钬

钬（拼音：huǒ，注音：ㄏㄨㄛˇ；英語：Holmium；舊譯錵），是一種化學元素，其化學符號为Ho，原子序數为67，原子量為7002164930330000000♠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Ho₂O₃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。

钬   ₆₇Ho

氫（非金屬） 氦（惰性氣體） 鋰（鹼金屬） 鈹（鹼土金屬） 硼（類金屬） 碳（非金屬） 氮（非金屬） 氧（非金屬） 氟（鹵素） 氖（惰性氣體） 鈉（鹼金屬） 鎂（鹼土金屬） 鋁（貧金屬） 矽（類金屬） 磷（非金屬） 硫（非金屬） 氯（鹵素） 氬（惰性氣體） 鉀（鹼金屬） 鈣（鹼土金屬） 鈧（過渡金屬） 鈦（過渡金屬） 釩（過渡金屬） 鉻（過渡金屬） 錳（過渡金屬） 鐵（過渡金屬） 鈷（過渡金屬） 鎳（過渡金屬） 銅（過渡金屬） 鋅（過渡金屬） 鎵（貧金屬） 鍺（類金屬） 砷（類金屬） 硒（非金屬） 溴（鹵素） 氪（惰性氣體） 銣（鹼金屬） 鍶（鹼土金屬） 釔（過渡金屬） 鋯（過渡金屬） 鈮（過渡金屬） 鉬（過渡金屬） 鎝（過渡金屬） 釕（過渡金屬） 銠（過渡金屬） 鈀（過渡金屬） 銀（過渡金屬） 鎘（過渡金屬） 銦（貧金屬） 錫（貧金屬） 銻（類金屬） 碲（類金屬） 碘（鹵素） 氙（惰性氣體） 銫（鹼金屬） 鋇（鹼土金屬） 鑭（鑭系元素） 鈰（鑭系元素） 鐠（鑭系元素） 釹（鑭系元素） 鉕（鑭系元素） 釤（鑭系元素） 銪（鑭系元素） 釓（鑭系元素） 鋱（鑭系元素） 鏑（鑭系元素） 鈥（鑭系元素） 鉺（鑭系元素） 銩（鑭系元素） 鐿（鑭系元素） 鎦（鑭系元素） 鉿（過渡金屬） 鉭（過渡金屬） 鎢（過渡金屬） 錸（過渡金屬） 鋨（過渡金屬） 銥（過渡金屬） 鉑（過渡金屬） 金（過渡金屬） 汞（過渡金屬） 鉈（貧金屬） 鉛（貧金屬） 鉍（貧金屬） 釙（貧金屬） 砈（類金屬） 氡（惰性氣體） 鍅（鹼金屬） 鐳（鹼土金屬） 錒（錒系元素） 釷（錒系元素） 鏷（錒系元素） 鈾（錒系元素） 錼（錒系元素） 鈽（錒系元素） 鋂（錒系元素） 鋦（錒系元素） 鉳（錒系元素） 鉲（錒系元素） 鑀（錒系元素） 鐨（錒系元素） 鍆（錒系元素） 鍩（錒系元素） 鐒（錒系元素） 鑪（過渡金屬） 𨧀（過渡金屬） 𨭎（過渡金屬） 𨨏（過渡金屬） 𨭆（過渡金屬） 䥑（預測為過渡金屬） 鐽（預測為過渡金屬） 錀（預測為過渡金屬） 鎶（過渡金屬） 鉨（預測為貧金屬） 鈇（貧金屬） 鏌（預測為貧金屬） 鉝（預測為貧金屬） 鿬（預測為鹵素） 鿫（預測為惰性氣體） – ↑ 钬 ↓ 锿 镝 ← 钬 → 铒
外觀
银白色
概況
名稱·符號·序數	钬（holmium）·Ho·67
元素類別	镧系元素
族·週期·區	不適用 ·6·f
標準原子質量	164.93033（2）
电子排布	[Xe] 4f^11 6s^2 2, 8, 18, 29, 8, 2
歷史
發現	马克·德拉方丹（1878年）
物理性質
物態	固体
密度	（接近室温） 8.79 g·cm^−3
熔点時液體密度	8.34 g·cm^−3
熔点	1734 K，1461 °C，2662 °F
沸點	2873 K，2600 °C，4712 °F
熔化热	17.0 kJ·mol^−1
汽化热	251 kJ·mol^−1
比熱容	27.15 J·mol^−1·K^−1
蒸氣壓 壓/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k 溫/K 1432 1584 (1775) (2040) (2410) (2964)
原子性質
氧化态	0,^[1] +1, +2, +3 （碱性的氧化物）
电负性	1.23（鲍林标度）
电离能	第一：581.0 kJ·mol^−1 第二：1140 kJ·mol^−1 第三：2204 kJ·mol^−1
原子半径	176 pm
共价半径	192±7 pm
雜項
晶体结构	六方密堆积
磁序	顺磁性
电阻率	poly: 814 nΩ·m
熱導率	16.2 W·m^−1·K^−1
热膨胀系数	poly: 11.2 µm/(m·K)
聲速（細棒）	（20 °C）2760 m·s^−1
杨氏模量	64.8 GPa
剪切模量	26.3 GPa
体积模量	40.2 GPa
泊松比	0.231
維氏硬度	410–600 MPa
布氏硬度	500–1250 MPa
CAS号	7440-60-0
最穩定同位素
主条目：钬的同位素 同位素 丰度 半衰期 (t1/2) 衰變 方式 能量（MeV） 產物 ^163Ho syn 4570 y ε 0.003 ^163Dy ^164Ho syn 29 min ε 0.987 ^164Dy ^165Ho 100% 穩定，帶98個中子 ^166Ho syn 26.763 h β^− 1.855 ^166Er ^167Ho syn 3.1 h β^− 1.007 ^167Er Decay modes in parentheses are predicted, but have not yet been observed

性质

物理性质

 

左边是自然光照射的Ho₂O₃，右边是冷阴极荧光灯管照射的Ho₂O₃

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， (7001106000000000000♠10.6 µ
B) 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7001190000000000000♠19 K的温度以下是铁磁性的。^[5]

化学性质

钬可以在空气中燃烧，发出耀眼白光，产生氧化钬：

4 Ho + 3 O₂ → 2 Ho₂O₃

钬能与水反应，与冷水反应较缓慢，而与热水反应较快速：

2 Ho (s) + 6 H₂O (l) → 2 Ho(OH)₃ (aq) + 3 H₂ (g)

钬也能与卤素反应：

2 Ho (s) + 3 F₂ (g) → 2 HoF₃ (s) [粉红色]

2 Ho (s) + 3 Cl₂ (g) → 2 HoCl₃ (s) [黄色]

2 Ho (s) + 3 Br₂ (g) → 2 HoBr₃ (s) [黄色]

2 Ho (s) + 3 I₂ (g) → 2 HoI₃ (s) [黄色]

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]

2 Ho (s) + 3 H₂SO₄ (aq) → 2 Ho³⁺ (aq) + 3 SO2−
4 (aq) + 3 H₂ (g)

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

主条目：钬的同位素

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。

历史

钬是由Jacques-Louis Soret（英语：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（英语：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（英语：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。

来源

 

硅铍钇矿

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]

应用

 

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（英语：Solid-state_laser）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（英语：YIG sphere））。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]

生物作用

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（英语：acute toxicity）较低。^[30]

参见

• Category:钬化合物

参考文献

1. Yttrium and all lanthanides except Ce and Pm have been observed in the oxidation state 0 in bis(1,3,5-tri-t-butylbenzene) complexes, see Cloke, F. Geoffrey N. Zero Oxidation State Compounds of Scandium, Yttrium, and the Lanthanides. Chem. Soc. Rev. 1993, 22: 17–24. doi:10.1039/CS9932200017.  and Arnold, Polly L.; Petrukhina, Marina A.; Bochenkov, Vladimir E.; Shabatina, Tatyana I.; Zagorskii, Vyacheslav V.; Cloke. Arene complexation of Sm, Eu, Tm and Yb atoms: a variable temperature spectroscopic investigation. Journal of Organometallic Chemistry. 2003-12-15, 688 (1–2): 49–55. doi:10.1016/j.jorganchem.2003.08.028. 
2. Standard Atomic Weights 2013 （页面存档备份，存于互联网档案馆）. Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights
3. Yiguo Su; 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): 762–763. doi:10.1246/cl.2008.762. 
4. C. K. Gupta; Nagaiyar Krishnamurthy. Extractive metallurgy of rare earths. CRC Press. 2004: 32 [2021-06-06]. ISBN 0-415-33340-7. （原始内容于2022-02-06）. 
5. Jiles, David. Introduction to magnetism and magnetic materials. CRC Press. 1998: 228 [2021-06-06]. ISBN 0-412-79860-3. （原始内容于2020-11-12）. 
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19. Ltd, Mark Winter, University of Sheffield and WebElements. . www.webelements.com. [27 March 2018]. （原始内容存档于2017-09-29）. 
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30. "Holmium" （页面存档备份，存于互联网档案馆） in Periodic Table v2.5. University of Coimbra, Portugal

外部連結

• 元素钬在洛斯阿拉莫斯国家实验室的介紹（英文）
• EnvironmentalChemistry.com —— 钬（英文）
• 元素钬在The Periodic Table of Videos（諾丁漢大學）的介紹（英文）
• 元素钬在Peter van der Krogt elements site的介紹（英文）
• WebElements.com – 钬（英文）