Holmium – Steckbrief

Stellung im Periodensystem

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Vorkommen und Gewinnung

Holmium gehört zu den schweren Seltenen Erden, deren Gemeinsamkeiten bei Lanthan erklärt werden. In der Erdkruste ist es gut zehnmal häufiger als Silber, bildet aber keine eigenen Lagerstätten. Es steckt in kleinen Anteilen in Xenotim, Monazit und den Ionenadsorptionstonen Südchinas, stets zusammen mit seinen Nachbarn Dysprosium und Erbium. Holmium macht dabei nur einen winzigen Teil des Gemischs aus und fällt bei der Aufarbeitung dieser Erze als Nebenprodukt an. Zum Metall führt die Reduktion des Fluorids mit Calcium. Weil der Bedarf klein ist, bleibt auch die Produktion klein.

Entdeckt wurde Holmium mit dem Spektroskop. Im Jahr 1878 sahen die Genfer Chemiker Jacques-Louis Soret und Marc Delafontaine im Spektrum einer Erbium-Probe Absorptionslinien, die zu keinem bekannten Element passten. Im Jahr darauf trennte der Schwede Per Teodor Cleve in Uppsala das neue Element chemisch ab. Er gab ihm den Namen nach Holmia, dem lateinischen Wort für seine Heimatstadt Stockholm. Aus derselben Probe zog Cleve noch eine zweite neue Erde heraus, aus der das Thulium hervorging.

Eigenschaften und Reaktionen

Holmium ist das elfte Lanthanoid. Seine Nachbarn in Periode 6 sind links das Dysprosium und rechts das Erbium. Die Elektronenkonfiguration lautet [Xe] 4f¹¹ 6s², die Elektronegativität beträgt 1,23. Das Metall hat eine Dichte von 8,8 g/cm³ und einen Atomradius von 176 pm. Der Schmelzpunkt von Holmium beträgt 1474 °C, sein Siedepunkt 2700 °C. Holmium ist weich und formbar, hält sich in trockener Luft recht gut und läuft in feuchter Luft nur langsam an. Erhitzt verbrennt es zum gelblichen Holmiumoxid. In seinen Verbindungen liegt es als dreifach positives Ion vor.

Das Besondere am Holmium ist sein Magnetismus. Im Atom addieren sich die Spins der ungepaarten 4f-Elektronen und ihre Bahnbewegung zu einem sehr großen magnetischen Moment. Nach gängigen Angaben ist es zusammen mit dem des Dysprosiums das größte aller Elemente. Bei Zimmertemperatur ist das Metall nur paramagnetisch, die Atommagnete richten sich also nur in einem äußeren Feld aus. Bei sehr tiefen Temperaturen verdichtet es ein Magnetfeld stärker als jedes andere Element, und das macht es für Polschuhe interessant.

Auffällig ist auch das Licht. Die Ho³⁺-Ionen schlucken Licht nur in sehr schmalen Wellenlängenbereichen, weil die beteiligten Elektronen tief in der 4f-Unterschale sitzen und von der Umgebung kaum gestört werden. Das Spektrum zeigt deshalb scharfe Banden vom Ultravioletten bis ins Rote. Salze und Oxid sind gelblich, und holmiumhaltiges Glas wirkt je nach Beleuchtung gelb oder rosa.

Verwendung in Alltag und Technik

Die Magnetik nutzt man in Polschuhen. Das sind Bauteile aus Holmium, die das Feld einer Spule auf einen kleinen Raum bündeln, wie es sehr starke Labormagnete verlangen.

Medizinisch bekannt ist der Holmium-YAG-Laser. In seinem Kristall aus Yttrium-Aluminium-Granat sitzt etwas Holmium, das Licht von etwa 2100 Nanometern Wellenlänge im Infraroten aussendet. Wasser nimmt diese Strahlung sehr stark auf, sie dringt daher nur in eine hauchdünne Schicht ein. In der Urologie führt man eine dünne Glasfaser durch ein Endoskop bis zum Stein. Die Laserpulse zerlegen ihn in kleine Bruchstücke oder feinen Staub, den der Körper ausscheiden kann. Ähnlich verkleinert man mit dem Laser eine vergrößerte Prostata.

Im Labor dient Holmiumoxid als Prüfnormal. Ein Spektrometer misst, bei welcher Wellenlänge eine Probe wie viel Licht schluckt, und muss dafür seine Wellenlängenskala richtig anzeigen. Zum Nachprüfen stellt man ein Glas oder eine Lösung mit Holmiumoxid in den Strahl. Die Absorptionsbanden liegen bei festen, bekannten Wellenlängen, etwa nahe 360 und 540 Nanometern, und jede Abweichung der Anzeige verrät einen Fehler.

Kurz gefragt

Welche Ordnungszahl hat Holmium (Ho)?

Häufige Fragen