Holmium

Holmium adalah sebuah unsur kimia dengan lambang Ho 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.

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 memiliki permeabilitas magnetik dan saturasi magnetik tertinggi dari unsur apa pun dan karenanya digunakan untuk potongan kutub magnet statis terkuat. Karena holmium sangat menyerap neutron, ia juga digunakan sebagai racun yang dapat dibakar pada reaktor nuklir.

Karakteristik

Sifat fisik
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 aktinida einsteinium. 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. 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). 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, tetapi akan bersifat feromagnetik pada suhu di bawah . Ia memiliki momen magnetik tertinggi () dari semua unsur alami dan memiliki sifat magnetik lain yang tidak biasa. Ketika dikombinasikan dengan itrium, ia akan membentuk senyawa yang sangat magnetik.

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:

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:
2 Ho (s) + 6 H2O (l) → 2 Ho(OH)3 (aq) + 3 H2 (g)

Logam holmium dapat bereaksi dengan semua halogen stabil:
2 Ho (s) + 3 F2 (g) → 2 HoF3 (s) [merah muda]

2 Ho (s) + 3 Cl2 (g) → 2 HoCl3 (s) [kuning]

2 Ho (s) + 3 Br2 (g) → 2 HoBr3 (s) [kuning]

2 Ho (s) + 3 I2 (g) → 2 HoI3 (s) [kuning]

Holmium mudah larut dalam asam sulfat encer untuk membentuk larutan yang mengandung ion kuning Ho(III), yang eksis sebagai kompleks [Ho(OH2)9]3+:

2 Ho (s) + 3 H2SO4 (aq) → 2 Ho3+ (aq) + 3  (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. Namun, holmium juga ditemukan pada keadaan oksidasi +2, +1 dan 0.

Isotop

Isotop holmium berkisar mulai dari 140Ho hingga 175Ho. Mode peluruhan utama sebelum isotop stabil yang paling melimpah, 165Ho, adalah emisi positron, dan mode utama setelahnya adalah peluruhan beta minus. Produk peluruhan utama sebelum 165Ho adalah isotop terbium dan disprosium, dan produk utama setelahnya adalah isotop erbium.

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. 35 isotop radioaktif sintetis telah diketahui; yang paling stabil adalah holmium-163 (163Ho), dengan waktu paruh 4570 tahun. 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, dan sebagian besar memiliki waktu paruh di bawah 3 jam. Namun, isomer metastabil 166m1Ho 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

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, hampir tidak dapat dibedakan dari penampakan erbium oksida dalam kondisi pencahayaan yang sama. Perubahan warna yang terjadi terkait dengan garis emisi yang tajam dari ion holmium trivalen yang bertindak sebagai fosfor merah.

Holmium juga membentuk beberapa senyawa dengan kalkogenida lain. Holmium(III) sulfida memiliki kristal berwarna jingga-kuning dalam sistem kristal monoklinik, dengan grup ruang  P21/m (No. 11). Di bawah tekanan tinggi, holmium(III) sulfida dapat terbentuk dalam sistem kristal kubus dan ortorombus. Ia dapat diperoleh dengan mereaksikan holmium(III) oksida dan hidrogen sulfida pada suhu 1325 °C. Holmium(III) selenida juga dikenal. Ia bersifat antiferomagnetik di bawah suhu 6 K.

Halida
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. Holmium(III) klorida dapat dibuat melalui cara yang sama, dengan amonium klorida sebagai pengganti amonium fluorida. Ia memiliki struktur lapisan YCl3 dalam keadaan padat. Kedua senyawa ini, serta holmium(III) bromida dan holmium(III) iodida, dapat diperoleh dengan reaksi langsung dari unsur-unsurnya:

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.

Senyawa organoholmium

Senyawa organoholmium sangat mirip dengan lantanida lainnya, karena semuanya memiliki ketidakmampuan untuk menjalani pengikatan balik π. Dengan demikian, mereka sebagian besar terbatas pada sebagian besar siklopentadienida ionik (isostruktural dengan lanthanum) serta alkil dan aril sederhana yang berikatan σ, beberapa di antaranya mungkin polimerik.

Sejarah

Holmium (Holmia, nama Latin untuk Stockholm) ditemukan oleh Jacques-Louis Soret dan Marc Delafontaine pada tahun 1878 yang memperhatikan pita serapan spektrografi yang menyimpang dari unsur yang tidak dikenal saat itu (mereka menyebutnya "Unsur X").

Selain itu, Per T. Cleve secara terpisah menemukan unsur tersebut saat dia bekerja dengan tanah erbia (erbium oksida), dan merupakan orang pertama yang mengisolasinya.
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.

Dalam makalah klasik Henry Moseley 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.

Keterjadian dan produksi

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. Daerah pertambangan utama berada di Tiongkok, Amerika Serikat, Brasil, India, Sri Lanka, dan Australia dengan cadangan holmium diperkirakan mencapai 400.000 ton. Produksi tahunan logam holmium adalah sekitar 10 ton per tahun.

Holmium membentuk 1,4 bagian per juta massa kerak Bumi. Ini menjadikannya unsur paling melimpah ke-56 di kerak Bumi. Holmium menyusun 1 bagian per juta tanah, 400 bagian per kuadriliun air laut, dan hampir tidak ada di atmosfer Bumi, yang sangat langka untuk sebuah lantanida. Ia membentuk 500 bagian per triliun massa alam semesta.

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 reduksi klorida atau fluorida anhidratnya dengan kalsium metalik. 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. Holmium memiliki harga yang relatif murah untuk logam tanah jarang dengan harga sekitar 1000 USD/kg.

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). Holmium juga digunakan dalam pembuatan beberapa magnet permanen.

Laser
Garnet itrium besi (YIG) dan itrium litium fluorida (YLF) yang didoping holmium memiliki aplikasi dalam laser benda padat, dan Ho-YIG memiliki aplikasi dalam isolator optik dan peralatan gelombang mikro (misalnya bola YIG). Laser holmium memancarkan pada 2,1 mikrometer. Mereka digunakan dalam aplikasi medis, gigi, dan serat optik. Ia juga sedang dipertimbangkan untuk digunakan dalam enukleasi prostat.

Kalibrasi spektrometer

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. Isomer radioaktif tapi berumur panjang 166m1Ho (lihat bagian "Isotop" di atas) digunakan dalam kalibrasi spektrometer sinar gama.

Kegunaan lainnya
Karena holmium dapat menyerap neutron hasil fisi nuklir, holmium digunakan sebagai racun yang dapat dibakar untuk mengatur reaktor nuklir. Ia digunakan sebagai pewarna untuk zirkonia kubik, memberikan pewarnaan merah muda, dan untuk kaca, memberikan pewarnaan kuning-oranye. 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. Dengan teknik kontrol kuantum dan klasik yang memadai, Ho dapat menjadi kandidat yang baik untuk membuat komputer kuantum.

Peran biologis dan pencegahan
Holmium tidak memainkan peran biologis pada manusia, tetapi garamnya mampu menstimulasi metabolisme. 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. Holmium dan garam larutnya sedikit beracun jika tertelan, tetapi garam holmium yang tidak larut tidak beracun. Holmium metalik dalam bentuk debu dapat menimbulkan bahaya kebakaran dan ledakan. 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.

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. 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.

Lihat pula
Senyawa holmium
 Lantanida
 Unsur periode 6
 Unsur tanah jarang

Referensi

Bibliografi

Bacaan lebih lanjut
 R. J. Callow, The Industrial Chemistry of the Lanthanons, Yttrium, Thorium, and Uranium, Pergamon Press, 1967.

Pranala luar

  WebElements.com –	 Holmium (juga digunakan sebagai referensi)
  American Elements – Holmium American Elements (juga digunakan sebagai referensi)
  Holmium di The Periodic Table of Videos (Universitas Nottingham)

 
Unsur kimia
Unsur kimia dengan struktur padat heksagon
Lantanida
Material feromagnetik
Racun neutron
Reduktor