Лютецій

Лютецій (англ. lutecium, нім. Lutetium n, Kassiopeium n) — хімічний елемент, проста речовина — лютецій. Символ Lu, атомний номер 71. Сріблясто-білий, ковкий та пластичний рідкісноземельний метал. Останній елемент групи лантаноїдів, належить до ітриєвої підгрупи. Зустрічається в природі тільки у зв'язаній формі. Поміж лантаноїдів, через лантаноїдне стиснення, атоми лютецію мають найменший атомний радіус, а елемент лютецій найвищі значення температур плавлення та кипіння.

Лютецій (Lu)
Атомний номер	71
Зовнішній вигляд простої речовини	Рідкоземельний метал. Твердий, щільний. Колір — сріблясто-білий.
Властивості атома
Атомна маса (молярна маса)	174,967 а.о.м. (г/моль)
Радіус атома	175 пм
Енергія іонізації (перший електрон)	513,0(5,32) кДж/моль (еВ)
Електронна конфігурація	[Xe] 4f14 5d1 6s2
Хімічні властивості
Ковалентний радіус	156 пм
Радіус іона	(+3e) 85 пм
Електронегативність (за Полінгом)	1,27
Електродний потенціал	Lu←Lu3+ -2,30В
Ступені окиснення	3
Термодинамічні властивості
Густина	9,8404 г/см³
Молярна теплоємність	0,155 Дж/(К·моль)
Теплопровідність	(16,4) Вт/(м·К)
Температура плавлення	1936 К
Теплота плавлення	n/a кДж/моль
Температура кипіння	3668 К
Теплота випаровування	414 кДж/моль
Молярний об'єм	17,8 см³/моль
Кристалічна ґратка
Структура ґратки	гексагональна
Період ґратки	3,510 Å
Відношення с/а	1,585
Температура Дебая	n/a К
Інші властовості
Критична точка	н/д
H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og * La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu ** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Лютецій у Вікісховищі

Хімічно активний. Електронна конфігурація [Xe]4f¹⁴6s²5d¹; період 6, група 3, f-блок (лантаноїд). Утворює лантаноїдні сполуки в ступені окиснення +3.

Густина 9,84 г/см³; t_плав 1660 °C, t_кип 3410 °C. На повітрі лютецій покривається щільною стійкою оксидною плівкою, при нагріванні до 400 °C окиснюється. Кристалічна ґратка гексагональна.

Відомо понад 50 штучних ізотопів і ядерних ізомерів лютецію.

Кларк лютецію в земній корі 0,8 г/т. Як і інші лантаноїди, лютецій присутній у невеликих кількостях у багатьох мінералах ітрієвої підгрупи рідкісноземельних елементів (ксенотим, ітріаліт, гадолініт, самарськіт та ін.).

Історія

Відкритий у 1907 р. трьома науковцями незалежно один від одного: К. фон Вельсбахом, Ж.Урбаном та Ч. Джеймсом^[1].

Вперше металічний лютецій отримано у 1953 році^[2]

Назва походить від латинської назви кельтського поселення Лютеція (лат. Lutetia, чи лат. Lutetia Parisiorum), яке надалі переросло в Париж. До початку 1960 років також використовувалась назва касіопій (cassiopium) — запропонована Вельсбахом, хоча з 1914 року офіційно прийнята назва елементу — Lutecium, а з 1949 — Lutetium.

Хімічні властивості

Лютецій на повітрі повільно покривається плівкою оксиду, а при температурі вище 200 °C активно реагує (горить) з киснем повітря з утворенням оксиду лютецію (ІІІ) :

4 Lu + 3 O₂ → 2 Lu₂O₃

Повільно реагує з водою, однак реакція пришвидшується при нагріванні з утворенням гідроксиду, та виділенням водню:

2 Lu + 6 H₂O → 2 Lu(OH)₃ + 3 H₂↑

Лютецій реагує з галогенами:

2 Lu + 3 F₂ → 2 LuF₃ [сіль білого кольору ]

2 Lu + 3 Cl₂ → 2 LuCl₃ [сіль білого кольору]

2 Lu + 3 Br₂ → 2 LuBr₃ [сіль білого кольору ]

2 Lu + 3 I₂ → 2 LuI₃ [сіль коричневого кольору ]

Lu реагує з розбавленою сульфатною кислотою з утворенням безбарвного Lu(III) іону (існує як [Lu(OH₂)₉]³⁺ аквакомплекс) та виділенням водню

2 Lu + 3 H₂SO₄ → 2 Lu³⁺ + 3 SO²⁻
₄ + 3 H₂↑

Ізотопи

Природний лютецій складається з двох різних ізотопів. З них один стабільний, а ще один має надзвичайно довгий період розпаду.

Масове число	Частка у природному лютеції	Період напіврозпаду
175	97,401 %	∞
176	2,599 %	3,76×1010 років

Загалом відомо 58 ізотопів лютецію з масовими числами від 150 до 184, 23 з яких — метастабільні. З нестабільних ізотопів, що не зустрічаються в природі, найбільші періоди напіврозпаду мають Lu¹⁷⁴ (3,3 року) і Lu¹⁷³ (1,3 року)^[3].

Поширення та отримання

Як і інші лантаноїди, лютецій присутній у невеликих кількостях у багатьох мінералах ітрієвої підгрупи рідкісноземельних елементів (ксенотим, ітріаліт, гадолініт, самарськіт та ін.). Добувається переважно разом з іншими рідкоземельними металами з монацитових пісків, рідше з бастнезиту. Вміст лютецію у монациті становить близько 0,003 %^[4].

Лютецій є найменш розповсюдженим з лантаноїдів елементом (якщо не враховувати радіоактивний прометій), що є результатом збігу дії двох емпіричних правил: загальної тенденції на зменшення розповсюдженності елементів при зростанні їх атомного номера, а також правила Оддо-Харкінса, згідно з яким елементи з непарним атомним номером зустрічаються рідше, ніж елементи з парним.

Для виділення лютецію використовують методи іонообмінної хроматографії^[5], селективної комплексації, екстракції розчинниками^[en][6].

Чистий лютецій отримують відновлюючи його з фториду кальцієм. Після цього фторид кальцію легко звітрюється при нагріванні, а рештки кальцію видаляються при вакуумній плавці.

Радіоактивний ізотоп лютецій-177 отримують з іттербію-176 або лютецію-176, опромінюючи його нейтронами у реакторах^[7].

Використання

Лютецій використовується як каталізатор у реакціях крекінгу, алкілювання, гідрогенізації і полімеризації^[4].

Радіоактивний ізотоп лютецій-177 використовується для терапії раку^[8].

Лютецій використовується у детекторах для позитрон-емісійної томографії^[9].

Існують перспективні розробки комп'ютерної пам'яті на основі гадолінієво-галієвих гранатів (GGG), допованих лютецієм^[10].

Див. також

• Лантаноїди

Література

• Глосарій термінів з хімії // Й. Опейда, О. Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Донецьк : Вебер, 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0
• Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2007. — Т. 2 : Л — Р. — 670 с. — ISBN 57740-0828-2.

Посилання

https://www.webelements.com/lutetium/chemistry.html [Архівовано 18 січня 2021 у Wayback Machine.]

Примітки

1. Dr. E. Pilgrim: Entdeckung der Elemente, Mundus Verlag, Stuttgart 1950. (нім.)
2. Emsley, John (2001). Nature's building blocks: an A-Z guide to the elements. Oxford University Press. с. 240—242. ISBN 0-19-850341-5.
3. Isotopes of the Element Lutetium [Архівовано 12 травня 2021 у Wayback Machine.](англ.)
4. Lutetium [Архівовано 19 жовтня 2020 у Wayback Machine.](англ.)
5. Heavy Rare Earths Separation by Ion Exchange [Архівовано 27 лютого 2021 у Wayback Machine.](англ.)
6. Lutetium: isolation [Архівовано 24 жовтня 2011 у Wayback Machine.](англ.)
7. Production of Lutetium-177: Process Aspects(англ.)
8. Lutetium 177 PSMA radionuclide therapy for men with prostate cancer: a review of the current literature and discussion of practical aspects of therapy(англ.)
9. Positron emission tomography: An overview [Архівовано 24 березня 2022 у Wayback Machine.](англ.)
10. Global lutetium market(англ.)