Лютеций

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
71 ИттербийЛютецийГафний
Lu

Lr
Водород Гелий Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Железо Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебро Кадмий Индий Олово Сурьма Теллур Иод 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 Ртуть Таллий Свинец Висмут Полоний Астат Радон Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Берклий Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Борий Хассий Мейтнерий Дармштадтий Рентгений Коперниций Унунтрий Флеровий Унунпентий Ливерморий Унунсептий УнуноктийПериодическая система элементов
71Lu
Hexagonal.svg
Electron shell 071 Lutetium.svg
Внешний вид простого вещества
Лютеций
Твёрдый, плотный, серебристо-белый металл
Свойства атома
Имя, символ, номер

Люте́ций / Lutetium (Lu), 71

Атомная масса
(молярная масса)

174,9668(1)[1] а. е. м. (г/моль)

Электронная конфигурация

[Xe] 4f14 5d1 6s2

Радиус атома

175 пм

Химические свойства
Ковалентный радиус

156 пм

Радиус иона

(+3e) 85 пм

Электроотрицательность

1,27 (шкала Полинга)

Электродный потенциал

Lu←Lu3+ -2,30 В

Степени окисления

3

Энергия ионизации
(первый электрон)

513,0 (5,32) кДж/моль (эВ)

Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)

9,8404 г/см³

Температура плавления

1936 K

Температура кипения

3668 K

Теплота испарения

414 кДж/моль

Молярная теплоёмкость

26,5[2] Дж/(K·моль)

Молярный объём

17,8 см³/моль

Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки

гексагональная

Параметры решётки

a=3,503 c=5,551[3]

Отношение c/a

1,585

Прочие характеристики
Теплопроводность

(300 K) (16,4) Вт/(м·К)

71
Лютеций
Lu
174,967
4f145d16s2

Лютеций — химический элемент, относящийся к группе лантаноидов.

История открытия[править | править исходный текст]

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.

Происхождение названия[править | править исходный текст]

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.

Получение[править | править исходный текст]

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 LuF3.

Цены[править | править исходный текст]

Цена металлического лютеция чистотой >99,9 % составляет 3,5—5,5 тыс. долларов за 1 кг[4]. Лютеций является самым дорогим из редкоземельных металлов[5], что обусловлено трудностью его выделения из смеси редкоземельных элементов и ограниченностью использования.

Свойства[править | править исходный текст]

Физические свойства[править | править исходный текст]

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[править | править исходный текст]

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 LuF3. Это же соединение можно получить при реакции оксида лютеция Lu2O3 с газообразным фтороводородом или фтором.

Гидроксид лютеция образуется при гидролизе его водорастворимых солей.


Аналитическое определение[править | править исходный текст]

Как и другие редкоземельные элементы, может быть определён фотометрически с реагентом ализариновый красный С.

Применение[править | править исходный текст]

Носители информации[править | править исходный текст]

Феррогранаты, допированные лютецием (например, гадолиний-галлиевый гранат, GGG), используются для производства носителей информации на ЦМД (цилиндрических магнитных доменах).

Лазерные материалы[править | править исходный текст]

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.

Магнитные материалы[править | править исходный текст]

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).

Жаропрочная проводящая керамика[править | править исходный текст]

Некоторое применение находит хромит лютеция.

Ядерная физика и энергетика[править | править исходный текст]

Оксид лютеция находит небольшое по объему применение в атомной технике как поглотитель нейтронов, а также в качестве активационного детектора. Монокристаллический силикат лютеция (LSO), допированный церием, является очень хорошим сцинтиллятором и в этом качестве используется для детектирования частиц в ядерной физике, физике элементарных частиц, ядерной медицине (в частности, в позитрон-эмиссионной томографии).

Высокотемпературная сверхпроводимость[править | править исходный текст]

Оксид лютеция применяется для регулирования свойств сверхпроводящих металлооксидных керамик.

Металлургия[править | править исходный текст]

Добавление лютеция к хрому и его сплавам придает лучшие механические характеристики и улучшает технологичность.

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.

Изотопы[править | править исходный текст]

Природный лютеций состоит из двух изотопов: стабильного 175Lu (изотопная распространённость 97,41 %) и долгоживущего бета-радиоактивного 176Lu (изотопная распространённость 2,59 %, период полураспада 3,78·1010 лет), который распадается в стабильный гафний-176. Радиоактивный 176Lu используется в одной из методик ядерной гео- и космохронологии (лютеций-гафниевое датирование). Известны также 32 искусственных радиоизотопа лютеция (от 150Lu до 184Lu), у некоторых из них обнаружены метастабильные состояния (общим числом 18).

Символ
нуклида
Z(p) N(n) Масса изотопа[6]
(а. е. м.)
Период
полураспада
[7]
(T1/2)
Спин и чётность
ядра[7]
Энергия возбуждения
150Lu 71 79 149,97323 43 мс 2+
151Lu 71 80 150,96758 80,6 мс 11/2-
152Lu 71 81 151,96412 650 мс 5-
153Lu 71 82 152,95877 900 мс 11/2-
154Lu 71 83 153,95752 1 с 2-
155Lu 71 84 154,954316 68,6 мс 11/2-
156Lu 71 85 155,95303 494 мс 2-
157Lu 71 86 156,950098 6,8 с 1/2+
158Lu 71 87 157,949313 10,6 с 2-
159Lu 71 88 158,94663 12,1 с 1/2+
160Lu 71 89 159,94603 36,1 с 2-
161Lu 71 90 160,94357 77 с 1/2+
162Lu 71 91 161,94328 1,37 мин 1-
163Lu 71 92 162,94118 3,97 мин 1/2+
164Lu 71 93 163,94134 3,14 мин 1-
165Lu 71 94 164,939407 10,74 мин 1/2+
166Lu 71 95 165,93986 2,65 мин 6-
167Lu 71 96 166,93827 51,5 мин 7/2+
168Lu 71 97 167,93874 5,5 мин 6-
169Lu 71 98 168,937651 34,06 ч 7/2+
170Lu 71 99 169,938475 2,012 сут 0+
171Lu 71 100 170,9379131 8,24 сут 7/2+
172Lu 71 101 171,939086 6,70 сут 4-
173Lu 71 102 172,9389306 1,37 лет 7/2+
174Lu 71 103 173,9403375 3,31 лет 1-
175Lu 71 104 174,9407718 стабилен 7/2+
176Lu 71 105 175,9426863 3,85·1010 лет 7-
177Lu 71 106 176,9437581 6,6475 d 7/2+
178Lu 71 107 177,945955 28,4 мин 1+
179Lu 71 108 178,947327 4,59 ч 7/2+
180Lu 71 109 179,94988 5,7 мин 5+
181Lu 71 110 180,95197 3,5 мин 7/2+
182Lu 71 111 181,95504 2,0 мин 1
183Lu 71 112 182,95757 58 с 7/2+
184Lu 71 113 183,96091 20 с 3+

Распространённость в природе[править | править исходный текст]

Содержание в земной коре 0,00008 % по массе. Содержание в морской воде 0,0000012 мг/л. Основные промышленные минералы — ксенотим, эвксенит, бастнезит.

Биологическая роль[править | править исходный текст]

Растворимые соли малотоксичны.

Примечания[править | править исходный текст]

  1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Т. 85. — № 5. — С. 1047-1078. — DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02
  2. Химическая энциклопедия: в 5-ти тт. / Редкол.:Кнунянц И. Л. (гл. ред.). — Москва: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2. — С. 619. — 671 с. — 100 000 экз.
  3. WebElements Periodic Table of the Elements | Lutetium | crystal structures
  4. Цены на лютеций
  5. Цены на соединения редкоземельных металлов
  6. Данные приведены по G. Audi, A.H. Wapstra, and C. Thibault (2003). «The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references.». Nuclear Physics A 729: 337—676. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003.
  7. 1 2 Данные приведены по G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot and A. H. Wapstra (2003). «The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties». Nuclear Physics A 729: 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.

Ссылки[править | править исходный текст]