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氧化鈥

化合物

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。

氧化鈥
IUPAC名
Holmium(III) oxide
別名 三氧化二鈥
識別
CAS號 12055-62-8  checkY
PubChem 4232365
ChemSpider 3441223
SMILES
 
  • [O-2].[Ho+3].[O-2].[Ho+3].[O-2]
InChI
 
  • 1/2Ho.3O/rHo2O3/c3-1-5-2-4
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。

性質

 
粉紅色的氧化鈥(III)

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

 
Ho2O3在室溫下沿立方軸的結構，紅色原子為氧原子

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

氧化鈥與鹽酸或氯化銨反應，生成氯化鈥：[4]

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（英語：Jacques-Louis Soret）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（英語：Per Teodor Cleve）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（英語：Carl Gustaf Mosander）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

 
矽鈹釔礦

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]。鈥礦主要分布中國、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

 
4%的氧化鈥溶於10%的高氯酸，永久融合入石英比色皿，可作為光學校準用標準

氧化鈥可用作蘇聯鑽和玻璃的黃、紅著色劑[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、磷光體和雷射材料。鈥雷射波長約為2.08 μm，可以是脈衝也可以是連續光。這種雷射對眼無害，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（英語：granuloma）和血紅蛋白血症（英語：hemoglobinemia）。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. ^ 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. ^ 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. 
  3. ^ 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. ^ 4.0 4.1 Patnaik, Pradyot. Handbook of Inorganic Chemical Compounds. McGraw-Hill. 2003: 340;445 [2009-06-06]. ISBN 0-07-049439-8. 
  5. ^ 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）. 
  6. ^ 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）. 
  7. ^ 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）. 
  8. ^ Per Teodor Cleve. Sur l'erbine. Comptes rendus de l'Académie des sciences. 1879, 89: 708 [2015-01-19]. （原始內容存檔於2014-08-24）. 
  9. ^ 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. 
  10. ^ 10.0 10.1 John Emsley. Nature's building blocks: an A-Z guide to the elements. US: Oxford University Press. 2001: 181–182. ISBN 0-19-850341-5. 
  11. ^ Cubic zirconia. [2009-06-06]. （原始內容存檔於2009-04-24）. 
  12. ^ R. P. MacDonald. Uses for a Holmium Oxide Filter in Spectrophotometry (PDF). Clinical Chemistry. 1964, 10 (12): 1117–20 [2015-01-20]. PMID 14240747. （原始內容 (PDF)存檔於2011-12-05）. 
  13. ^ 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. 
  14. ^ Holmium Glass Filter for Spectrophotometer Calibration. [2009-06-06]. （原始內容存檔於2010-03-14）. 
  15. ^ Yehoshua Y. Kalisky. The physics and engineering of solid state lasers. SPIE Press. 2006: 125. ISBN 0-8194-6094-X. 
  16. ^ External MSDS (PDF). [2009-06-06]. （原始內容 (PDF)存檔於2008-03-09）. 
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