Лютеций

редактировать
Лютеций,  71 Лю
Лютеций сублимированный дендритный и 1 см3 куб.jpg
Лютеций
Произношение / LJ ¯u т я ʃ я ə м / ​ ( lew- тройник -shee-əm )
Появление серебристо-белый
Стандартный атомный вес A r, std (Lu) 174,9668 (1)
Лютеций в периодической таблице
Водород Гелий
Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон
Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон
Калий Кальций Скандий Титана Ванадий Хром Марганец Утюг Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон
Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебро Кадмий Индий Банка Сурьма Теллур Йод Ксенон
Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Меркурий (элемент) Таллий Вести Висмут Полоний Астатин Радон
Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Берклиум Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Бориум Калий Мейтнерий Дармштадтиум Рентгений Копернициум Нихоний Флеровий Московиум Ливерморий Tennessine Оганессон
Y ↑ Lu ↓ Lr
иттербий ← лютеций → гафний
Атомный номер ( Z) 71
Группа группа 3
Период период 6
Блокировать   d-блок
Электронная конфигурация [ Xe ] 4f 14 5d 1 6s 2
Электронов на оболочку 2, 8, 18, 32, 9, 2
Физические свойства
Фаза на  СТП твердый
Температура плавления 1925  К (1652 ° С, 3006 ° F)
Точка кипения 3675 К (3402 ° С, 6156 ° F)
Плотность (около  rt) 9,841 г / см 3
в жидком состоянии (при  т. пл.) 9,3 г / см 3
Теплота плавления ок. 22  кДж / моль
Теплота испарения 414 кДж / моль
Молярная теплоемкость 26,86 Дж / (моль К)
Давление газа
P  (Па) 1 10 100 1 к 10 тыс. 100 тыс.
при  T  (K) 1906 г. 2103 2346 (2653) (3072) (3663)
Атомные свойства
Состояния окисления 0, +1, +2, +3, (слабо основной оксид)
Электроотрицательность Шкала Полинга: 1,27
Энергии ионизации
Радиус атома эмпирический: 174  пм
Ковалентный радиус 187 ± 8 часов вечера
Цветные линии в спектральном диапазоне Спектральные линии лютеция
Прочие свойства
Естественное явление изначальный
Кристальная структура гексагональный плотноупакованный (hcp) Гексагональная плотноупакованная кристаллическая структура лютеция
Термическое расширение поли: 9,9 мкм / (м⋅K) (при комнатной температуре)
Теплопроводность 16,4 Вт / (м⋅K)
Удельное электрическое сопротивление поли: 582 нОм⋅м (при комнатной температуре)
Магнитный заказ парамагнитный
Модуль для младших 68,6 ГПа
Модуль сдвига 27,2 ГПа
Объемный модуль 47,6 ГПа
коэффициент Пуассона 0,261
Твердость по Виккерсу 755–1160 МПа
Твердость по Бринеллю 890–1300 МПа
Количество CAS 7439-94-3
История
Именование после Лютеции, латинское для: Париж, в римскую эпоху
Открытие Карл Ауэр фон Вельсбах и Жорж Урбен (1906)
Первая изоляция Карл Ауэр фон Вельсбах (1906)
Названный Жорж Урбен (1906)
Основные изотопы лютеция
Изотоп Избыток Период полураспада ( t 1/2) Режим распада Продукт
173 Лю син 1,37 года ε 173 Yb
174 Лю син 3.31 года ε 174 Yb
175 Лю 97,401% стабильный
176 Лю 2,599% 3,78 × 10 10  лет β - 176 Hf
Категория  Категория: Лютеций
  • Посмотреть
  • говорить
  • редактировать
| Рекомендации

Лютеций - это химический элемент с символом Lu и атомным номером 71. Это серебристо-белый металл, устойчивый к коррозии в сухом воздухе, но не во влажном. Лютеций - последний элемент в ряду лантанидов, и он традиционно считается одним из редкоземельных элементов. Лютеций обычно считается первым элементом переходных металлов 6-го периода теми, кто изучает этот вопрос, хотя по этому поводу есть некоторые споры.

Лютеций был независимо открыт в 1907 году французским ученым Жоржем Урбеном, австрийским минералогом бароном Карлом Ауэром фон Вельсбахом и американским химиком Чарльзом Джеймсом. Все эти исследователи обнаружили лютеций в качестве примеси в минерале иттербия, который ранее считался полностью состоящим из иттербия. Спор о приоритете открытия произошел вскоре после этого, когда Урбейн и Вельсбах обвиняли друг друга в публикации результатов под влиянием опубликованных исследований друг друга; честь присвоения имени досталась Урбену, так как он опубликовал свои результаты ранее. Он выбрал название лютеций для нового элемента, но в 1949 году написание было изменено на лютеций. В 1909 году приоритет был наконец предоставлен Урбену, и его имена были приняты в качестве официальных; однако название кассиопей (или позже кассиопий) для элемента 71, предложенное Вельсбахом, использовалось многими немецкими учеными до 1950-х годов.

Лютеций не является особенно распространенным элементом, хотя он значительно чаще встречается в земной коре, чем серебро. Он имеет несколько конкретных применений. Лютеций-176 - относительно распространенный (2,5%) радиоактивный изотоп с периодом полураспада около 38 миллиардов лет, используемый для определения возраста минералов и метеоритов. Лютеций обычно встречается в сочетании с иттрием и иногда используется в металлических сплавах и в качестве катализатора в различных химических реакциях. 177 Lu- DOTA-TATE используется для радионуклидной терапии (см. Ядерная медицина ) нейроэндокринных опухолей. Лютеций имеет самую высокую твердость по Бринеллю из всех лантаноидов - 890–1300 МПа.

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 Характеристики
    • 1.1 Физические свойства
    • 1.2 Химические свойства и соединения
    • 1.3 Изотопы
  • 2 История
  • 3 Возникновение и производство
  • 4 Приложения
  • 5 Меры предосторожности
  • 6 См. Также
  • 7 Примечания
  • 8 ссылки

Характеристики

Физические свойства

Атом лютеция имеет 71 электрон, расположенный в конфигурации [ Xe ] 4f 14 5d 1 6s 2. При вступлении в химическую реакцию атом теряет два своих внешних электрона и единственный 5d-электрон. Атом лютеция является самым маленьким среди атомов лантаноидов из-за сжатия лантаноидов, и в результате лютеций имеет самую высокую плотность, температуру плавления и твердость среди лантаноидов.

Химические свойства и соединения

См. Также: Категория: Соединения лютеция

Соединения лютеция всегда содержат элемент в степени окисления +3. Водные растворы большинства солей лютеция бесцветны и при сушке образуют белые кристаллические вещества, за исключением йодида. Растворимые соли, такие как нитрат, сульфат и ацетат, образуют гидраты при кристаллизации. Оксид, гидроксид, фторид, карбонат, фосфат и оксалата являются нерастворимыми в воде.

Металлический лютеций немного нестабилен на воздухе при стандартных условиях, но он легко горит при 150 ° C с образованием оксида лютеция. Известно, что полученное соединение поглощает воду и диоксид углерода, и его можно использовать для удаления паров этих соединений из замкнутой атмосферы. Аналогичные наблюдения были сделаны во время реакции лютеция с водой (медленной, когда холодно, и быстрой, когда горячей); В реакции образуется гидроксид лютеция. Металлический лютеций, как известно, реагирует с четырьмя легчайшими галогенами с образованием тригалогенидов ; все они (кроме фторида) растворимы в воде.

Лютеций легко растворяется в слабых кислотах и ​​разбавленной серной кислоте с образованием растворов, содержащих бесцветные ионы лютеция, которые координируются от семи до девяти молекул воды, в среднем [Lu (H 2O) 8,2] 3+.

2 Лю + 3 часа 2ТАК 4→ 2 Лю 3+ + 3 СО2- 4 + 3 часа 2↑

Изотопы

Основная статья: Изотопы лютеция

Лютеций встречается на Земле в виде двух изотопов: лютеция-175 и лютеция-176. Из этих двух стабильно только первое, что делает элемент моноизотопным. Последний, лютеций-176, распадается посредством бета-распада с периодом полураспада 3,78 × 10 10 лет; он составляет около 2,5% природного лютеция. На сегодняшний день охарактеризовано 32 синтетических радиоизотопа этого элемента с массой от 149,973 (лютеций-150) до 183,961 (лютеций-184); наиболее стабильными изотопами являются лютеций-174 с периодом полураспада 3,31 года и лютеций-173 с периодом полураспада 1,37 года. Все оставшиеся радиоактивные изотопы имеют период полураспада менее 9 дней, а у большинства из них период полураспада менее получаса. Изотопы легче, чем стабильный лютеций-175, распадаются за счет электронного захвата (с образованием изотопов иттербия ) с некоторым испусканием альфа- и позитронов ; более тяжелые изотопы распадаются главным образом посредством бета-распада с образованием изотопов гафния.

Элемент также имеет 42 ядерных изомера с массами 150, 151, 153–162, 166–180 (не каждому массовому числу соответствует только один изомер). Наиболее стабильными из них являются лютеций-177m с периодом полураспада 160,4 дня и лютеций-174m с периодом полураспада 142 дня; они больше, чем периоды полураспада основных состояний всех радиоактивных изотопов лютеция, кроме лютеция-173, 174 и 176.

История

Лютеций, производный от латинского Lutetia ( Париж ), был независимо открыт в 1907 году французским ученым Жоржем Урбеном, австрийским минералогом бароном Карлом Ауэром фон Вельсбахом и американским химиком Чарльзом Джеймсом. Они обнаружили его как примесь в иттербии, который, как считал швейцарский химик Жан Шарль Галиссар де Мариньяк, полностью состоит из иттербия. Ученые предложили разные названия для элементов: Урбен выбрал неойттербий и лютеций, а Вельсбах выбрал альдебаран и кассиопей (в честь Альдебарана и Кассиопеи ). Обе эти статьи обвиняли другого человека в публикации результатов, основанных на результатах автора.

Международная комиссия по атомному весу, который затем был ответствен за присвоение новых имен элементов, урегулировала спор в 1909 году путем предоставления приоритета Urbain и принятия его названия в качестве официальных единиц, основанного на том, что разделение лютеция от иттербия Мариньяка было впервые описан Урбеном; после того, как имена Урбена были признаны, неойттербий был преобразован в иттербий. До 1950-х годов некоторые немецкоязычные химики называли лютеций по имени Вельсбаха, cassiopeium ; в 1949 году написание элемента 71 было изменено на лютеций. Причина этого заключалась в том, что образцы лютеция 1907 года Вельсбаха были чистыми, тогда как образцы Урбена 1907 года содержали только следы лютеция. Позже это привело к тому, что Урбейн подумал, что он открыл элемент 72, который он назвал целцием, который на самом деле был очень чистым лютецием. Позже дискредитация работы Урбена над элементом 72 привела к переоценке работы Вельсбаха над элементом 71, так что на некоторое время этот элемент был переименован в кассиопей в немецкоязычных странах. Чарльз Джеймс, который не участвовал в аргументе приоритета, работал в гораздо большем масштабе и обладал самым большим запасом лютеция в то время. Чистый металлический лютеций был впервые произведен в 1953 году.

Возникновение и производство

Монацит

Лютеций, обнаруженный почти со всеми другими редкоземельными металлами, но никогда сам по себе, очень трудно отделить от других элементов. Его основным коммерческим источником является побочный продукт переработки редкоземельного фосфатного минерала монацита ( Ce, La,...) P O. 4, в котором концентрация элемента составляет всего 0,0001%, что ненамного превышает содержание лютеция в земной коре около 0,5 мг / кг. Минералы с преобладанием лютеция в настоящее время неизвестны. Основные районы добычи полезных ископаемых - Китай, США, Бразилия, Индия, Шри-Ланка и Австралия. Мировое производство лютеция (в виде оксида) составляет около 10 тонн в год. Чистый металлический лютеций приготовить очень сложно. Это один из самых редких и самых дорогих из редкоземельных металлов, его цена составляет около 10 000 долларов США за килограмм, что составляет около четверти цены золота.

Измельченные минералы обрабатывают горячей концентрированной серной кислотой для получения водорастворимых сульфатов редкоземельных элементов. Торий выпадает из раствора в виде гидроксида и удаляется. После этого раствор обрабатывают оксалатом аммония, чтобы преобразовать редкоземельные элементы в их нерастворимые оксалаты. Оксалаты превращаются в оксиды путем отжига. Оксиды растворяются в азотной кислоте, что исключает один из основных компонентов, церий, оксид которого не растворяется в HNO 3. Некоторые редкоземельные металлы, включая лютеций, разделяются в виде двойной соли с нитратом аммония путем кристаллизации. Лютеций отделяется ионным обменом. В этом процессе ионы редкоземельных элементов сорбируются на подходящей ионообменной смоле путем обмена с ионами водорода, аммония или двухвалентной меди, присутствующими в смоле. Затем соли лютеция выборочно вымываются подходящим комплексообразователем. Лютеций металла затем получают путем уменьшения безводного Lu Cl 3 или Lu F 3 с помощью или щелочного металла или щелочно - земельного металла.

2 Люкла 3 + 3 Ca → 2 Lu + 3 CaCl 2

Приложения

Из-за сложности производства и высокой цены лютеций имеет очень мало коммерческого использования, тем более что он встречается реже, чем большинство других лантаноидов, но химически не сильно отличается. Тем не менее, стабильная лютеция может быть использована в качестве катализаторов в нефти крекинга в нефтеперерабатывающих заводах, а также может быть использована в алкилировании, гидрогенизация и полимеризации приложениях.

Лютеций-алюминиевый гранат ( Al 5Лу 3О 12) был предложен для использования в качестве материала линз в иммерсионной литографии с высоким показателем преломления. Кроме того, небольшое количество лютеция добавляется в качестве присадки к гадолиниевому галлиевому гранату, который используется в устройствах с магнитной пузырьковой памятью. Оксиортосиликат лютеция, активированный церием, в настоящее время является предпочтительным соединением для детекторов в позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). Лютеций-алюминиевый гранат (LuAG) используется в качестве люминофора в светодиодных лампах.

Помимо стабильного лютеция, его радиоактивные изотопы имеют несколько специфических применений. Подходит полураспад и распад режим сделал лютеций-176, используемый в качестве чистых бета - излучателя, с использованием лютеция, который был подвергается воздействию нейтронной активации, а в лютеции-гафнии знакомстве на сегодняшний день метеоритов. Синтетический изотоп лютеций-177, связанный с октреотатом ( аналог соматостатина ), используется экспериментально в целевой радионуклидной терапии нейроэндокринных опухолей. Действительно, лютеций-177 все чаще используется в качестве радионуклида в терапии опухолей нейроэндроцином и для облегчения боли в костях. Исследования показывают, что атомные часы с ионами лютеция могут обеспечить большую точность, чем любые существующие атомные часы.

Танталат лютеция (LuTaO 4) является самым плотным из известных стабильных белых материалов (плотность 9,81 г / см 3) и поэтому является идеальным носителем для рентгеновских люминофоров. Единственный более плотный белый материал - это диоксид тория с плотностью 10 г / см 3, но содержащийся в нем торий радиоактивен.

Меры предосторожности

Как и другие редкоземельные металлы, лютеций считается обладающим низкой степенью токсичности, но, тем не менее, с его соединениями следует обращаться осторожно: например, вдыхание фторида лютеция опасно, и это соединение раздражает кожу. Нитрат лютеция может быть опасен, так как при нагревании может взорваться и загореться. Порошок оксида лютеция также токсичен при вдыхании или проглатывании.

Подобно другим редкоземельным металлам, лютеций не имеет известной биологической роли, но он обнаруживается даже у людей, концентрируясь в костях и, в меньшей степени, в печени и почках. Известно, что соли лютеция встречаются в природе вместе с другими солями лантанидов; этот элемент является наименее распространенным в организме человека из всех лантаноидов. В рационе человека не проводился мониторинг содержания лютеция, поэтому неизвестно, сколько в среднем человек принимает, но оценки показывают, что это количество составляет всего около нескольких микрограммов в год, и все это происходит из крошечных количеств, потребляемых растениями. Растворимые соли лютеция умеренно токсичны, а нерастворимые - нет.

Смотрите также

Заметки

Рекомендации

Последняя правка сделана 2023-03-19 07:35:42
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте