Het chemische element lutetium wordt geclassificeerd als een lanthanide en zeldzaam aardmetaal. Het werd in 1907 ontdekt door Carl Auer von Welsbach, Charles James, en Georges Urbain.
Data Zone
| Classificatie: | Lutetium is een lanthanide en zeldzaam aardmetaal |
| Kleur: | zilverachtig-wit |
| Atoomgewicht: | 174.97 |
| Staat: | vaste stof |
| Smeltpunt: | 1660 oC, 1933 K |
| Kookpunt: | 3390 oC, 3663 K |
| Elektronen: | 71 |
| Protonen: | 71 |
| Neutronen in meest voorkomende isotoop: | 104 |
| Elektronenschillen: | 2,8,18,32,9,2 |
| configuratie: | 4f14 6s2 |
| Dichtheid bij 20oC: | 9.8 g/cm3 |
| Atomair volume: | 17,78 cm3/mol |
| Structuur: | hexagonaal dicht opeengepakt |
| Hardheid: |
Toon meer, o.a.: Warmte, Energieën, Oxidatie,
Reacties, Verbindingen, Stralen, Geleidbaarheden
| Atomair volume: | 17,78 cm3/mol |
| Structuur: | hexagonaal dicht opeengepakt |
| Hardheid: | |
| Specifieke warmtecapaciteit | 0.15 J g-1 K-1 |
| Smeltwarmte | 22 kJ mol-1 |
| Verstuivingswarmte | 152 kJ mol-1 |
| Verstuivingswarmte | 355.90 kJ mol-1 |
| 1ste ionisatie-energie | 523.50 kJ mol-1 |
| 2e ionisatie-energie | 1340 kJ mol-1 |
| 3e ionisatie-energie | 2022 kJ mol-1 |
| Elektronenaffiniteit | 33 kJ mol-1 |
| Minimaal oxidatiegetal | 0 |
| Min. gemeenschappelijk oxidatiegetal | 0 |
| Maximaal oxidatiegetal | 3 |
| Max. gemeenschappelijk oxidatiegetal | 3 |
| Max. | 3 |
| Elektronegativiteit (Pauling Schaal) | 1.27 |
| Polariseerbaarheidsvolume | 21.9 Å3 |
| Reactie met lucht | mild, ⇒ Lu2O3 |
| Reactie met 15 M HNO3 | mild, ⇒ Lu(NO3)3 |
| Reactie met 6 M HCl | mild, ⇒ H2, LuCl3 |
| Reactie met 6 M NaOH | – |
| Oxide(s) | Lu2O3 |
| Hydride(s) | LuH2, LuH3 |
| Chloride(s) | LuCl3 |
| Atomaire straal | 175 pm |
| Ionische straal (1+ ion) | – |
| Ionstraal (2+ ion) | – |
| Ionstraal (3+ ion) | 100.1 pm |
| Ionstraal (1-ion) | – |
| Ionstraal (2- ion) | – |
| Ionstraal (3-ion) | – |
| Warmtegeleidingscoëfficiënt | 16.4 W m-1 K-1 |
| Elektrisch geleidingsvermogen | 1.5 x 106 S m-1 |
| Vries-/Smeltpunt: | 1660 oC, 1933 K |
Het zeldzame aardmetaal lutetium. Foto door Ames Laboratory.
Ontdekking van Lutetium
Lutetium was het laatste natuurlijke zeldzame aardelement dat werd ontdekt. De synthetische zeldzame aarde promethium werd later in het laboratorium geproduceerd uit uraniumsplijtingsproducten.
Lutetium werd onafhankelijk ontdekt door Carl Auer von Welsbach, Charles James, en Georges Urbain.
De ontdekking sloot aan bij andere ontdekkingen van zeldzame aardmetalen waarbij een nieuw element werd ontdekt in mineralen die al waren geanalyseerd. Carl Gustaf Mosander ontdekte bijvoorbeeld lanthaan in ceriet – waarvan werd gedacht dat het het zeldzame aardelement cerium bevatte en geen andere. Mosander ontdekte vervolgens erbium en terbium in het mineraal gadoliniet, dat reeds was geanalyseerd, maar waarvan men de aanwezigheid van erbium en terbium had gemist.
In het geval van lutetium vonden Urbain, von Welsbach en James het nieuwe element in ytterbium oxide (ytterbia). Het bleek dat ytterbia niet gewoon ytterbium oxide was, zoals chemici hadden geloofd. Ytterbia was in feite gedeeltelijk ytterbiumoxide en gedeeltelijk lutetiumoxide.
De Franse scheikundige Georges Urbain slaagde er in 1907 in Parijs in lutetium van ytterbia te scheiden. Hij scheidde ytterbia in twee bestanddelen door een reeks gefractioneerde kristallisaties van ytterbiumnitraat uit salpeterzuuroplossing en verkreeg twee zeldzame aardoxiden. Het ene behield de naam ytterbium, het andere noemde hij lutecium, dat later werd veranderd in lutetium. (1),(2)
De Oostenrijkse wetenschapper Carl Auer von Welsbach isoleerde ook lutetium uit ytterbium en hij noemde het element cassipoium naar het sterrenbeeld Cassiopeia. (3)
Chemist Charles James slaagde er ook in lutetium te isoleren in 1906-7, in Durham, New Hampshire en hij patenteerde een bromaat gefractioneerd kristallisatieproces voor het isoleren van de zeldzame aardmetalen. (3),(4),(5)
Zijn gefractioneerd kristallisatieprocédé werd beschouwd als de beste techniek om zeldzame aardmetalen te scheiden tot de ontdekking van ionenwisselingstechnieken in de jaren 40. (4)
De elementnaam lutetium komt van Lutetia, de Latijnse naam voor Parijs.
Het verkrijgen van zeldzame aardmetalen met een hoge zuiverheidsgraad voor onderzoek is een proces dat uit meerdere stappen bestaat. Eerst worden zeldzame aardoxiden, zoals de gele (cerium), zwarte (praseodymium) en blauwe (neodymium) poeders in de schalen blootgesteld aan waterstoffluoridegas. Hierdoor verandert het poeder in een kristallijn fluoride, zoals het groene praseodymiumfluoridekristal (uiterst rechts). Een reductiereactie en verdere verwerking veranderen de zeldzame aardfluoriden in hun uiteindelijke, zuivere metaalvormen, (van boven naar het midden) scandiumschijf, dysprosiumschijf rustend op een vel gesublimeerd dysprosium en gadoliniumcilinder. Gadolinium, terbium en lutetium zijn moeilijker te raffineren omdat zij reageren met tantaal (het materiaal van de smeltkroes). Er worden extra stappen ondernomen om het tantaal dat uit de kroes lekt, te verwijderen. Foto: Ames Laboratorium
Opzicht en Eigenschappen
Schadelijke effecten:
Lutetium wordt als niet giftig beschouwd.
Eigenschappen:
Lutetium is een zilverwit zeldzaam aardmetaal.
Het metaal bezoedelt langzaam aan de lucht en verbrandt bij 150 oC tot het oxide.
Het is de dichtste en hardste van de lanthaniden.
Het is ook een van de minst overvloedige lanthaniden, maar het is nog steeds overvloediger op aarde dan zilver of goud.
Wanneer aanwezig in verbindingen, lutetium bestaat meestal in de driewaardige toestand, Lu3+. De meeste van zijn zouten zijn kleurloos.
Toepassingen van Lutetium
Lutetiumoxide wordt gebruikt om katalysatoren te maken voor het kraken van koolwaterstoffen in de petrochemische industrie.
177Lu wordt gebruikt bij kankertherapie en vanwege zijn lange halfwaardetijd wordt 176Lu gebruikt om de leeftijd van meteorieten te dateren.
Lutetiumoxyorthosilicaat (LSO) wordt momenteel gebruikt in detectoren bij positronemissietomografie (PET). Dit is een niet-invasieve medische scan die een driedimensionaal beeld geeft van de cellulaire activiteit van het lichaam.
Bundantie en isotopen
Bundantie aardkorst: 0,6 delen per miljoen gewicht, 70 delen per miljard mol
Bundantie zonnestelsel: 1 deel per miljard gewicht, 10 delen per triljoen mol
Kosten, zuiver: 340 dollar per g
Kosten, bulk: $ per 100 g
Bron: Lutetium komt niet vrij in de natuur voor, maar wordt aangetroffen in een aantal mineralen, voornamelijk monaziet. Historisch gezien is het isoleren van de zeldzame aardelementen van elkaar moeilijk en duur geweest omdat hun chemische eigenschappen zo sterk op elkaar lijken. Ionuitwisselings- en solventextractietechnieken, die sinds de jaren 1940 zijn ontwikkeld, hebben de productiekosten verlaagd. Zuiver lutetiummetaal wordt geproduceerd door de reductie van het watervrije fluoride met calciummetaal.
Isotopen: Lutetium heeft 35 isotopen waarvan de halveringstijd bekend is, met massagetallen 150 tot 184. Natuurlijk voorkomend lutetium is een mengsel van twee isotopen 175Lu en 176Lu met natuurlijke abundanties van 97,4% en 2,6% respectievelijk.
- Mary Elvira Weeks, The Discovery of the Elements XVI., Journal of Chemical Education., oktober 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.
Cite this Page
Voor online-linking, kopieer en plak een van de volgende:
<a href="https://www.chemicool.com/elements/lutetium.html">Lutetium</a>
of
<a href="https://www.chemicool.com/elements/lutetium.html">Lutetium Element Facts</a>
Voor het citeren van deze pagina in een academisch document, gebruik dan de volgende MLA-conforme citatie:
"Lutetium." Chemicool Periodic Table. Chemicool.com. 17 Oct. 2012. Web. <https://www.chemicool.com/elements/lutetium.html>.