氧化鈥
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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 | |
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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。 |
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]。
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]。
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]
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]。
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]。
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]
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]