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Hólmio

O hólmio é o lantanídeo de número atômico 67. É um metal de coloração prateada, macio e que tem pouca aplicação, sendo mais utilizado na fabricação de lasers.

Mão segurando cubo com número atômico e símbolo do hólmio.
O elemento químico hólmio, Ho.
Crédito da Imagem: Shutterstock.com
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O hólmio é um lantanídeo de símbolo Ho e número atômico 67. Tem semelhanças químicas e características físicas em comum com os demais elementos dessa série, como a aparência prateada e a baixa dureza de sua forma metálica, além de se estabilizar na forma de íons +3 em solução. É menos reativo e menos presente na crosta terrestre que os lantanídeos mais leves.

O hólmio é extraído dos principais minerais de terras-raras: a monazita, a bastnasita e a xenotima, sendo esta última a que tem maior concentração do metal. O hólmio, como outros lantanídeos mais pesados, tem poucas aplicações comerciais e práticas, sendo mais usado na fabricação de lasers. Não é considerado um elemento tóxico e teve sua descoberta anunciada no fim do século XIX, por mais de um cientista.

Leia também: Itérbio — outro metal da classe dos terras-raras

Tópicos deste artigo

Resumo sobre hólmio

  • O hólmio, símbolo Ho, é um lantanídeo.
  • Apresenta, em sua forma metálica, baixa dureza e uma coloração prateada.
  • Apresenta similaridade química e física com os demais lantanídeos, como o fato de se estabilizar com a carga +3 em solução.
  • Não é tão reativo como os lantanídeos mais leves, além de não ser tão presente na crosta terrestre.
  • Pode ser extraído dos principais minerais que contêm terras-raras.
  • Suas aplicações ainda são limitadas se comparadas às dos lantanídeos mais leves.

Propriedades do hólmio

  • Símbolo: Ho
  • Número atômico: 67
  • Massa atômica: 164,93032 u.m.a
  • Ponto de fusão: 1472 °C
  • Ponto de ebulição: 2700 °C
  • Eletronegatividade: 1,23
  • Densidade: 8,795 g.cm−3 (25 °C)
  • Distribuição eletrônica: [Xe] 4f11 6s2
  • Série química: lantanídeos; metais; elementos de transição interna; metais terras-raras.

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Características do hólmio

Os lantanídeos são semelhantes em diversos aspectos, como nas características físicas e em algumas propriedades químicas. Assim sendo, o hólmio, símbolo Ho, é um metal de coloração prateada, macio, com um brilho que tende a sumir lentamente em contato com o ar, pois, nessas condições, uma camada de óxido de hólmio é formada na superfície. Essa camada de óxido protege o hólmio de outros processos reativos, sendo esse elemento menos reativo que os lantanídeos mais leves.

Como todos os lantanídeos, adota a configuração eletrônica +3 em solução, Ho3+, além de reagir lentamente com água fria e rapidamente com ácidos diluídos. Também apresenta a característica de entrar em ignição em contato com o ar, em uma temperatura entre 150-200 °C.

Amostra metálica de hólmio, com pureza estimada em 99,9%.
Amostra metálica de hólmio, com pureza estimada em 99,9%.

Reage lentamente com os halogênios em temperatura ambiente, porém a velocidade dessa reação aumenta com aquecimento. Reações semelhantes acabam ocorrendo com os ametais sob aquecimento, como enxofre, carbono, gás hidrogênio, gás nitrogênio, silício e boro.

A reatividade do hólmio muito lembra a dos metais alcalinos-terrosos, sendo essa também uma característica dos lantanídeos de maneira geral (excluindo-se o európio e o itérbio).

Veja também: Quais são as propriedades dos ametais e como diferenciá-los dos metais e dos semimetais?

Onde o hólmio é encontrado?

De maneira geral, os lantanídeos, como o hólmio, são encontrados em três minérios:

  • bastnasita, um fluorcarbonato de lantanídeo;
  • monazita, um fosfato de lantanídeo;
  • xenotima (xenotímia), também um fosfato de lantanídeo.

Entretanto, a xenotima costuma apresentar maiores concentrações de lantanídeos pesados, como é o caso do Ho. Outro ponto interessante é que se percebe que os lantanídeos mais leves são mais frequentes que os mais pesados.

Por fim, outra característica a se atentar é o fato de os lantanídeos de número atômico par terem maior presença que os lantanídeos de número atômico ímpar (o hólmio tem número atômico ímpar, 67). Tipicamente, a abundância de hólmio na monazita é de 0,05% em massa, enquanto, na xenotima, a concentração é bem maior: 2% em massa.

Mão segurando pedaços de xenotima, minério em que o hólmio é encontrado.
Amostra de xenotima.

na bastnasita, o hólmio apresenta uma concentração média de 50 ppm (mg.kg−1). Na crosta terrestre, o hólmio apresenta uma concentração 1,3 ppm, sendo o quinto lantanídeo menos frequente.

Obtenção do hólmio

Os minérios contendo hólmio geram um concentrado de metais terras-raras por meio de lixiviação ácida ou básica. No caso da xenotímia e da monazita, a lixiviação básica ocorre com hidróxido de sódio, em uma temperatura de 140-180 °C. Nesse caso, o hólmio é convertido a um hidróxido de hólmio, Ho(OH)3, insolúvel.

a lixiviação ácida ocorre por meio da utilização de ácido sulfúrico, que converte o hólmio em sulfato de hólmio, Ho2(SO4)3, também insolúvel. Posteriormente, os compostos de metais terras-raras são relixiviados com ácido clorídrico em ebulição, com pH igual a 3,5, de modo que os lantanídeos presentes possam ser separados do tório (que pode estar presente), o qual não se dissolve nessas condições.

O hólmio é então separado dos demais lantanídeos por duas técnicas em geral: extração por solvente (usando fosfato de tributila, (BuO)3PO, ou ácido bis(2-etilhexil) fosfínico) ou por resina de troca iônica. A troca iônica, embora muito eficiente, é um pouco mais lenta, dificultando em processos de larga escala.

A forma metálica do hólmio pode então ser preparada por redução com cálcio. Nesse caso, o hólmio presente é convertido a fluoreto de hólmio, HoF3, que é colocado para reagir em altas temperaturas (aproximadamente 1470 °C) com cálcio metálico, ocorrendo então a redução do Ho:

3/2 Ca (l) + HoF3 (l) → 3/2 CaF2 (l) + Ho (l)

Para que serve o hólmio?

O hólmio não tem grandes aplicações, embora suas semelhanças químicas com outros lantanídeos permitam que ele seja explorado. Sabe-se que ele apresenta uma grande suscetibilidade magnética, o que significa que, por vezes, é usado em ímãs de alta força. Contudo, as propriedades magnéticas do hólmio elementar só se apresentam em baixíssimas temperaturas.

Atualmente, um uso de hólmio se dá em lasers cirúrgicos, em que o hólmio, dopado com granadas de ítrio e alumínio (Ho:YAG), é o material laser com uma emissão em infravermelho de 2100 nm. Nesse comprimento de onda, os cortes feitos pelo laser são bastante precisos, promovendo uma autocauterização e diminuindo os sangramentos. Na urologia, o laser de Ho:YAG é usado para a remoção de cálculos renais e no tratamento de próstatas aumentadas.

Saiba mais: Samário — elemento metálico muito utilizado na produção de imãs permanentes

Precauções com o hólmio

O hólmio, como outros lantanídeos, tem um baixo índice de toxicidade. Além disso, ele não tem nenhum papel biológico. Os lantanídeos costumam ser pouco absorvidos oralmente. Obviamente que, em caso de poeiras, a inalação não é recomendada, uma vez que os particulados podem ficar retidos nos pulmões. É sabido que lantanídeos podem se alojar nos ossos, fígado, baço e rins.

História do hólmio

Como muitos lantanídeos, a descoberta do hólmio só foi possível graças aos estudos com espectroscopia. Em 1878, o suíço Marc Delafontaine notou a presença de linhas espectrais desconhecidas enquanto estudava um extrato do mineral samarskita. Apesar disso, essa percepção isolada não foi suficiente para confirmar a descoberta do elemento 67.

Embora a observação de linhas espectrais fosse, em geral, suficiente para identificar um novo elemento, era também comum que um mesmo elemento fosse descoberto “diversas vezes” com base em diferentes linhas espectrais. No fim do século XIX, muitos novos elementos falsos eram anunciados.

Mesmo assim, as observações de Delafontaine foram confirmadas por Jacques-Louis Soret, que trabalhava na Suíça com soluções extraídas do mineral gadolinita. Delafontaine sugeriu o nome “philíppio”, em homenagem ao químico e médico suíço Philippe Plantamour.

Contudo, incertezas acerca da identidade do elemento surgiram, e, além disso, Soret e Delafontaine entraram em uma disputa de prioridade da descoberta do elemento 67 com o americano Lawrence Smith. O químico americano dizia ter descoberto o mesmo elemento, conferindo-lhe o nome de “mosandrio”, em homenagem a Carl Gustaf Mosander, que descobrira três lantanídeos.

Durante esse período, Per Teodor Cleven, na cidade de Uppsala, Suécia, estava analisando resíduos que continham érbia (óxido de érbio), remanescentes dos trabalhos de Lars Fredrik Nilson que permitiram a separação do escândio de minérios de érbio.

Por uma análise espectroscópica feita por Tobias Robert Thalén, Cleven propôs a presença de elementos ainda não descobertos na érbia, separando dois novos óxidos dela: um óxido marrom, que chamou de “túlia” (posteriormente o elemento túlio), e um óxido verde chamado “holmia”, o nome latino medieval da terra natal de Cleven, Estocolmo.

Como Cleven apresentou melhores provas e dados mais fiáveis, ele ganhou prioridade, e, assim, o elemento 67 ficou conhecido como hólmio. Contudo, atualmente, é comum creditar Delafontaine e Soret pela descoberta do hólmio também. É também importante destacar a contribuição essencial de Thalén para a descoberta do elemento 67.

Fontes

CORDIER, D. J. Rare Earths. In: Mineral Commodity Summaries. p. 144-145. U. S. Geological Survey: Reston, Virginia, 2024.

COTTON, S. Lanthanide and Actinide Chemistry. 1. ed. John Wiley & Sons: Chichester, West Sussex, Inglaterra, 2006.

COTTON, S. Scandium, Yttrium & Lanthanides: Inorganic & Coordination Chemistry. In: Encyclopedia of Inorganic Chemistry. 2. ed. Wiley: Nova Jersey, 2005.

HAYNES, W. M. (ed.) CRC Handbook of Chemistry and Physics. 95a ed. CRC Press: 2014.

HOUSECROFT, C. E.; SHARPE, A. G. Inorganic Chemistry. 2. ed. Pearson Education Limited: Londres, 2005.

LUCAS, J. et al. Rare Earths: Science, Technology, Production and Use. Elsevier: 2015, Oxford.

THORNTON, B. F.; BURDETTE, S. C. Homely holmium. Nature Chemistry. v. 7, n. 532, mai. 2015.

Escritor do artigo
Escrito por: Stéfano Araújo Novais Stéfano Araújo Novais, além de pai da Celina, é também professor de Química da rede privada de ensino do Rio de Janeiro. É bacharel em Química Industrial pela Universidade Federal Fluminense (UFF) e mestre em Química pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ).

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

NOVAIS, Stéfano Araújo. "Hólmio"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/holmio.htm. Acesso em 13 de julho de 2024.

De estudante para estudante


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