Geleceğin Elementlerinden Holmiyum Nedir?
Holmiyum, olağanüstü manyetik özellikleri olan nadir toprak elementidir. Gelecekte en çok kullanılan ve aranan elementlerden olacağı öngörülüyor.
Holmiyum, lantanitler arasında olağandışı manyetik ve elektriksel özelliklere sahip bir elementtir. Gelecek vaat eden elementlerden biridir. Öyle ki, yapımıyla ilgili birçok spekülasyon ve tartışma yaşanan, henüz ortada olmayan kuantum bilgisayarlarda şimdiden holmiyum kullanılabileceği belirtiliyor. Elementler arasında en yüksek manyetik momente sahip bir elementin sıradan bir üründe kullanılması elbette düşünülemezdi. Adını Stockholm’den alan holmiyum, nadir toprak elementlerinin ayrıcalıklı üyelerindendir. Bu garip elementle ilgili bütün detaylara makalemizden ulaşabilirsiniz.
Tarihçesi
Holmiyum, 1878 yılında İsviçreli kimyagerler Jacques-Louis Soret ve Marc Delafontaine tarafından keşfedilmiştir. Soret ve Dalefontaine, ittria minerali üzerinde yaptıkları çalışmada yeni bir unsurun spektrografik absorpsiyon bantlarını belgeledi. Bu maddeye “x element” adını verdiler.
İsveçli kimyager Per Theodor Cleve ise, 1879 yılında ittria mineralinden ayırdığı erbiyum oksit (erbia) izolesi üzerinde çalışırken bağımsız olarak holmiyumu keşfetmiştir. Cleve, Carl Gustaf Mosander tarafından geliştirilen bir yöntemle erbia mineralindeki bütün yabancı maddeleri ayrıştırdı. Önceleri erbianın tek bir element olduğu düşünülüyordu. Ancak Cleve erbiayı üç farklı madde olarak ayrıştırdı. Bu çalışmaları sonucunda yeşil ve kahverengi renklerinde iki farklı yeni unsur ortaya çıktı. Kahverengi maddeye “holmi”, yeşil maddeye “tulia” adını verdi. Daha sonra holmianın holmiyum oksit; tulianın ise tulyum oksit olduğu anlaşıldı. Sarı holmiyum oksit, 1911 yılında Otto Homberg tarafından izole edilmiştir.
“Holmiyum” kelimesi, İsveç’in başkenti Stockholm’den esinlenilerek türetilmiştir. Stockholm’ün Latince adı “Holmia” kelimesi, holmiyum için esin kaynağı olmuştur. Holmiyumun kâşiflerinden Cleve, memleketi Stockholm’ün Latince isminden türettiği “holmi” ismini seçti. Daha sonra bu isim “holmium” olarak değiştirildi.
Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri
Holmiyumun kimyasal sembolü “Ho”dur. Atom numarası 67, atom ağırlığı 164,94, yoğunluğu 8,80 grcm3’tür. Erime noktası 1472 derece, kaynama noktası 2700 derecedir. Periyodik element tablosunun 3-B grubunda, lantanit yani nadir toprak elementleri serisinde yer alır. Gümüş beyazı renginde, yumuşak bir metaldir. Dövülebilir, ince tellere çekilebilir. Saf metal holmiyum, gümüşî bir parlaklığa sahiptir. Tuzları portakal sarısı rengindedir. Kristal yapısı hekzagonaldır. Holmiyum, elementler arasında en yüksek manyetik momente sahiptir. Ayrıca olağandışı manyetik ve elektriksel özellikler gösterir. Elektropozitifliği oldukça yüksektir, genellikle üç değerliklidir. Kimyasal özellikleri bakımından lantanla benzerlik gösterir.
Kimyasal anlamda oldukça reaktiftir. Oda sıcaklığında kuru havada paslanmaya karşı dirençlidir. Yüksek sıcaklıklarda nemli havada hızla okside olur ve sarımsı bir oksit oluşturur. Metal holmiyum, bütün halojenlerle reaksiyona girer ve havada yavaş yavaş kararır. Asitlerle çözünür. Holmiyum (III) iyonlarını içeren solüsyonları oluşturmak için seyreltik sülfürik asitte kolaylıkla çözünür. Kolayca aşınır. Sıcak ve soğuk suyla hidroksit oluşturmak için yavaş yavaş reaksiyona girer. Holmiyum oksit, çeşitli ışıklarda veya farklı aydınlatma koşulları altında renk değiştirme özelliğine sahiptir. Gün ışığında sarımsı bir renk alan holmiyum oksit; kırmızı, yeşil ve mavi (RGB – Trikomatrik) karışımı ışık altında turuncu-kırmızı renge dönüşür. Trikomatrik ışık altında erbiyum oksit görünümünden hemen hemen ayrıt edilemez. Normal oda koşullarında paramanyetiktir; -254 derecenin altındaki sıcaklıklarda ferromanyetiktir. Diğer nadir toprak elementleri iyonlarına benzer şekilde üç değerlikli holmiyum iyonları flüoresan özellikler sergiler. Bu özellikle kendine has, benzersiz emisyon çizgileri üretir. İtriyum ile oldukça manyetik bileşikler oluşturabilir. En önemli bileşikleri şunlardır; holmiyum oksit, holmiyum florid, holmiyum iyodür. Holmiyum yaygın olarak +3 oksidasyon durumu sergiler. Doğadaki bileşiklerinin hemen hemen tamamı üç değerlikli oksidasyon durumu sergiler.
Holmiyum, diğer nadir toprak elementleri gibi doğada saf olarak bulunmaz. Yerkabuğunda en bol bulunan elementler arasında 56. sıradadır ve milyonda 1,4 parça holmiyum içeriği bulunduğu tahmin ediliyor. Yerkabuğundaki tahmini bolluğu kilogramda 1,3 miligramdır. Deniz suyunda ise katrilyonda 400 parça holmiyum bulunduğu varsayılıyor. Evrende ise, trilyonda 500 parça holmiyum içeriği hesaplanıyor. Doğada disprosyum ve erbiyumdan daha az bulunur. Buna rağmen tek sayılı lantanitler arasında en bol bulunan elementtir. Nadir toprak elementleri minerallerinden monazit ve gadolinit içeriğinde holmiyum da bulunur. Laterit killerde, öksenit ve ksenotim mineralleri de bir miktar holmiyum içerir. Monazit kumunda yüzde 0,05 oranında holmiyum bulunur. Ticari olarak monazitten iyon değişimi tekniği ile elde edilir. Lantanit minerallerinden ayrıştırılması zordur. Metal holmiyum, anhidröz klorür veya flüorürün metalik kalsiyum ile indirgenmesi yöntemi ile izole edilir. Holmiyum, nükleer fisyon ürünleri arasında da bulunur.
Holmiyum, doğada tek kararlı izotoptan oluşur. Bu izotop Ho-165’tir. Kütle numaraları 141 ila 172 arasında olan ve yarılanma ömürleri bilinen 30 yapay radyoaktif izotopu vardır. En kararlı radyoaktif izotopu Ho-163’ün yarılanma ömrü 4 bin 570 yıldır. Diğer izotoplarının yarılanma ömürleri 1,1 günden daha azdır. Bazılarının da 3 saatten daha az yarılanma ömrü vardır. Bunun dışında yüksek metastabil özellikli Ho-166m1 izotopu, 1200 yıl yarılanma ömrüne sahiptir. 35 adet de nükleer izomeri bulunmaktadır.
Hangi Alanlarda Uygulamaları Vardır?
Holmiyumun ticari bir uygulaması bulunmuyor. Ancak olağandışı manyetik özellikleri sebebiyle gelecek vaat eden elementlerden biridir. Holmiyum, yüksek manyetik mukavemeti sayesinde manyetik kutup bileşeni olarak yaygın kullanılır. Bu özelliği sebebiyle yüksek mukavemetli kalıcı mıknatıslarda yapay olarak en güçlü manyetik alanları oluşturmak için holmiyum kullanılır. Holmiyum lazerleri, 2,1 mikrometrede yaygındır. Çeşitli tıbbi uygulamalarda ve diş tedavi uygulamalarında kullanılan katı hal lazerlerinde de holmiyumdan faydalanılır. Çeşitli üroloji tedavilerinde holmiyum lazerler kullanılır. Kübik zirkonya veya camların renklendirilmesinde kullanılan holmiyum, sarı ve kırmızı renk verir. Holmiyum oksit içeren bir cam, 200 ila 900 nm spektral aralıklarında keskin optik absorpsiyon zirvesinde sahiptir. Holmiyum içeren optik spektrofotometreler, bir kalibrasyon standardı olarak kullanılır. Holmiyum, nötronları kuvvetli bir şekilde absorbe edebilir. Bu sebeple nükleer fisyon ürünü nötronları emme kabiliyeti sayesinde nükleer reaktörleri düzenleyen yanıcı bir zehir olarak kullanılır.
Holmiyum, bileşikleri ve alaşımlarının kullanıldığı bazı ürün ve alanlar şunlardır; lazerler, cam renklendirme uygulamaları, gama ışını spektrometreleri, nükleer fizik deneyleri, fiber optik uygulamaları, elektronik cihazlar…
(Holmiyum lazer fiberi...)
Bunları Biliyor Musunuz?
- Holmiyum, bütün elementler arasında en yüksek manyetik geçirgenliğe sahip elementtir. Bu özelliği sebebiyle kalıcı mıknatısların kutup başları için ideal bir maddedir.
- Holmiyumun bu özelliği “manyetik akı konsantratörü” olarak da bilinir. Bu, toplam manyetizmanın bir ölçüsüdür ve bu yönüyle elektrik yükünün manyetik karşılığıdır.
- IBM bilişim firması, Mart 2017 tarihinde bir bit magnezyum oksit yatağında bulunan bir holmiyum atomunda bir bit veri depolamak için bir yöntem geliştirdiklerini açıkladı.
- Holmiyum lazerler; böbrek taşları, mesane taşları, prostat ve idrar yolları tümörlerinde yaygın olarak kullanılır.
- Holmiyum lazerler; anormal göz basıncını önlemek ve bir göz hastalığı olan glokomanın tedavisinde de kullanılır.
- Gelecekte kullanılması öngörülen, hakkında birçok bilimsel makale yazılan ve olağanüstü özelliklere sahip kuantum bilgisayarlarda manyetik özellikleri sebebiyle kullanılabileceği varsayılan elementlerden biri de holmiyumdur.
- Holmiyumun insanlar üzerinde biyolojik bir rolü bulunmuyor. İnsanlar yılda 1 miligram civarında holmiyuma maruz kalır. Holmiyum tuzlarının solunması veya yutulması halinde vücutta ciddi hasarlara yol açabilmektedir. Düşük bir akut toksik özelliği vardır.
- Holmiyum içeren minerallerin cevherleri başlıca şu ülkelerde bulunur; Çin, Amerika Birleşik Devletleri, Brezilya, Hindistan, Sri Lanka ve Avustralya’dır.
- Dünyadaki holmiyum rezervlerinin toplam miktarının 400 bin ton civarında olduğu tahmin ediliyor.
- Holmiyumun kilogramının fiyatı 1000 dolar civarındadır.