Det kemiska grundämnet lutetium klassificeras som en lantanid och sällsynt jordartsmetall. Det upptäcktes 1907 av Carl Auer von Welsbach, Charles James och Georges Urbain.
Data Zone
| Klassificering: | Lutetium är en lantanid och sällsynt jordartsmetall |
| Färg: | silvervit |
| Atomvikt: | 174.97 |
| Tillstånd: | fast |
| Smältpunkt: | 1660 oC, 1933 K |
| Skokpunkt: | 3390 oC, 3663 K |
| Elektroner: | 71 |
| Protoner: | 71 |
| Neutroner i den vanligaste isotopen: | 104 |
| Elektronskal: | 2,8,18,32,9,2 |
| konfiguration: | 4f14 6s2 |
| Täthet vid 20oC: | 9.8 g/cm3 |
| Atomvolym: | 17,78 cm3/mol |
| Struktur: | hexagonalt tätt packat |
| Hårdhet: |
Visa mer, inklusive: Värmekällor, energier, oxidation,
reaktioner, föreningar, radier, ledningsförmåga
| Atomvolym: | 17,78 cm3/mol | |
| Struktur: | hexagonalt tätt packat | |
| Hårdhet: | ||
| Hårdhet: | : | |
| Specifik värmekapacitet | 0.15 J g-1 K-1 | |
| Fusionsvärme | 22 kJ mol-1 | |
| Förbränningsvärme | 152 kJ mol-1 | |
| Förångningsvärme | 355.90 kJ mol-1 | |
| 1. joniseringsenergi | 523.50 kJ mol-1 | |
| 2:a joniseringsenergi | 1340 kJ mol-1 | |
| 3:a joniseringsenergi | 2022 kJ mol-1 | |
| Elektronaffinitet | 33 kJ mol-1 | |
| Minimalt oxidationstal | 0 | |
| Min. gemensam oxidationsnummer | 0 | |
| Maximalt oxidationsnummer | 3 | |
| Maximalt gemensamt oxidationsnummer. | 3 | |
| Elektronegativitet (Paulingskala) | 1,27 | |
| Volym för polariserbarhet | 21.9 Å3 | |
| Reaktion med luft | mild, ⇒ Lu2O3 | |
| Reaktion med 15 M HNO3 | mild, ⇒ Lu(NO3)3 | |
| Reaktion med 6 M HCl | mild, ⇒ H2, LuCl3 | |
| Reaktion med 6 M NaOH | – | |
| Oxid(er) | Lu2O3 | |
| Hydrid(er) | LuH2, LuH3 | |
| Klorid(er) | LuCl3 | |
| Atomradie | 175 pm | |
| Ionradie (1+ jon) | – | |
| Ionisk radie (2+ jon) | – | |
| Ionisk radie (3+ jon) | 100.1 pm | |
| Jonisk radie (1-jon) | – | |
| Jonisk radie (2- jon) | – | |
| Jonisk radie (3-jon) | – | |
| Värmekonduktivitet | 16.4 W m-1 K-1 | |
| Elektrisk ledningsförmåga | 1.5 x 106 S m-1 | |
| Frys-/smältpunkt: | 1660 oC, 1933 K |
Den sällsynta jordartsmetallen lutetium. Foto av Ames Laboratory.
Upptäckt av lutetium
Lutetium var den sista naturliga sällsynta jordartsmetallen som upptäcktes. Den syntetiska sällsynta jordarten promethium framställdes senare i laboratoriet av uranets klyvningsprodukter.
Lutetium upptäcktes oberoende av varandra av Carl Auer von Welsbach, Charles James och Georges Urbain.
Upptäckten gav eko av andra upptäckter av sällsynta jordarter där ett nytt grundämne upptäcktes i mineraler som redan hade analyserats. Till exempel upptäckte Carl Gustaf Mosander lantan i cerit – som man trodde innehöll det sällsynta jordartsämnet cerium och inga andra. Mosander fortsatte med att upptäcka erbium och terbium i mineralet gadolinit, som redan hade analyserats, men man hade missat förekomsten av erbium och terbium.
I lutetiums fall hittade Urbain, von Welsbach och James alla det nya grundämnet i ytterbiumoxid (ytterbia). Det visade sig att ytterbia inte bara var ytterbiumoxid, som kemisterna hade trott. Ytterbia var faktiskt delvis ytterbiumoxid och delvis lutetiumoxid.
Den franske kemisten Georges Urbain lyckades separera lutetium från ytterbia 1907 i Paris. Han separerade ytterbia i två beståndsdelar genom en serie fraktionerade kristalliseringar av ytterbiumnitrat från salpetersyralösning och fick fram två oxider av sällsynta jordartsmetaller. Den ena behöll namnet ytterbium, den andra kallade han lutecium, vilket senare ändrades till lutetium. (1),(2)
Den österrikiske vetenskapsmannen Carl Auer von Welsbach isolerade också lutetium från ytterbia och han kallade grundämnet cassipoium efter stjärnbilden Cassiopeia. (3)
Kemisten Charles James lyckades också isolera lutetium 1906-7 i Durham, New Hampshire och han patenterade en bromatfraktionerad kristalliseringsprocess för att isolera de sällsynta jordartsmetallerna. (3),(4),(5)
Hans fraktionerade kristalliseringsprocess ansågs vara den bästa tekniken för att separera sällsynta jordartsmetaller fram till upptäckten av jonbytestekniken på 1940-talet. (4)
Elementnamnet lutetium kommer från Lutetia, det latinska namnet på Paris.
För att få fram sällsynta jordartsmetaller av hög renhet och forskningskvalitet är det en process i flera steg. Först utsätts oxider av sällsynta jordartsmetaller, som de gula (cerium), svarta (praseodym) och blå (neodym) pulvren i skålarna, för vätefluoridgas. Detta förvandlar pulvret till en kristallin fluorid, som den gröna praseodymfluoridkristallen (längst till höger). En reduktionsreaktion och ytterligare bearbetning förvandlar fluoriderna av sällsynta jordartsmetaller till deras slutliga, rena metallformer, (från övre mitten) skandiumskiva, dysprosiumskiva som vilar på ett ark av sublimerat dysprosium och gadoliniumcylinder. Gadolinium, terbium och lutetium är svårare att förädla eftersom de reagerar med tantal (degelmaterialet). Ytterligare åtgärder vidtas för att avlägsna det tantal som läcker från degeln. Foto: Ames Laboratory
Utseende och egenskaper
Skadliga effekter:
Lutetium anses inte vara giftigt.
Egenskaper:
Lutetium är en silvervit sällsynt jordartsmetall.
Metallen anlöper långsamt i luft och brinner vid 150 oC till oxid.
Den är den tyngsta och hårdaste av lantaniderna.
Den är också en av de minst förekommande lantaniderna, men den är dock fortfarande rikligare på jorden än silver eller guld.
När den förekommer i föreningar existerar lutetium vanligtvis i det trivalenta tillståndet ,Lu3+. De flesta av dess salter är färglösa.
Användning av lutetium
Lutetiumoxid används för att tillverka katalysatorer för krackning av kolväten i den petrokemiska industrin.
177Lu används i cancerbehandling och på grund av sin långa halveringstid används 176Lu för att datera meteoriters ålder.
Lutetiumoxiorthosilikat (LSO) används för närvarande i detektorer vid positronemissionstomografi (PET). Detta är en icke-invasiv medicinsk skanning som skapar en tredimensionell bild av kroppens cellaktivitet.
Förråd och isotoper
Förråd jordskorpan: 0,6 viktdelar per miljon, 70 viktdelar per miljard mol
Förråd solsystemet: 1 viktdel per miljard, 10 viktdelar per biljon mol
Kostnad, ren: 340 dollar per g
Kostnad, bulk: $ per 100 g
Källa: Lutetium förekommer inte fritt i naturen men finns i ett antal mineraler, främst monazit. Historiskt sett har det varit svårt och dyrt att isolera de sällsynta jordartsmetallerna från varandra eftersom deras kemiska egenskaper är så lika. Jonbytes- och lösningsmedelsextraktionstekniker som utvecklats sedan 1940-talet har sänkt produktionskostnaden. Ren lutetiummetall framställs genom reduktion av vattenfri fluorid med kalciummetall.
Isotoper: Lutetium har 35 isotoper vars halveringstider är kända, med masstal 150 till 184. Naturligt förekommande lutetium är en blandning av två isotoper 175Lu och 176Lu med naturliga förekomster på 97,4 % respektive 2,6 %.
- Mary Elvira Weeks, The Discovery of the Elements XVI., Journal of Chemical Education, oktober 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.
Citera denna sida
För att länka online, kopiera och klistra in något av följande:
<a href="https://www.chemicool.com/elements/lutetium.html">Lutetium</a>
eller
<a href="https://www.chemicool.com/elements/lutetium.html">Lutetium Element Facts</a>
För att citera denna sida i ett akademiskt dokument, använd följande MLA-kompatibla citat:
"Lutetium." Chemicool Periodic Table. Chemicool.com. 17 Oct. 2012. Web. <https://www.chemicool.com/elements/lutetium.html>.