Holmium(Ho), 67-홀뮴

 

원자번호 67번의 원소 홀뮴(Holmium)은 1879년에 스웨덴 화학자 클레베(Cleve)가 발견하여 자기 고향인 스웨덴의 수도 스톡홀름(Stockholm)의 옛 이름을 따서 이름 지은 희토류 원소이다. 지금은 중국이 전세계 희토류 원소들의 약 95%를 생산하며, 이를 자원무기로 사용하여 세계 경제를 위협하고 있지만, 희토류 원소들의 고향은 스웨덴으로 볼 수 있다. 인공적으로 얻어진 프로메튬(Pm)을 제외한 모든 희토류 원소들이 스웨덴에서 처음 발견된 두 가지 광석 셀라이트(cerite)와 가돌리나이트(gadolinite)에서 각각 얻은 희토류 혼합 산화물인 세리아(ceria, 세륨산화물이 주성분)와 이트리아(yttria, 이트륨산화물이 주성분)에서 처음 분리∙발견되었으며, 전체 17가지 희토류 원소 중에서 무려 7가지가 스웨덴 화학자들에 의해 처음 발견되었기 때문이다. 홀뮴은 천연 원소 중에서는 자기 모멘트가 가장 큰 원소이다. 아주 강한 자석의 자극 재료, 의료용 레이저 재료, 분광기의 파장 보정 기준 물질 등 여러 용도로 중요하게 사용된다. 홀뮴의 발견, 물리 및 화학적 성질, 이용 등에 대해 보다 자세히 알아보자.

원자번호 67번, 홀뮴 홀뮴(Holmium)1)은 원자번호 67번의 원소로, 원소기호는 Ho이다. 주기율표에서 란타넘족에 속하는 희토류 원소의 하나이다. 희토류 원소는 원자번호 57의 란타넘(La)에서 71번의 루테튬(Lu)까지의 15가지 란타넘족 원소와 스칸듐(Sc, 원자번호 21), 이트륨(Y, 원자번호 39)을 합친 원소들을 말한다. 희토류 원소는 크게 경(輕)희토류 원소(LREE)와 중(重)희토류 원소(HREE)로 나눈다. 상대적으로 밀도가 작은 경희토류는 57La~63Eu로 세륨족이라고도 하는데 프로메튬(Pm)을 제외하고는 모두 세리아(ceria)에서 분리∙발견되었으며, 밀도가 큰 중희토류는 64Gd~71Lu에 이트륨을 더한 것으로 이트륨족이라고도 하는데, 이들과 스칸듐은 모두 이트리아(yttria)에서 분리∙발견되었다. 홀뮴은 중희토류 원소의 하나이다.

원소번호 67번 홀뮴

홀뮴의 원소정보

홀뮴은 비교적 무른 은백색 금속으로 연성과 전성이 있다. 녹는점은 1470oC이고, 끓는점은 2700oC이며, 25oC에서 밀도는 8.795g/cm3이다. 133K 이상에서는 상자성(paramagnetic)이며, 20~133K에서는 반강자성(antiferromagnetic)이고, 20K이하에서는 강자성(ferromagnetic)이다. 천연 원소 중에서는 자기 모멘트(magnetic moment)2)가 가장 크다. 결정은 육방조밀격자(hcp) 구조를 한다. 홀뮴은 실온의 건조한 공기 중에서는 비교적 안정하나, 습기가 있거나 가열하면 쉽게 산화되어 노란색의 산화홀뮴(Ho2O3)이 된다. 화합물에서의 산화수는 주로 +3이며, 대부분의 홀뮴 화합물들은 갈색을 띠는 노랑색이다. 물과 반응하여 수소 기체를 발생시키고 수산화홀뮴(Ho(OH)3)이 된다. 산과 반응하여 수소를 발생시키면서 녹으며, 다른 배위자가 없으면 Ho3+ 이온은 수용액에서 노란색의 [Ho(H2O)9]3+으로 존재한다. 홀뮴의 지각에서의 존재비는 약 1.3ppm(0.00013%)이다. 홀뮴은 오도-하킨스 규칙(Oddo-Harkins rule)3)에 따라 원자번호가 짝수인 이웃 원소 디스프로슘(Dy)과 어븀(Er)보다는 존재량이 적으나, 원자번호가 홀수인 중란타넘족 원소(65Tb, 67Ho, 69Tm, 71Lu) 중에서는 존재량이 가장 많은데, 이는 수은(Hg), 금(Au), 은(Ag), 안티모니(Sb), 비스뮤트(Bi), 아이오딘(I)보다 많은 양이다. 홀뮴은 이트륨(Y) 함량이 높은 희토류 광석인 제노타임(xenotime), 가돌리나이트(gadolinite), 육세나이트(euxenite), 퍼거소나이트(fergusonite) 등에 대략 1%까지 들어있다. 대표적인 희토류 광석인 모나자이트(monazite)와 희토류광((bastnäsite)에는 단지 0.001%~0.1%의 비율로 들어 있으나, 이들 광석에서 다른 희토류 원소들을 생산할 때 홀뮴을 부산물로 얻는다. 최근에는 중국 남부의 이온-흡착 점토들도 희토류의 주요 자원이 되었는데, 이들은 제노타임이나 가돌리나이트와 비슷한 희토류 원소 조성을 갖고 있다. 원래의 점토에는 희토류가 0.1% 정도 들어있으나, 쉽게 농축될 수 있으며 전체 희토류의 약 65%를 이트륨이 차지하고 홀뮴은 약 1.5%를 차지한다. 홀뮴의 전세계 년간 생산량은 약 10톤이고, 광석 매장량은 40만 톤으로 추정되는데, 수요가 많거나 공급이 부족한 희토류 원소는 아니다. 홀뮴은 자기의 세기가 가장 커질 수 있는 원소로, 아주 강한 전자석의 자극 또는 자속 유도기(magnetic flux concentrator)로 사용된다. 그리고 여러 고체상태 레이저에 사용되는데, 홀뮴 레이저는 암세포의 사멸, 신장 결석의 파괴, 비대해진 전립선 및 치과 처치 등 여러 의료용 목적으로 널리 사용된다. 홀뮴 염 용액과 홀뮴 유리는 분광기의 자외선/가시광선 영역의 파장 보정에서 기준 물질로 사용된다. 홀뮴은 또한 인조 보석인 큐빅 지르코니아의 채색재의 하나로 사용되며, 중성자를 잘 흡수하므로 원자로 제어봉에 사용되기도 한다.

홀뮴의 발견과 역사 홀뮴은 1878년에 스위스 화학자 소레(Jacques-Louis Soret, 1827~1890)와 드라폰테인(Marc Delafontaine, 1837~1911)에 의해 스펙트럼 상에서 처음 발견되었다. 그들은 어비아(erbia, 어븀의 산화물)의 스펙트럼에서 새로운 흡수 띠를 발견하였는데, 어비아는 가돌린(Johan Gadolin, 1760~1852)이 1789년에 가돌리나이트(당시 이름을 이테르바이트)에서 분리∙발견한 물질인 이트리아(yttria, 이트륨 산화물)에서 모산데르(Carl Gustaf Mosander, 1797~1858)가 1843년에 분리∙발견하였다. 1800년대 말 이전에는 물질 분리 및 확인 기술이 잘 확보되지 않아, 단일 물질로 여겨진 것도 사실상 다른 물질과의 혼합물인 경우가 대부분이었는데, 어비아에서 발견된 새로운 흡수 띠도 이에 포함된 다른 원소의 산화물에 의한 것이었다. 소레는 이 새로운 흡수 띠를 아직 알려지지 않은 새로운 원소 ‘X’의 산화물에 의한 것으로 결론짓고 학계에 보고하였다.

홀뮴의 이름은 스톡홀름(Stockholm)의 옛 라틴 이름 홀미아(Holmia)에서 온 것이다. 사진은 스톡홀름 구시가 모습. <출처: (cc) Oke at Wikimedia.org>

1879년에 스웨덴 화학자 클레베(Per Teodor Cleve, 1840~1905)는 모산데르의 어비아에서 2가지 새로운 금속 산화물을 분리하여 발견하였다. 그는 모산데르가 터비아(terbia, 터븀 산화물), 어비아 등 다른 희토류 원소들을 발견할 때 개발한 방법을 사용하여 어비아에서 갈색과 녹색의 두 가지 새로운 산화물을 분리해 내었다. 그는 갈색 산화물을 자신의 고향인 스톡홀름(Stockholm)의 옛 라틴 이름 홀미아(Holmia)를 따서 홀미아(holmia)라 하고, 녹색 산화물은 스칸디나비아의 옛 이름 툴레(Thule)를 따서 툴리아(thulia)로 명명하였다. 홀미아(holmia)와 툴리아(thulia)를 이루는 금속 원소들은 산화물을 뜻하는 어미 ‘a’를 금속 원소를 뜻하는 어미 ‘um’으로 바꿔 각각 홀뮴(holmium)과 툴륨(thulium)으로 하였다. 홀미아는 소레가 ‘X’라 지칭한 원소의 산화물과 동일한 스펙트럼을 갖는 것이 확인되었다. 따라서 스펙트럼 상으로는 소레와 드라폰테인이 홀뮴을 먼저 발견하였으나, 홀뮴 산화물을 처음으로 분리한 클레베를 보통 홀뮴의 발견자로 간주한다. 비교적 순수한 홀뮴 산화물은 1911년에 홈베르크(Otto Homberg)에 의해 처음으로 얻어졌다. 금속 홀뮴은 1934년에 무수 염화홀뮴(HoCl3)을 포타슘(K) 증기로 환원시켜 처음 얻어졌는데, 이에는 KCl이 섞여있었다. 순수한 홀뮴은1950년대에 이온교환 크로마토그래피를 이용한 분리방법이 개발된 후에야 비로소 얻어졌다.

홀뮴은 전성과 연성이 있는 비교적 무른 은백색의 금속이다. <출처: (cc) http://images-of-elements.com/>

물리적 성질 홀뮴은 전성과 연성이 있는 비교적 무른 은백색의 금속으로, 결정은 육방조밀격자(hcp) 구조를 하며, 높은 온도에서 체심입방(bcc) 구조로 전환된다. 녹는점은 1470oC 이고, 끓는점은 2700oC이며, 25oC에서 밀도는 8.795g/cm3이다. 자기모멘트2)는 10.6μB(보어 마그네톤)2)으로 천연 원소 중에서 가장 크다. 133K이상에서는 상자성(paramagnetic)이며, 20K 이하에서는 강자성(ferromagnetic)이고, 20~133K에서는 반강자성(antiferromagnetic)이다. 열 중성자를 잘 흡수하므로, 원자로 제어봉에 사용될 수 있다. 동위원소 홀뮴은 천연상태에서 안정한 동위원소인 165Ho로만 존재한다. 질량수가 140~175사이에 있는 많은 인공 방사성 동위원소들이 알려져 있는데, 반감기가 긴 것들은 163Ho(반감기 4570년), 166Ho(반감기 26.83 시간), 167Ho(반감기 3.0시간)이고 나머지들은 반감기가 2.5시간보다 짧다. 안정한 동위원소인 165Ho보다 질량수가 작은 동위원소들은 주로 전자포획 또는 β+ 붕괴를 하고 원자번호 66인 디스프로슘(Dy) 동위원소가 되나, 158Ho과 질량수가 151~154사이에 있는 동위원소들의 일부는 α-붕괴를 하고 원자번호 65인 터븀(Tb) 동위원소가 되기도 한다. 질량수가 166이상인 동위원소들은 주로 β- 붕괴를 하고 원자번호 68인 어븀(Er) 동위원소가 된다. 준안정한 들뜬 상태의 핵이성체들이 여럿 있는데, 이중 몇 가지는 바닥 상태의 핵보다 반감기가 오히려 길다. 예로 166m1Ho는 반감기가 1200년인 반면 166Ho는 반감기가 26.83시간이고, 160m1Ho는 반감기가 5.02시간인 반면 160Ho는 반감기가 25.6분이다. 인공 방사성 동위원소 중 166Ho는 방사선색전술(radioembolization, 방사성 동위원소를 암 조직에 직접 주입하여 암세포를 죽이는 방사선 치료 방법)을 비롯한 방사선 치료에 사용되었는데, 이는 165Ho에 중성자를 쪼여 166m1Ho와 함께 얻거나, 164Dy에서 166Dy를 거쳐 얻을 수 있다. 166m1Ho은 감마(γ)선 분광계의 에너지원과 효율 보정에 유용하게 사용된다.

화학적 성질

홀뮴은 실온에서 건조한 공기 중에서는 비교적 안정하나, 습기가 있거나 가열하면 쉽게 산화되어 노란색의 산화홀뮴(Ho2O3)이 된다. 화합물에서의 산화 상태는 주로 +3이며, 다른 산화 상태의 화합물은 HoH2외에는 거의 알려진 것이 없다. 대부분의 홀뮴 화합물은 갈색을 띠는 노란색이다. 찬물과는 느리게, 그러나 더운 물과는 빠르게 반응하여 수소 기체를 발생시키고 수산화홀뮴(Ho(OH)3)이 된다. 4가지 할로겐 원소 모두와 직접 반응하여 삼할로겐화물(HoX3)을 만든다. 산과 반응하여 수소를 발생시키면서 녹으며, 수화된 Ho3+ 이온은 [Ho(H2O)9]3+으로 존재하는데 노란색을 띤다. +3가 상태 홀뮴의 표준 환원전위(Eo)는 산성용액에서는 -2,33V이고 염기성 용액에서는 -2.85V이다. Ho3+ + 3 e- Ho Eo = -2.33 V Ho(OH)3 + 3 e- Ho + 3 OH- Eo = -2.85 V

홀뮴의 바닥 상태 전자 배치 <출처 : (cc)Pumbaa at Wikipedia.org>

홀뮴의 생산 홀뮴은 주로 모나자이트에서 분리해서 얻는데, 홀뮴이 주된 산물이기 보다는 다른 희토류 원소 생산의 부산물로 얻는다. 전형적인 분리 방법은 다음과 같다. 분쇄된 광석을 염산 또는 황산으로 처리하면 희토류 원소들은 물에 녹는 염산염 또는 황산염으로 전환된다. 녹지 않은 찌꺼기를 여과하여 제거한 후 수산화소듐(NaOH)을 가해 토륨을 ThO2로 침전시켜 제거하고, 남은 용액을 옥살산암모늄((NH4)2C2O4)으로 처리하면 희토류 금속들의 옥살산염이 침전으로 얻어진다. 이를 회수하여 가열 분해시켜 산화물로 전환시킨 후, 질산으로 처리하면 세륨 산화물(CeO2)은 녹지 않아 여과로 제거할 수 있다. 여액을 이온교환 크로마토그래피 방법을 사용하여 성분 희토류 원소들로 분리한다. 이온교환 크로마토그래피는 희토류 금속 이온들을 적절한 양이온 교환 수지에 흡착시킨 다음 알맞은 착화제 용액으로 용출시켜 분리하는 방법인데, 상업적으로는 한번에 kg단위도 분리할 수 있다. 분리해서 얻은 홀뮴 이온은 옥살산염 침전을 거쳐 주로 산화물(Ho2O3)로 전환되어 판매된다. 금속 홀뮴은 무수 HoF3를 칼슘(Ca)으로 환원시켜 얻을 수 있는데, HoF3는 Ho2O3를 염산에 녹인 후 HF를 첨가하면 침전으로 얻을 수 있다. 2 HoF3 + 3 Ca → 2 Ho + 3 CaF2 홀뮴은 전체 희토류 생산량의 약 0.1%를 차지하며, 년간 전세계 생산량은 약 10톤으로 추정된다. 중국에서 주로 생산되고 러시아와 브라질에서도 소량 생산된다. 광석 매장량은 약 40만 톤으로 추정된다. 수요가 많지는 않으나, 광석에서의 농도가 낮아 비교적 높은 가격에 판매된다. 가격은 거래 단위와 순도에 따라 차이가 나는데, 2012년 12월 초 현재 중국 업체가 호가하는 1kg당 가격은 순도 99%이상의 산화홀뮴(Ho2O3)이 대략 미화 103-120$, 그리고 금속 홀뮴은 300~500$이다.

홀뮴은 주로 모자나이트에서 분리한다. <출처: (cc) Rob Lavinsky / iRocks.com>

홀뮴이 처음 발견된 광석 중 하나인 가돌리나이트 <출처: (cc) WesternDevil at lt.wikipedia>

홀뮴의 용도 홀뮴은 레이저, 초강력 자석, 분광기의 파장 보정 물질, 원자로 제어봉, 유리 착색제, 촉매 등에 사용된다.

의료용으로 사용하는 홀뮴 레이저 장비 <출처: Dornier MedTech>

레이저 홀뮴 이온(Ho3+)이 첨가된 이트륨-알루미늄-가넷(Yttrium-Aluminium-Garnet, YAG), 이트륨-철-가넷(Yttrium-Iron-Garnet, YIG), 이트륨-란타넘-플루오르화물(Yttrium-Lanthanum-Fluoride, YLF) 등은 고체상태 레이저의 이득물질(레이저를 만들기 위해 사용하는 에너지 축적 물질)로 사용된다. 홀뮴 레이저는 파장이 2.08μm인 적외선을 방출하는데, 이 파장의 레이저는 눈에 안전하다. 방광암 치료, 요도 결석의 파쇄, 비대해진 전립선종 적층술, 치과 처치 등 치료용 레이저로 널리 사용된다. 홀뮴 레이저는 열 방출이 적고 조직에서의 침투 깊이가 0.4mm 정도에 불과해서 정상 조직의 손상을 최소화할 수 있고 탁월한 지혈 효과가 있다는 장점이 있다. 홀뮴 레이저는 또한 광선레이더(LIDAR, light detection and ranging: 목표물에 레이저를 쏘아 반사되어 돌아온 전자파의 시차와 에너지로 원하는 정보를 얻는 것), 풍속 측정과 대기 감시에도 사용된다. 초강력 자석 홀뮴은 천연 원소 중 자기 모멘트가 가장 크며 여러 특이한 자기적 성질을 갖는 원소로, 홀뮴 합금은 강력한 자기장을 얻기 위한 초전도 자석의 자극(자속유도기, magnetic flux concentrator)으로 사용된다. 분광기의 파장 보정 기준 산화홀뮴(Ho2O3)이 포함된 유리 또는 산화홀뮴을 녹인 용액(보통 과염소산 용액)은 자외선/가시광선 영역인 200~900nm 파장 범위에서 폭이 좁은 선명한 흡수 피크들을 나타내므로, 분광광도계의 파장 보정을 위한 기준 물질로 사용된다.

유리 및 세라믹 착색제 홀뮴은 유리를 노란색 또는 붉은색으로 착색하는데 사용된다. 또 인조 보석으로 액세사리 등에 사용되는 큐빅 지르코니아(cubic zirconia)에 첨가되는데, 이런 큐빅 지르코니아는 조명에 따라 노란색 또는 복숭아색을 띤다. 기타 이용 홀뮴은 중성자를 잘 흡수하므로 원자로 제어봉에 사용되기도 한다. 166Ho는 방사선색전술(radioembolization)에 사용되며, 166m1Ho은 감마(γ)선 분광계의 보정에 사용된다. 또한 산화홀뮴을 비롯한 여러 화합물이 촉매로 사용되기도 한다. 앞으로 홀뮴의 독특한 자기적 성질을 이용한 여러 용도들이 더 많이 개발되리라 기대된다.

파장 보정을 위한 기준으로 사용하는 산화홀뮴의 과염소산 용액 스펙트럼(왼쪽)과 이 용액이 들어있는 스펙트럼 측정용 석영 용기 (오른쪽). <출처: http://www.hellma-analytics.com/ (왼쪽), NIST(오른쪽)>

홀뮴 화합물 홀뮴은 주로 +3가 상태의 화합물을 만든다. 비교적 흔히 사용되는 화합물로는 산화물과 할로겐화물들이 있다. 산화물 홀뮴은 +3가 상태의 산화물 Ho2O3를 만든다. Ho2O3는 가끔 홀미아(holmia)라고도 불리는데 홀뮴의 질산염, 옥살산염, 수산화물 등을 열 분해시켜 얻으며, 판매되는 홀뮴 화합물의 가장 흔한 형태이다. 녹는점은 2415oC로 열적으로 안정하다. 자연광에서는 연한 노란색을 띠나 삼파장 형광등 아래서는 다홍색인데, 이와 같은 이색성은 여러 다른 홀뮴 화합물에서도 관찰된다. Ho2O3는 Dy2O3과 함께, 지금까지 알려진 물질 중에서 실온에서 자기화율(magnetic susceptibility)이 가장 큰, 즉 상자성이 가장 큰 물질에 속한다. 염화수소(HCl) 또는 염화암모늄(NH4Cl)으로 처리하면 염화홀뮴(HoCl3)이 된다. 물에 녹지 않으나 산에는 녹아 대응하는 Ho3+염을 만든다. 특수 홀뮴 채색 유리, 형광체 등을 만들거나 산에 녹여 홀뮴 염을 만드는데 쓰이며, 촉매로도 사용된다. Ho2O3가 들어있는 유리나 Ho2O3를 과염소산(HClO4)에 녹인 용액은 분광기에서 자외선/가시광선 영역의 파장을 보정하는 기준물질로 사용된다. 할로겐화물 홀뮴은 4가지 할로겐 원소(X2) 모두와 반응하여 삼할로겐화물(HoX3)을 만든다. 이중 HoF3는 분홍색이고 다른 것들은 노란색이다. HoF3는 물에 녹지 않는데, Ho3+ 수용액에 HF를 넣어 침전으로 얻을 수 있다. 금속 홀뮴을 얻는 중간체로 쓰이며, 광학 코팅, 광섬유 및 레이저 첨가물 등으로도 사용된다. 다른 삼할로겐화물들은 산화홀뮴(Ho2O3)을 할로겐산(HX) 수용액에 녹이거나, NH4X와 함께 가열하면 얻을 수 있다. 모두 물에 잘 녹고, 다른 홀뮴 화합물을 만드는 원료물질로 사용된다. 이들 외에도 여러 홀뮴 염들이 제조되어 이용되고 있다. 예로, 아세토아세트산 홀뮴(holmium acetoacetonate, Ho(CH3COCHCOCH3)3)은 유기 용매에 녹는 홀뮴 화합물로 유기-홀뮴 화합물 합성에 사용되며, 유기합성에서 촉매로 사용되기도 한다. 방사성 동위원소인 166Ho의 아세토아세트산염을 생분해성인 폴리락트산(poly(L-lactic acid)) 미소 구체(microsphere)에 결합시켜 방사선색전술(radioembolization)에 사용되기도 하였다.

산화홀뮴(Ho₂O₃). 자연광 아래서는 노란색으로 보이나 삼파장 형광등 아래서는 다홍색으로 보인다. 이와 같은 이색성은 다른 홀뮴 화합물이나 용액에서도 관찰된다. <출처: (cc) Filousoph at Wikimedia.org>

생물학적 역할과 독성 홀뮴은 인체에 극미량 들어있으며, 어떤 미생물에서는 대사에 영향을 주는 것으로 밝혀졌다. 그러나 필수 영양소로는 여겨지지 않으며, 생체 내 역할도 알려진 것이 없다. 홀뮴은 독성이 적은 것으로 여겨지나, 과량이 몸 안으로 들어가면 심각한 신체 손상을 입을 수 있다. 산화홀뮴은 다른 홀뮴 화합물에 비해서는 위험성이 적으나, 반복된 과잉 노출은 육아종(granuloma)과 혈색소혈증(hemoglobinemia)을 일으킬 수 있다. 치사량은 체중 1kg당 1g이상으로 여겨진다.

1. 수치로 보는 홀뮴

   홀뮴의 표준원자량은 164.9303g/mol이다. 원자의 바닥 상태 전자배치는 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰5s²5p⁶4f¹¹6s²([Xe]4f¹¹6s²)이며, 화합물에서 주된 산화 수는 +3이다. 지각에서의 존재 비는 약 1.3ppm(0.00013%)이다. 1기압에서 녹는점은 1470^oC이고 끓는점은 2700^oC이며, 25^oC에서의 밀도는 8.795g/cm³이고 녹는점에서의 액체 밀도는 8.34g/cm³이다. 20K 이하에서는 강자성을, 20~133K에서는 반강자성을, 그리고 133K 이상에서는 상자성을 보인다. 자기모멘트는 10.6μB로 천연 원소 중에서 가장 크다. 첫 번째, 두 번째, 세 번째 이온화 에너지는 각각 581.0, 1140, 2204kJ/mol이며, 폴링의 전기 음성도는 대략 1.23이다. 원자 반경은 176.2pm(비교: Dy, 178.1pm; Er, 176.1 pm)이며, 6배위체의 Ho³⁺ 이온 반경은 90.1pm(비교: Dy³⁺, 91.2pm; Er³⁺, 89.0pm)이다. Ho³⁺/Ho의 표준 환원 전위는 -2.33V이다. 천연상태에서는 안정한 동위원소인 ¹⁶⁵Ho로만 있다.

2. 자기 모멘트(magnetic moment)와 보어 마그네톤(Bohr magneton)

   자기 모멘트는 자기 쌍극자 모멘트(magnetic dipole moment)라고도 하는데, 물체가 자기장에 의해 돌림 힘을 받는 정도를 나타내는 것이다. 자기모멘트 m이 외부 자기장 B에 있을 때의 위치에너지는 –mBcosθ가 된다(θ는 m과 B가 이루는 각도). 원자에서는 원자핵 주위를 선회하는 전자와 각 전자의 스핀이 자기모멘트에 기여한다. 원자의 자기모멘트의 단위는 보어 마그네톤(Bohr magneton)이며 μB로 표시하는데, 1μB = 9.274 x 10^-24 J∙T^-1 이다. 여기서 T는 자기장 세기(자속 밀도)의 단위인 테슬라(tesla)이다. 전자 하나의 스핀 자기모멘트는 대략 1μB이다.

3. 오도-하킨스 규칙(Oddo-Harkins rule)

   원자번호(원자핵의 양성자 수)가 짝수인 원소들은 바로 앞과 뒤에 있는 원자번호가 홀수인 원소들보다 더 많이 존재한다는 법칙으로, 1914년에 오도(Giuseppe Oddo) 그리고 1917년에 하킨스(Draper Harkins)에 의해 처음 보고되었으며, 그 이유는 원자번호가 짝수인 핵에서는 양성자들이 모두 짝지어져 있어 핵의 안정화를 가져오기 때문이라고 설명하였다. 우주에서의 수소의 분포는 이에 예외적이다.

글 박준우 / 이화여대 명예교수(화학)

서울대학교 화학과를 졸업하고 템플대학교에서 박사학위를 받았다. 오랫동안 이화여대에서 화학을 연구하고 가르쳤다. 저서로 [인간과 사회와 함께한 과학기술 발전의 발자취]와 [아나스타스가 들려주는 녹색화학 이야기] 등이 있고, 역서로 [젊은 과학도에 드리는 조언] 등이 있다.

발행일 2012.12.25

 

 

Holmium Atomic Weight 164.93032 Density 8.795 g/cm3 Melting Point 1474 °C Boiling Point 2700 °C Full technical data Holmium is yet another rare earth lanthanide with important magnetic properties. It finds application in the pole pieces of the powerful magnets used for medical imaging. Scroll down to see examples of Holmium.