Википедија

Лутецијум

хемијски елемент са атомским бројем 71
Lu преусмерава овде. За друге употребе погледајте страницу Lu (вишезначна одредница).

Лутецијум (Lu, лат. lutetium) је хемијски елемент из групе лантаноида са атомским бројем 71.[4][5] Име је добио од латинског назива за град Париз. Лутецијум је заступљен у земљиној кори у количини од 0,51 ppm. То је сребрнасто-светли метал, који је на сувом ваздуху отпоран на корозију, али не и у присуству влаге. Лутецијум се сматра првим елементом у 6. периоди прелазних метала или, у другим приликама, последњим елементом серије лантаноида. Традиционално се убраја у ретке земље.

Лутецијум
Општа својства
Име, симболлутецијум, Lu
Изгледсребрнасто бео
У периодноме систему
Водоник Хелијум
Литијум Берилијум Бор Угљеник Азот Кисеоник Флуор Неон
Натријум Магнезијум Алуминијум Силицијум Фосфор Сумпор Хлор Аргон
Калијум Калцијум Скандијум Титанијум Ванадијум Хром Манган Гвожђе Кобалт Никл Бакар Цинк Галијум Германијум Арсен Селен Бром Криптон
Рубидијум Стронцијум Итријум Цирконијум Ниобијум Молибден Технецијум Рутенијум Родијум Паладијум Сребро Кадмијум Индијум Калај Антимон Телур Јод Ксенон
Цезијум Баријум Лантан Церијум Празеодијум Неодијум Прометијум Самаријум Европијум Гадолинијум Тербијум Диспрозијум Холмијум Ербијум Тулијум Итербијум Лутецијум Хафнијум Тантал Волфрам Ренијум Осмијум Иридијум Платина Злато Жива Талијум Олово Бизмут Полонијум Астат Радон
Францијум Радијум Актинијум Торијум Протактинијум Уранијум Нептунијум Плутонијум Америцијум Киријум Берклијум Калифорнијум Ајнштајнијум Фермијум Мендељевијум Нобелијум Лоренцијум Радерфордијум Дубнијум Сиборгијум Боријум Хасијум Мајтнеријум Дармштатијум Рендгенијум Коперницијум Нихонијум Флеровијум Московијум Ливерморијум Тенесин Оганесон
–[н. 1]
↑
Lu
↓
Lr
итербијум ← лутецијум → хафнијум ‍
Атомски број (Z)71
Група, периодагрупа Н/Д (понекад се сматра да је у групи 3), периода 6
Блокf-блок (понека се сматра делом d-блока)
Категорија  лантаноид, понекад се сматра прелазним металом
Рел. ат. маса (Ar)174,9668(1)[2]
Ел. конфигурација
по љускама
2, 8, 18, 32, 9, 2
Физичка својства
Тачка топљења1925 K ​(1652 °‍C, ​3006 °F)
Тачка кључања3675 K ​(3402 °‍C, ​6156 °F)
Густина при с.т.9,841 g/cm3
течно ст., на т.т.9,3 g/cm3
Топлота фузијеca. 22 kJ/mol
Топлота испаравања414 kJ/mol
Мол. топл. капацитет26,86 J/(mol·K)
Напон паре
P (Pa) 100 101 102
на T (K) 1906 2103 2346
P (Pa) 103 104 105
на T (K) (2653) (3072) (3663)
Атомска својства
Електронегативност1,27
Енергије јонизације1: 523,5 kJ/mol
2: 1340 kJ/mol
3: 2022,3 kJ/mol
Атомски радијус174 pm
Ковалентни радијус187±8 pm
Линије боје у спектралном распону
Спектралне линије
Остало
Кристална структура ​збијена хексагонална (HCP)
Збијена хексагонална (HCP) кристална структура за лутецијум
Топл. ширењеполи: 9,9 µm/(m·K) (на с.т.)
Топл. водљивост16,4 W/(m·K)
Електроотпорностполи: 582 nΩ·m (на с.т.)
Магнетни распоредпарамагнетичан[3]
Јангов модул68,6 GPa
Модул смицања27,2 GPa
Модул стишљивости47,6 GPa
Поасонов коефицијент0,261
Викерсова тврдоћа755–1160 MPa
Бринелова тврдоћа890–1300 MPa
CAS број7439-94-3
Историја
Именовањепо лат. Lutetia-и, латински за: Париз, у римској ери
ОткрићеКарл Ауер и Жорж Ирбен (1906)
Прва изолацијаКарл Ауер (1906)
Именовање и епонимЖорж Ирбен (1906)
Главни изотопи
изотоп расп. пж. (t1/2) ТР ПР
173Lu syn 1,37 y ε 173Yb
174Lu syn 3,31 y ε 174Yb
175Lu 97,401% стабилни
176Lu 2,599% 3,78×1010 y β− 176Hf
референце • Википодаци

Лутецијум су независно један од другог 1907. открили француски научник Жорж Ирбен, аустријски минералог барон Карл Ауер и амерички хемичар Чарлс Џејмс. Сви су пронашли лутецијум као нечистоћу у минералу итербији, за који се претходно мислило да се у потпуности састоји од елемента итербијума. Препирка око првог открића уследила је врло брзо, након што су се Ирбен и фон Велсбах међусобно оптуживали да су објављени резултати послужили овом другом за објаву открића. Част за давање имена елементу припала је Ирбену, јер је он своје резултате објавио пре. Одабрао је име lutecium за нови елемент, али је 1949. промењено на лутецијум. Године 1909. напокон је част открића приписана Ирбену, а његов предлог имена усвојен. Међутим, назив касиопеијум (cassiopeium, kasnije cassiopium) који је предложио вон Велсбах је кориштено међу многим немачким научницима све до 1950-их.

Он није изразито раширен елемент, мада је знатно заступљенији од сребра у Земљиној кори. Употребљава се у врло мало апликација. Изотоп лутецијум-176 је релативно доста раширен (2,5%) радиоактивни изотоп чије време полураспада износи 38 милијарди година, а користан је у проценама старости метеорита. Лутецијум се често јавља повезан с другим елементима попут итријума, а понекад се користи у легурама с металима те као катализатор у разним хемијским реакцијама. 177Lu-DOTA-TATE се користи при радионуклидној терапији у нуклеарној медицини код лечења неуроендокриних тумора. Лутецијум има највишу тврдоћу по Бринелу од свих лантаноида од 890 до 1300 MPa.[6]

Историја

уреди

Назив лутецијум изведен је из латинског имена Lutetia (данашњи Париз). Елемент су открили 1907. године, независно један од другог, француски научник Жорж Ирбен, аустријски минералог барон Карл Ауер фон Велсбах и амерички хемичар Чарлс Џејмс.[7][8] Они су пронашли одређену „нечистоћу” у минералу итербији, за коју је швајцарски хемичар Жан Шарл Галисар де Марињак сматрао да се у потпуности састоји од елемента итербијума.[9] Научници су предложили различита имена за нови елемент: Ирбен је одабрао неоитербијум и лутецијум,[10] док је Велсбах одабрао алдебаранијум и касиопеијум (према звезди Алдебарану и сазвежђу Касиопеје).[11] Оба научника су се спорила тврдећи да је супарник објавио резултате на бази туђег рада.

Међународна комисија за атомске тежине, која је у то време имала надлежност за давање имена новим елементима, пресудила је 1909. у овом случају дајући приоритет Ирбену, те усвајајући његов предлог као званично име, правдајући се тиме што је Ирбен први дао тачан опис издвајања лутецијума из Марињаковог „итербијума”;[9] те је након доделе Ирбеновог имена, назив неоитербијум је враћен у итербијум. Готово до 1950-их година неки хемичари са немачког говорног подручја користили су Велсбахов назив касиопеијум за овај метал, а 1949. званични међународни назив уместо лутетијум пребачен је у лутецијум. Разлог тој промени је било што је Велсбахов узорак из 1907. био потпуно чист, док је Ирбенов узорак садржавао лутецијум само у малим количинама.[12] То је касније навело Ирбена да помисли да је открио елемент 72, а којем је дао назив келтијум, што је заправо био врло чисти лутецијум. Каснија дискредитација Ирбеновог рада на открићу елемента 72 довела је до поновног давања заслуга за откриће Велсбаху, те је елемент једно време носио име касиопеијум у немачком говорном подручју.[12] Чарлс Џејмс који је првобитно био на маргинама препирки, радио је у много већем обиму па је у то време поседовао изузетно велику количину лутецијума.[13] Потпуно чисти метални лутецијум добијен је тек 1953. године.[13]

Особине

уреди

Физичке

уреди

Атом лутецијума има 71 електрон, који су аранжирани у електронску конфигурацију [Xe] 4f145d16s2.[14] При ступању у хемијске реакције, он губи своја два електрона из спољне љуске и један 5d електрон. Атом лутецијума је најмањи по величини од свих атома лантаноида због њихове контракције,[15] а резултат тога је да он има највећу густину, највишу тачку топљења и највећу тврдоћу међу лантаноидима.[16]

Хемијске

уреди
 
Структура лутецијум(III)-хлорида

У свим једињењима, лутецијум се јавља у оксидационом стању +3. Водени раствори већине соли лутецијума су безбојни а након испаравања течности заостају беле кристалне чврсте материје. Једини изузетак међу њима је јодид лутецијума. Растворљиве соли, попут нитрата, сулфата и ацетата граде хидрате након кристализације. Оксид лутецијума, као и његов хидроксид, флуорид, карбонат, фосфат и оксалат су нерастворљиви у води.[17]

Метални лутецијум је донекле нестабилан када се изложи деловању ваздуха при стандардним условима, али при температури од 150 °C врло лако сагорева градећи лутецијум-оксид. Добијено једињење је познато по томе што апсорбује воду и угљен диоксид, те се може користити за уклањање водене паре из таквих једињења у затвореним посудама.[18] Слична опажања примећена су током реакција између лутецијума и воде (споре су у хладним, а врло брзе у топлим условима), у таквој реакцији настаје лутецијум-хидроксид.[19] Такође је познато да лутецијум као метал реагује са четири најлакша халогена градећи трихалиде, а сви су растворљиви у води осим флуорида. Лутецијум се врло лако раствара у слабим киселинама[18] и разблаженој сумпорној киселини градећи растворе који садрже безбојне јоне лутецијума, а који су координирани са седам до девет молекула воде, при чему је просек [Lu(H2O)8,2]3+.[20]

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

Изотопи

уреди

На Земљи, лутецијум се јавља у облику два изотопа: лутецијум-175 и лутецијум-176. Међу њима једино је 175Lu стабилан, што значи да је овај елемент моноизотопни. Изотоп 176Lu се распада преко бета распада са временом полураспада од око 3,78×1010 година. Овај изотоп сачињава 2,5% природне изотопске смесе елемента.[21] До данас, откривена су и описана 32 синтетичка радиоактивна изотопа, чије масе се крећу од 149,973 (лутецијум-150) до 183,961 (лутецијум-184). Међу њима најстабилнији је изотоп лутецијум-174 чије време полураспада износи 3,31 године, а следи лутецијум-173 са временом полураспада од 1,37 година.[21] Сви остали радиоактивни изотопи имају времена полураспада краћа од девет дана, а већина од њих распада се за мање од пола сата.[21] Изотопи лакши од стабилног 175Lu распадају се захватом електрона дајући изотопе итербијума, уз незнатну емисију алфа честица и позитрона, док се тежи изотопи претежно распадају бета распадом на изотопе хафнијума.[21]

Овај елемент има и 42 позната нуклеарна изомера чије су масе 150, 151, 153 до 162 те 166 до 180 (свака маса нужно не одговара искључиво само једном изомеру. Најстабилнији нуклеарни изомер је лутецијум-177m, чије време полураспада износи 160,4 дана а следи лутецијум-174m са 142 дана. Ово је дуже од времена полураспада свих радиоактивних изотопа у основном стању, осим лутецијумa-173, 174 i 176.[21]

Напомене

уреди
  1. ^ Спорно је да ли група 3 садржи лутецијум и лоренцијум, у том случају се итријум (Y) појављује изнад лутецијума, или ако садржи лантан и актинијум, у ком случају лутецијум нема лакши конгенер. IUPAC је покренуо пројекат 18. децембра 2015. године да би се препоручило који би то требао бити.[1]

Референце

уреди
  1. ^ IUPAC, 18 December 2015
  2. ^ Meija, J.; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265—291. doi:10.1515/pac-2015-0305. 
  3. ^ Lide, D. R., ур. (2005). „Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds”. CRC Handbook of Chemistry and Physics (PDF) (86th изд.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5. Архивирано из оригинала 03. 03. 2011. г. Приступљено 14. 01. 2021. 
  4. ^ Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga. 
  5. ^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. изд.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6. 
  6. ^ Samsonov, G. V., ур. (1968). „Mechanical Properties of the Elements”. Handbook of the physicochemical properties of the elements. New York, SAD: IFI-Plenum. ISBN 978-1-4684-6066-7. doi:10.1007/978-1-4684-6066-7_7. Архивирано из оригинала 2. 4. 2015. г. Приступљено 13. 4. 2017. 
  7. ^ James, C. (1907). „A new method for the separation of the yttrium earths”. Journal of the American Chemical Society. 29: 495—499. doi:10.1021/ja01958a010. 
  8. ^ „Separation of Rare Earth Elements by Charles James”. National Historic Chemical Landmarks. American Chemical Society. Приступљено 21. 2. 2014. 
  9. ^ а б Urbain G. (1907). „Un nouvel élément: le lutécium, résultant du dédoublement de l'ytterbium de Marignac”. Comptes rendus …. 145: 759—762. 
  10. ^ G. Urbain (1909). „Lutetium und Neoytterbium oder Cassiopeium und Aldebaranium -- Erwiderung auf den Artikel des Herrn Auer v. Welsbach.”. Monatshefte für Chemie. 31 (10): 1. doi:10.1007/BF01530262. 
  11. ^ Carl A. Welsbach (1908). „Die Zerlegung des Ytterbiums in seine Elemente” [Resolution of ytterbium into its elements]. Monatshefte für Chemie. 29 (2): 181—225, 191. doi:10.1007/BF01558944. 
  12. ^ а б Thyssen Pieter; Binnemans Koen (2011). „Accommodation of the Rare Earths in the Periodic Table: A Historical Analysis”. Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths. Amsterdam: Elsevier. стр. 63. ISBN 978-0-444-53590-0. OCLC 690920513. Приступљено 25. 4. 2013. 
  13. ^ а б John Emsley (2001). Nature's building blocks: an A-Z guide to the elements. Oxford University Press. стр. 240—242. ISBN 0-19-850341-5. 
  14. ^ N. N. Greenwood; A. Earnshaw (1999). Chemie der Elemente (1 изд.). Weinheim: VCH. стр. 1579. ISBN 3-527-26169-9. 
  15. ^ F. Albert Cotton; Geoffrey Wilkinson (1988), Advanced Inorganic Chemistry (5. изд.), New York: Wiley-Interscience, стр. 776, 955, ISBN 0-471-84997-9 
  16. ^ Parker Sybil P. (1984). Dictionary of Scientific and Technical Terms (3. изд.). New York: McGraw-Hill. 
  17. ^ Patnaik Pradyot (2003). Handbook of Inorganic Chemical Compounds. McGraw-Hill. стр. 510. ISBN 0-07-049439-8. Приступљено 6. 6. 2009. 
  18. ^ а б Krebs Robert E. (2006). The history and use of our earth's chemical elements: a reference guide. Greenwood Publishing Group. стр. 303–304. ISBN 0-313-33438-2. 
  19. ^ „Lutetium: reactions of elements”. Webelements. Приступљено 13. 4. 2017. 
  20. ^ Persson Ingmar (2010). „Hydrated metal ions in aqueous solution: How regular are their structures?”. Pure and Applied Chemistry. 82 (10): 1901—1917. ISSN 0033-4545. doi:10.1351/PAC-CON-09-10-22. 
  21. ^ а б в г д Audi Georges; Bersillon O.; Blachot J.; Wapstra A. H. (2003). „The NUBASE Evaluation of Nuclear and Decay Properties”. Nuclear Physics A. Atomic Mass Data Center. 729: 3—128. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. 

Спољашње везе

уреди
 
Лутецијум на Викимедијиној остави.
Преузето из „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Лутецијум&oldid=28363107”