| Атомный номер | 71 |
| Внешний вид простого вещества | редкоземельный металл; твёрдый, плотный; цвет — серебристо-белый |
| Свойства атома | |
|
Атомная масса (молярная масса) |
174,967 а. е. м. ( /моль) |
| Радиус атома | 175 пм |
|
Энергия ионизации (первый электрон) |
513,0 (5,32) кДж/моль (эВ) |
| Электронная конфигурация | 4f 14 5d 1 6s 2 |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 156 пм |
| Радиус иона | (+3e) 85 пм |
|
Электроотрицательность (по Полингу) |
1,27 |
| Электродный потенциал | Lu←Lu 3+ -2,30 В |
| Степени окисления | 3 |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность | 9,8404 /см ³ |
| Молярная теплоёмкость | 26,5 Дж/( ·моль) |
| Теплопроводность | (16,4) Вт /( ·) |
| Температура плавления | 1936 |
| Теплота плавления | n/a кДж /моль |
| Температура кипения | 3668 |
| Теплота испарения | 414 кДж /моль |
| Молярный объём | 17,8 см ³/моль |
| Кристаллическая решётка простого вещества | |
| Структура решётки | гексагональная |
| Параметры решётки | 3,510 |
| Отношение c/a | 1,585 |
| Температура Дебая | n/a |
| Lu | 71 |
| 174,967 | |
| 4f 14 5d 1 6s 2 | |
Элемент открыли (в виде оксида) в 1907 независимо друг от друга французский химик Жорж Урбен, австрийский минералог Карл Ауэр фон Вельсбах и американский химик Чарльз Джеймс. Все они обнаружили лютеций в виде примеси к оксиду иттербия, который, в свою очередь, был открыт в 1878 как примесь к оксиду эрбия, который был выделен в 1843 из оксида иттрия, обнаруженного в 1797 в минерале гадолините. Все эти редкоземельные элементы имеют очень близкие химические свойства. Приоритет открытия принадлежит Урбену.
Название элемента его первооткрыватель Жорж Урбен произвёл от латинского названия Парижа — Lutetia Parisorum. Он предложил также название неоиттербий для иттербия (который, как было выяснено в результате разделения, являлся смесью двух элементов), которое, однако, было впоследствии отброшено. В 1914 название элемента было принято Международной комиссией по атомным весам в латинской форме Lutecium. В 1949 оно было изменено на Lutetium. Русское название не изменялось.
Фон Вельсбах предложил для лютеция название кассиопий (cassiopium) в честь созвездия, для иттербия — альдебараний (aldebaranium) в честь звезды Альдебаран. Однако, учитывая приоритет Урбена в разделении лютеция и иттербия, предложения фон Вельсбаха не были приняты. Тем не менее до начала 1960-х годов немецкие учёные употребляли в своих работах название кассиопий.
Отделение лютеция от других лантаноидов ведут методами экстракции, ионного обмена или дробной кристаллизацией.
Цена металлического лютеция чистотой >99,9% составляет 3.5-5.5 тыс. долл за 1 кг. Лютеций является самым дорогим из существующих в природе редкоземельных элементов, что обусловлено трудностью его выделения из смеси РЗЭ и ограниченностью использования.
Твёрдый блестящий металл, может быть прокатан в упругую фольгу. Лютеций является самым тяжёлым элементом среди лантаноидов как по атомному весу, так и по плотности (9,8404 г/см 3). Кроме того, температура плавления лютеция (1663°C) максимальна среди всех редкоземельных элементов. Благодаря эффекту лантаноидного сжатия, среди всех лантаноидов лютеций имеет наименьший радиус иона.
Очень медленно окисляется на воздухе, длительное время сохраняя блеск.
Бромид лютеция(III) (кристаллогидрат) имеет розовый цвет, хорошо растворим в воде.
С солями фтороводородной кислоты образует очень мало растворимый осадок фторида лютеция.
Со щелочами образует нерастворимый гидроксид.
Используется для генерации лазерного излучения на ионах лютеция. Скандат лютеция , галлат лютеция , алюминат лютеция , легированные гольмием и тулием , генерируют излучение с длиной волны 2,69 мкм , а ионами неодима 1,06 мкм, и являются превосходными материалами для производства мощных лазеров военного назначения и для медицины.
Сплавы для очень мощных постоянных магнитов систем лютеций-железо -алюминий и лютеций-железо-кремний обладают очень высокой магнитной энергией, стабильностью свойств и высокой точкой Кюри , но очень высокая стоимость лютеция ограничивает их применение только наиболее ответственными областями использования (специальные исследования, космос и др).
Некоторое применение находит хромит лютеция.
Оксид лютеция находит небольшое по объему применение в атомной технике как поглотитель нейтронов , а также в качестве В последние годы значительный интерес к лютецию обусловлен, например, тем, что при легировании лютецием ряда жаростойких материалов и сплавов на хромоникелевой основе резко возрастает их срок службы.метастабильные состояния (общим числом 18).
| Нуклид | Время полураспада | Форма распада |
|---|---|---|
| 150 Lu Лютеций-150 | 43 ms 5 |
p: 68.00 % ε: 32.00 % |
| 151 Lu Лютеций-151 | 80.6 ms 19 |
p: 63.40 % ε: 36.60 % |
| 152 Lu Лютеций-152 | 0.7 s 1 |
ε: 100.00 % εp: 15.00 |
| 153 Lu Лютеций-153 | 0.9 s 2 | α ≈ 70.00 % |
| 154 Lu Лютеций-154 | ≈ 2 s | (9+) |
| 155 Lu Лютеций-155 | 68 ms 1 | 1/2+ |
| 156 Lu Лютеций-156 | 494 ms 12 | 9+ |
| 157 Lu Лютеций-157 | 6.8 s 18 | (11/2-) |
| 158 Lu Лютеций-158 | 10.6 s 3 |
ε: 99.09 % α: 0.91 % |
| 159 Lu Лютеций-159 | 12.1 s 10 |
ε: 100.00 % α: 0.10 % |
| 160 Lu Лютеций-160 | 36.1 s 3 | |
| 161 Lu Лютеций-161 | 77 s 2 | (9/2-) |
| 162 Lu Лютеций-162 | 1.37 m 2 | |
| 163 Lu Лютеций-163 | 3.97 m 13 | ε: 100.00 % |
| 164 Lu Лютеций-164 | 3.14 m 3 | ε: 100.00 % |
| 165 Lu Лютеций-165 | 10.74 m 10 | ε: 100.00 % |
| 166 Lu Лютеций-166 | 2.65 m 10 | (3-) |
| 167 Lu Лютеций-167 | 51.5 m 10 | 1/2+ |
| 168 Lu Лютеций-168 | 5.5 m 1 | 3+ |
| 169 Lu Лютеций-169 | 34.06 h 5 | 1/2- |
| 170 Lu Лютеций-170 | 2.012 d 20 | (4)- |
| 171 Lu Лютеций-171 | 8.24 d 3 | 1/2- |
| 172 Lu Лютеций-172 | 6.70 d 3 | 1- |
| 173 Lu Лютеций-173 | 1.37 y 1 | ε: 100.00 % |
| 174 Lu Лютеций-174 | 3.31 y 5 | (6)- |
| 175 Lu Лютеций-175 | Стабильный | |
| 176 Lu Лютеций-176 | 3.76E+10 y 7 | β - : 100.00 % |
| 177 Lu Лютеций-177 | 6.6475 d 20 | 23/2- |
| 178 Lu Лютеций-178 | 28.4 m 2 | (9-) |
| 179 Lu Лютеций-179 | 4.59 h 6 | β - : 100.00 % |
| 180 Lu Лютеций-180 | 5.7 m 1 | β - : 100.00 % |
| 181 Lu Лютеций-181 | 3.5 m 3 | β - : 100.00 % |
| 182 Lu Лютеций-182 | 2.0 m 2 | β - : 100.00 % |
| 183 Lu Лютеций-183 | 58 s 4 | β - : 100.00 % |
| 184 Lu Лютеций-184 | 20 s 3 | β - : 100.00 % |
Открытие Лютеция было продолжением исследования минерала иттербита, которое уже к открытию около 10 химических элементов. В 1905 французский химик Жорж Урбэн установил, что выделенный из минерала оксид, считавшийся оксидом иттербия, представляет собой смесь, содержащий оксиды нескольких элементов. Для одного из новых элементов он предложил название Lutetium в честь древнего названия Парижа (Lutetia Parisorum).
Природный лютеций состоит из стабильного изотопа 175 Lu (97,41%) и долгоживущего бета-радиоактивного 176 Lu (2,59%, период полураспада 3,78·10 10 лет).
Лютеций - металл серебристо-белого цвета, легко поддаётся механической обработке. Благодаря эффекту лантаноидного сжатия среди всех лантаноидов лютеций имеет наименьшие атомный и ионный радиусы. Это обуславливает самые высокие значения плотности (9,8404 г/см 3) и температуры плавления лютеция (1663°С) среди лантаноидов.
При обычной температуре лютеций покрывается плотной оксидной пленкой, при нагревании сгорает в кислороде, взаимодействует с галогенами, серой, другими неметаллами. Реагирует с горячей водой с образованием гидроксида: 2Lu + 6H 2 O → 2Lu(OH) 3 + 3H 2 , и с кислотами с образованием солей лютеция(III).
Оксид лютеция Lu 2 O 3 и его гидроксид Lu(OH) 3 обладают слабоосновными свойствами.
Соли лютеция бесцветны, растворимые сульфат, хлорид, ацетат, нитрат, сильно гидролизованы, при выделении из растворов образуют кристаллогидраты (напр. Lu 2 (SO 4) 3 .8H 2 O).
Малорастворимы карбонат, фосфат, фторид лютеция LuF 3
Трудность получения и высокие цены ограничивают применение лютеция и его соединений. Тем не менее они находят применение при производстве лазерных материалов, детекторов в ядерной физике, сверхпроводящих керамик, и т.п.
Источники:
Лютеций // Википедия. URL.
Новая редкоземельная окись - лютеция - выделена Жоржем Урбеном в 1907 г. из иттербиевой земли, которая в 1878 г. выделена Мариньяком из эрбиевой земли, которая в 1843 г. выделена Мозандером из иттриевой земли, которая открыта Экебергом в 1797 г. в минерале гадолините .
Название нового элемента Урбен произвел от Lutetia - старинного, латинского названия столицы Франции Парижа (видимо, в противовес гольмию).
Приоритет Урбена оспаривал Ауэр фон Вельсбах, который открыл элемент № 71 несколькими месяцами позже и и назвал его кассиопеем. В 1914 г. Международная комиссия по атомным весам вынесла решение именовать элемент все-таки лютецием, но еще много лет в литературе, особенно немецкой, фигурировало название «Кассиопей».
- последний лантаноид, самый тяжелый (плотность 9,849 г/см 3), самый тугоплавкий (температура плавления 1700+50°С), самый, пожалуй, труднодоступный и один из самых дорогих: 12 тыс. рублей за килограмм - цена 1970 г....
Из соединений элемента № 71 выделяется, пожалуй, лишь его трифторид - как наименее тугоплавкое соединение из всех трифторидов редкоземельных элементов. Во- обще-то температурные характеристики галогенидов редко-земельных элементов изменяются закономерно, но характерно, что при «полегчании» аниона минимум температуры плавления все время смещается вправо по ряду лантаноидов. Самый легкоплавкий иодид - у празеодима , бромид - у самария , хлорид - у тербия и, наконец, фторид - у лютеция.
В полном соответствии с правилом лантаноидного сжатия атом лютеция имеет наименьший среди всех лантаноидов объем, а ион Lu 3+ - минимальный радиус, всего 0,99 А. По остальным же характеристикам и свойствам лютеций мало отличается от других лантаноидов
.
Природный лютеций состоит всего из двух изотопов - стабильного лютеция-175 (97,412%) и бета-активного лютеция-176 (2,588%) с периодом полураспада 20 млрд. лет. Так что за время существования нашей планеты количество лютеция слегка уменьшилось. Искусственным путем получены еще несколько радиоизотопов лютеция с периодами полураспада от 22 минут до 500 дней. Последний изотоп лютеция (нейтронно-дефицитный, с массовым числом 166) получен в 1968 г. в Дубне. Из других атомных разновидностей элемента № 71 некоторый интерес представляет изомер лютеция-176, который может быть исполь-зован для определения содержания лютеция в соединениях редкоземельных элементов методом активационного анализа. Получают лютеций-176 (изомер) из природного лютеция в нейтронных потоках ядерных реакторов. Период полураспада изомера во много раз меньше, чем у изотопа 176 Lu в основном состоянии; он равен всего 3,71 часа.
Практического значения элемент № 71 пока не имеет. Известно, однако, что добавка лютеция положительно влияет на свойства хрома. Не исключено, что по мере того как лютеций будет становиться доступнее, его удастся использовать как катализатор или как активатор люминофоров или в лазерах, одним словом, там, где успешно работают его «собратья» по лантаноидной «команде».
ЛЮТЕЦИЙ, Lu (лат. Lutetium; от латинского Lutetia Parisiorum или Lutetia — Лютеция , название главного города галльского племени паризиев, современный Париж * а. lutecium; н. Lutetium, Kassiopeium; ф. lutecium; и. lutecio), — химический элемент III группы периодической системы, атомный номер 71, атомная масса 174,967, относится к редкоземельным элементам (иттриевая подгруппа лантаноидов). Природный лютеций представлен двумя изотопами — 175 Lu (97,4%) и 176 Lu (2,6%); последний радиоактивен, претерпевая Я-распад, он превращается в стабильный изотоп 176 Hf, Т1/2=35,4 млрд. лет. Известно более 20 искусственных изотопов и ядерных изомеров лютеция. Открыт в 1907 Ж. Урбеном () и независимо от него К. Ауэром фон Вельсбахом () и Ч. Джеймсом ().
Лютеций — мягкий серебристо-белый металл с гексагональной плотноупакованной кристаллической решёткой (а = 0,35031 нм, с = 0,5509 нм), плотность 9840 кг/м3, t плавления около 1660°С, t кипения около 3410°С, теплоёмкость 26,5 Дж/(моль.К), удельное электрическое сопротивление 79.10 -4 (Ом.м), температурный коэффициент линейного расширения 12,5.10 К -1 , коэффициент Пуассона 0,233, легко поддаётся механической обработке. Для лютеция характерна степень окисления +3. На воздухе лютеций покрывается плотной устойчивой оксидной плёнкой, при нагревании до 400°С окисляется. При комнатной температуре реагирует с соляной, азотной, серной и ортофосфорной кислотами, при повышенных температурах (до 200°С) взаимодействует с водородом , бором , углеродом , азотом , серой . Оксид (сесквиоксид) Lu 2 О 3 получают термическим разложением нитрата, оксалата и других соединений лютеция выше 800°С; трифторид (LuF 3) — осаждением из водных растворов солей лютеция при действии фтористоводородной кислоты, может быть также получен взаимодействием Lu 2 О 3 с газообразным HF, F 2 или NH 4 HF 2 , термическим разложением фтораммонийных комплексов при 400-500°С и др.; гидроксид Lu(OH) 3 — обработкой водорастворимых солей лютеция щелочами. Среднее содержание лютеция в земной коре 8-10 -5 % по массе, в морской воде 1,2.10 -6 мг/л. Кислые горные породы содержат больше лютеция (1.10 -4 %), чем основные (6.10 -5 %) и осадочные (7.10 -5 %). Как и другие лантаноиды, лютеций присутствует в небольших количествах во многих минералах иттриевой подгруппы редкоземельных элементов ксенотим YPO 4 , иттриалит (Y, Th, U, Fe) 2 Si 2 О 7 , гадолинит Y 2 FeBe 2 Si 2 О 10 , самарскит (Y, Er) (Nb, Ta) 2 О 6 и др..
При переработке суммы редкоземельных элементов, выделенной из минералов, лютеций выделяется с фракцией тяжёлых редкоземельных элементов. Отделяют лютеций от других редкоземельных элементов методами экстракции и ионного обмена . Металлический лютеций получают кальциетермическим восстановлением LuF 3 . Применяют в качестве газопоглотителя в электровакуумных приборах; чистый лютеций — для исследовательских целей. Оксид лютеция — компонент жаропрочной керамики. Трифторид лютеция используют для получения фторидных лазерных материалов.
Относящийся к группе лантаноидов.
Элемент в виде оксида в 1907 году независимо друг от друга открыли французский химик Жорж Урбэн, австрийский минералог Карл Ауэр фон Вельсбах и американский химик Чарльз Джеймс. Все они обнаружили лютеций в виде примеси к оксиду иттербия, который, в свою очередь, был открыт в 1878 г. как примесь к оксиду эрбия, выделенному в 1843 г. из оксида иттрия, обнаруженного в 1797 г. в минерале гадолините. Все эти редкоземельные элементы имеют очень близкие химические свойства. Приоритет открытия принадлежит Ж. Урбэну.
Название элемента его первооткрыватель Жорж Урбен произвёл от латинского названия Парижа - Lutetia Parisorum. Для иттербия, от которого был отделён лютеций, было предложено название неоиттербий. Оспаривавший приоритет открытия элемента Фон Вельсбах предложил для лютеция название кассиопий (cassiopium), а для иттербия - альдебараний (aldebaranium) в честь созвездия Северного полушария и самой яркой звезды созвездия Тельца, соответственно. Учитывая приоритет Урбена в разделении лютеция и иттербия, в 1914 году Международная комиссия по атомным весам приняла название Lutecium, которое в 1949 г. было изменено на Lutetium (русское название не менялось). Тем не менее, до начала 1960-х годов в работах немецких учёных употреблялось название кассиопий.
Для получения лютеция производится его выделение из минералов вместе с другими тяжёлыми редкоземельными элементами. Отделение лютеция от других лантаноидов ведут методами экстракции, ионного обмена или дробной кристаллизацией, а металлический лютеций получается при восстановлении кальцием из фторида LuF 3 .
Физические свойства
Лютеций - металл серебристо-белого цвета, легко поддаётся механической обработке. Он является самым тяжёлым элементом среди лантаноидов как по атомному весу, так и по плотности (9,8404 г/см³). Температура плавления лютеция (1663 °C) максимальна среди всех редкоземельных элементов. Благодаря эффекту лантаноидного сжатия, среди всех лантаноидов лютеций имеет наименьшие атомный и ионный радиусы.
Химические свойства
При комнатной температуре на воздухе лютеций покрывается плотной оксидной плёнкой, при температуре 400 °C окисляется. При нагреве взаимодействует с галогенами, серой и другими неметаллами.
Лютеций реагирует с неорганическими кислотами с образованием солей. При упаривании водорастворимых солей лютеция (хлоридов, сульфатов, ацетатов, нитратов) образуются кристаллогидраты.
При взаимодействии водных растворов солей лютеция с фтороводородной кислотой образуется очень мало растворимый осадок фторида лютеция LuF 3 . Это же соединение можно получить при реакции оксида лютеция Lu 2 O 3 с газообразным фтороводородом или фтором.
Гидроксид лютеция образуется при гидролизе его водорастворимых солей.
