Holmium – Element im PSE

Holmium ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente (PSE) mit der Ordnungszahl 67 und dem Elementsymbol Ho. Das chemische Element ist in der 6. Reihe (Periode) im Block f (f-Orbital) im PSE zu finden.

Genau wie beispielsweise Thulium, Terbium und Europium wird auch Holmium der 3. Elementgruppe, den Lanthanoiden (Seltene Erden), zugeordnet.

Holmium – Eigenschaften & Co.

Holmium ist ein silberweiß glänzendes Schwermetall, welches weich, schmiedbar und gut formbar ist. Es besitzt eine Atommasse von 164,93032 u und weist eine Vielzahl an Isotopen auf. Insgesamt sind 30 Isotope bekannt, deren Massenzahlen im Bereich von 141 bis 172 liegen.

Unter Normalbedingungen liegt Holmium im festen Aggregatzustand vor und weist eine Schmelztemperatur von 1474 °C und eine Siedetemperatur von 2695 °C auf. In trockener Luft ist das Element relativ beständig. In feuchter oder warmer Luft läuft Holmium unter Bildung einer gelblichen Oxidschicht an. Mit Wasser reagiert es unter Wasserstoffentwicklung zu Holmiumhydroxid und löst sich in Mineralsäuren auf, wobei ebenfalls Wasserstoff freigesetzt wird.

Besondere magnetische Eigenschaften von Holmium

Holmium besitzt besondere magnetische Eigenschaften. Unterhalb einer Temperatur von −254,15 °C ist das Element ferromagnetisch, was bedeutet, dass es Magnetfelder erzeugt, ohne dass ein äußeres Magnetfeld vorhanden ist. Mit einem magnetischen Moment von 10,6 μB besitzt Holmium das höchste magnetische Moment aller natürlich vorkommenden chemischen Elemente und kann magnetische Verbindungen mit Yttrium bilden (besonders wichtig bei Legierungen und magnetischen Anwendungen). Eine Besonderheit ist, dass Holmium bei Raumtemperatur nicht ferromagnetisch, sondern paramagnetisch ist, was bedeutet, dass es nur schwach magnetisiert wird und diese Magnetisierung außerhalb eines äußeren Magnetfeldes verliert.

Holmium im Periodensystem der Elemente

Holmium – Verwendung

Die Verwendung von Holmium umfasst verschiedene Bereiche und Einsatzgebiete, was mit den chemischen und physikalischen Eigenschaften des Elementes zusammenhängt. Vor allem die besonderen magnetischen Eigenschaften von Holmium machen das Element vielseitig einsetzbar. In den folgenden Bereichen findet Holmium Verwendung:

Magnetische Anwendung von Holmium
Holmium dient aufgrund seiner hohen magnetischen Stärke als Flusskonzentrator und Legierungsbestandteil bei der Herstellung von Magneten und Polschuhen (magnetische Bauteile zur Feldlenkung in Elektromagneten). Zudem wird das Element eingesetzt, um starke künstliche Magnetfelder zu erzeugen.

Holmium als Referenzmaterial
Holmiumoxid wird aufgrund seiner ausgeprägten Absorptionsbanden in der Kalibrierungstechnik eingesetzt. Es dient dabei häufig als Standardreferenzmaterial für die präzise Kalibrierung optischer Photometer.

Festkörperlaser mit Holmium-Dotierung
Mit Holmium dotiertes Yttrium-Lithium-Fluorid (YLF) und Yttrium-Eisen-Granat (YIG) werden für die Herstellung von Festkörperlasern verwendet.

Holmium in der Medizintechnik
Die mit Holmium dotierten Festkörperlaser werden in der nicht-invasiven Medizin in der Krebstherapie, Faseroptik, bei Zahnoperationen und zur Zertrümmerung von Nierensteinen genutzt. Ein häufiges Anwendungsgebiet ist zudem die Behandlung von Glaukom (grüner Star) sowie die Korrektur fehlgeschlagener Glaukom- Operationen.

Holmium,
– Fragen & Antworten

Ist Holmium giftig?

Holmium und seine Verbindungen gelten als nur gering toxisch und besitzen keine bekannte biologische Funktion für den menschlichen Körper oder die Umwelt. Da das Element in reiner Form in der Natur nur selten vorkommt, erfolgt ein möglicher Kontakt hauptsächlich über technische Geräte, zum Beispiel Katalysatoren oder bestimmte Haushaltsgeräte. Daher besteht eine gesundheitliche Gefährdung überwiegend an Arbeitsplätzen, insbesondere beim Umgang mit Geräten, welche Holmium enthalten.

Das dauerhafte Einatmen von Holmium-Dämpfen oder Stäuben sollte vermieden werden. Eine langfristige Belastung kann potenziell zu gesundheitlichen Problemen führen, etwa zu Schädigungen der Leber oder in extremen Fällen sogar zu einer Lungenembolie.

Ist Holmium selten?

Holmium steht an 57. Stelle der Elementhäufigkeit und gehört damit zu den weniger häufig vorkommenden Seltenerdmetallen. In der Erdkruste beträgt der Anteil des Elementes etwa 1,3 Milligramm pro Kilogramm. Damit ist es häufiger als beispielsweise Brom oder Silber. Trotz der Kategorisierung als Metall der seltenen Erden ist Holmium also nicht so selten, wie der Name vermuten lässt.

Was ist ein Holmium-Laser?

Ein Holmium-Laser, auch YAG-Laser genannt, ist ein gepulster Festkörperlaser, dessen aktives Medium ein mit Holmium-Ionen (Ho³⁺) dotierter Yttrium-Aluminium-Granat-Kristall ist. Der Laser arbeitet im nahen Infrarotbereich und kann über Glasfaserkabel betrieben werden.

Holmium-Laser finden in verschiedenen medizinischen Bereichen Anwendung, insbesondere in der Chirurgie, Urologie, Orthopädie, Gynäkologie und Zahnmedizin.

Holmium – Vorkommen und Gewinnung

Holmium kommt in der Natur nicht in reiner Form vor, sondern, ähnlich wie andere Lanthanoide, nur in Verbindung mit Mineralien. Bekannte holmiumhaltige Minerale sind zum Beispiel Gadolinit, Monazit und Xenotim sowie andere Mineralien der seltenen Erde.

Die Gewinnung von Holmium erfolgt zunächst durch die Anreicherung und den Aufschluss der entsprechenden Erze. Anschließend werden enthaltene Chloride und Fluoride durch ein Ionenaustauschverfahren abgetrennt und das reine Holmium wird durch eine metallothermische Reduktion des Trifluorids unter Verwendung von Calcium gewonnen.

Holmium – Entdeckung

Das chemische Element Holmium wurde bereits im Jahr 1878 von den Chemikern Marc Delafontaine und Jacques Louis Soret in der Erbium-Erde vermutet und ein Jahr später von Per Teodor Cleve entdeckt, als dieser die Erde in drei verschiedene Fraktionen teilte. Reines Holmium wurde jedoch erstmals im Jahr 1911 hergestellt und sehr reines Holmium durch Reduktion sogar erst im Jahr 1940.