L’elemento chimico lutezio e’ classificato come lantanide e metallo delle terre rare. Fu scoperto nel 1907 da Carl Auer von Welsbach, Charles James e Georges Urbain.
Data Zone
| Classificazione: | Il lutezio è un lantanide e un metallo delle terre rare |
| Colore: | bianco-argento |
| Peso atomico: | 174.97 |
| Stato: | solido |
| Punto di fusione: | 1660 oC, 1933 K |
| Punto di ebollizione: | 3390 oC, 3663 K |
| Elettroni: | 71 |
| Protoni: | 71 |
| Neutroni nell’isotopo più abbondante: | 104 |
| Gusci di elettroni: | 2,8,18,32,9,2 |
| configurazione: | 4f14 6s2 |
| Densità @ 20oC: | 9.8 g/cm3 |
| Volume atomico: | 17,78 cm3/mol |
| Struttura: | esagonale impaccato stretto |
| Durezza: |
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| Volume atomico: | 17,78 cm3/mol |
| Struttura: | esagonale a pacchetti chiusi |
| Durezza: | |
| Capacità termica specifica | 0.15 J g-1 K-1 |
| Calore di fusione | 22 kJ mol-1 |
| Caldo di atomizzazione | 152 kJ mol-1 |
| Caldo di vaporizzazione | 355.90 kJ mol-1 |
| 1ª energia di ionizzazione | 523.50 kJ mol-1 |
| 2a energia di ionizzazione | 1340 kJ mol-1 |
| 3a energia di ionizzazione | 2022 kJ mol-1 |
| Affinità elettronica | 33 kJ mol-1 |
| Numero minimo di ossidazione | 0 |
| Min. numero di ossidazione comune | 0 |
| Numero di ossidazione massimo | 3 |
| Numero di ossidazione comune massimo | 3 |
| Elettronegatività (Scala Pauling) | 1.27 |
| Volume di polarizzabilità | 21.9 Å3 |
| Reazione con aria | lieve, ⇒ Lu2O3 |
| Reazione con 15 M HNO3 | lieve, ⇒ Lu(NO3)3 |
| Reazione con 6 M HCl | lieve, ⇒ H2, LuCl3 |
| Reazione con 6 M NaOH | – |
| Ossido(i) | Lu2O3 |
| Idruro(i) | LuH2, LuH3 |
| Cloruro(i) | LuCl3 |
| Raggio atomico | 175 pm |
| Raggio ionico (ione 1+) | – |
| Raggio ionico (ione 2+) | – |
| Raggio ionico (ione 3+) | 100.1 pm |
| Raggio ionico (1-ione) | – |
| Raggio ionico (2- ione) | – |
| Raggio ionico (3-ione) | – |
| Conducibilità termica | 16.4 W m-1 K-1 |
| Conducibilità elettrica | 1.5 x 106 S m-1 |
| Punto di congelamento/fusione: | 1660 oC, 1933 K |
Il lutezio, metallo delle terre rare. Foto del laboratorio Ames.
Scoperta del lutezio
Il lutezio fu l’ultimo elemento naturale delle terre rare ad essere scoperto. La terra rara sintetica promezio fu prodotta piu’ tardi in laboratorio dai prodotti di fissione dell’uranio.
Il lutezio fu scoperto indipendentemente da Carl Auer von Welsbach, Charles James e Georges Urbain.
La scoperta fece eco ad altre scoperte di terre rare in cui un nuovo elemento fu scoperto in minerali che erano gia’ stati analizzati. Per esempio, Carl Gustaf Mosander scoprì il lantanio nella cerite – che si pensava contenesse l’elemento delle terre rare cerio e nessun altro. Mosander continuò a scoprire erbio e terbio nel minerale gadolinite, che era stato analizzato, ma la presenza di erbio e terbio non era stata notata.
Nel caso del lutezio Urbain, von Welsbach e James trovarono tutti il nuovo elemento nell’ossido di itterbio (ytterbia). Si scoprì che l’itterbio non era solo ossido di itterbio, come i chimici avevano creduto. L’itterbio era in realtà in parte ossido di itterbio e in parte ossido di lutezio.
Il chimico francese Georges Urbain separò con successo il lutezio dall’itterbio nel 1907 a Parigi. Separò l’itterbio in due costituenti tramite una serie di cristallizzazioni frazionate di nitrato di itterbio da una soluzione di acido nitrico e ottenne due ossidi di terre rare. Uno mantenne il nome di itterbio, l’altro lo chiamò lutecio che fu poi cambiato in lutezio. (1),(2)
Anche lo scienziato austriaco Carl Auer von Welsbach isolò il lutezio dall’itterbio e chiamò l’elemento cassipoio dalla costellazione di Cassiopea. (3)
Il chimico Charles James riuscì anche ad isolare il lutezio nel 1906-7, a Durham, New Hampshire e brevettò un processo di cristallizzazione frazionata del bromato per isolare i metalli delle terre rare. (3),(4),(5)
Il suo processo di cristallizzazione frazionata era considerato la migliore tecnica di separazione delle terre rare fino alla scoperta delle tecniche di scambio ionico negli anni 40. (4)
Il nome dell’elemento lutezio deriva da Lutetia, il nome latino di Parigi.
Per ottenere metalli di terre rare di alta purezza per la ricerca è un processo a più fasi. Prima gli ossidi di terre rare, come le polveri gialle (cerio), nere (praseodimio) e blu (neodimio) nei piatti sono esposti al gas fluoruro di idrogeno. Questo trasforma la polvere in un fluoruro cristallino, come il cristallo di fluoruro di praseodimio verde (all’estrema destra). Una reazione di riduzione e un’ulteriore lavorazione trasforma i fluoruri delle terre rare nelle loro forme finali di metallo puro, (dal centro in alto) disco di scandio, disco di disprosio appoggiato su un foglio di disprosio sublimato e cilindro di gadolinio. Gadolinio, terbio e lutezio sono più difficili da raffinare perché reagiscono con il tantalio (il materiale del crogiolo). Vengono prese ulteriori misure per rimuovere il tantalio che cola dal crogiolo. Foto: Ames Laboratory
Apparenza e caratteristiche
Effetti nocivi:
Il lutezio è considerato non tossico.
Caratteristiche:
Il lutezio è un metallo delle terre rare bianco-argenteo.
Il metallo si appanna lentamente in aria e brucia a 150 oC all’ossido.
È anche uno dei lantanidi meno abbondanti, tuttavia è ancora più abbondante sulla terra dell’argento o dell’oro.
Quando è presente in composti, il lutezio esiste solitamente nello stato trivalente, Lu3+. La maggior parte dei suoi sali sono incolori.
Usi del lutezio
L’ossido di lutezio è usato per fare catalizzatori per il cracking degli idrocarburi nell’industria petrolchimica.
177Lu è usato nella terapia del cancro e a causa della sua lunga emivita, 176Lu è usato per datare l’età dei meteoriti.
L’ossitortosilicato di lutezio (LSO) è attualmente usato nei rivelatori nella tomografia ad emissione di positroni (PET). Questa è una scansione medica non invasiva che crea un’immagine tridimensionale dell’attività cellulare del corpo.
Abbondanza e isotopi
Abbondanza crosta terrestre: 0.6 parti per milione in peso, 70 parti per miliardo in mole
Abbondanza sistema solare: 1 parte per miliardo in peso, 10 parti per trilione in mole
Costo, puro: $340 per g
Costo, massa: $ per 100g
Fonte: Il lutezio non si trova libero in natura ma si trova in un certo numero di minerali, principalmente la monazite. Storicamente, l’isolamento degli elementi delle terre rare è stato difficile e costoso perché le loro proprietà chimiche sono così simili. Le tecniche di scambio ionico e di estrazione con solventi sviluppate a partire dagli anni 40 hanno abbassato il costo di produzione. Il lutezio metallico puro è prodotto dalla riduzione del fluoruro anidro con il calcio metallico.
Isotopi: Il lutezio ha 35 isotopi di cui si conosce l’emivita, con numeri di massa da 150 a 184. Il lutezio presente naturalmente è una miscela di due isotopi 175Lu e 176Lu con abbondanze naturali di 97.4% e 2.6% rispettivamente.
- Mary Elvira Weeks, The Discovery of the Elements XVI., Journal of Chemical Education., ottobre 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>.