Лутеций

химичен елемент с атомен номер 71

Лутеций е химичен елемент от периодичната система със символ Lu и атомен номер 71. Елементът е лантанид и се причислява към групата на редкоземните елементи. Един от радиоактивните му изотопи, 176Lu, се използва в ядрените технологии за определяне на възрастта на метеорити. Среща се заедно с елемента итрий и понякога се използва в метални сплави, като катализатор при различни химични реакции.

Лутеций
Лутеций – сребристо-бял метал
Сребристо-бял метал
Спектрални линии на лутеций
ИтербийЛутецийХафний


Lu

Lr
Периодична система
Общи данни
Име, символ, Z Лутеций, Lu, 71
Група, период, блок –, 6f
Химическа серия лантанид
Електронна конфигурация [Xe] 4f14 5d1 6s2
e- на енергийно ниво 2, 8, 18, 32, 9, 2
CAS номер 7439-94-3
Свойства на атома
Атомна маса 174,9668 u
Атомен радиус (изч.) 175 (217) pm
Ковалентен радиус 187±8 pm
Степен на окисление 3, 2, 1
Оксид Lu2O3 (слабо основен)
Електроотрицателност
(Скала на Полинг)
1,27
Йонизационна енергия I: 523,5 kJ/mol
II: 1340 kJ/mol
III: 2022,3 kJ/mol
IV: 4370 kJ/mol
(още)
Физични свойства
Агрегатно състояние твърдо вещество
Кристална структура шестоъгълна плътноопакована
Плътност 9841 kg/m3
Температура на топене 1925 K (1652 °C)
Температура на кипене 3675 K (3402 °C)
Моларен обем 17,77×10-6 m3/mol
Специф. топлина на топене ≈22 kJ/mol
Специф. топлина на изпарение 414 kJ/mol
Налягане на парата
P (Pa) 1 10 102 103 104 105
T (K) 1906 2103 2346 2653 3072 3663
Специф. топл. капацитет 154 J/(kg·K)
Специф. електропроводимост 1,8×106 S/m при 25 °C
Специф. ел. съпротивление 0,582 Ω.mm2/m при 25 °C
Топлопроводимост 16,4 W/(m·K)
Магнетизъм парамагнитен
Модул на еластичност 68,6 GPa
Модул на срязване 27,2 GPa
Модул на свиваемост 47,6 GPa
Коефициент на Поасон 0,261
Твърдост по Моос 2,6
Твърдост по Викерс 755 – 1160 MPa
Твърдост по Бринел 890 – 1300 MPa
История
Наименуван на Лутеция, римското име на Париж
Откритие Карл Ауер и
Жорж Урбен
(1906 г.)
Най-дълготрайни изотопи
Изотоп ИР ПП ТР ПР
173Lu синт. 1,37 г. ε 173Yb
174Lu синт. 3,31 г. ε 174Yb
175Lu 97,401 % стабилен
176Lu 2,599 % 3,78×1010 г. β- 176Hf

ОткриванеРедактиране

Лутецият е последният открит лантаноид, Неговото откритие е направено от френския химик Жорж Юрбен през 1907 г.[1] Той нарича елемента лутеций от „Лутеция“ – древното латинско име на родния му град Париж (Lutecia Parisorum). Няколко месеца по-късно австрийският химик Карл Ауер фон Велсбах съобщава за откритието на 71-вия елемент и му дава названието „касиопея“, на името на съзвездието Касиопея.[1] Независимо от тях, по същото време, американският химик Чарлс Джеймс получава лутециев оксид с висока чистота. И тримата използват итербий, за да отделят от него новия оксид. Фон Велсбах оспорва приоритета на Юрбен и до 1950 г. в немскоговорещите страни 71-вият елемент се нарича касиопиум със знак Cp. През 1949 г. Международната комисия по атомните тегла обявява официално названието на елемента лутеций и знак Lu.[1]

РазпространениеРедактиране

Лутецият е един от най-редките редкоземни елементи и се среща в минералите ксинотим и евксенит.[1] Намира се и в минерала моназит, където съдържанието му е около 0,003% и се извлича като страничен продукт. Лутецият е намерен и в продуктите на ядреното делене на тежките ядра.

Физични свойстваРедактиране

Металният лутеций кристализира в хексагонална плътно опакована система. Той е сребристосив и относително устойчив на въздух. Има най-висока точка на топене (1663 °C) и кипене (3393 °C), плътност и е най-твърдият от всички редкоземни метали.[1] Атомното му тегло е 174,967 u.

ИзотопиРедактиране

Природният лутеций има само два стабилни изотопа – 175Lu и 176Lu. Получени са изкуствено и са изучени 33 радиоактивни изотопа. 18 изотопа имат по един изомер, а 4 имат по два изотопа.[1]

Химични свойстваРедактиране

Лутецият проявява само трета валентност и неговият йон Lu3+ има най-малък радиус от всички лантаниди – 0,850 Å, следвайки правилото за „лантанидното свиване“. Електронната структура на лутеция е KLM4s24p64d104f145s25p65d16s2 – не се прибавя електрон към 4f-поднивото, а електронът отива в 5d-поднивото, което се среща само при някой от лантаноидите.

СъединенияРедактиране

Лутецият образува флуорид, хлорид, бромид, йодид, оксид, сулфид и нитрид. От интерметалните съединения е известен лутециево-алуминиев гранат (Al5Lu3O12), от който могат да се правят лещи с висок пречупващ показател за литографията.

ПолучаванеРедактиране

Чист лутеций се получава трудно, поради което е и един от най-рядко използваните и най-скъпите редкоземни метали.[1] За отделянето му от другите редкоземни метали се използват йонообменни технологии, а металът се получава чрез терморедукция на безводни халогениди (LuCl3 или LuF3) с алкални или алкалоземни метали:[1]

 .

ПриложениеРедактиране

Лутеций-177m се включва в хормон, който се прилага в радиотерапия на нервноендокринни тумори.

Поради дългия живот на 176Lu, той се използва за датиране на възрастта на съдържащи го метеорити.[1]

Малки количества лутеций се добавят към гадолиниево-галиев гранат (GGG), който се използва в дублиращи магнитни памети. В петролната промишленост лутецият се използва като катализатор. Има и приложение в някои светодиоди.[1]

ИзточнициРедактиране

  1. а б в г д е ж з и к Лефтеров, Димитър. Химичните елементи и техните изотопи. София, Академично издателство „Проф. Марин Дринов“, 2015. ISBN 978-954-322-831-7. с. 374 – 375.