Carl Axel Arrhenius

El holmio es, a diferencia de los metales como la plata o el oro, un elemento de la Tabla Periódica de uso poco común pero de gran importancia en aplicaciones médicas. El origen de su descubrimiento se remonta a 1787, cuando Carl Axel Arrhenius (1757-1824), quien fue teniente de la armada suiza y estudioso de rocas y minerales, exploraba en las inmediaciones de una mina en Ytterby (villa situada en la isla Resarö, en el archipiélago de Estocolmo) y se encontró con una roca que nunca antes había visto. Johan Gadolin (1760-1852), amigo de Arrhenius y profesor de química de la universidad de Abo en Finlandia, fue el encargado de realizar el estudio correspondiente de la misteriosa roca. Gadolin descubrió en en ella un nuevo y fascinante mineral compuesto de varias tierras; el mineral fue nombrado Ytterite, que resultó ser un verdadero “rompecabezas” para los químicos. A pesar de los problemas para lograr una separación exitosa de tales tierras (tuvieron que pasar cerca de 100 años para tener un análisis completo del Ytterite), los químicos lograron determinar que todas las tierras en el Ytterite tenían propiedades similares.

En 1879, Per Teodor Cleve (1840-1905), mientras estudiaba una de las tierras provenientes del Ytterite, llamada erbia, logró una exitosa separación en 3 componentes, a las que nombró erbia, holmia, y thulia. Holmia es la tierra de la cual proviene el elemento holmio, dando a Clive el crédito por su descubrimiento [1]. Este elemento se encuentra, junto con otros elementos de tierras raras, en minerales como la monacita (grupo de 4 minerales de la clase 8 (fosfatos) y la gadolinita (dos minerales del grupo de los silicatos, subgrupo nesosilicatos).

El holmio, por sus propiedades, se ubica en la columna 6 de la Tabla Periódica, con el símbolo Ho, número atómico 67 y masa atómica 164.9303. Pertenece a la familia de elementos conocidos como lantánidos (números atómicos 58-71), también conocidos como tierras raras.

Entre las principales propiedades físicas del holmio, como las de algunos otros elementos de tierras raras, están la de ser un metal plateado suave, dúctil y maleable, que presenta una estructura cristalina hexagonal compacta (hexagonal close packing, hcp). Tiene una densidad de 8.803 gramos por centímetro cúbico y puntos de fusión de 1470oC y ebullición de 2720oC; sin embargo, sus propiedades eléctricas y magnéticas son bastante inusuales. Es estable a temperatura ambiente, pero reactivo en ambientes húmedos y a temperaturas por encima de la del ambiente. Por ejemplo, combinado con oxígeno se obtiene el óxido de holmio (Ho2O3), y como la mayoría de los metales, es soluble en ácido. La abundancia del holmio en la corteza terrestre se estima entre 0.7 y 1.2 partes por millón, siendo incluso más abundante que la plata, el mercurio y el oro [1].

Entre las principales propiedades físicas del holmio, como las de algunos otros elementos de tierras raras, están la de ser un metal plateado suave, dúctil y maleable.

 

De forma natural sólo existe un único isótopo estable, el holmio 165. Sin embargo, se conocen por lo menos 20 isótopos radioactivos, aunque ninguno de ellos tiene uso práctico. No obstante, el holmio se utiliza en láseres altamente especializados para el tratamiento del glaucoma, presiones oculares anormales y en la reparación de cirugías fallidas de glaucoma [1].

Es notable que para el tratamiento de la hipertrofia (crecimiento desmesurado) benigna de próstata, una de las patologías anatómicas de mayor incidencia en los varones mayores de 40 años, y que afecta alrededor del 50% de varones mayores de 60 años y al 90% a los mayores de 85 años [2], se ha desarrollado un tratamiento conocido como enucleación (extirpación) de próstata con láser de holmio (holmio laser enucleación of the prostate, HoLEP). Con respecto a los pacientes sometidos a tratamientos tradicionales como la prostatectomía abierta o laparoscópica simple, el tratamiento HoLEP otorga muchos mayores beneficios [3]. En dicho tratamiento se utiliza un láser pulsado de holmio, con una longitud de onda (λ) de 2140 nm (la energía de los fotones está dada por la ecuación de Einstein E = hc/λ = 9.28246×10-20 Joules = 0.57936 ev, donde h es la constante de Planck y c la velocidad de la luz), y pulsos de 250 microsegundos de duración. Los parámetros de funcionamiento permiten al láser de holmio cortar hasta una profundidad de 0.4 mm de profundidad y coagular el tejido al mismo tiempo que se corta.

Diagrama que muestra la extirpación completa de la parte interna obstructiva de la próstata con HoLEP. Foto de: https://www.cambridgeurologypartnership.co.uk

 

Con respecto a las propiedades magnéticas, se ha estudiado un complejo del holmio, denominado ftalocianinato de holmio (Bis(Phthalocyaninato) holmium anion), el cual presenta espín nuclear por medio del tunelamiento cuántico de magnetización [4]. En este complejo del holmio, el centro magnético está ligado por una estructura de dos pisos con 8 átomos de nitrógeno. En el rango de los sub-kelvin (0.04oK), el complejo de holmio muestra una curva escalonada de histéresis y una resonancia de tunelamiento cuántico de magnetización, características propias de las monomoléculas magnéticas (Single-Molecule Magnetic, SMM) [4]. Se piensa que las SMM’s, y muy probablemente la que proviene del holmio, puedan implementarse en un futuro para el desarrollo y fabricación de las computadoras cuánticas [5]. C2

 

Bibliografía

 

  • [1] David E. Newton, Chemical Elements: From Carbon to Krypton, Vol. 2 (2010) Second Edition. Published by U-X-L.
  • [2] KIRBY, R.S.: “The natural history of binign prostatic hyperplasia: What have learned in the last decade?” Urology, 56: 3, 2000.
  • [3] Juaneda R, Thanigasalam R, Rizk J, Perrot E, Theveniaud PE, Baumert H. Análisis comparativo entre la enucleación prostática con láser de Holmio y la adenomectomía laparoscópica en el tratamiento de adenomas prostáticos mayores de 100 g. Actas Urol Esp. 2016;40:43-48.
  • [4] Naoto Ishikawa, Miki Sugita, and Wolfgang Wernsdorfer*, “Nuclear Spin Driven Quantum Tunneling of Magnetization in a New Lanthanide Single-Molecule Magnet: Bis(Phthalocyaninato)holmium Anion”, J. AM. CHEM. SOC. 2005, 127, 3650-3651.
  • [5] Leuenberger, M. N.; Loss, D. Nature 2001, 410, 789.

Sobre el autor

Facultad de Ingeniería, UADY

Profesor Investigador Titular C de tiempo completo en la Facultad de Ingeniería de la Universidad Autónoma de Yucatán y miembro del Sistema Nacional de Investigadores, Nivel I. Su principal línea de investigación es el estudio de la dinámica de medios granulares bajo perturbaciones externas, llevada a cabo mediante experimentos y simulaciones de dinámica molecular.

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Profesor Investigador Titular C de tiempo completo en la Facultad de Ingeniería de la Universidad Autónoma de Yucatán y miembro del Sistema Nacional de Investigadores, Nivel I. Su...

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