Holmium

Eigenschaften
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl Holmium, Ho, 67
Elementkategorie Lanthanoide
Gruppe, Periode, Block La, 6, f
Aussehen silbrig weiß
CAS-Nummer

7440-60-0

EG-Nummer 231-169-0
ECHA-InfoCard 100.028.335
Massenanteil an der Erdhülle 1,1 ppm (57. Rang)
Atomar
Atommasse 164,930328(7) u
Atomradius (berechnet) 175 (226) pm
Kovalenter Radius 192 pm
Elektronenkonfiguration [Xe] 4f11 6s2
1. Ionisierungsenergie 6.0215(6) eV ≈ 580.99 kJ/mol
2. Ionisierungsenergie 11.781(20) eV ≈ 1136.7 kJ/mol
3. Ionisierungsenergie 22.79(3) eV ≈ 2200 kJ/mol
4. Ionisierungsenergie 42.52(8) eV ≈ 4100 kJ/mol
5. Ionisierungsenergie 63.9(3) eV ≈ 6170 kJ/mol
Physikalisch
Aggregatzustand fest
Kristallstruktur hexagonal
Dichte 8,78 g/cm3 (25 °C)
Magnetismus paramagnetisch (χm = 0,049)
Schmelzpunkt 1742 ± 5 K (1469 ± 5 °C)
Siedepunkt 2873 K (2600 °C)
Molares Volumen 18,74 · 10−6 m3·mol−1
Verdampfungsenthalpie 251 kJ·mol−1
Schmelzenthalpie 17 kJ·mol−1
Schallgeschwindigkeit 2760 m·s−1
Elektrische Leitfähigkeit 1,23 · 106 S·m−1
Wärmeleitfähigkeit 16 W·m−1·K−1
Chemisch
Oxidationszustände (+2), +3
Normalpotential −2,33 V (Ho3+ + 3 e− → Ho)
Elektronegativität 1,23 (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZA ZE (MeV) ZP
163Ho {syn.} 4570 a ε 0,003 163Dy
164Ho {syn.} 29 min ε 0,987 164Dy
β− 0,962 164Er
165Ho 100 % Stabil
166Ho {syn.} 26,763 h β− 1,855 166Er
167Ho {syn.} 3,1 h β− 1,007 167Er
Weitere Isotope siehe Liste der Isotope
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung

Pulver

Gefahrensymbol

Gefahr

H- und P-Sätze H: 228
P: 210
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Holmium ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Ho und der Ordnungszahl 67. Im Periodensystem steht es in der Gruppe der Lanthanoide und zählt damit auch zu den Metallen der Seltenen Erden. Holmium ist ein graues, weiches und duktiles Metall, welches relativ korrosionsbeständig ist. Holmium wurde bereits 1878 entdeckt, reines Holmium wurde jedoch erst 1939 isoliert. Es findet sich in den Mineralen Gadolinit und Monazit. Holmium ist nur wenig toxisch, eine biologische Funktion ist jedoch nicht bekannt. Es gibt nur wenige Verwendungen von Holmium.

Geschichte

1878 entdeckten die Schweizer Chemiker Marc Delafontaine und Jacques-Louis Soret dass das 1843 von Carl Gustav Mosander entdeckte Erbiumoxid ein weiteres Element enthalten muss. Delafontaine, der in Chicago die chemischen Experimente durchführte, nannte das bislang unbekannte Element nach Philippe Plantamour Philippium. Soret, der in Genf die spektroskopischen Untersuchungen durchführte und wegen der schwierigen Kommunikation über große Entfernungen dieser Name unbekannt war, nannte es vorläufig X.

Unabhängig davon untersuchte der schwedische Chemiker Per Teodor Cleve ebenfalls Erbiumoxid und fand bei spektroskopischen Untersuchungen von Erbiumsalzlösungen, dass diese aus drei Elementen bestehen müssen. Die beiden neben Erbium identifizierten Elemente nannte er Thulium nach einer alten Bezeichnung von Skandinavien und Holmium nach der schwedischen Hauptstadt Stockholm. Kurze Zeit später erkannte er, dass Holmium und das von Soret entdeckte X identisch waren. Jedoch wurde Philippium noch längere Zeit als eigenständiges, aber zweifelhaftes Element angesehen, 1898 vermutete Georges Urbain, dass es sich bei Philippium um ein unreines Holmium handelte, was Delafontaine 1905 anerkannte und er seine Entdeckung teilweise widerrief.

In der Folge versuchten Cleve und andere, durch fraktionierte Kristallisation reines Holmiumoxid darzustellen, scheiterten aber immer wieder. Während dieser Versuche konnte der französische Chemiker Paul Émile Lecoq de Boisbaudran 1866 zeigen, dass im Holmiumoxid ein weiteres Element enthalten ist, das er Dysprosium nannte. Die Gewinnung von reinem Holmiumoxid gelang 1911 dem schwedischen Chemiker Otto Holmberg aus 29 kg Euxenit als Ausgangsstoff. Er kombinierte dabei die fraktionierte Kristallisation verschiedener Salze, unter anderem von Oxalaten, m-Nitrobenzolsulfonaten und Nitraten miteinander, bis er alle anderen Elemente abgetrennt hatte. Schließlich konnte er die Atommasse des neuen Elements bestimmen.

Metallisch reines Holmium wurde erstmals 1939 hergestellt.

Vorkommen

Holmium ist auf der Erde ein seltenes Element, seine Häufigkeit in der kontinentalen Erdkruste beträgt etwa 1,3 ppm. Unter den Lanthanoiden zählt es zu den seltensten Elementen, nur Terbium, Thulium, Lutetium und das radioaktive Promethium sind seltener. Unter den Seltenen Erden wird es mit Yttrium und den Elementen von Gadolinium bis Lutetium zu den schweren Seltenen Erden (Heavy Rare Earth Elements, HREE) gezählt.

Wie alle Seltenen Erden ist Holmium lithophil und daher vor allem in der kontinentalen Erdkruste zu finden, nur wenig im Erdmantel. Seltene Erden werden zudem zu den inkompatiblen Elementen gezählt, jedoch ist es bei verschiedenen Gesteinen und Lanthanoiden unterschiedlich ausgeprägt. Während leichte Lanthanoide stark inkompatibel sind, ist dies bei schweren weniger der Fall. Vor allem in Granat werden HREE wie Holmium bevorzugt eingebaut.

Es sind keine Holmiuminerale bekannt, das Element kommt stets vergesellschaftet mit anderen schweren Seltenerdelementen in Erzen vor. Die wichtigsten holmiumhaltigen Minerale sind Xenotim, Gadolinit-(Y), Bastnäsit, Allanit und Britholit. Der Holmiumgehalt von Xenotim liegt je nach Probe bei 1 bis 1,3 %

Die kommerziell wichtigste Quelle für Holmium sind ionenadsorbierende Tonminerale (Regolith-hosted ion-adsorption deposits, IADs). Diese entstehen bei der Verwitterung von Muttergesteinen vor allem in den Subtropen und adsorbieren die in den Ausgangsgesteinen enthaltenen Seltenerdmetalle. IAD-Vorkommen besitzen zwar nur einen relativ geringen Anteil an Seltenerdelementen von 0,05 bis 0,2 %, diese lassen sich jedoch relativ einfach durch Auslaugen aus den Tonmineralen lösen.

Die wichtigsten Vorkommen von ionenadsorbierenden Tonmineralen liegen im Süden Chinas, aber auch in Myanmar, Vietnam, Malawi, Brasilien, den Philippinen und den Vereinigten Staaten sind Vorkommen bekannt. Kommerziell ausgebeutet werden vor allem die Vorkommen in Südchina und Myanmar. Die chinesischen Tonmineral-Vorkommen enthalten etwa 1,7 ppm Holmium, es sind noch einige Vorkommen mit höheren Gehalten von bis zu 15 ppm in einer kleinen, sehr HREE-reichen Lagerstätte in Penco, Chile bekannt.

Gewinnung und Darstellung

Nach einer aufwändigen Abtrennung der anderen Holmiumbegleiter wird das Oxid mit Fluorwasserstoff zum Holmiumfluorid umgesetzt. Anschließend wird mit Calcium unter Bildung von Calciumfluorid zum metallischen Holmium reduziert. Die verbleibenden Calciumreste und Verunreinigungen werden in einer zusätzlichen Umschmelzung im Vakuum abgetrennt.

Eigenschaften

Holmium

Das silberweiß glänzende Metall der Seltenen Erden ist weich und schmiedbar.

Holmium weist besondere magnetische Eigenschaften auf. In seinen ferromagnetischen Eigenschaften ist es dem Eisen weit überlegen. Holmium besitzt zusammen mit Dysprosium das höchste magnetische Moment (10,6 μB) aller natürlich vorkommenden chemischen Elemente. Mit Yttrium bildet es magnetische Verbindungen.

In trockener Luft ist Holmium relativ beständig, in feuchter oder warmer Luft läuft es unter Bildung einer gelblichen Oxidschicht schnell an. Bei Temperaturen oberhalb von 150 °C verbrennt es zum Sesquioxid Ho2O3. Mit Wasser reagiert es unter Wasserstoffentwicklung zum Hydroxid. In Mineralsäuren löst es sich unter Bildung von Wasserstoff auf.

In seinen Verbindungen liegt es in der Oxidationszahl +3 vor, die Ho3+-Kationen bilden in Wasser gelbe Lösungen. Unter besonderen reduktiven Bedingungen kann bei den Chloriden auch die Oxidationszahl +2 realisiert werden, z. B. im Holmium(II,III)chlorid Ho5Cl11, allerdings existiert das reine Holmium(II)chlorid nicht.

Isotope

Holmium ist ein Reinelement: Es hat mit 165Ho nur ein einziges stabiles Isotop.

Verwendung

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

Weitere Anwendungen:

Biologische Bedeutung

Holmium hat keine bekannte biologische Funktion.

Sicherheitshinweise

Holmium und Holmiumverbindungen sind als wenig toxisch zu betrachten. Metallstäube sind feuer- und explosionsgefährlich.

Verbindungen

Commons: Holmium – Sammlung von Bildern und Audiodateien
Wiktionary: Holmium – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

  1. ↑ Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
  2. ↑ Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Holmium) entnommen.
  3. ↑ IUPAC Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights: Standard Atomic Weights of 14 Chemical Elements Revised. In: Chemistry International. 40, 2018, S. 23, doi:10.1515/ci-2018-0409.
  4. 1 2 3 4 5 Eintrag zu holmium in Kramida, A., Ralchenko, Yu., Reader, J. und NIST ASD Team (2019): NIST Atomic Spectra Database (ver. 5.7.1). Hrsg.: National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD. doi:10.18434/T4W30F (physics.nist.gov/asd). Abgerufen am 13. Juni 2020.
  5. 1 2 3 4 5 Eintrag zu holmium bei WebElements, www.webelements.com, abgerufen am 13. Juni 2020.
  6. ↑ Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Holmium) entnommen.
  7. ↑ N. N. Greenwood, A. Earnshaw: Chemie der Elemente. 1. Auflage. VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9, S. 1579.
  8. ↑ Robert C. Weast (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990, ISBN 0-8493-0470-9, S. E-129 bis E-145. Werte dort sind auf g/mol bezogen und in cgs-Einheiten angegeben. Der hier angegebene Wert ist der daraus berechnete maßeinheitslose SI-Wert.
  9. ↑ Rudy J. M. Konings, Ondrej Beneš: The Thermodynamic Properties of the f-Elements and Their Compounds. I. The Lanthanide and Actinide Metals. In: Journal of Physical and Chemical Reference Data. Band 39, Nr. 4, 2010, Artikel 043102, doi:10.1063/1.3474238.
  10. 1 2 Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang: Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks. In: Journal of Chemical & Engineering Data. 56, 2011, S. 328–337, doi:10.1021/je1011086.
  11. ↑ Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Holmium) entnommen.
  12. 1 2 Eintrag zu Holmium, Pulver in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 26. April 2017. (JavaScript erforderlich)
  13. ↑ Marc Delafontaine: Sur un nouveau métal, le philippium. In: Comptes Rendus. 1978, 87, S. 559–561 (Digitalisat auf Gallica).
  14. ↑ Jacques-Louis Soret: Sur les spectres d'absorption ultra-violets des terres de la gadolinite. In: Comptes rendus. 86, 1878, S. 1062 (Digitalisat auf Gallica).
  15. ↑ Per Teodor Cleve: Sur deux nouveaux éléments dans l'erbine. In: Comptes Rendus. 1879, 89, S. 479–481 (Digitalisat auf Gallica).
  16. ↑ Per Teodor Cleve: Sur l'erbine. In: Comptes Rendus. 1979, 89, S. 708–709 (Digitalisat auf Gallica).
  17. ↑ Philippium. In: Heinrich Kayser: Lehrbuch der Spektralanalyse. Springer, 1883, ISBN 978-3-642-52577-3, S. 317.
  18. ↑ Georges Urbain: Sur une nouvelle méthode de fractionnement des terres yttriques. In: Bulletin de la Société chimique de Paris. Band 19, 1898, S. 376–381 (Digitalisat auf Gallica).
  19. ↑ Marco Fontani, Mariagrazia Costa, Mary Virginia Orna: The Lost Elements. Oxford University Press 2015, ISBN 978-0-19-938334-4, S. 125.
  20. ↑ Paul Émile Lecoq de Boisbaudran: L'holmine (ou terre X de M. Soret) contient au moins deux radicaux métalliques. In: Comptes Rendus. 1866, 102, S. 1003–1006 (Digitalisat auf Gallica).
  21. ↑ Otto Holmberg: Beiträge zur Kenntnis des Holmiums. In: Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 1911, Band 71, Nummer 1, S. 226–235 doi:10.1002/zaac.19110710120.
  22. ↑ Heinrich Bommer: Kristallstruktur und magnetisches Verhalten des metallischen Holmiums. In: Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 1939, Band 242, Nummer 3. S. 277–280 doi:10.1002/zaac.19392420307.
  23. ↑ David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 85. Auflage. (Internet-Version: 2005), CRC Press / Taylor and Francis, Boca Raton FL, Geophysics, Astronomy, and Acoustics, S. 14-14.
  24. 1 2 Scott M. McLennan: Holmium. In: William White (Hrsg.): Encyclopedia of Geochemistry. Springer, 2018, ISBN 978-3-319-39311-7, S. 683–684.
  25. ↑ Martin Okrusch, Hartwig E. Frimmel: Mineralogie. 10. Auflage, Springer, 2022, ISBN 978-3-662-64064-7, S. 765–769.
  26. ↑ Xenotim. In: John W. Anthony, Richard A. Bideaux, Kenneth W. Bladh, Monte C. Nichols (Hrsg.): Handbook of Mineralogy, Mineralogical Society of America. 2001 (handbookofmineralogy.org [PDF; 67 kB; abgerufen am 31. Oktober 2025]).
  27. ↑ Charles D. Beard, Eva Marquis, Martin P. Smith, Martin Yan Hei Li, Guillaume Estrade, Kathryn M. Goodenough: Ion Adsorption Mineralisation in Regolith-Hosted REE Deposits. In: Rob J. Bowell, Charles R. M. Butt (Hrsg.): Geology, Geochemistry and Formation of Supergene Mineral Deposits in Deeply Weathered Terrain. Springer, 2025, ISBN 978-3-031-75732-7, S. 365–367.
  28. ↑ A. Borst, Martin Smith, Adrian A. Finch, Guillaume Estrade, Cristina Villanova-de-Benavent, Peter Nason, Eva Marquis, Nicola J. Horsburgh, Kathryn Goodenough, Cheng Xu, Jindřích Kynický, Kalotina Geraki: Adsorption of rare earth elements in regolith-hosted clay deposits. In: Nature Communications. 2020, Band 11, Nummer 1 doi:10.1038/s41467-020-17801-5.
  29. ↑ Kenneth D. Collerson, Roussos Dimitrakopoulos, Guy Greville: A Meaningful metric to compare the value and Prospectivity of Clay-Hosted regolith rare earth element deposits. In: Ore Geology Reviews. Band 180, 2025, Artikel 106582, doi:10.1016/j.oregeorev.2025.106582.
  30. ↑ Dysprosium. www.americanelements.com, abgerufen am 27. März 2016 (englisch).
  31. ↑ Holmium. www.americanelements.com, abgerufen am 27. März 2016 (englisch).
  32. ↑ Der Einsatz von Holmium-Lasern mittlerer Leistung in der Endourologie (Memento vom 4. März 2016 im Internet Archive) (PDF; 46 kB).
  33. ↑ starna.de: Holmiumglas - UV und sichtbare Wellenlänge.
Normdaten (Sachbegriff): GND: 4160461-1 (GND Explorer, lobid, OGND, AKS) | LCCN: sh85061510