Kemiallinen alkuaine lutetium luokitellaan lantanidien ja harvinaisten maametallien joukkoon. Sen löysivät vuonna 1907 Carl Auer von Welsbach, Charles James ja Georges Urbain.
Tietovyöhyke
| Luokitus: | Lutetium on lantanidi ja harvinainen maametalli |
| Väri: | hopeanvalkoinen |
| Atomipaino: | 174.97 |
| Tila: | kiinteä |
| Sulamispiste: | 1660 oC, 1933 K |
| Kiehumispiste: | 3390 oC, 3663 K |
| Elektronit: | 71 |
| Protonit: | 71 |
| Pt: | 71 |
| Neutronit runsaimmassa isotoopissa: | 104 |
| Elektronien kuoret: | 2,8,18,32,9,2 |
| konfiguraatio: | 4f14 6s2 |
| Tiheys @ 20oC: | 9.8 g/cm3 |
| Atomin tilavuus: | 17.78 cm3/mol |
| Rakenne: | heksagonaalinen tiiviisti pakattu |
| Kovuus: |
Näytä lisää, mm: Lämpötilat, energiat, hapettuminen,
reaktiot, yhdisteet, säteet, johtavuudet
| Atomin tilavuus: | 17.78 cm3/mol | |
| Rakenne: | heksagonaalinen tiiviisti pakattu | |
| Kovuus: | ||
| Erityinen lämpökapasiteetti | 0.15 J g-1 K-1 | |
| Sulamislämpö | 22 kJ mol-1 | |
| Höyrystymislämpö | 152 kJ mol-1 | |
| Höyrystymislämpö | 355.90 kJ mol-1 | |
| 1. ionisaatioenergia | 523.50 kJ mol-1 | |
| 2. ionisaatioenergia | 1340 kJ mol-1 | |
| 3. ionisaatioenergia | 2022 kJ mol-1 | |
| Elektroniaffiniteetti | 33 kJ mol-1 | |
| Minimi hapetusluku | 0 | |
| Min. yhteinen hapettumisluku | 0 | |
| Suurin hapettumisluku | 3 | |
| Suurin yhteinen hapettumisluku | Max. | 3 |
| Elektronegatiivisuus (Paulingin asteikko) | 1.27 | |
| Polarisoituvuusmäärä | 21.9 Å3 | |
| Reaktio ilman | kanssa lievä, ⇒ Lu2O3 | |
| Reaktio 15 M HNO3 | kanssa lievä, ⇒ Lu(NO3)3 | |
| Reaktio 6 M HCl:n kanssa | lievä, ⇒ H2, LuCl3 | |
| Reaktio 6 M NaOH:n kanssa | – | |
| Oksidi(t) | Lu2O3 | |
| Hydridi(t) | LuH2, LuH3 | |
| Kloridi(t) | LuCl3 | |
| Atomisäde | 175 pm | |
| Ionisäde (1+-ioni) | – | |
| Ionisäde (2+-ioni) | – | |
| Ionisäde (3+-ioni) | 100.1 pm | |
| Ionisäde (1-ioni) | – | |
| Ionisäde (2- ioni) | – | |
| Ionisäde (3-ioni) | – | |
| Lämmönjohtokyky | 16.4 W m-1 K-1 | |
| Sähkönjohtavuus | 1.5 x 106 S m-1 | |
| Jäätymis-/sulamispiste: | 1660 oC, 1933 K |
Harvinainen maametalli lutetium. Kuva: Ames Laboratory.
Lutetiumin löytäminen
Lutetium oli viimeinen löydetty luonnollinen harvinainen maametalli. Synteettinen harvinainen maametalli prometium valmistettiin myöhemmin laboratoriossa uraanin fissiotuotteista.
Lutetiumin löysivät itsenäisesti Carl Auer von Welsbach, Charles James ja Georges Urbain.
Löytö mukaili muita harvinaisten maametallien löytöjä, joissa uusi alkuaine löydettiin mineraaleista, jotka oli jo analysoitu. Esimerkiksi Carl Gustaf Mosander löysi lantaanin keriitistä – jonka luultiin sisältävän harvinaista maametallia ceriumia eikä muita. Mosander löysi myöhemmin erbiumia ja terbiumia gadoliniittimineraalista, joka oli analysoitu, mutta erbiumin ja terbiumin esiintyminen oli jäänyt huomaamatta.
Lutetiumin tapauksessa Urbain, von Welsbach ja James löysivät kaikki uuden alkuaineen ytterbiumoksidista (ytterbia). Kävi ilmi, että ytterbia ei ollut pelkkää ytterbiumoksidia, kuten kemistit olivat uskoneet. Ytterbia oli itse asiassa osittain ytterbiumoksidia ja osittain lutetiumoksidia.
Ranskalainen kemisti Georges Urbain erotti lutetiumin onnistuneesti ytterbiasta vuonna 1907 Pariisissa. Hän erotti ytterbiumin kahdeksi aineosaksi sarjalla ytterbiumnitraatin fraktiokiteytyksiä typpihappoliuoksesta ja sai kaksi harvinaisten maametallien oksidia. Toisen hän säilytti nimenä ytterbium, toisen hän nimesi luteciumiksi, joka myöhemmin muutettiin lutetiumiksi. (1),(2)
Australialainen tiedemies Carl Auer von Welsbach eristi myös lutetiumia ytterbiumista ja nimesi alkuaineen cassipoiumiksi Kassiopeian tähdistön mukaan. (3)
Kemisti Charles James onnistui myös eristämään lutetiumin vuosina 1906-7 Durhamissa, New Hampshiren osavaltiossa, ja hän patentoi harvinaisten maametallien eristämiseen tarkoitetun bromaattisen fraktiokiteytysprosessin. (3),(4),(5)
Hänen fraktiokiteytysprosessiaan pidettiin parhaana tekniikkana harvinaisten maametallien erottamiseen, kunnes ioninvaihtotekniikat löydettiin 1940-luvulla. (4)
Alkuaineen nimi lutetium tulee Lutetiasta, Pariisin latinankielisestä nimestä.
Harvinaisten maametallien erittäin puhtaan tutkimuslaadun saaminen on monivaiheinen prosessi. Ensin harvinaisten maametallien oksidit, kuten astioissa olevat keltaiset (cerium), mustat (praseodyymi) ja siniset (neodyymi) jauheet altistetaan fluorivetykaasulle. Tämä muuttaa jauheen kiteiseksi fluoridiksi, kuten vihreän praseodyymifluoridikiteen (äärimmäisenä oikealla). Pelkistysreaktio ja jatkokäsittely muuttavat harvinaisten maametallien fluoridit lopulliseen, puhtaaseen metallimuotoonsa, (ylhäältä keskeltä) skandiumkiekko, dysprosiumkiekko, joka lepää sublimoitua dysprosiumia sisältävän levyn päällä, ja gadoliniumsylinteri. Gadoliniumia, terbiumia ja lutetiumia on vaikeampi jalostaa, koska ne reagoivat tantaalin (upokasmateriaalin) kanssa. Upokkaasta huuhtoutuvan tantaalin poistamiseksi toteutetaan lisätoimia. Kuva: Ames Laboratory
Eritys ja ominaisuudet
Haitalliset vaikutukset:
Lutetiumia ei pidetä myrkyllisenä.
Ominaisuudet:
Lutetium on hopeanvalkoinen harvinainen maametalli.
Metalli himmenee hitaasti ilmassa ja palaa 150 oC:ssa oksidiksi.
Se on lantanideista tihein ja kovin.
Se on myös yksi vähiten esiintyvistä lantanideista, mutta silti sitä on maapallolla enemmän kuin hopeaa tai kultaa.
Yhdisteissä esiintyessään lutetium esiintyy yleensä kolmiarvoisessa tilassa ,Lu3+. Useimmat sen suolat ovat värittömiä. Tämä on ei-invasiivinen lääketieteellinen skannaus, joka luo kolmiulotteisen kuvan kehon solutoiminnasta.
Runsaus ja isotoopit
Runsaus maankuori: 0,6 miljoonasosaa painossa, 70 osaa miljardissa mooleissa
Runsaus aurinkokunta: 1 osa miljardissa painossa, 10 osaa triljoonassa mooleissa
Kustannus, puhdas: 340 dollaria grammassa
Kustannus, irtotavarana: $ 100 g:ssa
Lähde: Lutetiumia ei esiinny luonnossa vapaana, mutta sitä esiintyy useissa mineraaleissa, pääasiassa monasiitissa. Historiallisesti harvinaisten maametallien eristäminen toisistaan on ollut vaikeaa ja kallista, koska niiden kemialliset ominaisuudet ovat niin samanlaiset. Ioninvaihto- ja liuotinuuttotekniikat, joita on kehitetty 1940-luvulta lähtien, ovat alentaneet tuotantokustannuksia. Puhdasta lutetiummetallia valmistetaan pelkistämällä vedetöntä fluoridia kalsiummetallilla.
Isotoopit: Lutetiumilla on 35 isotooppia, joiden puoliintumisajat tunnetaan ja joiden massaluvut ovat 150-184. Luonnossa esiintyvä lutetium on kahden isotoopin 175Lu ja 176Lu seos, joiden luonnolliset esiintyvyydet ovat 97,4 % ja 2,6 %.
- Mary Elvira Weeks, The Discovery of the Elements XVI., Journal of Chemical Education. lokakuu 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.
Cite this Page
Verkkolinkitystä varten kopioi ja liitä jompikumpi seuraavista:
<a href="https://www.chemicool.com/elements/lutetium.html">Lutetium</a>
tai
<a href="https://www.chemicool.com/elements/lutetium.html">Lutetium Element Facts</a>
Jos haluat siteerata tätä sivua akateemisessa asiakirjassa, käytä seuraavaa MLA:n mukaista viittaustapaa:
"Lutetium." Chemicool Periodic Table. Chemicool.com. 17 Oct. 2012. Web. <https://www.chemicool.com/elements/lutetium.html>.