lutécio - Lutetium


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Lutécio,   71 Lu
Lutécio dendrítica sublimado e cube.jpg 1cm3
Propriedades gerais
Pronúncia / Lj u t i ʃ i ə m / ( lew- T -shee-əm )
Aparência branco prateado
Peso atómico Padrão ( A r, padrão ) 174.9668 (1)
Lutécio na tabela periódica
hidrogênio Hélio
Lítio Berílio Boro Carbono Azoto Oxigênio Flúor Néon
Sódio Magnésio Alumínio Silício Fósforo Enxofre Cloro argão
Potássio Cálcio Escândio Titânio Vanádio crômio Manganês Ferro Cobalto Níquel Cobre Zinco Gálio Germânio Arsênico Selênio Bromo criptônio
Rubídio Estrôncio Ítrio Zircônio Nióbio Molibdênio tecnécio Rutênio Ródio Paládio Prata Cádmio Indium Lata antimônio Telúrio Iodo xênon
Césio Bário Lantânio Cério Praseodímio neodímio Promécio Samário európio gadolínio Térbio disprósio Holmium Erbium Túlio Itérbio lutécio Háfnio Tântalo Tungstênio rênio Ósmio Iridium Platina Ouro Mercúrio (elemento) Tálio Conduzir Bismuto Polônio Astatine radão
francium Rádio Actínio Tório Protactínio Urânio Neptúnio Plutônio amerício curandeiro Berkelium californium Einsteinium fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium dubnium seaborgium Bohrium hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium fleróvio Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
-

Lu

Lr
itérbiolutécioháfnio
Número atómico ( Z ) 71
Grupo grupo n / a
Período período de 6
Quadra f-bloco
categoria de elemento   lantanídeo , por vezes considerado um metal de transição
configuração eletrônica [ Xe ] 4f 14 5d 1 6s dois
Elétrons por shell
2, 8, 18, 32, 9, 2
Propriedades físicas
Fase em  STP sólido
Ponto de fusão 1925  K (1652 ° C, 3006 ° F)
Ponto de ebulição 3675 K (3402 ° C, 6156 ° F)
Densidade (perto  rt ) 9,841 g / cm 3
quando o líquido (no  pf ) 9,3 g / cm 3
Calor de fusão ca. 22  kJ / mol
Calor da vaporização 414 kJ / mol
capacidade térmica molar 26,86 J / (mol · K)
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 1, 2, 3 (a fracamente básico de óxido)
Eletro-negatividade escala Pauling: 1,27
energias de ionização
  • 1: 523,5 kJ / mol
  • 2: 1340 kJ / mol
  • 3: 2022,3 kJ / mol
Raio atômico empírica: 174  pm
raio covalente 187 ± 08:00
Linhas de cor em uma faixa espectral
Linhas espectrais de lutécio
outras propriedades
Estrutura de cristal hexagonal compacta-fim (HCP)
perto embalado estrutura cristalina hexagonal para lutécio
Expansão térmica poli: 9,9? M / (m-K) (em RT )
Condutividade térmica 16,4 W / (mK)
Resistividade elétrica poli: 582 Nco · m (em RT )
ordenamento magnético paramagnético
Módulo de Young 68,6 GPa
módulo de cisalhamento 27,2 GPa
módulo de volume 47,6 GPa
coeficiente de Poisson 0,261
dureza de Vickers 755-1160 MPa
dureza Brinell 890-1300 MPa
Número CAS 7439-94-3
História
Naming depois de Lutetia , Latin para: Paris, na época romana
Descoberta Carl Auer von Welsbach e Georges Urbain (1906)
primeiro isolamento Carl Auer von Welsbach (1906)
nomeado pela Georges Urbain (1906)
Principais isótopos de lutécio
Isótopo Abundância Meia-vida ( t 1/2 ) modo de decaimento produtos
173 Lu syn 1,37 y ε 173 Yb
174 Lu syn 3,31 y ε 174 Yb
175 Lu 97,401% estável
176 Lu 2.599% 3,78 × 10 10  y β - 176 Hf
| referências

Lutécio é um elemento químico com símbolo Lu e número atómico 71. É um branco prateado de metal , que resiste à corrosão em ar seco, mas não em ar húmido. Lutécio é o último elemento na lantanídeos série, e é tradicionalmente contado entre as terras raras . Lutécio é às vezes considerado o primeiro elemento do 6º período de metais de transição , apesar de lantânio é mais frequentemente considerado como tal.

Lutécio foi descoberto independentemente em 1907 pelo cientista francês Georges Urbain , mineralogista austríaco Baron Carl Auer von Welsbach e químico norte-americano Charles James . Todos esses pesquisadores descobriram 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 Welsbach acusando-se mutuamente de publicar resultados influenciados pela pesquisa publicada do outro; a honra de nomeação foi para Urbain, como ele havia publicado seus resultados mais cedo. Ele escolheu o lutecium nome 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 nome cassiopeium (ou posterior cassiopium ) para o elemento 71 proposto por Welsbach foi usada por muitos cientistas alemães até 1950.

Lutécio não é um elemento particularmente abundantes, embora seja significativamente mais comum do que a prata na crosta da Terra. Ele tem alguns usos específicos. Lutetium-176 é relativamente abundante (2,5%) isótopo radioactivo com uma semi-vida de cerca de 38000000000 anos, utilizado para determinar a idade de minerais e meteoritos . Lutécio geralmente ocorre em associação com o elemento de ítrio e é por vezes usado em metais ligas e como um catalisador em várias reacções químicas. 177 Lu- DOTA-TATE é utilizado para a terapia de radionuclidos (ver medicina nuclear ) em tumores neuroendócrinos. Lutécio tem a maior dureza Brinell de qualquer dos lantanídeos, em 890-1300 MPa .

Características

Propriedades físicas

Um átomo de lutécio tem 71 electrões, dispostas na configuração [ Xe ] 4f 14 5d 1 6s 2 . Ao entrar uma reacção química, o átomo perde seus dois electrões mais exteriores e a 5d-electrão único. 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 três. As soluções aquosas de sais de lutécio maioria são incolores e formar sólidos cristalinos brancos após a secagem, com a excepção comum do iodeto. Os sais solúveis, tais como nitrato, sulfato e acetato de formar 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 que arde facilmente a 150 ° C, para formar óxido de lutécio. O composto resultante é conhecida para absorver a água e dióxido de carbono , e podem ser usadas para remover vapores destes compostos a partir de atmosferas fechadas. Observações similares são feitas durante a reacção entre água e lutécio (lento quando frio e rápido quando quente); hidróxido de lutécio é formado na reacção. De metal lutécio é conhecido para reagir com os quatro halogéneos mais leves para formar tri halogenetos ; todos eles (com excepção do flúor) são solúveis em água.

Lutécio dissolve-se prontamente em ácidos fracos e diluir o ácido sulfúrico para formar soluções contendo os iões lutetium incolores, que são coordenados por entre sete e nove moléculas de água, sendo a média [Lu (H 2 O) 8,2 ] 3+ .

2 Lu + 3 H 2 SO 4 → 2 Lu 3+ + 3 SO 2
4
+ 3 H 2

isótopos

Lutécio ocorre na Terra na forma de dois isótopos: lutécio-175 e lutécio-176. Destes dois, apenas o primeiro é estável, fazendo com que o elemento monoisotopica . Este último, lutécio-176, decai via decaimento beta com uma meia-vida de 3,78 × 10 10 anos; ele torna-se cerca de 2,5% de 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 destes 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 demais radioativos isótopos com meias-vidas que são menos de 9 dias, ea maioria destes com meias-vidas que são menos de meia hora. Isótopos mais leve do que o decaimento estável lutécio-175 através de captura de electrões (para produzir isótopos de itérbio ), com algumas alfa e de emissão de positrão ; os isótopos mais pesados decadência principalmente via decaimento beta, produzindo isótopos de háfnio.

O elemento 42 tem também isómeros nucleares , com massas de 150, 151, 153-162, 166-180 (não cada número de massa corresponde a um único isómero). O mais estável deles são lutécio-177m, com uma meia-vida de 160.4 dias e lutécio-174m, com uma meia-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 independentemente descoberto em 1907 pelo cientista francês Georges Urbain , mineralogista austríaco Baron Carl Auer von Welsbach e químico norte-americano Charles James. Eles encontraram-lo como uma impureza no ytterbia , que foi pensado pelo químico suíço Jean Charles Galissard de Marignac consistir inteiramente de itérbio . Os cientistas propuseram nomes diferentes para os elementos: Urbain escolheu neoytterbium e lutecium , enquanto Welsbach escolheu aldebaranium e cassiopeium (após Aldebaran e Cassiopeia ). Ambos os artigos acusou o outro homem de publicar resultados com base na responsabilidade do autor.

A Comissão Internacional de pesos atômicos , que era então responsável pela atribuição de novos nomes de elementos, resolveu a disputa em 1909, concedendo prioridade à Urbain e adoção de seus nomes como os oficiais, com base no fato de que a separação de lutécio de itérbio de Marignac foi primeiro descrito por Urbain; depois de nomes de Urbain foram reconhecidos, neoytterbium foi revertido para itérbio. Até os anos 1950, alguns químicos de língua alemã chamado lutécio pelo nome, de Welsbach cassiopeium ; em 1949, a ortografia do elemento 71 foi alterado para lutécio. A razão para isso foi que 1907 amostras de lutécio de Welsbach tinha sido pura, enquanto que 1907 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 puro lutécio. O descrédito depois do trabalho de Urbain no elemento 72 levou a uma reavaliação da obra de Welsbach no elemento 71, de modo que o elemento foi renomeado para cassiopeium em países de língua alemã por algum tempo. Charles James, que ficou fora do argumento prioridade, trabalhou em uma escala muito maior e possuía a maior oferta de lutécio no momento. Lutécio de metal puro 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 se separar de outros elementos. A sua principal fonte comercial é como um sub-produto da transformação da terra rara fosfato mineral monazite ( Ce , La , ...) P ó 4 , que tem concentrações de 0,0001% única do elemento, não muito mais elevada do que a abundância de lutécio na crosta terrestre de cerca de 0,5 mg / kg. Não minerais lutécio-dominante são atualmente conhecidos. As principais áreas de mineração são China, Estados Unidos, Brasil, Índia, Sri Lanka e Austrália. A produção mundial de lutécio (na forma de óxido) é de cerca de 10 toneladas por ano. De metal lutécio puro é muito difícil de preparar. É um dos mais raros e mais caro dos metais de terras raras com o preço de cerca de US $ 10.000 por quilo, ou cerca de um quarto a de 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 componentes principais, de cério , cujas óxido é insolúvel em HNO 3 . Vários metais de terras raras, incluindo lutécio, estão separados, como um sal duplo com nitrato de amónio por meio de cristalização. Lutécio é separado por permuta iónica . Neste processo, os iões de terras raras está sorvido sobre resina de permuta iónica adequada, por troca com hidrogénio, de amónio ou iões cúpricos presentes na resina. Lutetium sais são, em seguida, lavou-se selectivamente por agente de complexação adequado. De metal lutécio é então obtido por redução de anidro Lu Cl 3 ou Lu F 3 por qualquer um de metal alcalino ou de metal alcalino-terroso .

2 LuCl 3 + 3 Ca → 2 Lu + 3 CaCl 2

aplicações

Por causa da dificuldade de produção e preço elevado, lutécio tem muito poucos usos comerciais, especialmente uma vez que é mais raro do que a maioria dos outros lantanídeos, mas não é quimicamente muito diferente. No entanto, lutécio estável podem ser usados como catalisadores em petróleo de craqueamento em refinarias e também pode ser utilizado em alquilação, hidrogenação , e polimerização de aplicações.

Granada alumínio lutécio (Al 5 Lu 3 O 12 ) tem sido proposto para uso como um material de lente de elevado índice de refracção litografia de imersão . Além disso, uma pequena quantidade de lutécio é adicionado como um contaminante para granada de gadolínio de gálio (GGG), que é usado na memória bolha magnéticos dispositivos. Dopado com cério lutécio oxyorthosilicate (LSO) é actualmente o composto preferido para detectores de tomografia de emissão de positrões (PET). Granada alumínio lutécio (LuAG) é utilizado como um fósforo em lâmpadas de luz LED.

Além de lutécio estável, seus isótopos radioactivos têm várias utilizações específicas. O modo de meia-vida e decaimento adequado feito lutécio-176 utilizado como um emissor beta puro, utilizando lutécio que tenha sido exposto a activação de neutrões , e em namoro lutécio-háfnio à data meteoritos . O isótopo sintético lutécio-177 ligado a Octreotato (uma somatostatina análogo), é usada experimentalmente no alvo radionuclídeo terapia para tumores neuroendócrinos . Com efeito, o lutécio-177 é ver utilização crescente como um radionuclídeo, na terapia de tumores neuroendrocine e alívio da dor óssea. A pesquisa indica que lutécio-íon relógios atômicos poderia proporcionar maior precisão do que qualquer relógio atômico existente.

Lutécio tantalato (LuTaO 4 ) é o material estável conhecida mais denso branco (densidade 9,81 g / cm 3 ) e, portanto, é um hospedeiro ideal para fósforos de raios-X. A única mais denso branco material é dióxido de tório , com densidade de 10 g / cm 3 , 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 podem explodir e queimar uma vez aquecida. Pó de óxido de lutécio é tóxico, bem como se inalados ou ingeridos.

Da mesma forma que os outros metais de terras raras, lutécio não tem conhecido papel biológico, mas é encontrado mesmo em seres humanos , concentrando-se nos ossos, e em menor grau no fígado e rins. Lutetium sais são conhecidos por ocorrer em conjunto com outros sais de lantaneo na natureza; o elemento é o menos abundante no corpo humano de todos os lantanídeos. Dietas humanos não foram monitorados por conteúdo lutécio, por isso não se sabe quanto o ser humano médio tem, mas estimativas mostram o valor é apenas cerca de vários microgramas por ano, todos provenientes de pequenas quantidades tomadas pelas plantas. Lutetium sais solúveis são ligeiramente tóxico, mas aqueles não são insolúveis.

Veja também

Referências