Lutécio

Lutécio
71 Lu
Y ↑ Lu ↓ Lr Tabela periódica itérbio ← lutécio → háfnio
Aparência
branco prateado
Propriedades gerais
Nome, símbolo, número	lutécio, Lu, 71
Pronúncia	/ lj u t Eu ʃ Eu ə m / TEE lew- -shee-əm
Categoria elemento	lantanídeos por vezes considerado um metal de transição
Grupo, período, bloco	n / D, 6, d
Peso atômico padrão	174.9668 (4)
Configuração eletrônica	[ Xe ] 6s 2 4f 14 5d 1 2, 8, 18, 32, 9, 2
História
Descoberta	Georges Urbain e Carl Auer von Welsbach (1906)
Primeiro isolamento	Carl Auer von Welsbach (1906)
Propriedades físicas
Fase	sólido
Densidade (perto RT)	9,841 g · cm -3
Líquido densidade no pf	9,3 g · cm -3
Ponto de fusão	1925 K , 1652 ° C, 3006 ° F
Ponto de ebulição	3675 K, 3402 ° C, 6156 ° F
Calor de fusão	ca. 22 kJ mol -1 ·
Calor de vaporização	414 kJ mol -1 ·
Capacidade calorífica molar	26.86 J · · mol -1 K -1
Pressão de vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k em T (K) 1906 2103 2346 (2653) (3072) (3663)
Propriedades atômicas
Estados de oxidação	3, 2, 1 (Fracamente óxido de base)
Eletronegatividade	1,27 (escala de Pauling)
Energias de ionização	1º: 523,5 kJ · mol -1
	Segunda: 1340 kJ mol -1 ·
	3: 2022,3 kJ · mol -1
Raio atômico	174 pm
O raio de covalência	187 ± 20:00
Miscelânea
A estrutura de cristal	hexagonal repleto de perto
Ordenamento magnético	paramagnético
Resistividade elétrica	( RT) (poli) 582 Nco · m
Condutividade térmica	16,4 W · m -1 · K -1
Expansão térmica	( RT) (poli) 9,9 uM / (mK)
O módulo de Young	68,6 GPa
Módulo de cisalhamento	27,2 GPa
Massa de módulo	47,6 GPa
Rácio de Poisson	0,261
Dureza de Vickers	1.160 MPa
Dureza Brinell	893 MPa
Número de registo CAS	7439-94-3
A maioria dos isótopos estáveis
Ver artigo principal: Isótopos de lutécio
iso N / D meia-vida DM DE ( MeV) DP 173 Lu syn 1,37 y ε 0,671 173 Yb 174 Lu syn 3.31 y ε 1.374 174 Yb 175 Lu 97,41% 175 Lu é estável com 104 nêutrons 176 Lu 2,59% 3,78 × 10 10 y β - 1.193 176 Hf

Lutécio é um elemento químico com o símbolo Lu e número atômico 71. É um branco prateado de metal resistente à corrosão em seco, mas não úmido, ar. É o último elemento da lantanídeo série, e tradicionalmente contado entre o terras raras.

Lutécio foi descoberto independentemente em 1907 pelo cientista francês Georges Urbain, mineralogista austríaco Barão Carl Auer von Welsbach e químico americano Charles James. Todos estes homens encontrado lutécio como uma impureza no mineral ytterbia, que foi previamente pensado para consistir inteiramente de itérbio. A disputa sobre a prioridade da descoberta ocorreu pouco depois, com Urbain e von Welsbach acusando-se mutuamente de publicar resultados influenciados pela pesquisa publicada do outro; a honra de nomeação foi para Urbain como ele publicou seus resultados mais cedo. Ele escolheu o nome lutecium para o novo elemento, mas em 1949 a ortografia do elemento 71 foi alterado para lutécio. Em 1909, a prioridade foi atribuída à Urbain e seus nomes foram adotados como os oficiais; no entanto, o cassiopeium nome (ou cassiopium posterior) para o elemento 71 proposto por von Welsbach foi usada por muitos cientistas alemães até 1950.

Lutécio não é um elemento particularmente abundante, embora significativamente mais comum do que a prata na crosta terrestre; ele tem alguns usos específicos. Lutécio-176 é relativamente abundante (2,5%) isótopo radioactivo com uma semi-vida de cerca de 38 bilião anos, e assim utilizado para determinar a idade de meteoritos. Lutécio geralmente ocorre em associação com o elemento de ítrio e é por vezes usado no metal ligas e como um catalisador de Lu- ¹⁷⁷ em várias reacções químicas. DOTA-TATE é usado para a terapia de radionuclídeo (veja A medicina nuclear) em tumores neuroendócrinos.

Características

Propriedades físicas

Um átomo lutécio tem 71 elétrons, organizados no configuração [ Xe ] 4f ¹⁴ 5d ¹ 6s ^2. Ao entrar em uma reação química, o átomo perde seus dois elétrons ultraperiféricas ea única 5d-eletrônica; isso é incomum desde reações dos outros lantanídeos invariavelmente envolvem elétrons f-shell. O átomo de lutécio é a menor entre os átomos de lantanídeos, devido à contracção dos lantanídeos, e como um resultado lutécio tem a mais alta densidade, ponto de fusão, e a dureza dos lantanídeos.

Propriedades químicas e compostos

Compostos de lutécio sempre conter o elemento no estado de oxidação +3. As soluções aquosas de sais de lutécio maioria são incolores e formar sólidos cristalinos brancos após a secagem, com a excepção do iodeto comum. Os sais solúveis, tais como nitrato, sulfato e acetato formam hidratos por cristalização. O óxido, hidróxido, fluoreto, carbonato, fosfato e oxalato são insolúveis em água.

Lutécio metal é ligeiramente instável em ar nas condições normais, mas queima prontamente a 150 ° C, para formar óxido de lutécio. O composto resultante é conhecido por adsorver água e dióxido de carbono , e pode ser usado para remover vapores destes compostos derivados de atmosferas fechadas. Observações semelhantes são feitas durante a reação entre lutécio e água (lento quando o frio e rápido quando quente); hidróxido de lutécio é formado na reacção. Lutécio metal é conhecido para reagir com os quatro halogéneos mais leves para formar tri halogenetos; todos eles (com excepção do flúor) são solúveis em água.

Lutetium dissolve prontamente em ácidos fracos e diluir o ácido sulfúrico para formar soluções contendo os iões lutetium incolores, que existem como uma [Lu _{(H2O) 9]} ³⁺ complexo:

Lu 2 + 3 H ₂ SO ₄ + 18 H ₂ O 2 → [Lu _{(H2O) 9]} ³⁺ + 3 SO 2-
4 + 3 H ₂ ↑

Isótopos

Lutécio ocorre na Terra em forma de dois isótopos: lutécio-175 e lutécio-176. Destes dois, apenas o primeiro é estável, fazendo com que o elemento monoisotópico. Este último, lutécio-176, decai via desintegração beta com uma semi-vida de 3,78 × ¹⁰ 10 anos; que representa cerca de 2,5% do lutécio natural. Até à data, 32 radioisótopos sintéticos do elemento foram caracterizados, variando em massa de 149,973 (lutécio-150) para 183,961 (lutécio-184); os mais estáveis tais isótopos são lutécio-174 com uma meia-vida de 3,31 anos, e lutécio-173 com uma meia-vida de 1,37 anos. Todos os restantes Os isótopos radioactivos têm semi-vidas de menos de 9 dias, e a maioria delas têm semi-vidas que são menos do que meia hora. Isótopos mais leve do que a decadência estável lutécio-175 via captura de elétrons (para produzir isótopos de itérbio ), com alguns alfa e Positron Emission); os isótopos mais pesados decaem principalmente via decaimento beta, produzindo isótopos de háfnio.

O elemento também tem 42 isômeros nucleares, com massas de 150, 151, 153-162, 166-180 (não todos os número de massa corresponde a apenas um isômero). A maioria deles são estáveis lutécio-177m, com meia-vida de 160,4 dias e lutécio-174m, com uma semi-vida de 142 dias; isso é mais do que meias-vidas dos estados fundamentais de todos os isótopos radioativos lutécio, com exceção apenas para o lutécio-173, 174, e 176.

História

Lutécio, derivado do latim Lutetia ( Paris ), foi de forma independente descoberto em 1907 pelo cientista francês Georges Urbain, mineralogista austríaco Barão Carl Auer von Welsbach e químico americano Charles James. Eles descobriram isso como uma impureza no ytterbia, que foi pensado pelo químico suíço Jean Charles Galissard de Marignac consistir inteiramente de itérbio . Os cientistas propuseram diferentes nomes para os elementos: Urbain escolheu neoytterbium e lutecium, enquanto Welsbach escolheu aldebaranium e cassiopeium. Ambos os artigos acusaram mutuamente de publicar resultados com base em outra parte.

A Comissão de massa atômica, que era então responsável pela atribuição de novos nomes de elementos, resolveu a disputa em 1909, concedendo prioridade ao Urbain e adotando seus nomes como os oficiais, com base no fato de que a separação de lutécio do itérbio de Marignac era primeiro descrito por Urbain; depois de nomes de Urbain foram reconhecidos, neoytterbium foi revertido para itérbio. Até a década de 1950, alguns químicos alemães chamado lutécio pelo nome cassiopeium de von Welsbach; em 1949, a ortografia do elemento 71 foi alterado para lutécio. No entanto, 1.907 amostras de Welsbach de lutécio tinha sido puro, enquanto 1.907 amostras de Urbain só continha vestígios de lutécio. Esta tarde enganado Urbain em pensar que ele havia descoberto elemento 72, que ele chamou de celtium , que foi realmente muito lutécio puro. Charles James, que ficou fora do argumento prioridade, trabalhou em uma escala muito maior e possuía a maior oferta de lutécio no momento. Lutécio puro metal foi produzido pela primeira vez em 1953.

Ocorrência e produção

Monazita

Encontrado com quase todos os outros metais de terras raras, mas nunca por si só, lutécio é muito difícil de separar de outros elementos. O principal minério comercialmente viável de lutécio é a terra rara fosfato mineral monazite: ( Ce , La , etc.) P ó ₄ que contém 0,0001% do elemento. A abundância de lutécio na crosta terrestre é apenas cerca de 0,5 mg / kg. As principais áreas de mineração são China , Estados Unidos , Brasil , Índia , Sri Lanka e Austrália . A produção mundial de lutécio (sob a forma de óxido) é de cerca de 10 toneladas por ano. Lutécio pura de metal é muito difícil de preparar. É um dos mais raros e mais caros dos metais de terras raras, com o preço de cerca de US $ 10.000 por quilo, ou cerca de um quarto do que ouro .

Minerais esmagadas são tratados com ácido sulfúrico concentrado quente de ácido sulfúrico para produzir sulfatos solúveis em água de terras raras. Tório precipita da solução como hidróxido e é removido. Depois que a solução é tratada com oxalato de amónio para converter terras raras nos seus oxalatos insolúveis. Os oxalatos são convertidos em óxidos por recozimento. Os óxidos são dissolvidos em ácido nítrico que exclui um dos principais componentes, de cério , cujas óxido é insolúvel em HNO _3. Vários metais de terras raras, incluindo lutécio, são separados como um sal duplo com de nitrato de amónio por meio de cristalização. Lutécio é separado por de permuta iónica. Neste processo, os iões de terras raras está sorvido sobre resina de permuta iónica adequada por permuta com hidrogénio, de amónio ou iões cúpricos presentes na resina. Lutetium sais são então lavados seletivamente pelo agente de complexação adequado. Lutécio de metal é então obtido por redução do anidro Lu Cl ₃ ou Lu F ₃ ou por um metal alcalino ou metal alcalino-terroso .

LucL 2 ₃ 3 + 2 Ca → Lu + 3 _CaCl2

Aplicações

Devido à raridade e preço elevado, lutécio tem muito poucos usos comerciais. No entanto, lutécio estável pode ser utilizada como catalisadores em petróleo craqueamento em refinarias e também pode ser utilizado em alquilação, hidrogenação , e aplicações de polimerização.

Lutécio granada de alumínio (Al ₅ O ₁₂ Lu ₃₎ tem sido proposto para ser utilizado como um material de lente de alta índice de refração litografia de imersão. Além disso, uma pequena quantidade de lutécio é adicionado como um dopante para gadolínio gálio granada (GGG), que é usado em dispositivos de memória de bolha magnética. Dopado com cério lutécio oxyorthosilicate (LSO) é atualmente o composto preferido para detectores em A tomografia por emissão de pósitrons (PET). Lutécio é utilizado como um fósforo em lâmpadas LED.

Além de lutécio estável, seus isótopos radioativos têm vários usos específicos. O modo de semi-vida e decaimento adequado feito lutécio-176 utilizado como um emissor beta puro, usando lutécio que tenha sido exposto a ativação de nêutrons, e em lutécio-háfnio namoro até à data meteoritos. O isótopo sintético lutécio-177 ligado a Octreotato (um somatostatina analógico), é usado experimentalmente em alvo terapia de radionuclídeo para tumores neuroendócrinos.

Lutécio tantalato (LuTaO ₄₎ é o mais denso material branco estável conhecida (densidade 9,81 g / cm ³⁾ e, portanto, é um hospedeiro ideal para fósforos de raios-X. O material mais denso é branco somente dióxido de tório, com densidade de 10 g / ^cm3, mas o tório que contém é radioactivo.

Precauções

À semelhança de outros metais de terras raras, lutécio é considerada como tendo um baixo grau de toxicidade, mas as suas compostos devem ser manuseados com cuidado, no entanto,: por exemplo, fluoreto de inalação lutécio é perigosa e o composto irrita a pele. Nitrato de lutécio pode ser perigoso, pois pode explodir e queimar uma vez aquecida. Pó de óxido de lutécio é tóxico, bem como se inalado ou ingerido.

Da mesma forma que outros grupo 3 e elementos lantanídeos, lutécio tem nenhum papel biológico conhecido, mas verifica-se mesmo em seres humanos , concentrando-se em ossos, e em menor grau no fígado e rins. Lutetium sais são conhecidos para ocorrer em conjunto com outros sais de lantanídeos na natureza; o elemento é o menos abundante no corpo humano de todos os lantanídeos. Dietas humanos não foram monitorados para o conteúdo lutécio, de modo que não se sabe o quanto o ser humano médio leva dentro, mas estimativas mostram a quantidade é apenas cerca de vários microgramas por ano, todos provenientes de pequenas quantidades tomadas pelas plantas. Sais solúveis lutécio são levemente tóxicas, mas aqueles não são insolúveis.