I. Đơn chất:
1. Đặc điểm cấu tạo:
Holmi (Ho) là nguyên tố thuộc họ Lantan (hay lantanoit), có số thứ tự nguyên tử là 67, thuộc chu kỳ 6,nhóm 3 trong bảng hệ thống tuần hoàn. Ho có cấu hình electron là: [Xe]4f115d106s2. Trạng thái oxi hóa bền và đặc trưng của nó là +3. Dựa vào cách điền electron vào orbitan 4f, holmi được xếp vào nhóm tecbi (nhóm lantanoit nặng). Mặt khác nó rất giống với ytri nên được xếp vào nhóm ytri (nhóm đất hiếm nặng). Dưới đây là một số đặc điểm của nguyên tử Ho.
Hình1: Cấu tạo nguyên tử holmi
Bảng1 : Đặc điểm nguyên tử holmi
Đặc điểm
Khối lượng nguyên tử
164,93032(2) đ.v.C

Bán kính nguyên tử (calc.)
176 (?) pm

Bán kính cộng hoá trị
192±7 pm

Trạng thái ôxi hóa
+3

2. Tính chất vật lý:
Holmi kết tinh ở dạng tinh thể lập phương, có ánh kim sáng bạc. Ho tương đối mềm và dẻo. Nó có nhiệt độ nóng chảy cao (1.734K) và nhiệt độ sôi cao (2.993K). Trong không khí ẩm và nhiệt độ cao, nó nhanh chóng bị ôxi hóa , tạo thành một oxit màu vàng.
Holmi là một nguyên tố đất hiếm có momen lưỡng cực từ cao nhất (10,6 μB) so với các nguyên tố khác xuất hiện trong tự nhiên và có tính chất từ khác thường. Hợp chất của nó có từ tính rất cao. Holmi có tính thuận từ ở điều kiện thường, và có tính sắt từ ở nhiệt độ dưới 19 K .

Bảng 2: Một số hằng số vật lý của kim loại holmi
Nhiệt bay hơi
265 kJ/mol

Nhiệt nóng chảy
17,0 kJ/mol
Độ âm điện
1,23 (thang Pauling)

Nhiệt dung riêng
164,62 J/(kg•K)

Độ dẫn điện
1,23x106 /Ω•m

Độ dẫn nhiệt
16,2 W/(m•K)

Năng lượng ion hóa
1. 581 kJ/mol
2. 1.140 kJ/mol
3. 2.204 kJ/mol



3. Tính chất hóa học:
Holmi là kim loại hoạt động, nó bị mờ đục chậm trong không khí vì bị phủ màng cacbon bazo được tạo nên do tác dụng với nước và khí cacbonic. Holmi cháy dễ dàng trong không khí để hình thành holmium (III) oxit:
4 Ho + 3 O2 → 2 Ho 2 O 3
Holmi có độ âm điện lớn,. nó phản ứng chậm với nước lạnh nhưng phản ứng nhanh với nước nóng tạo holmi hidroxit.
2 Ho (r) + 6 H 2 O (l) → 2 Ho(OH) 3 ¬ + 3 H 2 (k)
Holmi kim loai phản ứng với tất cả các halogen:
2 Ho + 3 F 2 → 2 HoF 3 [hồng]
2 Ho + 3 Cl 2 → 2 HoCl 3 [màu vàng]
2 Ho + 3 Br 2 → 2 HoBr 3 [màu vàng]
2 Ho + 3 I 2 → 2 HoI 3 [màu vàng]
Holmi tác dụng được với N2,S,C, H2 khi đun nóng.
Holmi dễ dàng hòa tan trong dung dịch axít sulfuric loãng để tạo thành dung dịch có chứa các ion Ho3+ màu vàng , tồn tại ở dạng ion phức [Ho(OH2)9]3+. Holmi không tan trong kiềm kể cả khi đun nóng.
2 Ho + 3 H2SO4 → 2 Ho3+ + 3 SO42- + 3 H2
4. Đồng vị:
Trong tự nhiên, holmi có đồng vị ổn định là holmi-165. Ngoài ra, holmi có một số đồng vị phóng xạ tổng hợp được biết đến trong đó đồng vị phóng xạ ổn định nhất là holmi-163, với chu kỳ bán rả khoảng 4570 năm. Tất cả các đồng vị phóng xạ khác có chu kỳ bán rả không lớn hơn 1,117 ngày, và phần lớn có chu kỳ bán rã dưới 3 giờ. Tuy nhiên, 166 Ho siêu bền có chu kỳ bán rả khoảng 1200 năm vì spin cao.



Bảng 3: Đồng vị của holmi

iso
TN
t½
DM
DE MeV
DP

Ho163 tổng hợp
4.570 năm ε
0,003 Dy163

Ho164 tổng hợp 29 phút ε 0,987 Dy164
Ho165 100% Ổn định với 98 nơtron

Ho166 tổng hợp 26,763 giờ β−
1,855 Er166

Ho167 tổng hợp 3,1 giờ β− 1,007 Er167
5. Sản xuất và ứng dụng:
5.1 Sản xuất:
Giống như tất cả các nguyên tố đất hiếm khác, trong tự nhiên holmi không tồn tại dưới dạng nguyên tố tự do. Nó lẫn với các nguyên tố đất hiếm khác trong các khoáng vật như là gadolinit, monazit,... Các khu vực khai thác chính là Trung Quốc , Hoa Kỳ , Brazil , Ấn Độ , Sri Lanka và Australia với trữ lượng holmi ước tính 400.000 tấn.
Nó được chiết xuất thông qua quá trình trao đổi ion từ cát monazit (0,05% holmium), nhưng vẫn còn khó khăn trong việc tách holmi từ các nguyên tố đất hiếm khác. Holmi được tách thông qua sự khử muối clorua hay florua khan của nó với kim loại canxi. Theo ước tính có khoảng 1,3 mg / kg trong lớp vỏ trái đất. Holmi có số thứ tự nguyên tử lẻ, nó ít phổ biến hơn so với nguyên tố lantanoit có số thứ tự chẳn, dysprosium và erbium. Tuy nhiên, nó là phổ biến nhất trong các nguyên tố số lẻ của nhóm lantan nặng. Hiện tại nguồn chính là một số loại đất sét hấp phụ ion ở miền nam Trung Quốc. Một số trong số này có thành phần đất hiếm cũng tương tự như của khoáng vật xenotime hoặc gadolinit. Yttri chiếm khoảng hai phần ba của tổng trọng lượng; holmium là khoảng 1,5%. Holmium có giá tương đối rẻ khoảng US $ 1000 / kg.
5.2 Ứng dụng:
Một dung dịch của oxit holmium 4% trong axit percloric 10%, hợp nhất thành một cuvette thạch anh như một tiêu chuẩn hiệu chỉnh quang học. Holmi có cường độ từ trường cao nhất so với các phân tử khác, và do đó được sử dụng để tạo ra từ trường. Vì nó có thể hấp thu nơtron nên nó cũng được sử dụng trong các thanh kiểm soát hạt nhân.
Holmi laser phát ra có bước sóng khoảng 2,08 micromet, an toàn cho mắt và do đó chúng được sử dụng trong y tế, nha khoa và các ứng dụng sợi quang…
Holmi là một trong những chất màu được sử dụng cho zirconia và thủy tinh, cung cấp màu vàng hoặc màu đỏ. Thủy tinh có chứa holmi oxit và dung dịch holmi oxit (thường là trong axit percloric ) có thể hấp thụ mạnh mẽ ánh sáng trong khoảng 200-900 nm. Do đó Ho được sử dụng như là một phổ quang kế.
II. Hợp chất:
Ho là nguyên tố đất hiếm rất hoạt động. Chúng dể dàng phản ứng để tạo nên hợp chất. Trong các hợp chất của holmium, số ôxi hóa phổ biến nhất của holmium là: +3.
1. Holmi oxit (Ho2O3):
Holmi (III) oxit còn được gọi là holmia., ở dạng tinh thể lập phương, cấu trúc phức tạp với hằng số mạng tinh thể lớn 1,06 nm. Cấu trúc này là đặc trưng của các oxit của nguyên tố đất hiếm nặng , chẳng hạn như Tb2O3, Dy2O3, Er2O3, Tm2O3, Yb2O3 và Lu2O3. Các hệ số giãn nở nhiệt của Ho2O3 cũng tương đối lớn ở 7,4 μm /°C. Holmi (III) oxit và diprosi (III) oxit (Dy2O3) là một trong những chất có tính thuận từ mạnh được biết đến.
Holmi oxit có một số thay đổi màu sắc ấn tượng tùy thuộc vào điều kiện ánh sáng. Trong ánh sáng ban ngày, nó là một màu vàng tannish. Dưới ánh sang đèn huỳnh quang, nó là một màu đỏ cam rực lửa, gần giống như erbium oxit. Điều này có liên quan đến các băng tần phát xạ mạnh của các chất lân quang.
Về mặt hóa học, Ho2O3 không tan trong nước nhưng tác dụng với nước tạo thành hidroxit và phát nhiệt. chúng tan dễ dàng trong axit tạo thành dung dịch chứa ion [Ho(H2O)9¬]3+,nhưng giống với Al2O3 là sau khi đã nung trước sẽ kém hoạt động. Nó không tan trong dung dịch kiềm nhưng tan trong kiềm nóng chảy: Ho2O3, trái: ánh sáng tự nhiên, phải: ánh sáng đèn huỳnh quang
Ho¬2O3 + Na2¬CO3 → 2 NaHoO2 + CO2
Những lantanoitdat của các nguyên tố đất hiếm nhóm ytri bao gồm NaHoO2 là rất bền nhiệt và bền hóa học.
Oxit holmium phản ứng với clorua hydro hoặc với amoni clorua tạo ra clorua holmium tương ứng :
Ho2O3 + 6 NH4Cl → 2 HoCl3 + 6 NH3 + 3 H2O
Holmi oxit là một trong những chất màu được sử dụng cho zirconia và thủy tinh, nó cung cấp màu đỏ hoặc màu vàng. Nó được ứng dụng trong gốm sứ, đèn halogen, sợi quang. Giống như các oxit nguyên tố đất hiếm khác, holmi oxit được sử dụng như là một chất xúc tác , phosphor và chất laser,...
Holmi oxit được điều chế bằng cách nhiệt phân hidroxit, cacbonat,oxalat, nitrat của nó. Thông thường các oxit hóa trị ba của nguyên tố nhóm lantan cùng tồn tại trong tự nhiên và việc tách các thành phần này đòi hỏi các phương pháp chuyên ngành. Holmium oxit được tìm thấy ở trong các khoáng vật gadolinit , monazit , và trong các khoáng vật đất hiếm khác.. Holmi kim loại dễ bị ôxi hóa trong không khí, do đó sự hiện diện của holmi trong tự nhiên là đồng nghĩa với sự có mặt của holmia.
2. Holmi hidroxit Ho(OH)3:
Holmi hidroxit ,còn được gọi là holmi hydrat, là chất dạng kết tủa vô định hình, thực tế không tan trong nước, tan vừa phải trong axit vô cơ mạnh.. Ho(OH)3 có tính bazo khá mạnh. Do có thể hấp phụ CO2 trong không khí, hidroxit thường chứa tạp chất cacbonat bazo.
Ho(OH)3 được điều chế bằng tác dụng của dung dịch muối Ho3+với dung dịch kiềm hay amoniac.
Ứng dụng: Holmi Hydroxit được sử dụng trong gốm, thủy tinh, chất lân quang, đèn halogen, và chất xúc tác.
3. Các muối của Ho(III):
Muối của Ho3+ giống nhiều với muối của canxi. Các muối clorua, iotdua, bromua, nitrat và sunfat tan trong nước, còn các muối florua, cacbonat, photphat, và oxalat không tan. Các muối kết tinh đều ở dạng hidrat như: HoBr3.6H2O, Ho(NO3)3.6H2O, Ho2(SO4)3..8H2O. Các muối bị thủy phân một phần trong dung dịch nước. Ho3+ dễ tạo nên muối kép.
Holmitrihalogenua (HoX3):
Holmitrihalogenua (HoX3) là những chất ở dạng tinh thể có cấu tạo ion . Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của chúng điều cao và giảm xuống từ bromua đến iotdua. Triflorua khan không tan trong nước còn các trihalogenua khan khác hút ẩm và chảy rữa khi để trong không khí ẩm. Được nghiên cứu hơn cả là holmi triflorua và triclorua. Triclorua khan có khả năng hấp phụ khí NH3 ¬tạo nên những amoniacat HoCl3.xNH3..
Holmi trihalogenua được điều chế từ các nguyên tố hoặc bằng tác dụng của holmi oxit với HX. Triclorua khan còn có thể được điều chế bằng tác dụng của CCl4 với Ho2O3¬ hoặc Cl2 với hổn hợp Ho2O3 và than.
2Ho2O3 + 3CCl4 → 4HoCl3 + 3CO2
Ho2O3 + 3C + 3Cl2 → 2HoCl3 + 3CO
Phương pháp thường được sử dụng nhiều hơn liên quan đến việc làm nóng một hỗn hợp của holmium (III) oxit và amoni clorua ở 200-250 °C:
Ho 2 O 3 + 6 NH 4 Cl → 2 HoCl 3 + 6 NH 3 + 2 H 2 O
Holmi(III)sunfat (Ho2(SO4)3):
Holmi(III)sunfat tan trong nước. Khi kết tinh từ dung dịch chúng thường ở dạng Ho2(SO4)3.8H2O, tinh thể màu trắng. Khi đun nóng ở 600-6500C, hidrat mất nước biến thành muối khan. Độ tan của holmi(III)sunfat giảm xuống khi nhiệt độ tăng.
Holmi(III)sunfat dể tạo nên muối kép với muối sunfat kim loại kiềm hay amoni như: Ho2(SO4)3.3Na2SO4.12H2O.
Holmi(III)sunfat được điều chế bằng cách hòa tan oxit, hidroxit hay cacbonat của holmi trong dung dịch axit sunfuaric loãng.
Ho2(CO3)3 + 3 H2SO4(l) → Ho2(SO4)3 + 3CO2 + 3H2O
Holmi(III)nitrat (Ho(NO3)3):
Holmi(III)nitrat dễ tan trong nước khi kết tinh từ dung dịch ở dạng hidrat. Nó dể hút ẩm và dể chảy rửa trong không khí. Khi đun nóng chậm trong không các hidrat mất nước biến thành muối bazo không tan trong nước và cuối cùng biến thành oxit khi đun nóng. Ho(NO3)3có thể tạo nên muối kép với nitrat amoni, kim loại kiềm hay kim loại kiềm thổ: Ho(NO3)3.2NH4NO3.4H2O.
Holmi(III)nitrat được điều chế bằng cách hòa tan oxit, hidroxit hay cacbonat của Ho3+ trong dung dịch HNO3.
Holmi(III)cacbonat Ho2(CO3)3:
Holmi(III)cacbonat là chất ở dạng kết tủa, thưc tế không tan trong nước. Khi đun nóng trong nước nó chuyển thành cacbonat bazo:
Ho2(CO3)3 + H2O → 2Ho(OH)CO3 + CO2
Khi bị nhiệt phân, sản phẩm sau cùng là Ho2O3.
Holmi(III)cacbonat được tạo nên khi cho muối Ho3+ tác dụng vừa đủ với cacbonat kim loại kiềm hay amoni. Khi có dư kim loại kiềm hay amoni sẽ thu được muối kép M(CO3)3.Ho2(CO3)3.nH2O (trong đó M là cation kim loại kiềm hay NH4+).
Holmi(III)oxalat (Ho2(C2O3)3.10H2O)
Hidrat của holmi(III)oxalat là chất dạng kết tủa trắng, tan rất ít trong nước, ít hơn cả CaC2O4.4H2O. Do đó holmi(III)oxalat không tan trong môi trường axit (pH<3) trong khi canxi oxalat tan. Người ta thường dùng muối oxalad tan để tách toàn đất hiếm ra khỏi các kim loại khác kể cả canxi bằng cách kết tủa oxalat trong dung dịch axit nitric loãng. Rửa sạch kết tủa oxalat đó rồi nung ở 9000C thu được oxit:
Ho2(C2O4)3.10H2O → Ho2O3 + 3CO + 3CO2 + 10H2O
Ho3+ cũng dễ tạo nên muối oxalat kép Mho(C2O4)2 với muối oxalat kim loại kiềm hay amoni. Oxalat kép này ít tan trong nước.
4. Hợp chất phức:
Ion Ho3+ có thể tạo nên với những phối tử thông thường như NH3, Cl-, CN-, NO3, SO4…những phức chất này rất không bền: trong dung dịch loãng những phức chất đó phân ly hoàn toàn, trong dung dịch đặc chúng kết tinh ở dạng muối kép.
Những phức chất bền thường là những phức chất vòng càng tạo nên với những phối tử hữu cơ có nhiều càng.
Tris [N, N-bis (trimethylsilyl) amide] holmium (III)là một trong những hợp chất cơ-kim được ứng dụng trong năng lượng mặt trời và xử lý nước,có thể được ứng dụng trong công nghệ nano








Kali diaquahexa- -cyano-holmi(III)rutheni(II) dihydrat
Công thức: K[HoRu(CN)6(H2O)2].2H2¬O




Tris {N - [bis (dimethylamino) phosphinoyl] -2,2,2-trichloroacetamido} (triphenylphosphine oxide) holmium (III)

Công thức: [Ho(C 6 H 12 Cl 3 N 3 O 2 P) 3 (C 18 H 15 OP)]