الأخبار - ما هو عنصر الهولميوم؟

1. اكتشاف عناصر الهولميوم
بعد انفصال موساندرالإربيوموالتربيوممنالإيتريومفي عام ١٨٤٢، استخدم العديد من الكيميائيين التحليل الطيفي لتحديدها، وتأكدوا من أنها ليست أكاسيد نقية لعنصر، مما شجع الكيميائيين على مواصلة فصلها. بعد الفصلأكسيد الإيتربيوموأكسيد السكانديوممن أكسيد الإيتربيوم، فصل كليف أكسيدين جديدين من العناصر عام ١٨٧٩. سُمي أحدهما الهولميوم تخليدًا لذكرى مسقط رأس كليف، والاسم اللاتيني القديم لمدينة ستوكهولم، عاصمة السويد، هولميا، ورمز العنصر Ho. لاحقًا، في عام ١٨٨٦، فصل بوايسبودران عنصرًا آخر من الهولميوم، ولكن اسم الهولميوم ظلّ كما هو. مع اكتشاف الهولميوم وبعض العناصر الأرضية النادرة الأخرى، اكتمل النصف الآخر من المرحلة الثالثة من اكتشاف العناصر الأرضية النادرة.

2. الخصائص الفيزيائية للهولميوم
الهولميوم معدن أبيض فضي، لين ومرن؛ درجة انصهاره 1474 درجة مئوية، ودرجة غليانه 2695 درجة مئوية، وكثافته 8.7947 غ/سم³. الهولميوم مستقر في الهواء الجاف، ويتأكسد بسرعة في درجات الحرارة العالية.أكسيد الهولميومهو أقوى مادة بارامغناطيسية معروفة. يمكن استخدام مركبات الهولميوم كمواد مضافة للمواد المغناطيسية الحديدية الجديدة؛يوديد الهولميوميُستخدم في صناعة مصابيح هاليد المعدن - مصابيح الهولميوم. يتميز بثباته في الهواء الجاف عند درجة حرارة الغرفة، ويتأكسد بسهولة في الهواء الرطب ودرجات الحرارة العالية. تجنب ملامسته للهواء والأكاسيد والأحماض والهالوجينات والماء الرطب. يُطلق غازات قابلة للاشتعال عند ملامسته للماء؛ وهو قابل للذوبان في الأحماض غير العضوية. يتميز بثباته في الهواء الجاف عند درجة حرارة الغرفة، ولكنه يتأكسد بسرعة في الهواء الرطب ودرجات الحرارة الأعلى من ذلك. يتميز بخصائص كيميائية فعالة، ويتحلل ببطء في الماء، ويمكنه التفاعل مع معظم العناصر غير المعدنية. يوجد في سيليكات الإيتريوم والمونازيت ومعادن أرضية نادرة أخرى. يُستخدم في صناعة السبائك المغناطيسية.

3. الخصائص الكيميائية للهولميوم
إنه مستقر في الهواء الجاف في درجة حرارة الغرفة، ويتأكسد بسهولة في الهواء الرطب وفي درجات الحرارة العالية. تجنب ملامسته للهواء والأكاسيد والأحماض والهالوجينات والماء الرطب. يطلق غازات قابلة للاشتعال عند ملامسته للماء؛ ويذوب في الأحماض غير العضوية. إنه مستقر في الهواء الجاف في درجة حرارة الغرفة، ولكنه يتأكسد بسرعة في الهواء الرطب وفوق درجة حرارة الغرفة. له خصائص كيميائية نشطة. يتحلل الماء ببطء. يمكن دمجه مع جميع العناصر غير المعدنية تقريبًا. يوجد في سيليكات الإيتريوم والمونازيت ومعادن الأرض النادرة الأخرى. يستخدم في صنع مواد السبائك المغناطيسية. مثل الديسبروسيوم، فهو معدن يمكنه امتصاص النيوترونات الناتجة عن الانشطار النووي. في المفاعل النووي، يحترق باستمرار من ناحية ويتحكم في سرعة التفاعل المتسلسل من ناحية أخرى. وصف العنصر: له بريق معدني. يمكن أن يتفاعل ببطء مع الماء ويذوب في حمض مخفف. الملح أصفر. أكسيد Ho2O2 أخضر فاتح. يذوب في حمض معدني لينتج ملح أصفر أيوني ثلاثي التكافؤ. مصدر العنصر: يُصنع عن طريق الاختزالفلوريد الهولميومHoF3·2H2O مع الكالسيوم.
المركبات
(1)أكسيد الهولميومأبيض اللون، وله تركيبان: مكعب مركز الجسم، وأحادي الميل. Ho2O3 هو الأكسيد الوحيد المستقر. خواصه الكيميائية وطرق تحضيره مماثلة لخواص أكسيد اللانثانوم. ويمكن استخدامه في صناعة مصابيح الهولميوم.
(2)نترات الهولميومالصيغة الجزيئية: Ho(NO3)3·5H2O؛ الكتلة الجزيئية: 441.02؛ عادةً ما يكون ضارًا بشكل طفيف بالمسطحات المائية. لا تسمح بتلامس المنتج، غير المخفف أو بكميات كبيرة، مع المياه الجوفية أو المجاري المائية أو شبكات الصرف الصحي. لا تُصرّف المادة في البيئة المحيطة دون إذن حكومي.

4. طريقة تخليق الهولميوم
1. معدن الهولميوميمكن الحصول عليها عن طريق اختزال اللامائيثلاثي كلوريد الهولميوم or ثلاثي فلوريد الهولميوممع الكالسيوم المعدني
٢. بعد فصل الهولميوم عن العناصر الأرضية النادرة الأخرى بتقنية التبادل الأيوني أو الاستخلاص بالمذيبات، يُمكن تحضير معدن الهولميوم عن طريق الاختزال الحراري المعدني. يختلف الاختزال الحراري لليثيوم لكلوريد الأتربة النادرة عن الاختزال الحراري للكالسيوم لكلوريد الأتربة النادرة. تُجرى عملية الاختزال في الحالة الأولى في الطور الغازي. يُقسّم مفاعل الاختزال الحراري لليثيوم إلى منطقتي تسخين، وتُجرى عمليتا الاختزال والتقطير في نفس الجهاز. لا مائيكلوريد الهولميوميُوضع في بوتقة مفاعل التيتانيوم العلوية (وهي أيضًا غرفة تقطير كلوريد الحديدوز)، ويُوضع عامل الاختزال الليثيوم المعدني في البوتقة السفلية. ثم يُفرغ خزان التفاعل المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ إلى 7 باسكال، ثم يُسخّن. عندما تصل درجة الحرارة إلى 1000 درجة مئوية، تُحفظ لفترة زمنية محددة للسماح بـكلوريد الهيدروجينيتفاعل بخار الماء وبخار الليثيوم بشكل كامل، فتسقط جسيمات الهولميوم المعدني المختزل الصلبة في البوتقة السفلية. بعد اكتمال تفاعل الاختزال، تُسخّن البوتقة السفلية فقط لتقطير كلوريد الليثيوم في البوتقة العلوية. تستغرق عملية الاختزال عادةً حوالي 10 ساعات. لإنتاج هولميوم معدني أنقى، يجب أن يكون عامل الاختزال الليثيوم المعدني عالي النقاء بنسبة 99.97%، ويجب استخدام كلوريد الحديدوز اللامائي المقطر مرتين.

5. تطبيقات الهولميوم

(1) يُستخدم كمادة مضافة لمصابيح هاليد المعدن. مصابيح هاليد المعدن هي نوع من مصابيح التفريغ الغازي، طُوّرت بناءً على مصابيح الزئبق عالية الضغط. وتتميز بملء المصابيح بمجموعة متنوعة من هاليدات الأتربة النادرة. وأهمها يوديدات الأتربة النادرة، التي تُصدر ألوانًا طيفية مختلفة عند تفريغ الغاز. أما المادة الفعالة في مصابيح الهولميوم فهي يوديد الهولميوم، الذي يُمكّن من الحصول على تركيز أعلى من ذرات المعدن في منطقة القوس، مما يُحسّن كفاءة الإشعاع بشكل كبير.

(2) يمكن استخدام الهولميوم كمادة مضافة لحديد الإيتريوم أو ألومنيوم الإيتريوم؛

(3) يُمكن لحجر العقيق الإيتريوم والألومنيوم المُشبَّع بالهولميوم (Ho:YAG) إصدار ليزر بطول موجي 2 ميكرومتر. معدل امتصاص الأنسجة البشرية لليزر بطول موجي 2 ميكرومتر مرتفع، وهو أعلى بثلاث مرات تقريبًا من معدل امتصاص Hd:YAG. لذلك، عند استخدام ليزر Ho:YAG في الجراحة الطبية، لا يُحسِّن ذلك كفاءة ودقة الجراحة فحسب، بل يُقلِّل أيضًا مساحة الضرر الحراري إلى حجم أصغر. يُمكن للشعاع الحر المُولَّد من بلورة الهولميوم التخلص من الدهون دون توليد حرارة زائدة، مما يُقلِّل الضرر الحراري للأنسجة السليمة. يُقال إن الولايات المتحدة تستخدم ليزر الهولميوم لعلاج الجلوكوما، مما يُقلِّل من ألم الجراحة لدى المرضى. وقد وصل مستوى بلورة الليزر الصينية بطول موجي 2 ميكرومتر إلى المستوى الدولي، ويجب علينا تطوير وإنتاج هذا النوع من بلورات الليزر بقوة.

(4) يمكن أيضًا إضافة كمية صغيرة من الهولميوم إلى السبائك المغناطيسية لتقليل المجال الخارجي المطلوب لتشبع السبائك بالمغناطيسية.

(5) بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام الألياف البصرية الممزوجة بالهولميوم في صنع ليزر الألياف البصرية، ومكبرات الألياف البصرية، وأجهزة استشعار الألياف البصرية وغيرها من أجهزة الاتصالات البصرية، والتي ستلعب دورًا أكثر أهمية في التطور السريع لاتصالات الألياف البصرية اليوم.

ليزر الهولميوم: ارتقى استخدام ليزر الهولميوم بعلاج حصوات المسالك البولية إلى مستوى جديد. يتميز ليزر الهولميوم بطول موجي يبلغ 2.1 ميكرومتر، وهو ليزر نبضي. وهو أحدث أنواع الليزر المستخدمة في العمليات الجراحية. تُبخّر الطاقة المتولدة الماء الموجود بين طرف الألياف الضوئية والحصوة، مُشكّلةً فقاعات تجويف صغيرة، ثم تنقل الطاقة إلى الحصوة، فتسحقها إلى مسحوق. يمتص الماء الكثير من الطاقة، مما يُقلل من تلف الأنسجة المحيطة. في الوقت نفسه، يكون عمق اختراق ليزر الهولميوم للأنسجة البشرية ضحلًا جدًا، حيث لا يتجاوز 0.38 مم. لذلك، عند سحق الحصوات، يُمكن تقليل تلف الأنسجة المحيطة، مع ضمان سلامة عالية للغاية.
تقنية تفتيت الحصوات بليزر الهولميوم: تفتيت الحصوات بليزر الهولميوم الطبي، وهو مناسب لحصوات الكلى الصلبة، وحصوات الحالب، وحصوات المثانة التي لا يمكن تفتيتها بموجات الصدمة من خارج الجسم. عند استخدام تفتيت الحصوات بليزر الهولميوم الطبي، يمرّ الألياف الضوئية الرفيعة لليزر الهولميوم الطبي عبر مجرى البول والحالب، بمساعدة منظار المثانة ومنظار الحالب المرن، للوصول إلى حصوات المثانة، وحصوات الحالب، وحصوات الكلى، ثم يُوجّه طبيب المسالك البولية ليزر الهولميوم لتفتيت الحصوات. ميزة هذه الطريقة العلاجية هي قدرتها على تفتيت حصوات الحالب، وحصوات المثانة، ومعظم حصوات الكلى. عيبها هو أن بعض الحصوات في الكؤوس العلوية والسفلية للكلى، ستبقى كمية صغيرة منها، لأن ألياف ليزر الهولميوم الداخلة من الحالب لا تستطيع الوصول إلى موقع الحصوة.
ليزر الهولميوم هو نوع جديد من الليزر يُنتج بواسطة جهاز ليزر صلب نبضي مصنوع من بلورة ليزر (Cr:Tm:Ho:YAG) مع عقيق اليتريوم والألومنيوم (YAG) كوسط تنشيط، ومُضاف إليه أيونات الكروم (Cr) المُحسِّسة، وأيونات الثوليوم (Tm) الناقلة للطاقة، وأيونات الهولميوم (Ho) المُنشِّطة. يُمكن استخدامه في جراحات أقسام مثل جراحة المسالك البولية، والأنف والأذن والحنجرة، والأمراض الجلدية، وأمراض النساء. هذه الجراحة بالليزر غير جراحية أو طفيفة التوغل، ولن يشعر المريض بألم يُذكر أثناء العلاج.

وقت النشر: ١٤ نوفمبر ٢٠٢٤