Holmium adalah sebuah unsur kimia dengan lambangHo dan nomor atom 67. Ia merupakan sebuah unsur tanah jarang dan anggota kesebelas dari deret lantanida. Ia adalah logam yang relatif lunak, keperakan, cukup tahan korosi dan mudah ditempa. Seperti banyak lantanida lainnya, holmium terlalu reaktif untuk ditemukan dalam bentuk aslinya, karena holmium murni akan membentuk lapisan oksida kekuningan saat terkena udara secara perlahan. Saat diisolasi, holmium relatif stabil di udara kering pada suhu kamar. Namun, ia dapat bereaksi dengan air dan mudah terkorosi, dan juga terbakar di udara saat dipanaskan.
Di alam, holmium terjadi bersama dengan logam tanah jarang lainnya (seperti tulium). Ia adalah lantanida yang relatif langka, membentuk 1,4 bagian per juta kerak Bumi, dengan kelimpahannya mirip dengan wolfram. Holmium ditemukan melalui isolasi oleh kimiawan Swedia Per T. Cleve serta secara independen oleh Jacques-Louis Soret dan Marc Delafontaine, yang mengamatinya secara spektroskopi pada tahun 1878. Oksidanya pertama kali diisolasi dari bijih tanah jarang oleh Cleve pada tahun 1878. Nama unsur ini berasal dari Holmia, nama Latin untuk kota Stockholm.[3][4][5]
Seperti banyak lantanida lainnya, holmium ditemukan dalam mineral monasit dan gadolinit dan biasanya diekstraksi secara komersial dari monasit menggunakan teknik pertukaran ion. Senyawanya di alam dan di hampir semua kimia laboratoriumnya teroksidasi secara trivalen, mengandung ion Ho(III). Ion holmium trivalen memiliki sifat fluoresen yang mirip dengan banyak ion tanah jarang lainnya (sambil menghasilkan serangkaian garis cahaya emisi unik mereka sendiri), sehingga ia digunakan dengan cara yang sama seperti beberapa tanah jarang lainnya dalam aplikasi laser dan pewarna kaca tertentu.
Holmium adalah anggota kesebelas dari deret lantanida. Dalam tabel periodik, ia muncul di antara lantanida disprosium di sebelah kirinya dan erbium di sebelah kanannya, serta di atas aktinidaeinsteinium. Ia adalah unsur yang relatif lunak dan mudah ditempa yang cukup tahan korosi dan stabil di udara kering pada suhu dan tekanan standar. Namun, di udara lembap dan pada suhu yang lebih tinggi, ia akan teroksidasi dengan cepat, membentuk oksida kekuningan.[6] Dalam bentuk murni, holmium memiliki kilau perak metalik yang cerah. Dengan titik didih 2727 °C, holmium adalah lantanida paling volatil keenam setelah iterbium, europium, samarium, tulium, dan disprosium. Pada kondisi sekitar, holmium, seperti banyak dari lantanida paruh kedua lainnya, biasanya memiliki struktur padat heksagon (hcp).[7] Ke-67 elektronnya tersusun dalam konfigurasi [Xe] 4f11 6s2, sehingga ia memiliki tiga belas elektron valensi yang mengisi subkulit 4f dan.
Holmium, seperti semua lantanida (kecuali lantanum, iterbium, dan lutesium, yang tidak memiliki elektron 4f tak berpasangan), bersifat paramagnetik dalam kondisi sekitar,[8] tetapi akan bersifat feromagnetik pada suhu di bawah 19 K.[9] Ia memiliki momen magnetik tertinggi (10,6 μB) dari semua unsur alami dan memiliki sifat magnetik lain yang tidak biasa. Ketika dikombinasikan dengan itrium, ia akan membentuk senyawa yang sangat magnetik.[10]
Sifat kimia
Logam holmium akan mengusam secara perlahan bila terpapar udara, membentuk lapisan oksida kekuningan seperti karat besi. Ia mudah terbakar untuk membentuk holmium(III) oksida:[11]
4 Ho + 3 O2 → 2 Ho2O3
Holmium cukup bersifat elektropositif dan umumnya trivalen. Ia bereaksi secara lambat dengan air dingin dan cukup cepat dengan air panas untuk membentuk holmium(III) hidroksida:[12]
2 Ho (s) + 6 H2O (l) → 2 Ho(OH)3 (aq) + 3 H2 (g)
Logam holmium dapat bereaksi dengan semua halogen stabil:[13]
Holmium mudah larut dalam asam sulfat encer untuk membentuk larutan yang mengandung ion kuning Ho(III), yang eksis sebagai kompleks [Ho(OH2)9]3+:[13]
2 Ho (s) + 3 H2SO4 (aq) → 2 Ho3+ (aq) + 3 SO2−4 (aq) + 3 H2 (g)
Keadaan oksidasi
Seperti kebanyakan lantanida, holmium biasanya ditemukan dalam keadaan oksidasi +3, membentuk senyawa seperti holmium(III) fluorida (HoF3) dan holmium(III) klorida (HoCl3). Holmium dalam larutan memiliki bentuk Ho3+ yang dikelilingi sembilan molekul air. Holmium dapat larut dalam asam.[14] Namun, holmium juga ditemukan pada keadaan oksidasi +2, +1 dan 0.
Holmium alami terdiri dari satu isotop primordial, holmium-165; ia adalah satu-satunya isotop holmium yang dianggap stabil, meskipun ia diperkirakan mengalami peluruhan alfa menjadi terbium-161 dengan waktu paruh yang sangat panjang.[16][17] 35 isotop radioaktif sintetis telah diketahui; yang paling stabil adalah holmium-163 (163Ho), dengan waktu paruh 4570 tahun.[18] Semua radioisotop lainnya memiliki waktu paruh keadaan dasar tidak lebih dari 1,117 hari, dengan yang terpanjang, holmium-166 (166Ho) memiliki waktu paruh 26,83 jam,[19] dan sebagian besar memiliki waktu paruh di bawah 3 jam. Namun, isomer metastabil166m1Ho memiliki waktu paruh sekitar 1200 tahun karena spinnya yang tinggi. Fakta ini, dikombinasikan dengan energi eksitasi tinggi yang menghasilkan spektrum peluruhan sinar gama yang sangat kaya yang dihasilkan ketika keadaan metastabil mengalami deeksitasi, membuat isotop ini berguna dalam percobaan fisika nuklir sebagai sarana untuk mengalibrasi respons energi dan efisiensi intrinsik dari spektrometer sinar gama.
Senyawa
Oksida dan kalkogenida
Ho2O3, kiri: cahaya alami, kanan: di bawah lampu fluoresen katoda dingin
Holmium(III) oksida adalah satu-satunya oksida holmium. Ia mengubah warna yang terlihatnya tergantung pada kondisi pencahayaan. Di bawah cahaya siang hari, ia memiliki warna kuning kecokelatan. Di bawah cahaya trikromatik, ia tampak berwarna merah jingga,[20] hampir tidak dapat dibedakan dari penampakan erbium oksida dalam kondisi pencahayaan yang sama.[21] Perubahan warna yang terjadi terkait dengan garis emisi yang tajam dari ion holmium trivalen yang bertindak sebagai fosfor merah.[22]
Keempat trihalida holmium telah diketahui. Holmium(III) fluorida adalah bubuk kekuningan yang dapat dihasilkan dengan mereaksikan holmium(III) oksida dan amonium fluorida, kemudian mengkristalinya dari garam amonium yang terbentuk dalam larutan.[27]Holmium(III) klorida dapat dibuat melalui cara yang sama, dengan amonium klorida sebagai pengganti amonium fluorida.[28] Ia memiliki struktur lapisan YCl3 dalam keadaan padat.[29] Kedua senyawa ini, serta holmium(III) bromida dan holmium(III) iodida, dapat diperoleh dengan reaksi langsung dari unsur-unsurnya:[13]
2 Ho + 3 X2 → 2 HoX3
Selain itu, holmium(III) iodida dapat diperoleh dengan mereaksikan holmium dan raksa(II) iodida secara langsung, kemudian melepaskan raksa melalui distilasi.[30]
Selain itu, Per T. Cleve secara terpisah menemukan unsur tersebut saat dia bekerja dengan tanah erbia (erbium oksida), dan merupakan orang pertama yang mengisolasinya.[3][4][34][35][36]
Menggunakan metode yang dikembangkan oleh Carl G. Mosander, Cleve pertama-tama menghilangkan semua kontaminan yang diketahui dari erbia. Hasil dari upaya itu adalah dua bahan baru, satu berwarna cokelat dan satu berwarna hijau. Dia menamai zat cokelat dengan holmia (dari nama Latin untuk kota asal Cleve, Stockholm) dan yang hijau dengan tulia. Holmia kemudian ditemukan sebagai holmium oksida, dan tulia adalah tulium oksida.[16]
Dalam makalah klasik Henry Moseley[37] tentang nomor atom, holmium diberi nomor atom 66. Terbukti, pembuatan holmium yang telah diberikan kepadanya untuk diselidiki sangat tidak murni, didominasi oleh tetangganya disprosium (dan tidak diplot). Dia seharusnya akan melihat garis emisi sinar-X untuk kedua unsur tersebut, tetapi berasumsi bahwa yang dominan milik holmium, bukan pengotor disprosium.
Seperti semua tanah jarang lainnya, holmium tidak ditemukan secara alami sebagai unsur bebas. Ia terjadi dalam kombinasi dengan unsur-unsur lain dalam gadolinit (bagian hitam dari spesimen yang diilustrasikan di sebelah kanan), monasit, dan mineral tanah jarang lainnya. Belum ada mineral dominan holmium yang ditemukan.[38] Daerah pertambangan utama berada di Tiongkok, Amerika Serikat, Brasil, India, Sri Lanka, dan Australia dengan cadangan holmium diperkirakan mencapai 400.000 ton.[16] Produksi tahunan logam holmium adalah sekitar 10 ton per tahun.[39]
Ia diekstraksi secara komersial melalui pertukaran ion dari pasir monasit (0,05% holmium), tetapi masih sulit dipisahkan dari tanah jarang lainnya. Unsur ini telah diisolasi melalui reduksiklorida atau fluorida anhidratnya dengan kalsium metalik.[15] Perkiraan kelimpahannya di kerak Bumi adalah 1,3 mg/kg. Holmium mematuhi aturan Oddo–Harkins: sebagai unsur bernomor ganjil, kelimpahannya kurang dari tetangganya yang bernomor genap, disprosium dan erbium. Namun, ia adalah lantanida berat bernomor ganjil yang paling melimpah. Dari semua lantanida, hanya prometium, tulium, lutesium, dan terbium yang kurang melimpah di Bumi. Sumber holmium utama adalah beberapa tanah liat pengadsorb ion di Tiongkok selatan. Beberapa di antaranya memiliki komposisi tanah jarang yang mirip dengan yang ditemukan pada xenotim atau gadolinit. Itrium membentuk sekitar 2/3 dari total massa; holmium sekitar 1,5%. Bijih aslinya sendiri mengandung sangat sedikit, mungkin hanya 0,1% total lantanida, tetapi mudah diekstraksi.[42] Holmium memiliki harga yang relatif murah untuk logam tanah jarang dengan harga sekitar 1000 USD/kg.[43]
Aplikasi
Magnet
Holmium memiliki kekuatan magnet tertinggi dari unsur apa pun, dan oleh karena itu digunakan untuk membuat medan magnet yang dihasilkan secara artifisial terkuat, ketika ditempatkan di dalam magnet berkekuatan tinggi sebagai potongan kutub magnet (juga disebut konsentrator fluks magnet).[44] Holmium juga digunakan dalam pembuatan beberapa magnet permanen.
Larutan holmium oksida 4% dalam asam perklorat 10%, menyatu secara permanen menjadi kuvet kuarsa sebagai standar kalibrasi optik
Kaca yang mengandung holmium oksida dan larutan holmium oksida (biasanya dalam asam perklorat) memiliki puncak serapan optik yang tajam dalam rentang spektrum 200–900 nm. Oleh karena itu, mereka digunakan sebagai standar kalibrasi untuk spektrofotometer optik.[47][48][49] Isomer radioaktif tapi berumur panjang 166m1Ho (lihat bagian "Isotop" di atas) digunakan dalam kalibrasi spektrometer sinar gama.[50]
Kegunaan lainnya
Karena holmium dapat menyerap neutron hasil fisi nuklir, holmium digunakan sebagai racun yang dapat dibakar untuk mengatur reaktor nuklir.[16] Ia digunakan sebagai pewarna untuk zirkonia kubik, memberikan pewarnaan merah muda,[51] dan untuk kaca, memberikan pewarnaan kuning-oranye.[52] Pada bulan Maret 2017, IBM mengumumkan bahwa mereka telah mengembangkan teknik untuk menyimpan satu bit data pada satu set atom holmium di atas hamparan magnesium oksida.[53] Dengan teknik kontrol kuantum dan klasik yang memadai, Ho dapat menjadi kandidat yang baik untuk membuat komputer kuantum.[54]
Peran biologis dan pencegahan
Holmium tidak memainkan peran biologis pada manusia, tetapi garamnya mampu menstimulasi metabolisme.[15] Manusia biasanya mengonsumsi sekitar satu miligram holmium setahun. Tumbuhan tidak mudah mengambil holmium dari tanah. Beberapa sayuran telah diukur kandungan holmiumnya, dan jumlahnya mencapai 100 bagian per triliun.[14] Holmium dan garam larutnya sedikit beracun jika tertelan, tetapi garam holmium yang tidak larut tidak beracun.[55] Holmium metalik dalam bentuk debu dapat menimbulkan bahaya kebakaran dan ledakan.[56][57][58]Garam holmium dalam jumlah besar dapat menyebabkan kerusakan parah jika terhirup, dikonsumsi secara oral, atau disuntikkan. Efek biologis holmium dalam jangka waktu yang lama tidak diketahui. Holmium memiliki tingkat toksisitas akut yang rendah.[59]
Harga
Harga 1 kilogram holmium oksida 99,5% (FOB Tiongkok dalam RMB/Kg) diberikan oleh Institute of Rare Earths Elements and Strategic Metals di bawah USD 500 hingga Maret 2011; kemudian naik tajam hingga sedikit di bawah USD 4.500 pada Juli 2011 dan terus menurun hingga USD 750 pada pertengahan 2012.[60] Harga rata-rata holmium untuk periode enam bulan dari April hingga September 2022 diberikan oleh Institute tersebut sebagai berikut: Holmium Oksida - 99,5%min EXW Tiongkok - 94,34 EUR/kg.[61]
^(Indonesia)"Holmium". KBBI Daring. Diakses tanggal 17 Juli 2022.
^Yttrium and all lanthanides except Ce and Pm have been observed in the oxidation state 0 in bis(1,3,5-tri-t-butylbenzene) complexes, see Cloke, F. Geoffrey N. (1993). "Zero Oxidation State Compounds of Scandium, Yttrium, and the Lanthanides". Chem. Soc. Rev. 22: 17–24. doi:10.1039/CS9932200017. and Arnold, Polly L.; Petrukhina, Marina A.; Bochenkov, Vladimir E.; Shabatina, Tatyana I.; Zagorskii, Vyacheslav V.; Cloke (2003-12-15). "Arene complexation of Sm, Eu, Tm and Yb atoms: a variable temperature spectroscopic investigation". Journal of Organometallic Chemistry. 688 (1–2): 49–55. doi:10.1016/j.jorganchem.2003.08.028.
^Naumann, R. A.; Michel, M. C.; Power, J. L. (September 1960). "Preparation of long-lived holmium-163". Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry (dalam bahasa Inggris). 15 (1–2): 195–196. doi:10.1016/0022-1902(60)80035-8. OSTI4120223.
^Per Teodor Cleve (1879). "Sur deux nouveaux éléments dans l'erbine". Comptes rendus de l'Académie des sciences. 89: 478–480. Cleve menamai holmium di halaman 480: "Je propose pour ce métal le nom de holmium, Ho, dérivé du nom latinisé de Stockholm, dont les environs renferment tant de minéraux riches en yttria." (Saya mengusulkan untuk logam ini nama "holmium", Ho, [yang] berasal dari nama Latin untuk Stockholm, yang lingkungannya mengandung begitu banyak mineral yang kaya akan itrium.)
^Per Teodor Cleve (1879). "Sur l'erbine". Comptes rendus de l'Académie des sciences. 89: 708.
^Wollin, T. A.; Denstedt, J. D. (Februari 1998). "The holmium laser in urology". Journal of Clinical Laser Medicine & Surgery. 16 (1): 13–20. doi:10.1089/clm.1998.16.13. PMID9728125.
^Ming-Chen Yuan; Jeng-Hung Lee; Wen-Song Hwang (2002). "The absolute counting of 166mHo, 58Co and 88Y". Applied Radiation and Isotopes. 56 (1–2): 429–434. doi:10.1016/S0969-8043(01)00226-3. PMID11839051.Parameter |name-list-style= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
^Forrester, Patrick Robert; Patthey, François; Fernandes, Edgar; Sblendorio, Dante Phillipe; Brune, Harald; Natterer, Fabian Donat (19 November 2019). "Quantum state manipulation of single atom magnets using the hyperfine interaction". Physical Review B (dalam bahasa Inggris). 100 (18): 180405. arXiv:1903.00242. Bibcode:2019PhRvB.100r0405F. doi:10.1103/PhysRevB.100.180405. ISSN2469-9950.
^Haley, T. J.; Koste, L.; Komesu, N.; Efros, M.; Upham, H. C. (1966). "Pharmacology and toxicology of dysprosium, holmium, and erbium chlorides". Toxicology and Applied Pharmacology. 8 (1): 37–43. doi:10.1016/0041-008x(66)90098-6. PMID5921895.
^Bruce, D. W.; Hietbrink, B. E.; Dubois, K. P. (1963). "The acute mammalian toxicity of rare earth nitrates and oxides". Toxicology and Applied Pharmacology. 5 (6): 750–9. doi:10.1016/0041-008X(63)90067-X. PMID14082480.
Greenwood, Norman N.; Earnshaw, A. (1997), Chemistry of the Elements (edisi ke-2), Oxford: Butterworth-Heinemann, ISBN0-7506-3365-4Pemeliharaan CS1: Banyak nama: authors list (link)
Bacaan lebih lanjut
R. J. Callow, The Industrial Chemistry of the Lanthanons, Yttrium, Thorium, and Uranium, Pergamon Press, 1967.
Pranala luar
Wikimedia Commons memiliki media mengenai Holmium.