El elemento químico lutecio está clasificado como un lantánido y metal de tierras raras. Fue descubierto en 1907 por Carl Auer von Welsbach, Charles James y Georges Urbain.
Zona de datos
| Clasificación: | El lutecio es un metal lantánido y de tierras raras |
| Color: | blanco plateado |
| Peso atómico: | 174.97 |
| Estado: | sólido |
| Punto de fusión: | 1660 oC, 1933 K |
| Punto de ebullición: | 3390 oC, 3663 K |
| Electrones: | 71 |
| Protones: | 71 |
| Neutrones en el isótopo más abundante: | 104 |
| Capas de electrones: | 2,8,18,32,9,2 |
| configuración: | 4f14 6s2 |
| Densidad a 20oC: | 9.8 g/cm3 |
| Volumen atómico: | 17,78 cm3/mol |
| Estructura: | hexagonal cerrada |
| Dureza: |
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| Volumen atómico: | 17,78 cm3/mol |
| Estructura: | hexagonal cerrada |
| Dureza: | |
| Capacidad calorífica específica | 0.15 J g-1 K-1 |
| Calor de fusión | 22 kJ mol-1 |
| Calor de atomización | 152 kJ mol-1 |
| Calor de vaporización | 355.90 kJ mol-1 |
| Primera energía de ionización | 523.50 kJ mol-1 |
| 2ª energía de ionización | 1340 kJ mol-1 |
| 3ª energía de ionización | 2022 kJ mol-1 |
| Afinidad de los electrones | 33 kJ mol-1 |
| Número de oxidación mínimo | 0 |
| Min. número de oxidación común | 0 |
| Número de oxidación máximo | 3 |
| Número de oxidación común máximo | 3 |
| Electronegatividad (escala de Pauling) | 1,27 |
| Volumen de polarizabilidad | 21.9 Å3 |
| Reacción con aire | suave, ⇒ Lu2O3 |
| Reacción con 15 M HNO3 | suave, ⇒ Lu(NO3)3 |
| Reacción con 6 M HCl | suave, ⇒ H2, LuCl3 |
| Reacción con 6 M NaOH | – |
| Óxido(s) | Lu2O3 |
| Hidruro(s) | LuH2, LuH3 |
| Cloruro(s) | LuCl3 |
| Radio atómico | 175 pm |
| Radio iónico (1+ ion) | – |
| Radio iónico (2+ ion) | – |
| Radio iónico (3+ ion) | 1001 pm |
| Radio iónico (1 ion) | – |
| Radio iónico (2- ion) | – |
| Radio iónico (3 iones) | – |
| Conductividad térmica | 16.4 W m-1 K-1 |
| Conductividad eléctrica | 1.5 x 106 S m-1 |
| Punto de congelación/fusión: | 1660 oC, 1933 K |
El metal de tierras raras lutecio. Foto del Laboratorio Ames.
Descubrimiento del lutecio
El lutecio fue el último elemento natural de las tierras raras en ser descubierto. La tierra rara sintética prometio se produjo posteriormente en el laboratorio a partir de productos de fisión del uranio.
El lutecio fue descubierto de forma independiente por Carl Auer von Welsbach, Charles James y Georges Urbain.
El descubrimiento se hizo eco de otros descubrimientos de tierras raras en los que se descubrió un nuevo elemento en minerales que ya habían sido analizados. Por ejemplo, Carl Gustaf Mosander descubrió el lantano en la cerita, que se creía que contenía el elemento de tierras raras cerio y ningún otro. Mosander siguió descubriendo el erbio y el terbio en el mineral gadolinita, que había sido analizado, pero se había pasado por alto la presencia de erbio y terbio.
En el caso del lutecio, Urbain, von Welsbach y James encontraron el nuevo elemento en el óxido de iterbio (iterbia). Resultó que la iterbia no era sólo óxido de iterbio, como habían creído los químicos. En realidad, la iterbia era en parte óxido de iterbio y en parte óxido de lutecio.
El químico francés Georges Urbain logró separar el lutecio de la iterbia en 1907 en París. Separó la iterbia en dos componentes mediante una serie de cristalizaciones fraccionadas de nitrato de iterbio a partir de una solución de ácido nítrico y obtuvo dos óxidos de tierras raras. Uno de ellos conservó el nombre de iterbio, el otro lo denominó lutecio, que posteriormente se cambió por el de lutecio. (1),(2)
El científico austriaco Carl Auer von Welsbach también aisló el lutecio a partir del iterbio y llamó al elemento cassipoium en honor a la constelación de Casiopea. (3)
El químico Charles James también consiguió aislar el lutecio en 1906-7, en Durham, New Hampshire y patentó un proceso de cristalización fraccionada de bromato para aislar los metales raros de la tierra. (3),(4),(5)
Su proceso de cristalización fraccionada se consideró la mejor técnica de separación de tierras raras hasta el descubrimiento de las técnicas de intercambio iónico en la década de 1940. (4)
El nombre del elemento lutecio proviene de Lutetia, el nombre latino de París.
La obtención de metales de tierras raras de alta pureza y calidad para la investigación es un proceso de múltiples pasos. En primer lugar, los óxidos de tierras raras, como los polvos amarillo (cerio), negro (praseodimio) y azul (neodimio) de los platos, se exponen al gas fluoruro de hidrógeno. Esto convierte el polvo en un fluoruro cristalino, como el cristal verde de fluoruro de praseodimio (extrema derecha). Una reacción de reducción y un procesamiento posterior convierten los fluoruros de tierras raras en sus formas metálicas puras definitivas, (desde el centro superior) disco de escandio, disco de disprosio apoyado en una lámina de disprosio sublimado y cilindro de gadolinio. El gadolinio, el terbio y el lutecio son más difíciles de refinar porque reaccionan con el tantalio (el material del crisol). Se toman medidas adicionales para eliminar el tantalio que se filtra del crisol. Foto: Laboratorio Ames
Aspecto y características
Efectos nocivos:
El lutecio se considera no tóxico.
Características:
El lutecio es un metal de tierras raras de color blanco plateado.
El metal se empaña lentamente en el aire y arde a 150 oC hasta convertirse en óxido.
Es el más denso y duro de los lantánidos.
También es uno de los lantánidos menos abundantes, sin embargo sigue siendo más abundante en la tierra que la plata o el oro.
Cuando está presente en compuestos, el lutecio existe normalmente en el estado trivalente ,Lu3+. La mayoría de sus sales son incoloras.
Usos del lutecio
El óxido de lutecio se utiliza para fabricar catalizadores para el craqueo de hidrocarburos en la industria petroquímica.
El 177Lu se utiliza en la terapia del cáncer y, debido a su larga vida media, el 176Lu se utiliza para datar la edad de los meteoritos.
El oxiortosilicato de lutecio (LSO) se utiliza actualmente en los detectores de la tomografía por emisión de positrones (PET). Se trata de una exploración médica no invasiva que crea una imagen tridimensional de la actividad celular del cuerpo.
Abundancia e isótopos
Abundancia corteza terrestre: 0,6 partes por millón en peso, 70 partes por billón en moles
Abundancia sistema solar: 1 parte por billón en peso, 10 partes por billón en moles
Coste, puro: 340 dólares por g
Coste, a granel: $ por 100g
Fuente: El lutecio no se encuentra libre en la naturaleza, sino que se encuentra en una serie de minerales, principalmente en la monacita. Históricamente, el aislamiento de los elementos de tierras raras entre sí ha sido difícil y costoso porque sus propiedades químicas son muy similares. Las técnicas de intercambio iónico y de extracción con disolventes desarrolladas desde los años 40 han reducido el coste de producción. El lutecio metálico puro se produce mediante la reducción del fluoruro anhidro con calcio metálico.
Isótopos: El lutecio tiene 35 isótopos cuya vida media se conoce, con números de masa de 150 a 184. El lutecio natural es una mezcla de dos isótopos 175Lu y 176Lu con abundancias naturales de 97,4% y 2,6% respectivamente.
- Mary Elvira Weeks, The Discovery of the Elements XVI., Journal of Chemical Education., October 1932, p1769.
- Robert E. Krebs, The history and use of our earth’s chemical elements: a reference guide., JGreenwood Publishing Group, 2006, p302.
- John Emsley, Nature’s building blocks: an A-Z guide to the elements., Oxford University Press, 2003, p241.
- KITCO, Rare Earth Processing.
- University of New Hampshire Alumni Association, The Life and Work of Charles James.
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"Lutetium." Chemicool Periodic Table. Chemicool.com. 17 Oct. 2012. Web. <https://www.chemicool.com/elements/lutetium.html>.