Lutetium - Lutetium
Lutetium | ||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Pronunție |
/ Lj Û t I ʃ i ə m / |
|||||||||||||||||||||||||
Aspect | alb argintiu | |||||||||||||||||||||||||
Greutate atomică standard A r, std (Lu) | 174.9668 (1) | |||||||||||||||||||||||||
Lutetium în tabelul periodic | ||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||
Număr atomic ( Z ) | 71 | |||||||||||||||||||||||||
grup | grupul 3 | |||||||||||||||||||||||||
Perioadă | perioada 6 | |||||||||||||||||||||||||
bloc | blocare d | |||||||||||||||||||||||||
Configuratie electronica | [ Xe ] 4f 14 5d 1 6s 2 | |||||||||||||||||||||||||
Electroni pe coajă | 2, 8, 18, 32, 9, 2 | |||||||||||||||||||||||||
Proprietăți fizice | ||||||||||||||||||||||||||
Faza la STP | solid | |||||||||||||||||||||||||
Punct de topire | 1925 K (1652 ° C, 3006 ° F) | |||||||||||||||||||||||||
Punct de fierbere | 3675 K (3402 ° C, 6156 ° F) | |||||||||||||||||||||||||
Densitate (aproape rt ) | 9,841 g / cm 3 | |||||||||||||||||||||||||
când este lichid (la mp ) | 9,3 g / cm 3 | |||||||||||||||||||||||||
Căldura de fuziune | aprox. 22 kJ / mol | |||||||||||||||||||||||||
Căldura de vaporizare | 414 kJ / mol | |||||||||||||||||||||||||
Capacitatea de căldură molară | 26,86 J / (mol · K) | |||||||||||||||||||||||||
Presiunea de vapori
| ||||||||||||||||||||||||||
Proprietăți atomice | ||||||||||||||||||||||||||
Stări de oxidare | 0, +1, +2, +3 (un oxid slab bazic ) | |||||||||||||||||||||||||
Electronegativitate | Scala Pauling: 1,27 | |||||||||||||||||||||||||
Energiile de ionizare | ||||||||||||||||||||||||||
Raza atomică | empiric: 174 pm | |||||||||||||||||||||||||
Raza covalentă | 187 ± 8 pm | |||||||||||||||||||||||||
Liniile spectrale ale luteciului | ||||||||||||||||||||||||||
Alte proprietăți | ||||||||||||||||||||||||||
Apariție naturală | primordial | |||||||||||||||||||||||||
Structură cristalină | hexagonal strâns (hcp) | |||||||||||||||||||||||||
Expansiunea termică | poli: 9,9 µm / (m⋅K) (la rt ) | |||||||||||||||||||||||||
Conductivitate termică | 16,4 W / (m⋅K) | |||||||||||||||||||||||||
Rezistență electrică | poli: 582 nΩ⋅m (la rt ) | |||||||||||||||||||||||||
Ordinea magnetică | paramagnetic | |||||||||||||||||||||||||
Modulul lui Young | 68,6 GPa | |||||||||||||||||||||||||
Modul de forfecare | 27,2 GPa | |||||||||||||||||||||||||
Modul în vrac | 47,6 GPa | |||||||||||||||||||||||||
Raportul Poisson | 0,261 | |||||||||||||||||||||||||
Duritatea Vickers | 755–1160 MPa | |||||||||||||||||||||||||
Duritatea Brinell | 890–1300 MPa | |||||||||||||||||||||||||
Numar CAS | 7439-94-3 | |||||||||||||||||||||||||
Istorie | ||||||||||||||||||||||||||
Denumire | după Lutetia , latină pentru: Paris, în epoca romană | |||||||||||||||||||||||||
Descoperire | Carl Auer von Welsbach și Georges Urbain (1906) | |||||||||||||||||||||||||
Prima izolare | Carl Auer von Welsbach (1906) | |||||||||||||||||||||||||
Numit de | Georges Urbain (1906) | |||||||||||||||||||||||||
Principalii izotopi ai luteciului | ||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||
Lutetiu este un element chimic cu simbolul Lu și numărul atomic 71. Este un alb argintiu metalic , care rezistă la coroziune în aer uscat, dar nu și în aer umed. Luteziul este ultimul element din seria lantanidelor și este în mod tradițional numărat printre pământurile rare . Lutetiul este considerat, în general, primul element al metalelor de tranziție din perioada a 6-a de către cei care studiază problema, deși au existat unele dispute asupra acestui punct.
Lutetium a fost descoperit independent în 1907 de către omul de știință francez Georges Urbain , mineralogul austriac baronul Carl Auer von Welsbach și chimistul american Charles James . Toți acești cercetători au găsit lutetiul ca o impuritate în iterbia minerală , despre care anterior se credea că ar consta în întregime din yterter. Disputa privind prioritatea descoperirii a avut loc la scurt timp după aceea, Urbain și Welsbach acuzându-se reciproc că au publicat rezultate influențate de cercetarea publicată a celuilalt; onoarea de numire a revenit lui Urbain, așa cum își publicase rezultatele mai devreme. El a ales numele lutecium pentru noul element, dar în 1949 ortografia a fost schimbată în lutetium . În 1909, prioritatea i-a fost acordată în cele din urmă lui Urbain și numele sale au fost adoptate ca fiind oficiale; cu toate acestea, numele de cassiopeium (sau mai târziu cassiopium ) pentru elementul 71 propus de Welsbach a fost folosit de mulți oameni de știință germani până în anii 1950.
Luteciul nu este un element deosebit de abundent, deși este semnificativ mai frecvent decât argintul din scoarța terestră. Are puține utilizări specifice. Lutetium-176 este un izotop radioactiv relativ abundent (2,5%) cu un timp de înjumătățire de aproximativ 38 miliarde de ani, folosit pentru a determina vârsta mineralelor și a meteoriților . Luteciul apare de obicei în asociere cu elementul itriu și este uneori utilizat în aliaje metalice și ca catalizator în diferite reacții chimice. 177 Lu- DOTA-TATE este utilizat pentru terapia cu radionuclizi (vezi Medicina nucleară ) pe tumorile neuroendocrine. Lutetium are cea mai mare duritate Brinell dintre oricare lantanidă, la 890–1300 MPa .
Caracteristici
Proprietăți fizice
Un atom de lutetiu are 71 de electroni, dispuși în configurația [ Xe ] 4f 14 5d 1 6s 2 . Când intră într-o reacție chimică, atomul își pierde cei doi electroni din exterior și singurul electron 5d. Atomul de lutetiu este cel mai mic dintre atomii de lantanidă, datorită contracției lantanidelor și, ca urmare, lutetiul are cea mai mare densitate, punctul de topire și duritatea lantanidelor.
Proprietăți chimice și compuși
Compușii lutițiului conțin întotdeauna elementul în starea de oxidare +3. Soluțiile apoase ale majorității sărurilor de lutetiu sunt incolore și formează solide cristaline albe la uscare, cu excepția comună a iodurii. Sărurile solubile, cum ar fi nitratul, sulfatul și acetatul formează hidrați la cristalizare. Oxid , hidroxid, fluorura, carbonat, fosfat și oxalat sunt insolubile în apă.
Metalul Lutetium este ușor instabil în aer în condiții standard, dar arde ușor la 150 ° C pentru a forma oxid de lutetiu. Se știe că compusul rezultat absoarbe apă și dioxid de carbon și poate fi utilizat pentru a elimina vaporii acestor compuși din atmosfere închise. Observații similare se fac în timpul reacției dintre lutetiu și apă (lent când este rece și rapid când este fierbinte); în reacție se formează hidroxid de lutetiu. Se știe că metalul lutițiului reacționează cu cei mai ușori patru halogeni pentru a forma tri halogenuri ; toate acestea (cu excepția fluorului) sunt solubile în apă.
Luteciul se dizolvă ușor în acizi slabi și diluează acidul sulfuric pentru a forma soluții care conțin ionii incolori de luteci, care sunt coordonați între șapte și nouă molecule de apă, media fiind [Lu (H
2O)
8.2] 3+ .
- 2 Lu + 3 H
2ASA DE
4→ 2 Lu 3+ + 3 SO2−
4 + 3 H
2↑
Izotopi
Lutetium apare pe Pământ sub forma a doi izotopi: lutetium-175 și lutetium-176. Dintre aceste două, numai primul este stabil, făcând elementul monoizotopic . Acesta din urmă, lutetium-176, se descompune prin dezintegrare beta cu un timp de înjumătățire de 3,78 × 10 10 ani; reprezintă aproximativ 2,5% din luteciul natural. Până în prezent, au fost caracterizați 32 de radioizotopi sintetici ai elementului, variind în masă de la 149.973 (lutetium-150) la 183.961 (lutetium-184); cei mai stabili astfel de izotopi sunt lutetium-174 cu un timp de înjumătățire de 3,31 ani și lutetium-173 cu un timp de înjumătățire de 1,37 ani. Toți izotopii radioactivi rămași au perioade de înjumătățire plasmatică mai mici de 9 zile, iar majoritatea acestora au perioade de înjumătățire plasmatică mai mici de o jumătate de oră. Izotopi mai ușori decât decăderea stabilă a luteciului-175 prin captarea electronilor (pentru a produce izotopi de itterbiu ), cu o anumită emisie de alfa și pozitroni ; izotopii mai grei se descompun în principal prin decăderea beta, producând izotopi de hafniu.
Elementul are, de asemenea, 42 de izomeri nucleari , cu mase de 150, 151, 153-162, 166-180 (nu fiecare număr de masă corespunde unui singur izomer). Cele mai stabile dintre ele sunt lutetium-177m, cu un timp de înjumătățire de 160,4 zile și lutetium-174m, cu un timp de înjumătățire de 142 zile; acestea sunt mai lungi decât timpul de înjumătățire al stărilor fundamentale ale tuturor izotopilor radioactivi ai luteciului, cu excepția luteciului-173, 174 și 176.
Istorie
Lutetium, derivat din latina Lutetia ( Paris ), a fost descoperit independent în 1907 de către omul de știință francez Georges Urbain , mineralogul austriac baronul Carl Auer von Welsbach și chimistul american Charles James. Au găsit-o ca o impuritate în ytterbia , despre care chimistul elvețian Jean Charles Galissard de Marignac a crezut că ar consta în întregime din yterter . Oamenii de știință propuse nume diferite pentru elementele: Urbain a ales neoytterbium și lutecium , în timp ce Welsbach a ales aldebaranium și cassiopeium (după Aldebaran și Cassiopeia ). Ambele articole l-au acuzat pe celălalt om că a publicat rezultate bazate pe cele ale autorului.
Comisia Internațională privind masele atomice , care a fost apoi responsabil pentru atribuirea de noi nume de elemente, a soluționat litigiul în 1909 prin acordarea de prioritate Urbain și de a adopta numele lui ca cele oficiale, bazate pe faptul că separarea lutețiu de iterbiu Marignac a fost descris pentru prima dată de Urbain; după ce numele lui Urbain au fost recunoscute, neoytterbium a fost redus la ytterbium. Până în anii 1950, unii chimisti de limbă germană numeau lutetium pe numele lui Welsbach, cassiopeium ; în 1949, ortografia elementului 71 a fost schimbată în lutetium. Motivul pentru aceasta a fost că eșantioanele de lutetiu din 1907 ale lui Welsbach au fost pure, în timp ce eșantioanele lui Urbain din 1907 conțineau doar urme de luteziu. Mai târziu, acest lucru l-a indus în eroare pe Urbain, crezând că a descoperit elementul 72, pe care l-a numit celtium, care era de fapt luteci foarte pur. Discreditarea ulterioară a lucrării lui Urbain asupra elementului 72 a dus la o reevaluare a lucrării lui Welsbach asupra elementului 71, astfel încât elementul a fost redenumit în cassiopeium în țările vorbitoare de germană de ceva timp. Charles James, care a rămas în afara argumentului prioritar, a lucrat la o scară mult mai mare și a deținut cea mai mare cantitate de lutetiu de atunci. Metalul luteci pur a fost produs pentru prima dată în 1953.
Apariție și producție
Găsit cu aproape toate celelalte metale din pământurile rare, dar niciodată singur, lutetiul este foarte greu de separat de alte elemente. Principala sa sursă comercială este un produs secundar din prelucrarea fosfatului de pământ rar monazit mineral ( Ce , La , ...) P O
4, care are concentrații de doar 0,0001% din element, nu mult mai mare decât abundența de lutetiu din scoarța terestră de aproximativ 0,5 mg / kg. În prezent nu se cunosc minerale dominante de lutetiu. Principalele zone miniere sunt China, Statele Unite, Brazilia, India, Sri Lanka și Australia. Producția mondială de lutetiu (sub formă de oxid) este de aproximativ 10 tone pe an. Metalul luteci pur este foarte greu de preparat. Este unul dintre cele mai rare și mai scumpe metale din pământurile rare, cu un preț de aproximativ 10.000 USD pe kilogram sau aproximativ un sfert din aur .
Mineralele zdrobite sunt tratate cu acid sulfuric concentrat fierbinte pentru a produce sulfați solubili în apă ai pământurilor rare. Toriu precipită din soluție sub formă de hidroxid și este îndepărtat. După aceea, soluția este tratată cu oxalat de amoniu pentru a transforma pământurile rare în oxalații lor insolubili. Oxalații sunt transformați în oxizi prin recoacere. Oxizii se dizolvă în acid azotic , care exclude una din componentele principale, ceriu , al cărui oxid este insolubil în HNO 3 . Mai multe metale de pământuri rare, inclusiv lutetiu, sunt separate ca o sare dublă cu azotat de amoniu prin cristalizare. Luteciul este separat prin schimb de ioni . În acest proces, ionii de pământuri rare sunt absorbiți pe rășină de schimb ionic adecvată prin schimb cu ioni de hidrogen, amoniu sau cuprici prezenți în rășină. Sărurile de lutiu sunt apoi spălate selectiv cu un agent de complexare adecvat. Lutetiu metal este apoi obținut prin reducerea de Lu anhidru CI 3 sau Lu F 3 fie un metal alcalin sau metal alcalino - pământos .
- 2 LuCl
3 + 3 Ca → 2 Lu + 3 CaCl
2
Aplicații
Datorită dificultății de producție și a prețului ridicat, lutetiul are foarte puține utilizări comerciale, mai ales că este mai rar decât majoritatea celorlalte lantanide, dar chimic nu este foarte diferit. Cu toate acestea, lutetiul stabil poate fi utilizat ca catalizatori în crăparea petrolului în rafinării și poate fi utilizat și în aplicații de alchilare, hidrogenare și polimerizare .
Granat de lutiu aluminiu ( Al
5lu
3O
12) a fost propus pentru utilizare ca material pentru lentile în litografia cu imersie cu indice de refracție ridicat . În plus, o cantitate mică de lutetiu este adăugată ca dopant la granatul de gadiu galiu , care este utilizat în dispozitivele de memorie cu bule magnetice . Oxortosilicat de lutetiu dopat cu ceriu este în prezent compusul preferat pentru detectoarele în tomografie cu emisie de pozitroni (PET). Granatul Lutetium aluminiu (LuAG) este utilizat ca fosfor în becurile cu diode emițătoare de lumină.
În afară de luteciul stabil, izotopii săi radioactivi au mai multe utilizări specifice. Modul adecvat de înjumătățire și dezintegrare a făcut ca luteciul-176 să fie folosit ca emițător beta pur, folosind luteci care a fost expus la activarea neutronilor și în lutiți-hafniu datând până acum pe meteoriți . Izotopul sintetic lutetium-177 legat de octreotat (un analog al somatostatinei ), este utilizat experimental în terapia țintită cu radionuclizi pentru tumorile neuroendocrine . Într-adevăr, lutetium-177 vede o utilizare crescută ca radionuclid în terapia tumorală neuroendrocină și paliația durerii osoase. Cercetările indică faptul că ceasurile atomice lutetium-ion ar putea oferi o precizie mai mare decât orice ceas atomic existent.
Tantalatul de lutiu (LuTaO 4 ) este cel mai dens material alb cunoscut stabil (densitate 9,81 g / cm 3 ) și, prin urmare, este o gazdă ideală pentru fosforii cu raze X. Singurul material alb mai dens este dioxidul de toriu , cu densitate de 10 g / cm 3 , dar toriul pe care îl conține este radioactiv.
Precauții
La fel ca alte metale din pământurile rare, lutetiul este considerat a avea un grad scăzut de toxicitate, dar compușii săi trebuie tratați cu grijă, totuși: de exemplu, inhalarea fluorurii de lutetiu este periculoasă și compusul irită pielea. Azotatul de lutiu poate fi periculos deoarece poate exploda și arde după încălzire. Pulberea de oxid de lutiu este toxică și dacă este inhalată sau ingerată.
Similar cu celelalte metale din pământurile rare, lutetiul nu are un rol biologic cunoscut, dar se găsește chiar și la oameni, concentrându-se în oase și, într-o măsură mai mică, în ficat și rinichi. Se știe că sărurile de lutiu apar împreună cu alte săruri de lantanide din natură; elementul este cel mai puțin abundent din corpul uman dintre toate lantanidele. Dietele umane nu au fost monitorizate pentru conținutul de lutetiu, deci nu se știe cât de mult consumă media umană, dar estimările arată că cantitatea este de doar câteva micrograme pe an, toate provenind din cantități mici luate de plante. Sărurile solubile de lutetiu sunt ușor toxice, dar cele insolubile nu.
Vezi si
Note
Referințe