Els empèdocles moderns – Marc Delafontaine (1878) i l’element 67 (Ho) – holmi (nilhexisepti, Nhs)

El centre històric d’Estocolm (Stockholms innerstad) es troba a cavall de les províncies històriques sueques d’Uppland i Södermanland, de manera que en el primer sector (el septentrional) hi viuen unes 180.000 persones (en 28,05 km2) i en el segon unes 104.000 (en 7,44 km2). A l’Innerstaden hem de sumar l’Estocolm Sud (Söderort, 293.000 habitants en 83,13 km2) i l’Estocolm Oest (Västerort), per abastar tot el terme municipal d’Estocolm (Stockholms kommun). Aquest terme municipal suposa un àrea de 214,63 km2 (comptant-hi una extensió aquàtica de 27,46 km2), amb una població total de 912.000 persones. Pràcticament tot el municipi d’Estocolm es troba actualment urbanitzat i, de fet, el continu urbà abasta uns altres deu municipis (Huddinge, Järfälla, Solna, Sollentuna, Botkyrka, Haninge, Tyresö, Sundbyberg, Nacka, Danderyd), que en total són una població de 1.252.000 persones i una superfícies de 113,777 km2. L’Àrea Metropolitana d’Estocolm, estesa al nord i al sud, té 2.192.000 habitants i una superfície de 6536,24 km2. Encara més àmplia és tota la regió conformada per l’Arxipèlag d’Estocolm, que va des d’Arholma a Landsort, i que políticament s’organitza en el Comtat d’Estocolm (Stockholms län). La fesomia d’Estocolm és marcada per les catorze illes principals, i les aigües que les envolten, formades per la confluència del Llac Mälaren i de la Mar Bàltica. Estocolm vol dir “Illa de la Llenya”, mot que s’interpreta com a referit a l’actualment coneguda com a “Illa de l’Esperit Sant” (Helgeandsholmen), on podria haver hagut una fortificació (palissada), o on s’hauria traficat amb fusta de l’interior. Quan el topònim apareix per primera vegada en el registre escrit, en el 1252, la memòria que n’explicava l’etimologia ja semblava perduda. El creixement d’Estocolm degué molt als mercaders alemanys que el el duc Birger Jarl i el rei Valdemar haurien convidat a establir-s’hi. Abans de la fi del segle XIII, Estocolm ja havia esdevingut la ciutat més important de Suècia, la principal residència reial i alhora el màxim centre polític i comercial, plaça que ha servat fins llavors. És cert que la història d’Estocolm ha conegut moments de gran potència i de notori retrocés, però de la grandesa en el camp de les ciències hom reté, a banda d’homenatges diversos, el fet que cada començament d’octubre, les redaccions giren al cap a l’anunci dels guardonats amb els Premis Nobel de Fisiologia o Medicina, de Física i de Química. Nosaltres, en tot cas, arribem així a l’element 67, que du per nom “holmi”, en homenatge a aquesta Metròpoli Insular.

La Regió d’Estocolm (administrativament, Comtat) és una de la regions més riques d’Europa. Estocolm constitueix el centre econòmic, polític i cultural de Suècia i, en bona mesura, de tots els Països Nòrdics. És classificada entre les ciutats globals de primer nivell

Marc Delafontaine i la descoberta de l’holmi

Mark Delafontaine, en un retrat judicial publicat al Chicago Tribune el 30 de maig del 1897

Marc Delafontaine va nàixer a Celigny (Ginebra, Suïssa) el 31 de març del 1838. Estudià magisteri, i el 1853 va començar a fer de professor a l’Escola Primària de Ginebra. Alhora, prosseguí estudis a l’Acadèmia de Ginebra, on s’orientà cap a la química, sota el mestratge, entre d’altres, de Jean Charles Galissard de Marignac (1817-1894). Fou professor de química general, de química orgànica i de mineralogia a l’Acadèmia de Ginebra.

Delafontaine s’especialitzà en les aplicacions de l’espectroscòpia en la química analítica, particularment en la toxicologia forense. En el 1870 emigrà als Estats Units, on esdevindria professor de química i toxicologia en el Col•legi Mèdic Femení de Xicago. A partir del 1874 s’interessà plenament en la recerca sobre terres rares. Justament, els elements metàl•lics de terres rares constituïen un maldecap pels qui, com Dmitri Mendeleev, havien fet un esforç especial per sistematitzar els elements químics. La sistematització dels elements químics, basada en el seu pes atòmic i en altres propietats fonamentals, era la que havia d’obrir la porta a una teoria més fonamental de la matèria.

Espècimen en el que trobem, en la part negra, gadolinita o iterbita. Algunes mostres de gadolinita-Y són constituïdes bàsicament per “terres rares pesants”. En el 1878, hom coneixia bé dues d’aquestes terres, l’ítria i l’èrbia. Menys coneguda era una tercera, la tèrbia. De manera paral•lela, Delafontaine i Marignac postularen la presència d’una quarta terra.

L’octubre del 1878, Marc Delafontaine comunicà en la gadolinita la descoberta d’una nova terra rara, a la que denominà “philippine” (“Comptes rendus”, 89, 559). S’entenia que aquesta “terra filípia” era l’òxid de filipi, i que el filipi (símbol químic, Pp) era un element químic prèviament desconegut. Delafontaine basava la descoberta en el comportament d’una línia espectral, corresponent a una longitud d’ona de 451,5 nm. Aquesta línia espectral havia estat atribuïda a l’èrbia, però segons Delafontaine aquesta atribució no es podia justificar ja que reaccions diferencials de precipitació conduïen a intensitats diferents d’aquesta línia, mentre que les altres atribuïdes a l’èrbia s’hi mantenien al mateixos nivells.

De manera paral•lela, també sobre mostres de gadolinita, l’antic mestre de Delafontaine, Marignac havia remarcat el caràcter de barreja de l’èrbia, de manera que sostenia que integrava dues terres diferenciades, una de majoritària (neo-èrbia, que seria la que retindria el nom d’èrbia i el símbol Er) i una altra de minoritària (que denominà “itèrbia” i assignà el símbol Yb).

També en el 1878, Delafontaine havia comunicat la descoberta d’una altra terra rara, també basada en l’anàlisi espectroscòpica. La denomina decípia, designant l’element corresponent com a decipi (decipium) i proposant-ne com a símbol Dp.

John Lawrence Smith (1818-1883), amb metodologies semblants, identificà una terra rara a la que denominà “mosandra” (en honor al gran expert en aquest elements, Carl Gustaf Mosander, traspassat el 1858), corresponent a un nou element químic, mosandri.

Jacques Louis Soret

Coneixedor dels estudis de Marignac i Delafontaine, Jacques-Louis Soret (1827-1890) s’estimava més denominar provisionalment la “quarta terra” de la gadolinita amb la designació de X. Soret forní proves a favor d’aquest element amb un estudi sobre els espectres d’absorció ultra-violats de terres de gadolinita.

Per Teodor Cleve

Per Teodor Cleve (1840-1905), de manera independent als estudis tot just citats, treballava en la purificació de la terra èrbia. Coneixia els treballs de Lars Fredrik Nilson (1840-1889), que havia anunciat la descoberta en l’iterbita de dos altres elements, als quals havia denominat, seguint els homenatges a topònims nòrdics, escandi (Sc) i tuli (Tm). El tuli era present, com a component minoritari, en l’èrbia. Mentre la túlia tenia un color verd característic, Cleve també remarcà la presència d’un material de color bru. Cleve assumí que aquest darrer material era una nova terra rara, i la denominà hòlmia, al temps que l’element corresponent rebia el nom d’holmi (holmium, símbol Ho). Com a línies espectrals característiques de l’holmi, Cleve esmentava una en la banda roja (640 nm) i un altra en la banda groga-verda (536 nm).

Després d’aquesta explosió de publicacions sobre “noves terres rares”, calia un esforç d’ordenament. Soret revisà els estudis fets sobre els espectres “de les terres que fan part del grup de l’ítria”, i indica una identitat entre l’element X, l’holmi de Cleve i el filipi de Delafontaine. Cleve admeté la identitat entre l’holmi i l’X, però no estava d’acord amb fer-ho amb el filipi, ja que el filipi disposava, en la descripció de Delafontaine, d’una línia en la part blava de l’espectre (451,5 nm).

Delafontaine va fer també per la seva banda una revisió de les diverses descobertes fetes entre el 1878 i en el 1879. Segons el parer de Delafontaine, els únics nous elements de terres rares amb prou evidència material (més enllà de l’espectroscòpia) eren l’iterbi (Yb), el decipi (Dp) i el filipi (Pp).

François Lecoq de Boisbaudran (1838-1912) havia reportat en el 1879 la descoberta del samari (Sm). La terminologia i els criteris de Lecoq acabarien prevalent en la literatura. Hom considerà que el filipi de Delafontaine era en realitat una barreja d’itri, terbi i holmi. El decipi, d’altra banda, seria una barreja d’elements de terres rares, amb el samari com a component principal. El mosandri d’Smith fou considerat, de manera similar, una barreja de terbi i holmi.

A començament del 1880, Delafontaine defensava una possible identitat entre el filipi i l’holmi, afirmant que les línies de 451,5 nm, 536,3 nm i 640,4 nm pertanyien totes al mateix element. L’agost del 1880, però, Delafontaine ja havia renunciat a aquesta identitat.

Segons Soret, l’hòlmia es caracteritzava per les següents línies espectrals:
– 804 nm (?) Ben forta.
– 753 nm Feble.
– 640,4 nm. Característica.
– 536,3 nm. Característica.
– 485,5 nm. Característica.
– 474,5 nm. Molt feble i nebulosa.
– 453/449 nm.
– 430 nm. Dubtosa.
– 414,5 nm.
– 389/387 nm.

En el 1886, Lecoq reportava que aquest conjunt de línies es podia fraccionar en dos grups. Això volia dir que l’holmi de Soret i Cleve consistia en dos elements. Lecoq reservà per a l’element corresponent a les línies 640,4 i 536,6 el nom d’holmi. Per a l’element corresponent a les línies 753 nm i 451,5 nm, proposa el nom de disprosi (perdent l’oportunitat de recuperar el nom de filipi). Amb aquesta aportació de Lecoq, la caracterització bàsica de l’holmi quedava finalitzada.

En el 1897, Delafontaine era professor de química en la South Division High School. Chicago quedà marcada aquell any per un cas sensacional. Diedrich Bicknese havia acudit a la policia per comunicar la desaparició de la seva germana, Louisa, escaiguda uns dies abans, l’1 de maig. Louisa era, des del 18 de gener del 1878, la dona d’Adolph Louis Luetgert, el “sausage king” de Chicago, propietari de la A.L. Luetgert Sausage & Packing Company. Adoph Luetgert havia arribat als Estats Units en el 1865, a 20 anys. Havia estat casat en primeres núpcies amb Caroline Roepke, de la qual havia enviudat en el 1877. Del primer matrimoni, Luetgert havia tingut dos fills, i del segon quatre, però tan sols tres del sis havia passat de la infantesa. Precisament, Adolph havia dit a la canalla que Louisa havia sortit el 30 d’abril de casa per fer una visita familiar. Aquesta visita no s’havia produït. La investigació policial dubtà aviat de la paraula d’Adoph Luetgert. Luetgert maltractava la dona. La seva empresa no era tan sòlida com semblava, i potser Luetgert tenia la intenció de desfer-se de la dona per tal de casar-se amb una vídua rica a la que rondava de feia un temps. Un testimoni els va dir que, la nit de l’1 de maig, havia vist el matrimoni Luetgert entrar a la fàbrica de salsitxes a dos quarts d’onze de la nit. La recerca sobre els moviments comercials de Luetgert revelà que havia adquirit arsènic i potassa el 30 d’abril.

La policia sospità que Luetgert havia mort la dona, i se n’havia desfet a la fàbrica. No cal dir que la imaginació popular va córrer tan bon punt es filtrà aquesta sospita. L’anàlisi de cendres del forn de la fàbrica per un antropòleg forense revelà la presència d’ossos metatarsals, d’una falange del dit gro del preu, costelles i fragments cranials, atribuïble a un esquelet humà femení. Més conspícua encara era la troballa de dos anells, un dels quals amb les inicials LL, i tots dos identificats com a propietat de Louisa Luetgert. Adolph fou arrestat.

Dibuixos de la declaració pericial de Mark Delafontaine en el primer judici del cas Luetgert, publicats al Chicago Journal el 10 de setembre del 1897

A final d’agost del 1897 començà el judici contra Adolph Luetgert, defensat per William Vincent. L’acusació anava a càrrec de Charles Deneen, i el jutge del cas era Richard Tuthill. Entre els pèrits citats per Deneen hi hagué Delafontaine, que rastrejà l’arsènic presumptament administrat a la difunta. La defensa sostingué la versió d’Adolph Luetgert, segons la qual Louisa hauria fugit amb un altre home, i aportà testimonis que afirmaven haver-la vist en diversos punts dels Estats Units durant els mesos de maig, juny o juliol. Com que el jurat no arribà a un veredicte unànime, el judici fou suspès.

En el segon judici, començat el gener del 1898, l’acusació cridà el testimoni d’un altre antropòleg forense, George Amos Dorsey. De nou, Delafontaine fou cridat. En aquesta ocasió, el jurat declarà Luetgert culpable. Fou sentenciat a cadena perpètua, i es moriria a la presó el 7 de juliol del 1899. Malgrat que el judici havia deixat clar que el cadàver de Louisa hauria estat incinerat en el forn de la fàbrica, ningú no es tragué del cap la idea que Adolph Luetgert l’havia fet fer salsitxes, i que més d’un conciutadà n’hauria d’haver menjat. Fins els nostres dies, encara a Chicago hi ha qui veu de tant en tant el fantasma de Louisa Luertgert en el recinte de l’antiga fàbrica.

Marc Delafontaine es va morir en el 1911. Llavors, el nombre d’elements de terres rares ja semblava ben establert, deixant de banda un forat entre el neodimi i el samari. Mitjançant l’espectroscòpia de raigs X, Henry Moseley trobà la base física del nombre atòmic i, per tant, de l’ordenament íntim dels elements químics. En la seva taula, l’holmi apareix amb el nombre atòmic de 66. Estudis posteriors, situaren aquest nombre en 67. La discrepància, segurament, es va deure al fet que les mostres d’holmi estudiades per Moseley continuaven una quantitat elevada de disprosi (l’autèntic element 66). Fet i fet, no seria fins als anys 1930, que hom podria purificar amb una qualitat acceptable mostres d’holmi metàl•lic o dels seus compostos.

L’holmi: isòtops i abundància

La massa atòmica estàndard de l’holmi, de 164,93033 uma, és la del seu únic isòtop natural, 165Ho. Un llistat complet dels isòtops coneguts faria:
– holmi-140 (140Ho; 139,96854 uma). Nucli format per 67 protons i 73 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,006 s.
– holmi-141 (141Ho; 140,96310 uma). Nucli format per 67 protons i 74 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,0041 s. Posseeix un estat metastable (141mHo) a 66 keV, que té una semivida de 6,4•10-6 s.
– holmi-142 (142Ho; 141,95977 uma). Nucli format per 67 protons i 75 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,4 s. Decau bé a disprosi-142 (amb emissió d’un positró) o a disprosi-141 (amb emissió d’un protó).
– holmi-143 (143Ho; 142,95461 uma). Nucli format per 67 protons i 76 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,3 s. Decau a disprosi-143, amb emissió d’un positró.
– holmi-144 (144Ho; 143,95148 uma). Nucli format per 67 protons i 77 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,7 s. Decau bé a disprosi-144 (amb emissió d’un positró) o a terbi-143 (amb emissió d’un protó i d’un positró).
– holmi-145 (145Ho; 144,94720 uma). Nucli format per 67 protons i 78 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,4 s. Decau a disprosi-145, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (145mHo) a 100 keV, que té una semivida de 0,1 s.
– holmi-146 (146Ho; 145,94464 uma). Nucli format per 67 protons i 79 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3,6 s. Decau normalment a disprosi-146 (amb emissió d’un positró) o, més rarament, a terbi-145 (amb emissió d’un protó i d’un positró).
– holmi-147 (147Ho; 146,94006 uma). Nucli format per 67 protons i 80 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 5,8 s. Decau normalment a disprosi-147 (amb emissió d’un positró) o, més rarament, a terbi-146 (amb emissió d’un protó i d’un positró).
– holmi-148 (148Ho; 147,93772 uma). Nucli format per 67 protons i 81 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,2 s. Decau a disprosi-148, amb emissió d’un positró. Posseeix dos estats metastables, un a 400 keV (148m1Ho; que té una semivida de 9,49 s; i que decau bé a disprosi-148 (99,92%) o bé a terbi-147 (0,08%; amb emissió d’un protó i d’un positró)) i un altre a 690 keV (148m2Ho; que té una semivida de 0,00235 s).
– holmi-149 (149Ho; 148,933775 uma). Nucli format per 67 protons i 82 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 21,1 s. Decau a disprosi-149, amb emissió d’un positró. Posseeix dos estats metastables, un a 48,80 keV (149m1Ho; que té una semivida de 56 s, i que decau a disprosi-149) i un altre a 7200 keV (149m2Ho; que té una semivida de 10-7 s).
– holmi-150 (150Ho; 149,933496 uma). Nucli format per 67 protons i 83 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 76,8 s. Decau a disprosi-150, amb emissió d’un positró. Posseeix dos estats metastables, 150m1Ho (amb una semivida de 23,3 s, i que decau a disprosi-150) i 150m2Ho (a 8000 keV, que té una semivida de 7,51•10-7 s).
– holmi-151 (151Ho; 150,931688 uma). Nucli format per 67 protons i 84 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 35,2 s. Decau majoritàriament (78%) a disprosi-151 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (22%), a terbi-147 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Posseeix un estat metastable (151mHo) a 41,0 keV, que té una semivida de 47,2 s, i que decau bé a terbi-147 (77%) o bé a disprosi-151 (22%).
– holmi-152 (152Ho; 151,931714 uma). Nucli format per 67 protons i 85 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 161,8 s. Decau majoritàriament (88%) a disprosi-152 (amb una emissió d’un positró) o, alternativament (12%), a terbi-148 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Posseeix dos estats metastables, un a 160 keV (152m1Ho; que té una semivida de 50 s) i un altre a 3019,59 keV (152m2Ho; que té una semivida de 8,4•10-6 s).
– holmi-153 (153Ho; 152,930199 uma). Nucli format per 67 protons i 86 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 121 s (2 minuts). Decau normalment (99,94%) a disprosi-153 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (0,05%), a terbi-149 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Posseeix dos estats metastables, un a 68,7 keV (153m1Ho; que té una semivida de 560 s; i que decau bé a disprosi-153 (99,82%) o a terbi-149 (0,18%)) i un altre a 2772 keV (153m2Ho; que té una semivida de 2,29•10-7 s).
– holmi-154 (154Ho; 153,930602 uma). Nucli format per 67 protons i 87 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 705,6 s (12 minuts). Decau normalment (99,98%) a disprosi-154 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (0,02%), a terbi-150 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Posseeix un estat metastable (154mHo) a 238 keV, que té una semivida de 186 s i que decau a l’estat basal (rarament) o directament a disprosi-154 (99,99%) o a terbi-150 (0,001%).
– holmi-155 (155Ho; 154,929103 uma). Nucli format per 67 protons i 88 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2900 s (48 minuts). Decau a disprosi-155, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (155mHo) a 141,97 keV, que té una semivida de 8,8•10-4 s.
– holmi-156 (156Ho; 155,92984 uma). Nucli format per 67 protons i 89 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3400 s (56 minuts). Decau a disprosi-156, amb emissió d’un positró. Posseeix dos estats metastable, un a 52,4 keV (156m2Ho; que té una semivida de 9,5 s) i un altre a 100 keV (156m1Ho; que té una semivida de 470 s, i que decau bé a l’estat basal o directament a disprosi-156).
– holmi-157 (157Ho; 156,928256 uma). Nucli format per 67 protons i 90 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 756 s (13 minuts). Decau a disprosi-157, amb emissió d’un positró.
– holmi-158 (158Ho; 157,928941 uma). Nucli format per 67 protons i 91 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 678 s (11 minuts). Decau majoritàriament (93%) a disprosi-158 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (7%), a terbi-154 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Posseeix dos estats metastables, un a 67,2 keV (158m1Ho; que té una semivida de 1700 s, i que decau bé a l’estat basal (81%) o bé a disprosi-158 (19%)) i un altre a 180 keV (158m2Ho; que té una semivida de 1280 s).
– holmi-159 (159Ho; 158,927712 uma). Nucli format per 67 protons i 92 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1983 s (33 minuts). Decau a disprosi-159 (amb emissió d’un positró). Posseeix un estat metastable (159mHo) a 205,91 keV, que té una semivida de 8,30 s, i que decau a l’estat basal.
– holmi-160 (160Ho; 159,928729 uma). Nucli format per 67 protons i 93 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1540 s (26 minuts). Decau a disprosi-160, amb emissió d’un positró. Posseeix dos estats metastables, un a 59,98 keV (160m1Ho; que té una semivida de 1,81•104 s, i que decau bé a l’estat basal (65%) bé directament a disprosi-160 (35%)) i un altre a 197 keV (160m2Ho; que té una semivida de 3 s).
– holmi-161 (161Ho; 160,927855 uma). Nucli format per 67 protons i 94 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 8930 s (2 hores). Decau a disprosi-161, per captura electrònica. Posseeix un estat metastable (161mHo) a 211,16 keV, que té una semivida de 6,76 s, i que decau a l’estat basal.
– holmi-162 (162Ho; 161,929096 uma). Nucli format per 67 protons i 95 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 900 s (15 minuts). Posseeix un estat metastable (162mHo) a 106 keV, que té una semivida de 4020 s, i que decau bé a l’estat basal (62%) o bé directament a disprosi-162 (38%).
– holmi-163 (163Ho; 162,9287339 uma). Nucli format per 67 protons i 96 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,442•1011 s (4570 anys). Decau a disprosi-163, per captura electrònica. Posseeix un estat metastable (163mHo) a 297,88 keV, que té una semivida de 1,09 s, i que decau a l’estat basal.
– holmi-164 (164Ho; 163,9302335 uma). Nucli format per 67 protons i 97 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1700 s (29 minuts). Decau bé a disprosi-164 (60%; per captura electrònica) o a erbi-164 (40%; amb emissió d’un electró). Posseeix un estat metastable (164mHo) a 139,77 keV, que té una semivida de 2300 s i que decau a l’estat basal.
– holmi-165 (165Ho; 164,9303221 uma). Nucli format per 67 protons i 98 neutrons. Teòricament, decau a terbi-161 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Ho faria, però, amb una semivida tan llarga que, a efectes observacionals, és un isòtop estable. Pràcticament, tot l’holmi de mostres naturals és 165Ho.
– holmi-166 (166Ho; 165,9322842 uma). Nucli format per 67 protons i 99 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 9,659•104 s (27 hores). Decau a erbi-166, amb emissió d’un electró. Posseeix dos estats metastables, un a 5,985 keV (166m1Ho; que té una semivida de 3,8•1010 s, i que decau a erbi-166) i un altre a 190,9052 keV (166m2Ho; que té una semivida de 1,85•10-4 s). L’elevada vida mitjana de 166m1Ho s’explica pel seu elevat espín (7-). La desexcitació de 166m1Ho suposa l’alliberament d’un ric espectre de raigs gamma, cosa que és aprofitada en procediments de calibració de gamma-espectròmetres i en experiments similars.
– holmi-167 (167Ho; 166,933133 uma). Nucli format per 67 protons i 100 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,081•104 s (3 hores). Decau a erbi-167, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (167mHo) a 259,34 keV, que té una semivida de 6•10-6 s.
– holmi-168 (168Ho; 167,93552 uma). Nucli format per 67 protons i 101 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 179 s (3 minuts). Decau a erbi-168, amb emissió d’un electró. Posseeix tres estats metastables, un a 59 keV (168m1Ho; que té una semivida de 132 s, i que decau en l’estat basal (99,5%) o directament (0,5%) a erbi-168), un segon a 143,4 keV (168m2Ho; que té una semivida de poc més de 4•10-6 s) i un tercer a 192,6 keV (168m3Ho; que té una semivida de 1,08•10-7 s).
– holmi-169 (169Ho; 168,936872 uma). Nucli format per 67 protons i 102 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 283 s (5 minuts). Decau a erbi-169, amb emissió d’un electró.
– holmi-170 (170Ho; 169,93962 uma). Nucli format per 67 protons i 103 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 166 s (3 minuts). Decau a erbi-170, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (170mHo) a 120 keV, que té una semivida de 43 s, i que decau a erbi-170.
– holmi-171 (171Ho; 170,94147 uma). Nucli format per 67 protons i 104 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 53 s. Decau a erbi-171, amb emissió d’un electró.
– holmi-172 (172Ho; 171,94482 uma). Nucli format per 67 protons i 105 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 25 s. Decau a erbi-172, amb emissió d’un electró.
– holmi-173 (173Ho; 172,94729 uma). Nucli format per 67 protons i 106 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 10 s. Decau a erbi-173, amb emissió d’un electró.
– holmi-174 (174Ho; 173,95115 uma). Nucli format per 67 protons i 107 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 8 s.
– holmi-175 (175Ho; 174,95405 uma). Nucli format per 67 protons i 108 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 5 s.

L’àtom neutre d’holmi conté 67 electrons, amb una configuració basal d’escorça de 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f115s25p66s2. Així doncs, és un element del període 6 i del bloc f. Això el col•loca entre els lantànids (elements de terres rares) i, dins d’aquests, és classificat dins dels lantànids pesants (grup de l’itri). Hom el pot incloure, a més, en el grup f11, l’actínid del qual és l’einsteini. L’estat d’oxidació més habitual és +3, encara que també el podem trobar amb +2, +1 i 0. El radi atòmic és de 1,76•10-10 m.

Holmi metàl•lic ultrapur

En condicions estàndards de pressió i de temperatura, l’holmi elemental es presenta en forma de metall de color blanc i llustre argentí, amb una densitat de 8790 kg•m-3. És relativament tou i mal•leable. És dels elements presents en la natura el que presenta un major moment magnètic (10,6 μB). Si en condicions ambientals és paramagnètic, per sota de 19 K esdevé ferromagnètic.

En condicions estàndards de pressió, l’holmi metàl•lic fon a 1734 K. L’holmi líquid presenta una densitat de 8340 kg•m-3 en el punt de fusió.

En condicions estàndards de pressió, l’holmi elemental bull a 2873 K.

L’holmi resisteix relativament la corrosió ambiental. És estable en una atmosfera seca en condicions estàndards de pressió i temperatura. Ara bé, en presència d’humitat atmosfèrica, o a temperatures una mica més elevades, tendeix a oxidar-se ràpidament a Ho2O3. En contacte amb l’aigua, segons la temperatura, reacciona més o menys ràpidament per formar Ho(OH)3. És atacable per àcid sulfúric diluït. En solucions aquoses, el trobem sobretot en forma de catió Ho3+, acomplexat en [Ho(OH2)9]3+.

Sota la llum natural, l’hòlmia (Ho2O3) presenta una coloració groga. Ara bé, si l’il•luminem amb algunes làmpades fluorescents, el veiem amb una coloració rosada o taronja. La diferència es deu a la interacció entre l’holmi de la mostra i les bandes d’emissió de l’europi i/o terbi de la làmpada.

Entre els compostos d’holmi podem esmentar a més:
– els halurs: HoF3 (sòlid de color rosat), HoCl3 (sòlid de color groc), HoBr3 (sòlid de color groc) i HoI3 (sòlid de color groc).

L’abundància atòmica de l’holmi en l’univers és condicionada pels processos de nucleosíntesi en supernoves, per les rutes de desintegració de radioisòtops més pesants i per l’estabilitat dels seus isòtops. En aquest sentit, com sol ser el cas d’elements amb nombre Z senar, l’holmi tan sols disposa d’un isòtop observacionalment estable. Això hi juga en contra, de manera que l’holmi és superat en abundor pels dos elements que el flanquegen, en la taula periòdica, el disprosi i l’erbi. Fet i fet, entre els elements més lleugers, tan sols el tecneci, el prometi i el terbi són encara menys abundants que l’holmi. Uns quants elements més pesants superen en abundància l’holmi: a banda de l’erbi, l’iterbi, el hafni, el tungstè, l’osmi, l’iridi, el platí, l’or, el mercuri, el tal•li, el plom i el bismut. En termes de massa bariònica, l’abundància de l’holmi en l’univers és de 500 ppb.

L’holmi en el planeta Terra assoleix una abundància de 0,1 ppm en termes de massa (0,016 ppm en termes atòmics). Com correspon a un element litòfil, la concentració és superior en l’escorça terrestre, on assoleix 1,4 ppm. Se’l troba sempre en forma de compost químic. En minerals de terres rares, el trobem en concentracions de vora 500 ppm. En sòls, la concentració típica és de 1 ppm.

En la hidrosfera, la concentració d’holmi varia segons el context geològic. En oceà, la concentració típica és de 0,4 ppb.

En l’atmosfera, la presència d’holmi és negligible.

L’holmi no és bioelement per cap organisme. En general, s’absorbeix amb dificultat. En alguns teixits vegetals, pot arribar a concentracions de 0,1 ppb. En una dieta típica, el consum anual d’holmi en humans seria de l’ordre 1 mg, i la seva presència en els nostres teixits és negligible. De totes formes, els cations Ho3+ no són inerts, i poden estimular el metabolisme.

Aplicacions de l’holmi

La font principal d’holmi són argiles, amb continguts de lantànids de 0,1%, que poden presentar continguts d’holmi de vora 1,5% respecte al total de lantànids. També se l’extreu de sorra de monazita. Mitjançant procediments de bescanvi iònic, se l’obté en forma de clorur o fluorur. Mitjançant la reducció ulterior dels halurs amb calci metàl•lic, s’obté holmi elemental. El preu d’holmi se situa en 1000$/kg, un valor relativament baix en comparació amb altres lantànids, degut a una aplicabilitat limitada.

La capacitat d’absorció de neutrons termals de l’holmi és aprofitada en alguns sistemes de regulació de reactors nuclears.

L’elevada força magnètica de l’holmi és emprada en dispositius de concentració de flux magnètic.

Una aplicació quantitativa és en la confecció de làsers d’estat sòlid, com ara el granat d’itri-ferro (YIG) o el de fluorur d’itri-lantà (YLF). En algunes d’aquestes formulació, s’utilitza holmi com a additiu, amb el resultat d’emissions en la banda de 2100 nm de longitud d’ona. Aquests làsers són utilitzats en emissors de microones amb diverses finalitats mèdiques (urologia, odontologia) i en sistemes de fibra òptica.

Solució aquosa de 4% Ho2O3 i 10% HClO4 envasada en una cubeta de quars, i utilitzada com a material de referència en la calibració d’espectrofotòmetres

Compostos d’holmi són emprats com a colorants en vidres i en zircònies cúbiques, aportant-hi tonalitats grogues o vermelles.

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: