O elemento supermagnético

O hólmio é um elemento químico de símbolo Ho, número atômico 67 e massa atômica 164,93 u, pertencente à série dos lantanídeos. O elemento possui apenas um isótopo estável, o ¹⁶⁵Ho, sendo, portanto, considerado um elemento mono-isotópico. Além dele, são conhecidos mais de 30 radioisótopos, com números de massa entre 140 e 173, todos instáveis.

Entre os radioisótopos, destacam-se o ¹⁶³Ho, com meia-vida de cerca de 4570 anos, e o ¹⁶⁶Ho, com aproximadamente 26,8 horas, este último com aplicações na área médica. Os demais apresentam meias-vidas curtas, geralmente de minutos ou segundos.

Trata-se de um metal de coloração prateada, relativamente macio, maleável e dúctil, que apresenta boa estabilidade ao ar em temperatura ambiente, embora possa oxidar lentamente em condições severas.

É um elemento raro, encontrado em baixas concentrações em minerais que contêm terras raras, como monazita e gadolinita. Sua obtenção ocorre, em geral, como subproduto do processamento desses minerais para extração de ítrio e outros lantanídeos, sendo separados por técnicas como troca iônica e extração por solventes.

O hólmio destaca-se por possuir o maior momento magnético entre os elementos naturais, cerca de 10,6 µB, o que lhe confere propriedades magnéticas incomuns. O momento magnético está associado ao comportamento dos elétrons — especialmente seus spins e movimentos orbitais — e determina a intensidade com que um átomo pode atuar como um pequeno ímã. Em combinação com o ítrio, o hólmio forma compostos altamente magnéticos, e ligas contendo hólmio são usadas em aplicações específicas, como ímãs de alta performance e dispositivos magneto-ópticos.

Devido à sua elevada capacidade de absorção de nêutrons, o hólmio é utilizado em tecnologias nucleares, especialmente em sistemas de controle de reatores, onde contribui para regular a taxa de reações em cadeia.

O hólmio não possui função biológica conhecida e, de modo geral, seus compostos apresentam baixa toxicidade quando comparados a outros metais pesados.

Usos

Devido às suas propriedades magnéticas excepcionais, o hólmio é utilizado na intensificação de campos magnéticos em sistemas de alta potência, sendo capaz de contribuir para a geração de alguns campos magnéticos artificiais mais intensos quando incorporado a ímãs adequados. Além disso, em função de sua elevada capacidade de absorção de nêutrons provenientes da fissão nuclear, o elemento também é usado em barras de controle de reatores nucleares, auxiliando na regulação das reações em cadeia.

Seu altíssimo momento magnético também favorece aplicações em dispositivos especializados, como lasers baseados em granada de ítrio-ferro (YIG) e em fluoreto de ítrio-lantânio (YLF), utilizados em equipamentos que operam na região de micro-ondas, com aplicações nas áreas médica e odontológica. Na medicina, o hólmio é amplamente usado em lasers, especialmente em procedimentos minimamente invasivos, como a fragmentação de cálculos renais (litotripsia) e no tratamento de alguns tipos de câncer.

O óxido de hólmio (Ho₂O₃) é utilizado como agente corante, conferindo tonalidades que variam do amarelo ou vermelho em vidros e materiais cerâmicos. Vidros contendo hólmio são usados como padrões de calibração em espectrofotometria nas regiões do ultravioleta e do visível, devido às suas bandas de absorção bem definidas.

Além disso, o hólmio é utilizado como corante em materiais sintéticos, como a  zircônia cúbica em joias, proporcionando tonalidades que variam entre o amarelo e o pêssego.

Obtenção

Monazita e gadolinita estão entre os principais minerais onde são encontradas as terras raras. Wikimedia Commons

Assim como os demais elementos das terras raras, o hólmio não é encontrado na natureza na forma isolada, ocorrendo associado a outros lantanídeos em minerais como gadolinita, monazita e xenotima, que constituem importantes fontes para sua obtenção.

A produção comercial do hólmio ocorre, em geral, como subproduto do processamento desses minerais, especialmente da monazita, na qual está presente em baixas concentrações, na ordem de 0,05%. Sua separação é realizada por técnicas como troca iônica e extração por solventes, seguidas da obtenção do metal por redução de seus haletos anidros (cloretos ou fluoretos) com cálcio metálico.

A abundância do hólmio na crosta terrestre é estimada em cerca de 1,3 mg·kg⁻¹, caracterizando-o como um elemento relativamente raro.

Atualmente, uma das principais fontes de hólmio são as argilas de adsorção iônica encontradas no sul da China, que apresentam composição em terras raras semelhante à de minerais como xenotima e gadolinita, sendo particularmente ricas em lantanídeos pesados.

Não há dados específicos sobre a produção mundial de hólmio, sendo usualmente reportados apenas os valores globais para os minerais contendo terras raras. De acordo com o Serviço Geológico dos Estados Unidos, em 2024 a produção mundial desses minerais foi de aproximadamente 390 mil toneladas, com China, Estados Unidos e Mianmar figurando entre os principais produtores.

Descoberta

O hólmio foi descoberto em Genebra, em 1878 pelos químicos suíços Marc Delafontaine e Jacques-Louis Soret. Durante estudos espectroscópicos, eles identificaram bandas de absorção características de um elemento até então desconhecido, ao qual deram provisoriamente o nome de “Elemento X”.

Poucos meses depois, o químico sueco Per Teodor Cleve, trabalhando de forma independente em Uppsala, também identificou o novo elemento ao investigar a érbia (óxido de érbio). Ambos grupos pesquisavam amostras de  ítrio contendo impurezas de outras terras raras — um contexto que já havia levado anteriormente à descoberta de elementos como o érbio, e posteriormente, o itérbio.

Usando o método de separação desenvolvido por Carl Gustaf Mosander, Cleve conseguiu remover impurezas conhecidas da érbia, obtendo dois novos materiais distintos: um de coloração marrom e outro verde. Ele denominou o material marrom de “hólmia”, em homenagem à sua cidade natal, Estocolmo (Holmia é o nome latino da cidade), e o material verde de “túlia”.

Posteriormente, verificou-se que a hólmia correspondia ao óxido de hólmio (Ho₂O₃), enquanto a túlia era o óxido de túlio (Tm₂O₃). O isolamento do hólmio metálico puro só foi alcançado mais tarde, no início do século XX, a partir da redução de seus compostos.

Referências

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Texto produzido pela jornalista Mari Menda, da Gerência de Relações Institucionais do CRQ-SP,
e revisado pela Profa. Dra. Márcia Guekezian, Coordenadora do curso de Engenharia Química
da Faculdade de São Bernardo do Campo – FASB.