Det kemiske grundstof lutetium er klassificeret som et lanthanid og sjældent jordarters metal. Det blev opdaget i 1907 af Carl Auer von Welsbach, Charles James og Georges Urbain.
Datazone
| Klassifikation: | Lutetium er et lanthanid og sjældent jordartsmetal | |
| Farve: | sølvhvid | |
| Atomvægt: | 174.97 | |
| Status: | fast stof | |
| Smeltepunkt: | 1660 oC, 1933 K | |
| Skoldningspunkt: | 3390 oC, 3663 K | |
| Elektroner: | 71 | |
| Protoner: | Protoner: | |
| 71 | ||
| Neutroner i den hyppigste isotop: | 104 | |
| Elektronskaller: | 104 | |
| Elektronskaller: | 2,8,18,32,9,2 | |
| konfiguration: | 4f14 6s2 | |
| Densitet @ 20oC: | 9.8 g/cm3 | |
| Atomvolumen: | 17,78 cm3/mol | |
| Struktur: | sekskantet tætpakket | |
| Hårdhed: |
Vis mere, herunder: Varme, energi, oxidation,
reaktioner, forbindelser, radier, ledningsevne
| Atomvolumen: | 17,78 cm3/mol | |
| Struktur: | hexagonalt tætpakket | |
| Hårdhed: | ||
| Hårdhed: | ||
| Hårdhed: | ||
| Specifik varmekapacitet | 0.15 J g-1 K-1 | |
| Smeltningsvarme | 22 kJ mol-1 | |
| Forstøvningsvarme | 152 kJ mol-1 | |
| Fordampevarme | 355.90 kJ mol-1 | |
| 1. ioniseringsenergi | 523.50 kJ mol-1 | |
| 2. ioniseringsenergi | 1340 kJ mol-1 | |
| 3. ioniseringsenergi | 2022 kJ mol-1 | |
| Elektronaffinitet | 33 kJ mol-1 | |
| Minimalt oxidationstal | 0 | |
| Min. fælles oxidationsnr. | 0 | |
| Maksimalt oxidationstal | 3 | |
| Maks. fælles oxidationsnr. | 3 | |
| Elektronegativitet (Pauling-skala) | 1,27 | |
| Polarisérbarhedsmængde | 21.9 Å3 | |
| Reaktion med luft | mild, ⇒ Lu2O3 | |
| Reaktion med 15 M HNO3 | mild, ⇒ Lu(NO3)3 | |
| Reaktion med 6 M HCl | mild, ⇒ H2, LuCl3 | |
| Reaktion med 6 M NaOH | – | |
| Oxid(er) | Lu2O3 | |
| Hydrid(er) | LuH2, LuH3 | |
| Chlorid(er) | LuCl3 | |
| Atomradius | 175 pm | |
| Ionisk radius (1+ ion) | – | |
| Ionisk radius (2+ ion) | – | |
| Ionisk radius (3+ ion) | 100.1 pm | |
| Ionisk radius (1-ion) | – | |
| Ionisk radius (2- ion) | – | |
| Ionisk radius (3-ion) | – | |
| Varmeledningsevne | 16.4 W m-1 K-1 | |
| Elektrisk ledningsevne | 1.5 x 106 S m-1 | |
| Fryse-/smeltepunkt: | 1660 oC, 1933 K |
Det sjældne jordartsmetal lutetium. Foto af Ames Laboratory.
Offentliggørelse af lutetium
Lutetium var det sidste naturlige sjældne jordarters grundstof, der blev opdaget. Den syntetiske sjældne jordart promethium blev senere fremstillet i laboratoriet af urans spaltningsprodukter.
Lutetium blev uafhængigt af hinanden opdaget af Carl Auer von Welsbach, Charles James og Georges Urbain.
Fundet gav genlyd til andre opdagelser af sjældne jordarter, hvor et nyt grundstof blev opdaget i mineraler, der allerede var blevet analyseret. For eksempel opdagede Carl Gustaf Mosander lanthan i cerit – som man troede indeholdt det sjældne jordarters grundstof cerium og ingen andre – i cerit. Mosander fortsatte med at opdage erbium og terbium i mineralet gadolinit, som allerede var blevet analyseret, men man havde overset tilstedeværelsen af erbium og terbium.
I lutetiums tilfælde fandt Urbain, von Welsbach og James alle det nye grundstof i ytterbiumoxid (ytterbia). Det viste sig, at ytterbia ikke bare var ytterbiumoxid, som kemikerne havde troet. Ytterbia var faktisk delvist ytterbiumoxid og delvist lutetiumoxid.
Den franske kemiker Georges Urbain lykkedes det i 1907 i Paris at adskille lutetium fra ytterbia. Han adskilte ytterbia i to bestanddele ved en række fraktionerede krystalliseringer af ytterbiumnitrat fra salpetersyreopløsning og opnåede to oxider af sjældne jordarter. Den ene beholdt navnet ytterbium, den anden kaldte han lutecium, som senere blev ændret til lutetium. (1),(2)
Den østrigske videnskabsmand Carl Auer von Welsbach isolerede også lutetium fra ytterbia, og han kaldte grundstoffet cassipoium efter stjernebilledet Cassiopeia. (3)
Kemikeren Charles James lykkedes også med at isolere lutetium i 1906-7 i Durham, New Hampshire, og han tog patent på en bromatfraktioneret krystalliseringsproces til isolering af de sjældne jordarters metaller. (3),(4),(5)
Hans fraktionerede krystalliseringsproces blev anset for at være den bedste teknik til adskillelse af sjældne jordarter indtil opdagelsen af ionbytningsteknikkerne i 1940’erne. (4)
Elementets navn lutetium stammer fra Lutetia, det latinske navn for Paris.
At få sjældne jordarters metaller af høj renhed og forskningskvalitet er en proces i flere trin. Først udsættes oxider af sjældne jordarter, som de gule (cerium), sorte (praseodymium) og blå (neodymium) pulvere i skålene, for hydrogenfluoridgas. Dette forvandler pulveret til et krystallinsk fluorid, som f.eks. den grønne praseodymiumfluoridkrystal (yderst til højre). En reduktionsreaktion og yderligere behandling gør de sjældne jordarters fluorider til deres endelige, rene metalformer, (fra øverst i midten) scandiumskive, dysprosiumskive hvilende på en plade af sublimeret dysprosium og gadoliniumcylinder. Gadolinium, terbium og lutetium er vanskeligere at raffinere, fordi de reagerer med tantal (smeltedigelmaterialet). Der tages yderligere skridt til at fjerne det tantal, der løber ud af digelen. Foto: Ames Laboratory
Udseende og egenskaber
Skadelige virkninger:
Lutetium anses for at være ugiftigt.
Egenskaber:
Lutetium er et sølvhvidt sjældent jordarters metal.
Metallet anløber langsomt i luft og brænder ved 150 oC til oxidet.
Det er det tætteste og hårdeste af lanthaniderne.
Det er også et af de mindst hyppigt forekommende lanthanider, men det er dog stadig mere hyppigt på jorden end sølv eller guld.
Når det findes i forbindelser, findes lutetium normalt i den trivalente tilstand ,Lu3+. De fleste af dets salte er farveløse.
Anvendelser af lutetium
Lutetiumoxid bruges til at fremstille katalysatorer til krakning af kulbrinter i den petrokemiske industri.
177Lu bruges i kræftbehandling, og på grund af sin lange halveringstid bruges 176Lu til at datere alderen på meteoritter.
Lutetiumoxyorthosilikat (LSO) bruges i øjeblikket i detektorer i positronemissionstomografi (PET). Dette er en ikke-invasiv medicinsk scanning, der skaber et tredimensionelt billede af kroppens celleaktivitet.
Forsyning og isotoper
Forsyning jordskorpen: 0,6 vægtdele pr. million, 70 dele pr. milliard mol
Forsyning solsystemet: 1 vægtdel pr. milliard, 10 dele pr. trillion mol
Omkostninger, ren: 340 $ pr. g
Omkostninger, bulk: $ pr. 100 g
Kilde: Lutetium findes ikke frit i naturen, men findes i en række mineraler, hovedsageligt monazit. Historisk set har det været vanskeligt og dyrt at isolere de sjældne jordarters grundstoffer fra hinanden, fordi deres kemiske egenskaber er så ensartede. Ionbytnings- og opløsningsmiddelekstraktionsteknikker, der er udviklet siden 1940’erne, har sænket produktionsomkostningerne. Rent lutetiummetal fremstilles ved reduktion af det vandfri fluorid med calciummetal.
Isotoper: Lutetium har 35 isotoper, hvis halveringstider er kendt, med massetal 150 til 184. Naturligt forekommende lutetium er en blanding af de to isotoper 175Lu og 176Lu med naturlige hyppigheder på henholdsvis 97,4 % og 2,6 %.
- Mary Elvira Weeks, The Discovery of the Elements XVI., Journal of Chemical Education. oktober 1932, s1769.
- Robert E. Krebs, The history and use of our earth’s chemical elements: a reference guide., JGreenwood Publishing Group, 2006, s302.
- John Emsley, Nature’s building blocks: an A-Z guide to the elements., Oxford University Press, 2003, s241.
- KITCO, Rare Earth Processing.
- University of New Hampshire Alumni Association, The Life and Work of Charles James.
Citér denne side
For online linking, please copy and paste one of the following:
<a href="https://www.chemicool.com/elements/lutetium.html">Lutetium</a>
or
<a href="https://www.chemicool.com/elements/lutetium.html">Lutetium Element Facts</a>
To cite this page in a academic document, please use the following MLA compliant citation:
"Lutetium." Chemicool Periodic Table. Chemicool.com. 17 Oct. 2012. Web. <https://www.chemicool.com/elements/lutetium.html>.