A lutetium kémiai elemet a lantanidák és a ritkaföldfémek közé sorolják. Carl Auer von Welsbach, Charles James és Georges Urbain fedezte fel 1907-ben.
Adatok zónája
| Besorolás: | A lutécium egy lantanid és ritkaföldfém | |
| Szín: | ezüstös-fehér | |
| Atomsúly: | 174.97 | |
| Állapot: | szilárd | |
| Olvadáspont: | 1660 oC, 1933 K | |
| Forráspont: | 71 | |
| Neutronok a legnagyobb mennyiségben előforduló izotópban: | 104 | |
| Elektronhéjak: | ||
| Elektronhéj: | 2,8,18,32,9,2 | |
| konfiguráció: | 4f14 6s2 | |
| Sűrűség 20oC-on: | 9. | |
| Specifikus hőkapacitás | 0.15 J g-1 K-1 | |
| Fúziós hő | 22 kJ mol-1 | |
| Porlasztási hő | 152 kJ mol-1 | |
| Párolgási hő | 355.90 kJ mol-1 | |
| 1. ionizációs energia | 523.50 kJ mol-1 | |
| 2. ionizációs energia | 1340 kJ mol-1 | |
| 3. ionizációs energia | 2022 kJ mol-1 | |
| Elektronaffinitás | 33 kJ mol-1 | |
| Minimális oxidációs szám | 0 | |
| Min. közös oxidációs szám | 0 | |
| Maximális oxidációs szám | 3 | |
| Max. közös oxidációs szám. | 3 | |
| Elektronegativitás (Pauling-skála) | 1,27 | |
| Polarizálhatósági térfogat | 21.9 Å3 | |
| Reakció levegővel | enyhe, ⇒ Lu2O3 | |
| Reakció 15 M HNO3 | enyhe, ⇒ Lu(NO3)3 | |
| reakció 6 M HCl | enyhe, ⇒ H2, LuCl3 | |
| Reakció 6 M NaOH-val | – | |
| Oxid(ok) | Lu2O3 | |
| Hidrid(ek) | LuH2, LuH3 | |
| Klorid(ok) | LuCl3 | |
| Atomsugár | 175 pm | |
| Ion-sugár (1+ ion) | – | |
| Ionsugár (2+ ion) | – | |
| Ionsugár (3+ ion) | 100.1 pm | |
| Ionsugár (1- ion) | – | |
| Ionsugár (2- ion) | – | |
| Ionsugár (3-ion) | – | |
| Hővezető képesség | 16.4 W m-1 K-1 | |
| Elektromos vezetőképesség | 1.5 x 106 S m-1 | |
| Fagyás/olvadáspont: | 1660 oC, 1933 K |
A ritkaföldfém lutécium. Fotó: Ames Laboratory.
A lutécium felfedezése
A lutécium volt az utolsó természetes ritkaföldfém, amelyet felfedeztek. A szintetikus ritkaföldfém prométiumot később állították elő laboratóriumban az urán hasadási termékeiből.
A lutéciumot egymástól függetlenül Carl Auer von Welsbach, Charles James és Georges Urbain fedezte fel.
A felfedezés más ritkaföldfém felfedezésekhez hasonlóan történt, amikor egy új elemet már elemzett ásványokban fedeztek fel. Carl Gustaf Mosander például lantánt fedezett fel a ceritben – amelyről azt hitték, hogy a cérium ritkaföldfém elemet tartalmazza, mást nem. Mosander ezután felfedezte az erbiumot és a terbiumot a gadolinit ásványban, amelyet már elemeztek, de az erbium és a terbium jelenlétét nem vették észre.
A lutécium esetében Urbain, von Welsbach és James is megtalálta az új elemet az ytterbium-oxidban (ytterbia). Kiderült, hogy az ytterbia nem csak ytterbium-oxid, ahogy a kémikusok hitték. Az ytterbia valójában részben ytterbium-oxid és részben lutécium-oxid volt.
Georges Urbain francia vegyész 1907-ben Párizsban sikeresen elválasztotta a lutéciumot az ytterbiából. Az ytterbiumot két alkotórészre választotta szét az ytterbium-nitrát salétromsavas oldatból történő frakcionált kristályosításával, és két ritkaföldfém-oxidot kapott. Az egyiket megtartotta az ytterbium nevet, a másikat luteciumnak nevezte el, amit később lutetiumra változtatott. (1),(2)
Carl Auer von Welsbach osztrák tudós szintén lutetiumot izolált az ytterbiumból, és az elemet cassipoiumnak nevezte el a Cassiopeia csillagkép után. (3)
Charles James kémikusnak 1906-7-ben a New Hampshire állambeli Durhamben szintén sikerült izolálnia a lutetiumot, és szabadalmaztatta a ritkaföldfémek izolálására szolgáló brómafrakciós kristályosítási eljárást. (3),(4),(5)
Az ő frakcionált kristályosítási eljárását tartották a legjobb technikának a ritkaföldfémek elválasztására egészen az 1940-es években az ioncserélő technikák felfedezéséig. (4)
A lutécium elemnév a Lutetia, Párizs latin nevéből származik.
A nagy tisztaságú, kutatási minőségű ritkaföldfémek előállítása többlépcsős folyamat. Először a ritkaföldfém-oxidokat, például az edényekben lévő sárga (cérium), fekete (praseodímium) és kék (neodímium) porokat hidrogén-fluorid gáznak teszik ki. Ezáltal a por kristályos fluoriddá alakul, mint például a zöld praseodímium-fluorid kristály (jobbra). A ritkaföldfém-fluoridokat redukciós reakció és további feldolgozás teszi végső, tiszta fémformájukká, (felülről középen) szkandiumkorong, szublimált diszprózium lapon nyugvó diszpróziumkorong és gadolíniumhenger. A gadolíniumot, a terbiumot és a lutetiumot nehezebb finomítani, mert reakcióba lépnek a tantállal (a tégely anyagával). A tégelyből kioldódó tantál eltávolítására további lépéseket kell tenni. Fénykép: Ames Laboratory
Megjelenés és jellemzők
Káros hatások:
A lutécium nem tekinthető mérgezőnek.
Jellemzők:
A lutécium ezüstfehér színű ritkaföldfém.
A fém levegőn lassan mattul és 150 oC-on oxiddá ég.
A lantanidák közül a legsűrűbb és legkeményebb.
A lantanidák közül is az egyik legkevésbé gyakori, azonban még mindig nagyobb mennyiségben fordul elő a Földön, mint az ezüst vagy az arany.
Ha vegyületekben van jelen, a lutécium általában a háromértékű állapotban ,Lu3+ létezik. Sóinak többsége színtelen.
A lutécium felhasználása
A lutécium-oxidot a petrolkémiai iparban szénhidrogének krakkolásához használt katalizátorok előállítására használják.
A 177Lu-t a rákterápiában használják, és hosszú felezési ideje miatt a 176Lu-t a meteoritok kormeghatározására használják.
A lutécium-oxi-ortoszilikátot (LSO) jelenleg a pozitronemissziós tomográfia (PET) detektoraiban használják. Ez egy nem invazív orvosi vizsgálat, amely háromdimenziós képet készít a szervezet sejtaktivitásáról.
Bőség és izotópok
Bőség földkéreg: 0,6 rész/millió tömegre, 70 rész/milliárd molra
Bőség Naprendszer: 1 rész/milliárd tömegre, 10 rész/milliárd molra
Költség, tisztán: 340 dollár/g
Költség, ömlesztve: 100g-onként $
Forrás: A lutécium nem fordul elő szabadon a természetben, de számos ásványban, főleg monazitban megtalálható. Történelmileg a ritkaföldfémek egymástól való elkülönítése nehéz és költséges volt, mivel kémiai tulajdonságaik nagyon hasonlóak. Az 1940-es évek óta kifejlesztett ioncserélő és oldószeres extrakciós technikák csökkentették az előállítás költségeit. A tiszta lutéciumfémet a vízmentes fluorid kalciumfémmel történő redukciójával állítják elő.
Izotópok: A lutéciumnak 35 izotópja van, amelyek felezési ideje ismert, tömegszámuk 150-184. A természetben előforduló lutécium két izotóp, a 175Lu és a 176Lu keveréke, amelyek természetes gyakorisága 97,4%, illetve 2,6%.
- Mary Elvira Weeks, The Discovery of the Elements XVI., Journal of Chemical Education. 1932. október, 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.
Cite this Page
Online hivatkozáshoz, kérjük, másolja be az alábbiak egyikét:
<a href="https://www.chemicool.com/elements/lutetium.html">Lutetium</a>
vagy
<a href="https://www.chemicool.com/elements/lutetium.html">Lutetium Element Facts</a>
Az oldal tudományos dokumentumban való idézéséhez, kérjük, használja a következő MLA-konform idézést:
"Lutetium." Chemicool Periodic Table. Chemicool.com. 17 Oct. 2012. Web. <https://www.chemicool.com/elements/lutetium.html>.
.