鈥（Holmium）

鈥（Holmium）
臺北市立永春高級中學一年級錢祥原/台北市立永春高級中學化學科蔡曉信老師

鈥的原子序 $$67$$ 為稀土元素的一種，由瑞典的化學家克利夫(Cleve)於 1878 年所發現(含不純物)。它可從獨居石（Monazite），也稱「磷鈰鑭礦」，化學成分為 $$\mathrm{(Ce, La, Pr, Nd, Th, Y)PO_4}$$ 或矽鈹釔礦 $$\mathrm{((Ce,La,Nd,Y)_2FeBe_2Si_2O_{10})}$$ 中提煉而得。鈥是具有腐蝕性和延展性的銀白色金屬，在乾燥的常溫常壓下較為安定，但它與水及鐵銹容易反應，在空氣中加熱會起燃燒反應，其反應式如下：

$$\mathrm{4Ho+3O_2\rightarrow 2Ho_2O_3}$$

鈥的離子在自然界中幾乎都是以 $$+3$$ 價的狀態存在，而且 $$+3$$ 價的鈥離子也具有像其他稀土離子類似的螢光特性(同時產生其本身獨特的放射光線)，且可應用在雷射和玻璃著色劑。

鈥的氧化物 $$\mathrm{Ho_2O_3}$$ 在一般的燈光下呈現黃色，但如果在三基色光下就會變成深豔的紅橙色，這現象與氧化鉺的發光情況相同。

(左圖為鈥的氧化物 $$\mathrm{Ho_2O_3}$$ 在一般的燈光下的顏色；右圖:在冷陰極螢光管照射時的顏色，圖片來源：wikipedia)

鈥與水會發生反應形成氫氧化鈥 $$\mathrm{(Ho(OH)_3)}$$，且與熱水反應的速率會比冷水快。

$$\mathrm{2Ho_{(s)}+6H_2O_{(l)}\rightarrow 2Ho(OH)_{3(aq)}+3H_{2(g)} }$$

鈥金屬與鹵素的反應式如下：

$$\mathrm{2Ho_{(s)}+3F_{2(g)}\rightarrow 2HoF_{3(s)} }$$ [粉紅色]

$$\mathrm{2Ho_{(s)}+3Cl_{2(g)}\rightarrow 2HoCl_{3(s)} }$$ [黃色]

$$\mathrm{2Ho_{(s)}+3Br_{2(g)}\rightarrow 2HoBr_{3(s)} }$$ [黃色]

$$\mathrm{2Ho_{(s)}+3I_{2(g)}\rightarrow 2HoI_{3(s)} }$$ [黃色]

鈥易溶於稀硫酸，形成含有黃色鈥（III）離子，其以 $$\mathrm{[Ho(OH_2)_9]^{3+}}$$ 錯合物的方式存在：

$$\mathrm{2Ho_{(s)}+3H_2SO_{4(aq)}\rightarrow 2Ho^{3+}_{(aq)}+3SO^{2-}_{4(aq)}+3H_{2(g)}}$$

同位素:

鈥在自然界只含一個穩定的同位素，鈥-165。其他的放射性同位素都是人工合成的其中最穩定的是鈥-163，其半衰期有 $$4570$$ 年。而其他的放射性同位素半衰期都不超過 $$1.117$$ 天。

存量與產製:

與其它稀土元素相同，鈥在在自然界中無法以元素態存在，它會與其他稀土元素結合成矽鈹釔礦、獨居石等礦物。主要礦區有中國，美國，巴西，印度，斯里蘭卡和澳大利亞，儲量估計為 $$400,000$$ 噸。

鈥在地殼中含量為排名 $$56$$ 的元素。商業上是利用離子交換的技術從獨居石(鈥含量為 $$0.05\%$$)中萃取出鈥元素，但仍難以將其他的稀土元素分離，必需將其無水氯化物或氟化物以金屬鈣還原製得。

應用:

將鈥元素放置在磁場中，鈥原子會順著磁場方向密集排列，讓磁力線互相靠近，因此增加磁場的局部強度。若把鈥元素的小金屬塊(稱為磁極組件pole piece)放置在磁鐵末端，將會得到磁力更強的磁鐵。磁極組件應用在核磁共振造影(MRI)儀器上。強大的磁場讓鈥磁極組件內的原子整齊排列，可測量到原子核自旋(nuclear spin) 。因為鈥可以吸收核分裂所產生的中子，因此也可用來調節核反應器。

鈥在醫療方面可用在雷射手術用的雷射光，將其添加於釔- 鐵 – 石榴石（YIG） -或釔鑭氟（YLF）的固態雷射中。鈥雷射最大的優點是在切開傷口的同時也能止血，並可利用光纖降低衰減率，最適合做成雷射手術刀。此外它也比一般雷射手術刀較不易發熱，可降低對身體組織的傷害，因此安全性更高。此外鈥所放射出的 $$2.1$$ 微米的光線可應用在醫療、牙科及光纖等領域。

鈥是立方氧化鋯和玻璃的一種著色劑，可產生黃色或紅色。玻璃若含有氧化鈥和氧化鈥溶液（通常溶在過氯酸中）則會在波長 $$200-900$$ 奈米範圍間具有明顯的吸收峰。因此它可用來校正標準光纖分光光度計。具有放射性且半生期較長的 $$\mathrm{Ho-166~m}$$ 可用在伽瑪射線光譜儀的校正。

生物學作用:

鈥對人類沒有生物學的作用，但其鹽能刺激新陳代謝。人類通常一年約消耗一毫克的鈥。如果吸入、口服食用或注射大量鈥鹽會引起嚴重傷害。

參考資料:

1. Holmium。檢索日期 2014.8.30, http://en.wikipedia.org/wiki/Holmium。
2. Studio Hard Deluxe。超萌!化學元素週期表。如何出版社，P.142~143。
3. 西奧多、葛雷，譯者吳瑤玲(2010) 。看得到的化學，你一輩都會用到的化學知識。台北市:大是文化有限公司。