ლუტეციუმი

ლუტეციუმი^[1][2] (ლათ. Lutetium; ქიმიური სიმბოლო — ${\displaystyle {\ce {Lu}}}$) — ელემენტთა პერიოდული სისტემის მეექვსე პერიოდის, მესამე ჯგუფის (ძველი კლასიფიკაციით მესამე ჯგუფის თანაური ქვეჯგუფის, IIIბ) ქიმიური ელემენტი. განეკუთვნება ლანთანოიდების ოჯახს. ატომური ნომერია — 71, ატომური მასა — 174.97, t_დნ — 1652 °C, t_დუღ — 3402 °C, სიმკვრივე — 9.841 გ/სმ³. მოვერცხლისფრო-მოთეთრო ლითონი. აღმოაჩინა ფრანგმა ქიმიკოსმა ჟ. ურბენმა.

ლუტეციუმი

71Lu

174.97

4f14 5d1 6s2

ლუტეციუმი, ₇₁Lu

ზოგადი თვისებები
მარტივი ნივთიერების ვიზუალური აღწერა	მოვერცხლისფრო-მოთეთრო ლითონი
სტანდ. ატომური წონა Ar°(Lu)	174.9668±0.0001 174.97±0.01 (დამრგვალებული)
ლუტეციუმი პერიოდულ სისტემაში
წყალბადი ჰელიუმი ლითიუმი ბერილიუმი ბორი ნახშირბადი აზოტი ჟანგბადი ფთორი ნეონი ნატრიუმი მაგნიუმი ალუმინი სილიციუმი ფოსფორი გოგირდი ქლორი არგონი კალიუმი კალციუმი სკანდიუმი ტიტანი ვანადიუმი ქრომი მანგანუმი რკინა კობალტი ნიკელი სპილენძი თუთია გალიუმი გერმანიუმი დარიშხანი სელენი ბრომი კრიპტონი რუბიდიუმი სტრონციუმი იტრიუმი ცირკონიუმი ნიობიუმი მოლიბდენი ტექნეციუმი რუთენიუმი როდიუმი პალადიუმი ვერცხლი კადმიუმი ინდიუმი კალა სტიბიუმი ტელური იოდი ქსენონი ცეზიუმი ბარიუმი ლანთანი ცერიუმი პრაზეოდიმი ნეოდიმი პრომეთიუმი სამარიუმი ევროპიუმი გადოლინიუმი ტერბიუმი დისპროზიუმი ჰოლმიუმი ერბიუმი თულიუმი იტერბიუმი ლუტეციუმი ჰაფნიუმი ტანტალი ვოლფრამი რენიუმი ოსმიუმი ირიდიუმი პლატინა ოქრო ვერცხლისწყალი თალიუმი ტყვია ბისმუტი პოლონიუმი ასტატი რადონი ფრანციუმი რადიუმი აქტინიუმი თორიუმი პროტაქტინიუმი ურანი (ელემენტი) ნეპტუნიუმი პლუტონიუმი ამერიციუმი კიურიუმი ბერკელიუმი კალიფორნიუმი აინშტაინიუმი ფერმიუმი მენდელევიუმი ნობელიუმი ლოურენსიუმი რეზერფორდიუმი დუბნიუმი სიბორგიუმი ბორიუმი ჰასიუმი მეიტნერიუმი დარმშტადტიუმი რენტგენიუმი კოპერნიციუმი ნიჰონიუმი ფლეროვიუმი მოსკოვიუმი ლივერმორიუმი ტენესინი ოგანესონი Y ↑ Lu ↓ Lr იტერბიუმი ← ლუტეციუმი → ჰაფნიუმი
ატომური ნომერი (Z)	71
ჯგუფი	3
პერიოდი	6 პერიოდი
ბლოკი	d-ბლოკი
ელექტრონული კონფიგურაცია	[Xe] 4f14 5d1 6s2
ელექტრონი გარსზე	2, 8, 18, 32, 9, 2
ელემენტის ატომის სქემა
ფიზიკური თვისებები
აგრეგეგატული მდგომ. ნსპ-ში	მყარი სხეული
დნობის ტემპერატურა	1652 °C ​(1925 K, ​​3006 °F)
დუღილის ტემპერატურა	3402 °C ​(3675 K, ​6156 °F)
სიმკვრივე (ო.ტ.)	9.841 გ/სმ3
სიმკვრივე (ლ.წ.)	9.3 გ/სმ3
დნობის კუთ. სითბო	22 კჯ/მოლი
აორთქ. კუთ. სითბო	414 კჯ/მოლი
მოლური თბოტევადობა	26.86 ჯ/(მოლი·K)
ნაჯერი ორთქლის წნევა P (პა) 1 10 100 1 k 10 k 100 k T (K)-ზე 1906 2103 2346 (2653) (3072) (3663)
ატომის თვისებები
ჟანგვის ხარისხი	0, +1, +2, +3
ელექტროდული პოტენციალი
ელექტრო­უარყოფითობა	პოლინგის სკალა: 1.27
იონიზაციის ენერგია	1: 523.5 კჯ/მოლ 2: 1340 კჯ/მოლ 3: 2022.3 კჯ/მოლ
ატომის რადიუსი	ემპირიული: 174 პმ
კოვალენტური რადიუსი (rcov)	187±8 პმ
მოლური მოცულობა	18.7 სმ3/მოლი
ლუტეციუმის სპექტრალური ზოლები
სხვა თვისებები
ბუნებაში გვხვდება	პირველადი ნუკლიდების სახით
მესრის სტრუქტურა	ჰექსაგონალური
თერმული გაფართოება	9.9 µმ/(მ·K)
თბოგამტარობა	16.4 ვტ/(მ·K)
კუთრი წინაღობა	582 ნომ·მ
მაგნეტიზმი	პარამაგნეტიკი
იუნგას მოდული	68.6 გპა
წანაცვლების მოდული	27.2 გპა
დრეკადობის მოდული	47.6 გპა
პუასონის კოეფიციენტი	0.261
ვიკერსის მეთოდი	755–1160 მპა
ბრინელის მეთოდი	890–1300 მპა
CAS ნომერი	7439-94-3
ისტორია
სახელწოდება მომდინარეობს	გალების ტომების — პარიზიების — მთავარი ქალაქის სახელის მიხედვით
აღმომჩენია	კარლ აუერ ფონ ველსბახი და ჟორჟ ურბენი (1906)
პირველი მიმღებია	კარლ აუერ ფონ ველსბახი (1906)
სახელი დაარქვა	ჟორჟ ურბენი (1906)
ლუტეციუმის მთავარი იზოტოპები
იზო­ტოპი გავრცე­ლება­დობა ნახევ. დაშლა (t1/2) რადიო. დაშლა პრო­დუქტი 173Lu სინთ 7000137000000000000♠1.37 წ ε 173Yb 174Lu სინთ 7000331000000000000♠3.31 წ ε 174Yb 175Lu 97.401% სტაბილური 176Lu 2.599% 7010378000000000000♠3.78×1010 წ β− 176Hf 177Lu სინთ 7000665000000000000♠6.65 დღ-ღ β− 177Hf
ლუტეციუმი ვიკისაწყობში •

აღმოჩენის ისტორია

ელემენტი ოქსიდის სახით 1907 წელს ერთმანეთისაგან დამოუკიდებლად აღმოაჩინეს ფრანგმა ფიზიკოსმა ჟორჟ ურბენმა, ავსტრიელმა მინერალოგმა კარლ ფონ ველსბახმა და ამერიკელმა ქიმიკოსმა ჩარზ ჯეიმზმა. ყველამ ლუთიციუმი იტერბიუმის ოქსიდის მინარევის სახით აღმოაჩინა, რომელიც, თავის მხრივ, აღმოჩენილი იქნა 1878 წ. როგორც ერბიუმის ოქსიდის მინარევი, რომელიც თავის მხრივ გამოყოფილი იყო 1843 წ. იტრიუმის ოქსიდიდან (აღმოჩენილი 1797 წ. მინერალში გადოლინიტში). ყველა ამ იშვიათმიწა ელემენტებს აქვს ძალიან მსგავსი ქიმიური თვისებები. აღმოჩენის პრიორიტეტი ეკუთვნის ჟ. ურბენუს.

სახელწოდების წარმომავლობა

ელემენტის სახელწოდება ჟორჟ ურბანმა აწარმოა პარიზის ლათინური სახელიდან პარიზი — Lutetia Parisorum. იტერბიუმის გულისათვის რომლისგანაც იქნა ლუტეციუმი გამოყოფილი შეთავაზებული იქნა სახელი ნეოიტერბიუმი. აღმოჩენის პრიორიტეტის შედავებისას ფონ ველსბახმა წამოაყენა სახელწოდება კასიოპიუმი (cassiopium), ხოლო იტერბიუმისათვის — ალდებარანიუმი (aldebaranium) ჩრდილოეთ ნახევარსფეროს თანავარსკვლავედის და კუროს თანავარსკვლავედის ყველაზე კაშკაშა ვარსკვლავის ალდებარანის პატივსაცემად, შესაბამისად. ურბენის პრიორიტეტის გათვალისწინებით ლუტეციუმისა და იტერბიუმის გაყოფისას, 1914 წელს ატომური მასების საერთაშორისო კომისიამ მიიღო სახელწოდება Lutecium, რომელიც 1949 წ. შეცვლილი იქნა Lutetium (ქართული შესატყვისი არ შეცვლილა). მით უმეტეს, 1960 წლამდე გერმანელი მეცნიერების ნამუშევრებში გამოყენებურია სახელწოდება კასიოპიუმი.

მიღება

ლუტეციუმის მისაღებად მას გამოყოფენ მინერალებიდან სხვა მძიმე იშვიათმიწა ელემენტებთან ერთად. სხვა ლანთანოიდებიდან ლუტეციუმის გამოყოფა ექსტრაქციის მეთოდით ხდება, იონური მიმაცვლით ან კრისტალიზაციით, ხოლო ლითონური ლუტეციუმი მიიღება LuF₃ ფტორიდის აღდგენით კალციუმით.

ღირებულება

>99,9 %-იანი სიწმინდის ლითონური ლუტეციუმის ფასი შეადგენს 3,5—5,5 ათას დოლარს 1 კგ-ზე^[3]. ლუტეციუმი წარმოადგენს ყველაზე ძვირ ელემენტს იშვიათმიწა ლითონებს შორის^[4], რაც განპირობებულია მისი იშვიათმიწა ელემენტების ნარევებიდან გამოყოფის სიძნელეებით და შეზღუდული გამოყენებით.

თვისებები

ფიზიკური თვისებები

ლუტეციუმი — არის მოვერცხლისფრო თეთრი ფერის ლითონი რომელიც ადვილად ექვემდებარება მექანიკურ დამუშავებას. ის ლანთანოიდებს შორის ყველაზე მძიმე ელემენტია როგორც ატომური მასით, ისე სიმკვრივით (9,8404 გრ/სმ³). ლუტეციუმის დნობის ტემპერატურა (1663 °C) მაქსიმალურია ყველა იშვიათმიწა ელემენტებს შორის. ლანთანოიდური შეკუმშვის ეფექტის გამო, ყველა ლანთანოიდებს შორის ლუტეციუმს აქვს ყველაზე პატარა ატომური და იონური რადიუსები.

ქიმიური თვისებები

ოთახის ტემპერატურაზე ლუტეციუმი ჰაერზე იფარება მკვრივი ოქსიდის ფენით, 400 °C ტემპერატურისას იჟანგება. გახურებისას ურთიერთქმედებს ჰალოგენებთან, გოგირდთან და სხვა არალითონებთან.

ლუტეციუმი რეაგირებს არაორგანულ მჟავეებთან მარილების წარმოქმნით. ლუტეციუმის წყალხსნადი მარილების (ქლორიდები, სულფატები, აცეტატები, ნიტრატები) აორთქლებისას წარმოიქმნებიან კრისტალოჰიდრატები.

ლუტეციუმის მარილების წყალხსნარების ურთიერთქმედებით ფთორწყალბადმჟავასთან წარმოიქმნება ძალიან მცირედ ხსნადი ლუტეციუმის ფთორიდის LuF₃ ნალექი. იგივე ნაერთი შეიძლება მივიღოთ ლუტეციუმის ოქსიდისა Lu₂O₃ და აიროვანი ფთორწყალბადის ან ფთორის ურთიერთქმედებით.

ლუტეციუმის ჰიდროქსიდი წარმოიქმნება მისი წყალხსნადი მარილების ჰიდროლიზის დროს.

ანალიტიკური განსაზღვრა

როგორც სხვა იშვიათმიწა ელემენტები, შეიძლება განსაზღვრული იქნას ფოტომეტრულად.

გამოყენება

ინფორმაციის მატარებლები

ლუტეციუმით დოპირებული ფეროძოწები (მაგალითად, გადოლინიუმ-გალიუმიან ძოწი, GGG), გამოიყენება ინფორმაციის მატარებლების წარმოებაში (ცილინდრულ მაგნიტურ დომენებზე).

ლაზერული მასალები

გამოიყენება ლაზერული გამოსხივების გენერაციისათვის ლუტეციუმის იონებზე. ჰოლმიუმით და თულიუმით ლეგირებული ლუტეციუმის სკანდატი, ლუტეციუმის გალატი, ლუტეციუმის ალუმინატი, აგენერირებს გამოსხივებას ტალღის სიგრძით 2,69 მკმ, ხოლო ნეოდიმის იონებით 1,06 მკმ, და წარმოადგენს ბრწყინვალე მასალას სამხედრო დანიშნულების და მედიცინის მძლავრი ლაზერების დასამზადებლად.

მაგნიტური მასალები

ლუტეციუმ-რკინა-ალუმინი და ლუტეციუმ-რკინა-სილიციუმი სისტემების ძალიან მძლავრი მუდმივი მაგნიტების შენადნობები ფლობენ ძალიან მაღალ მაგნუტურ ენერგიას, თვისებების სტაბილურობას და მაღალ კიურის წერტილს, მაგრამ ლუტეციუმის ძალიან მაღალი ღირებულების გამო მისი გამოყენება ხდება მხოლოდ ძალიან მნიშვნელოვან სფეროებში (სპეციალური კვლევები, კოსმოსი და სხვა).

ცეცხლმედეგი გამტარი კერამიკა

ამ სფეროში გამოყენებას ჰპოვებს ლუტეციუმის ქრომიტი.

ბირთვული ფიზიკა და ბირთვული ენერგეტიკა

ლუტეციუმის ოქსიდი ყველაზე დიდ გამოყენების პოვებს ატომურ ტექნიკაში, როგორც ნეიტრონების მშთანთქმელი, ასევე როგორც ნეიტრონაქტივაციური დეტექტორი. ცერიუმით დოპირებული მონოკრისტალური ლუტეციუმის სილიკატი (LSO), წარმოადგენს ძალიან კარგ სცინტილატორს და ამ ხარისხში გამოიყენება ბირთვულ ფიზიკაში, ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკაში, ბირთვულ მედიცინაში (კერძოდ კი პოზიტრონ-ემისიური ტომოგრაფიაში) ნაწილაკების დეტექტირებისათვის.

მაღალტემპერატურული ზეგამტარობა

ლუტეციუმის ოქსიდი გამოიყენება ზეგამტარი ლითონოქსიდური კერამიკის თვისებების რეგულირებისათვის.

მეტალურგია

ქრომზე და მის შენადნობებზე ლუტეციუმის დამატება იძლევა უკეთეს მექანიკურ მახასიათებლებს და აუმჯობესებს ტექნოლოგიურობას.

ბოლო წლებში ლუტეციუმის მიმართ გაზრდილი ინტერესი განპირობებულია, იმით რომ რიგი ქრომნიკელის საფუძველის ცეცხლმედეგი მასალების და შენადნობების ლუტეციუმით ლეგირება მკვეთრად ზრდის მათი გამოყენების ხანგრძლივობას.

იზოტოპები

ბუნებრივი ლუტეციუმი შედგება ორი იზოტოპისაგან: სტაბილური ¹⁷⁵Lu (იზოტოპური გავრცობადობა 97,41 %) და ხანგრძლივარსებადი ბეტა-რადიოაქტიური ¹⁷⁶Lu (იზოტოპური გავრცობადობა 2,59 %, ნახევარდაშლის პერიოდი 3,78×10¹⁰ წ.), რომელიც იშლება სტაბილურ ჰაფნიუმ-176-მდე. რადიოაქტიური ¹⁷⁶Lu გამოიყენება ბირთვული გეო- და კოსმოქრონოლოგიის ერთ-ერთ მეთოდიკაში (ლუტეციუმ-ჰაფნიუმის დატირება). ასევე ცნობილია ლუტეციუმის 32 ხელოვნური რადიოიზოტოპი (¹⁵⁰Lu-დან ¹⁸⁴Lu-მდე), ზოგიერთ მათდგანს აღმოაჩნდა მეტასტაბილური მდგომარეობა (საერთო რიცხვით 18).

იზოტოპების ცხრილი

ნუკლიდი	ნახევარდაშლის პერიოდი	დაშლის ფორმა	სპინი და ბირთვის ჯერადობა
150Lu ლუტეციუმ-150	43(5) მწმ	p : 68.00 % ε : 32.00 %
151Lu ლუტეციუმ-151	80.6(19) მწმ	p : 63.40 % ε : 36.60 %
152Lu ლუტეციუმ-152	650(70) მწმ	ε : 100.00 % εp : 15.00
153Lu ლუტეციუმ-153	0.9(2) წმ	α ≈ 70.00 %
154Lu ლუტეციუმ-154	≈ 2 წმ		(9+)
155Lu ლუტეციუმ-155	68(1) მწმ		1/2+
156Lu ლუტეციუმ-156	494(12) მწმ		9+
157Lu ლუტეციუმ-157	6.8(18) წმ		(11/2-)
158Lu ლუტეციუმ-158	10.6(3) წმ	ε : 99.09 % α : 0.91 %
159Lu ლუტეციუმ-159	12.1(10) წმ	ε : 100.00 % α : 0.10 %
160Lu ლუტეციუმ-160	36.1(3) წმ
161Lu ლუტეციუმ-161	77(2) წმ		(9/2-)
162Lu ლუტეციუმ-162	1.37(2) წთ
163Lu ლუტეციუმ-163	3.97(13) წთ	ε : 100.00 %
164Lu ლუტეციუმ-164	3.14(3) წთ	ε : 100.00 %
165Lu ლუტეციუმ-165	10.74(10) წთ	ε : 100.00 %
166Lu ლუტეციუმ-166	2.65(10) წთ		(3-)
167Lu ლუტეციუმ-167	51.5(10) წთ		1/2+
168Lu ლუტეციუმ-168	5.5(1) წთ		3+
169Lu ლუტეციუმ-169	34.06(5) სთ		1/2-
170Lu ლუტეციუმ-170	2.012(20) დღ		(4)-
171Lu ლუტეციუმ-171	8.24(3) დღ		1/2-
172Lu ლუტეციუმ-172	6.70(3) დღ		1-
173Lu ლუტეციუმ-173	1.37(1) წ.	ε : 100.00 %
174Lu ლუტეციუმ-174	3.31(5) წ.		(6)-
175Lu ლუტეციუმ-175	სტაბილური
176Lu ლუტეციუმ-176	3.76(7)×1010 წ.	β− : 100.00 %
177Lu ლუტეციუმ-177	6.6475(20) დღ		23/2-
178Lu ლუტეციუმ-178	28.4(2) წთ		(9-)
179Lu ლუტეციუმ-179	4.59(6) სთ	β− : 100.00 %
180Lu ლუტეციუმ-180	5.7(1) წთ	β− : 100.00 %
181Lu ლუტეციუმ-181	3.5(3) წთ	β− : 100.00 %
182Lu ლუტეციუმ-182	2.0(2) წთ	β− : 100.00 %
183Lu ლუტეციუმ-183	58(4) წმ	β− : 100.00 %
184Lu ლუტეციუმ-184	20(3) წმ	β− : 100.00 %

ბუნებაში გავრცობადობა

ლუტეციუმის შემცველობა დედამიწის ქერქში შეადგენს მასის მიხედვით მიახლოებით 0,00008 %. ზღვის წკალში 0,0000012 მგრ/ლ. ძირითადი სამრეწველო მინერალებია — ქსენოტიმი, ევქსენიტი, ბასტნეზიტი.

ბმულები

• ლუტეციუმი Webelements-ზე
• ლუტეციუმი ქიმიური ელემენტების პოპულარულ ბიბლიოთეკაში
• http://elm.e-science.ru/Lu დაარქივებული 2010-12-15 საიტზე Wayback Machine.