1878 entdeckten dieSchweizer ChemikerMarc Delafontaine undJacques-Louis Soret durch spektroskopische Analysen, dass das 1843 vonCarl Gustav Mosander entdeckteErbiumoxid ein weiteres Element enthalten muss, das sie vorläufig X nannten. Unabhängig davon untersuchte der schwedische ChemikerPer 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 erThulium nach einer alten Bezeichnung von Skandinavien undHolmium nach der schwedischen HauptstadtStockholm.[10] Kurze Zeit später erkannte er, dass Holmium und das von Soret entdeckte X identisch sind.[11]
In der Folge versuchten Cleve und andere, durchfraktionierte Kristallisation reines Holmiumoxid darzustellen, scheiterten aber immer wieder. Während dieser Versuche konnte der französische ChemikerPaul Émile Lecoq de Boisbaudran 1866 zeigen, dass im Holmiumoxid ein weiteres Element enthalten ist, das erDysprosium nannte.[12] Die Gewinnung von reinem Holmiumoxid gelang 1911 dem schwedischen ChemikerOtto Holmberg aus 29 kgEuxenit als Ausgangsstoff. Er kombinierte dabei die fraktionierte Kristallisation verschiedener Salze, unter anderem vonOxalaten,m-Nitrobenzolsulfonaten undNitraten miteinander, bis er alle anderen Elemente abgetrennt hatte. Schließlich konnte er die Atommasse des neuen Elements bestimmen.[13]
Metallisch reines Holmium wurde erstmals 1939 hergestellt.[14]
Holmium ist auf der Erde ein seltenes Element, seineHäufigkeit in derkontinentalen Erdkruste beträgt etwa 1,3 ppm. Unter den Lanthanoiden zählt es zu den seltensten Elementen, nurTerbium,Thulium,Lutetium und das radioaktivePromethium sind seltener.[15] Unter den Seltenen Erden wird es mit Yttrium und den Elementen von Terbium bis Lutetium zu den schweren Seltenen Erden (Heavy Rear Earth Elements, HREE) gezählt.
Wie alle Seltenen Erden ist Holmiumlithophil und daher vor allem in der kontinentalen Erdkruste zu finden, nur wenig imErdmantel. Seltene Erden werden zudem zu deninkompatiblen 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 inGranat werden HREE wie Holmium bevorzugt eingebaut.[16]
Es sind keine Holmiuminerale bekannt, das Element kommt stetsvergesellschaftet mit anderen schweren Seltenerdelementen in Erzen vor. Die wichtigsten holmiumhaltigen Minerale sindXenotim,Gadolinit-(Y),Bastnäsit,Allanit undBritholit.[17] Der Holmiumgehalt von Xenotim liegt je nach Probe bei 1 bis 1,3 %[18]
Die kommerziell wichtigste Quelle für Holmium sind ionenadsorbierendeTonminerale (Regolith-hosted ion-adsorption deposits, IADs). Diese entstehen bei derVerwitterung von Muttergesteinen vor allem in denSubtropen 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 durchAuslaugen aus den Tonmineralen lösen.[19]
Die wichtigsten Vorkommen von ionenadsorbierenden Tonmineralen liegen im SüdenChinas, aber auch inMyanmar,Vietnam,Malawi,Brasilien, denPhilippinen und denVereinigten Staaten sind Vorkommen bekannt. Kommerziell ausgebeutet werden vor allem die Vorkommen in Südchina und Myanmar.[20] 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 inPenco,Chile bekannt.[21]
Nach einer aufwändigen Abtrennung der anderen Holmiumbegleiter wird das Oxid mitFluorwasserstoff zum Holmiumfluorid umgesetzt. Anschließend wird mit Calcium unter Bildung vonCalciumfluorid zum metallischen Holmium reduziert. Die verbleibenden Calciumreste und Verunreinigungen werden in einer zusätzlichen Umschmelzung imVakuum abgetrennt.
Holmium weist besondere magnetische Eigenschaften auf. In seinenferromagnetischen Eigenschaften ist es demEisen weit überlegen. Holmium besitzt zusammen mitDysprosium das höchstemagnetische Moment (10,6μB) aller natürlich vorkommenden chemischen Elemente.[22][23] MitYttrium bildet es magnetische Verbindungen.
In trockenerLuft ist Holmium relativ beständig, in feuchter oder warmer Luft läuft es unter Bildung einer gelblichen Oxidschicht schnell an. BeiTemperaturen oberhalb von 150 °C verbrennt es zumSesquioxid Ho2O3. MitWasser reagiert es unterWasserstoffentwicklung zumHydroxid. In Mineralsäuren löst es sich unter Bildung von Wasserstoff auf.
In seinen Verbindungen liegt es in derOxidationszahl +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.
Wegen seiner hervorragenden magnetischen Eigenschaften verwendet manPolschuhe aus Holmium für Hochleistungsmagnete zur Erzeugung stärkster Magnetfelder.
Weitere Anwendungen:
Magnetblasenspeicher unter Verwendung von Dünnschichtlegierungen aus Holmium-Eisen, Holmium-Nickel und Holmium-Cobalt.
Dotierung von Yttrium-Eisen-Granat (YIG), Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) und Yttrium-Lithium-Fluorid (YLF) fürFestkörperlaser (Holmium-Laser mit einer Emissionswellenlänge von 2,1 µm[24]) und Mikrowellenbauteile in derMedizintechnik.
Holmiumoxid zur Erzeugung von gelbem Glas u. a. wegen seiner scharfenAbsorptionsbanden für Kalibrierfunktionen fürPhotometer.[25]
↑Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, auswww.webelements.com (Holmium) entnommen.
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