EA; Smith, MV; Noël, M; Maley, M; et al. An International Evaluation of Holmium Oxide Solution Reference Materials for Wavelength Calibration in Molecular Absorption Spectrophotometry. Analytical Chemistry. 2002, 74 (14): 3408–15. PMID 12139047. doi:10.1021/ac0255680.
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- ^ Yehoshua Y. Kalisky. The physics and engineering of solid state lasers. SPIE Press. 2006: 125. ISBN 0-8194-6094-X.
- ^ External MSDS (PDF). [2009-06-06]. （原始內容 (PDF)存檔於2008-03-09）.