Holmium

Holmium (67) [Ho]

Ordnungszahl                67 

CAS-Nummer                  7440-60-0 

Anteil Erdhülle                1,1 ppm 

Relat. Atommasse         164,93033 (2)

Atomradius                    175 (226) pm

Schmelzpunkt                 1461 °C  
Siedepunkt                       2600 °C  
Oxidationszahlen            3
Dichte                                8,78  g/cm³   
Härte (Mohs)                   keine Angabe
Elektronegativität           1,23(Pauling)
Elektronenkonfig.            [Xe] 4f11 6s2
Natürl. Häufigkeit             Ho-165:  100%

GHS Gefahrenstoffkennzeichnung:

H: 228

P: 210

 

EU-Gefahrenstoffkennzeichnung:

Keine R und S Sätze
Gefahr

Geschichte

im Jahr 1843 konnte C.G. Mosander aus der Ytter-Erde unreines Erbiumoxid isolieren. In dieser "Erbin-Erde" wiesen die Schweizer Forscher Jaques Louis Soret und Marc Abraham Delafontaine im Jahr 1878 in Genf ein neues Element nach. Das bis dahin unbekannte Element viel spektroskopisch durch seine abweichenden Absorptionslinien auf. Dem neuen Element gaben sie gemeinsam den namen "X". 1879 schließlich entdeckte der schwedische Chemiker Per Teodor Cleve ebenso das neue Element unabhängig von den beiden Schweizern und isolierte es als gelbes Oxid aus verunreinigtem Erbiumoxid. Dabei kam eine von Carl Gustav Mosander entwickelte Methode an zum Einsatz. Zunächst trennte er alle bekannten Verunreinigungen ab, er erhielt einen braunen Oxidrest, den er Holmia nannte, sowie einen grünen Rest, welcher den Namen Thulia erhielt. Holmia ist der alte Name für die schwedische Hauptstadt Stockholm.

 

Erst im Jahre 1911 gelang dem schwedischen Chemiker Holmberg die erstmalige Gewinnung von hochreinem Holmiumoxid. Ob er die Bezeichnung Holmium, vorgeschlagen von Cleve für die schwedische Landeshauptstadt Stockholm, übernahm oder als Ableitung seines eigenen Namens betrachtete, ist bis heute nicht bekannt.

 

Metallisch reines Holmium wurde erstmals 1940 in einem Labor isoliert.

Physikalische und Chemische Eigenschaften

Homium in Reinform ist ein silbrig weiß glänzendes Metall der Seltenen Erden. Das Schwermetall ist sehr duktil, also weich und leicht schmiedbar.

Holmium hat besondere magnetische Eigenschaften. In seinen ferromagnetischen Eigenschaften ist es dem Eisen bei weitem überlegen. Holmium besitzt zusammen mit Dysprosium das höchste magnetische Moment (10,6 μB) aller natürlich vorkommenden chemischen Elemente. Zusammen mit dem Element Yttrium bildet es magnetische Verbindungen.

 

An trockener Luft ist Holmium vergleichsweise beständig, an feuchter oder auch warmer Luft läuft es schnell an und bildet dabei eine Gelbliche Oxidschicht an der Außenfläche (Holmiumoxid). Bei Umgebungstemperaturen von über 150 °C verbrennt es zu Sesquioxid [Ho2O3]. In Verbindung mit Wasser reagiert es unter Wasserstoffentwicklung zu einem Hydroxid. In Mineralsäuren löst es sich auf, hierbei entsteht ebenfalls Wasserstoff und Salz.

 

In seinen bekannten Verbindungen liegt es in der Oxidationszahl +3 vor, die Ho3+-Kationen bilden in Wasser gelbliche Lösungen. Unter besonderen reduktiven Bedingungen kann bei den Chloriden auch die Oxidationszahl +2 realisiert werden.

Verwendung

Wegen seiner herausragenden magnetischen Eigenschaften verwendet man Polschuhe aus Holmium für Hochleistungsmagnete zur Erzeugung stärkster Magnetfelder.

Weiteren Einsatz findet es bei der Dotierung von Yttrium-Eisen-Granat (YIG), Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) und Yttrium-Lithium-Fluorid (YLF) für Festkörperlaser und in Mikrowellenbauteilen in der Medizintechnik.

Durch die Verwendung von Dünnschichtlegierungen aus Holmium-Eisen, Holmium-Nickel und Holmium-Cobalt entstehen Magnetblasenspeicher. Ebenso benötigt man das Element für Steuerstäbe in Brutreaktoren.

Holmiumoxid wird zur Erzeugung von gelbem Glas u. a. wegen seiner scharfen Absorptionsbanden für Kalibrierfunktionen für Photometer verwendet.

Herstellung

Wie die anderen Elemente der Seltenen Erden tritt auch Holmium nur in Verbindungen auf. Die höchsten Konzentrationen findet man in den Mineralien Gadolinit und Monazit.

Nach einer sehr aufwändigen und kostspieligen Abtrennung andere Holmiumbegleiter wird das Oxid mit Hilfe von Fluorwasserstoff zu Holmiumfluorid umgesetzt. Im Anschluss wird es mit Calcium unter Bildung von Calciumfluorid zum verunreinigten metallischen Holmium reduziert. Die verbleibenden Verunreinigungen werden in einer zusätzlichen Umschmelzung unter Vakuum abgetrennt. Nun erhält man hochreines metallisches Holmium.

Toxikologie

Holmium und Holmiumverbindungen gelten nur als gering toxisch. Das Element hat keine bekannte biologische Bedeutung für den menschlichen Organismus und die Natur.

Holmium ist eine vergleichsweise seltenes Element, das so gut wie gar nicht frei in der Natur vorkommt. Es kann in technischen Geräten wie Katalysatoren und vereinzelt in Haushaltsgeräten gefunden werden.

Das dauerhafte Einatmen von Stäuben und Dämpfen sollte vermieden werden. Vor allem am Arbeitsplatz kann Holmium eine Gefahr darstellen, wenn dessen Dämpfe und Gase dauerhaft eingeatmet werden. Dies kann bei einer langzeitlichen Belastung eine Lungenembolie verursachen. Wenn Holmium im menschlichen Körper über lange Zeit hinweg akkumuliert wird kann es auch die Leber angreifen.