HOLMIUM: HISTÓRIA, PROPRIEDADES, ESTRUTURA QUÍMICA E USOS - QUÍMICA - 2025

O hólmio é um elemento metálico pertencente ao bloco f da tabela periódica, especificamente ao período dos lantanídeos. É, portanto, um membro das terras raras, juntamente com érbio, ítrio, disprósio e itérbio. Todos eles formam uma série de minerais (xenotima ou gadolinita) difíceis de separar pelos métodos químicos convencionais.

Seu símbolo químico é Ho, tendo um número atômico de 67, e sendo menos abundante que seus vizinhos disprósio (₆₆ Dy) e érbio (₆₈ Er). Diz-se então que obedece à regra de Oddo-Harkins. O hólmio é um daqueles metais raros que quase ninguém sabe ou suspeita de sua existência; mesmo entre os químicos, raramente é mencionado com muita frequência.

Amostra ultrapura de hólmio metálico. Fonte: Imagens de alta resolução de elementos químicos

No campo da medicina, o hólmio é conhecido pelo uso de seu laser em cirurgias para combater doenças da próstata. Também representa o material promissor para a fabricação de eletroímãs e computadores quânticos, devido às suas propriedades magnéticas incomuns.

Os compostos de hólmio trivalente, Ho ³⁺, têm a particularidade de exibir uma cor dependente da luz com a qual são irradiados. Se for fluorescente, a cor desses compostos muda de amarelo para rosa. Da mesma forma, acontece com suas soluções.

História

A descoberta do hólmio é atribuída a dois químicos suíços, Marc Delafontaine e Jacques-Louis Soret, que em 1878 o detectaram espectroscopicamente enquanto analisavam minerais de terras raras em Genebra. Eles o chamaram de elemento X.

Apenas um ano depois, em 1879, o químico sueco Per Teodor Cleve conseguiu separar o óxido de hólmio a partir da érbia, óxido de érbio (Er ₂ O ₃). Esse óxido, contaminado por outras impurezas, apresentava uma cor marrom, que chamou de 'holmia', que significa Estocolmo em latim.

Além disso, Cleve obteve outro material verde: 'thulia', que é o óxido de túlio. O problema com essa descoberta é que nenhum dos três químicos foi capaz de obter uma amostra suficientemente pura de óxido de hólmio, pois estava contaminado por átomos de disprósio, outro metal lantanídeo.

Foi só em 1886 que o trabalhador químico francês Paul Lecoq de Boisbaudran isolou o óxido de hólmio por precipitação fracionada. Esse óxido foi subsequentemente submetido a reações químicas para produzir sais de hólmio, que foram reduzidos em 1911 pelo químico sueco Otto Holmberg; e assim, surgiram as primeiras amostras de hólmio metálico.

No entanto, atualmente os íons de hólmio, Ho ³⁺, são extraídos por cromatografia de troca iônica, em vez de recorrer a reações convencionais.

Propriedades de hólmio

Aparência física

Metal prateado, macio, dúctil e maleável.

Número atômico

67 (₆₇ Ho)

Massa molar

164,93 g / mol

Ponto de fusão

1461 ºC

Ponto de ebulição

2600 ºC

Densidade

À temperatura ambiente: 8,79 g / cm ³

Apenas quando ele derrete ou derrete: 8,34 g / cm ³

Calor de fusão

17 kJ / mol

Calor da vaporização

251 kJ / mol

Capacidade de calor molar

27,15 J / (mol K)

Eletro-negatividade

1,23 na escala de Pauling

Energias de ionização

Primeiro: 581,0 kJ / mol (Ho ⁺ gasoso)

Segundo: 1140 kJ / mol (Ho ²⁺ gasoso)

Terceiro: 2204 kJ / mol (Ho ³⁺ gasoso)

Condutividade térmica

16,2 W / (m K)

Resistividade elétrica

814 nΩ m

Números de oxidação

O hólmio pode ocorrer em seus compostos com os seguintes números ou estados de oxidação: 0, +1 (Ho ⁺), +2 (Ho ²⁺) e +3 (Ho ³⁺). De todos eles, o +3 é de longe o mais comum e estável. Portanto, o hólmio é um metal trivalente, formando compostos (iônicos ou parcialmente iônicos) onde participa como íon Ho ³⁺.

Por exemplo, nos seguintes compostos, o hólmio tem um número de oxidação de +3: Ho ₂ O ₃ (Ho ₂ ³⁺ O ₃ ^2-), Ho (OH) ₃, HoI ₃ (Ho ³⁺ I ₃ ^-) e Ho ₂ (SO ₄) ₃.

Ho ³⁺ e suas transições eletrônicas são responsáveis ​​pelos compostos deste metal aparecerem nas cores marrom-amarelo. No entanto, quando são irradiados com luz fluorescente, eles ficam rosa. O mesmo vale para suas soluções.

Isótopos

Holmium ocorre na natureza como um único isótopo estável: ¹⁶⁵ Ho (abundância de 100%). No entanto, existem radioisótopos artificiais com meias-vidas longas. Entre eles temos:

- ¹⁶³ Ho (t _1/2 = 4570 anos)

- ¹⁶⁴ Ho (t _1/2 = 29 minutos)

- ¹⁶⁶ Ho (t _1/2 = 26.763 horas)

- ¹⁶⁷ Ho (t _1/2 = 3,1 horas)

Ordem magnética e momento

O hólmio é um metal paramagnético, mas pode se tornar ferromagnético a uma temperatura de 19 K, exibindo propriedades magnéticas muito fortes. Também se caracteriza por ter o maior momento magnético (10,6 μ _B) entre todos os elementos químicos, bem como uma permeabilidade magnética incomum.

Reatividade

O hólmio é um metal que não enferruja muito rapidamente em condições normais, por isso leva tempo para perder o brilho. Porém, quando aquecido com isqueiro, torna-se amarelado, devido à formação de uma camada de óxido:

4 Ho + 3 O ₂ → 2 Ho ₂ O ₃

Reage com ácidos diluídos ou concentrados para produzir seus respectivos sais (nitratos, sulfatos, etc.). No entanto, e surpreendentemente, não reage com o ácido fluorídrico, uma vez que uma camada de HoF _{3 o} protege de sua degradação.

Holmium também reage com todos os halogênios para produzir seus respectivos haletos (HoF ₃, HoCl ₃, HoBr ₃ e HoI ₃).

Estrutura química

Holmium cristaliza em uma estrutura hexagonal compacta, hcp (hexagonal fechado). Em tese, os átomos de Ho permanecem coesos graças à ligação metálica formada pelos elétrons de seus orbitais 4f, de acordo com sua configuração eletrônica:

4f ¹¹ 6s ²

Essas interações, bem como o arranjo de energia de seus elétrons, definem as propriedades físicas do hólmio. Nenhum outro alótropo ou polimorfo é conhecido para este metal, nem mesmo sob alta pressão.

Formulários

Reações nucleares

O átomo de hólmio é um bom absorvedor de nêutrons, e é por isso que ajuda a controlar o desenvolvimento de reações nucleares.

Espectroscopia

Soluções de óxido de hólmio são usadas para calibrar espectrofotômetros, porque seu espectro de absorção permanece constante quase sempre, independentemente das impurezas que contenha. Ele também mostra bandas agudas muito características associadas ao átomo de hólmio, e não a seus compostos.

Corante

Os átomos de hólmio são capazes de fornecer coloração avermelhada às gemas de vidro e de zircônia cúbica artificial.

Ímanes

Em temperaturas extremamente baixas (30K ou menos), o hólmio exibe propriedades magnéticas interessantes, que são usadas para fazer eletroímãs poderosos, onde ajuda a concentrar o campo magnético resultante.

Esses materiais magnéticos são destinados à ressonância magnética nuclear; para o desenvolvimento de discos rígidos, com memórias que oscilam na ordem de petabytes ou terabytes; e possivelmente para a fabricação de computadores quânticos.

Laser de hólmio

Um cristal de granada de ítrio-alumínio (YAG) pode ser dopado com átomos de hólmio para emitir radiação com um comprimento de onda de 2 µm; ou seja, temos um laser de hólmio. Graças a ela, o tecido tumoral pode ser cortado com precisão sem causar sangramento, pois a energia fornecida cauteriza as feridas imediatamente.

Este laser tem sido usado repetidamente em cirurgias de próstata e dentais, bem como para eliminar células cancerosas e pedras nos rins.

Referências

1. Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica. (Quarta edição). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Holmium. Recuperado de: en.wikipedia.org
3. Royal Society of Chemistry. (2020). Tabela periódica: Holmium. Recuperado de: rsc.org
4. Dr. Doug Stewart. (2020). Holmium Element Facts / Chemistry. Recuperado de: chemicool.com
5. Steve Gagnon. (sf). O elemento Holmium. Recuperado de: education.jlab.org
6. Os editores da Encyclopaedia Britannica. (3 de abril de 2019). Holmium. Encyclopædia Britannica. Recuperado de: britannica.com
7. Judy Lynn Mohn Rosebrook. (2020). Holmium. Recuperado de: utoledo.edu