Лютеций (Lu)
ЛантаноидТвердое вещество
Стандартная относительная атомная масса
174,9668 uЭлектронная конфигурация
[Xe] 6s2 4f14 5d1Температура плавления
1662,85 °CТемпература кипения
3401,85 °CПлотность
9840 kg/m³Степени окисления
0, +1, +2, +3Электроотрицательность (по Полингу)
1,27Энергия ионизации (1-я)
5,425871 eVГод открытия
1907Атомный радиус
175 pmПодробные сведения
Лютеций — плотный серебристый лантаноид и последний элемент 4f-ряда. В химии он почти исключительно трёхвалентен, причём в Lu³⁺ имеется заполненная 4f-оболочка и относительно малый ионный радиус по сравнению с другими лантаноидами. Он встречается вместе с редкоземельными элементами в минералах, таких как монацит и ксенотим, но является одним из наименее распространённых лантаноидов. Его основная технологическая ценность связана со специализированными сцинтилляторами, катализаторами и медицинскими радиоизотопами, а не с массовым конструкционным применением.
Лютеций содержится в очень малых количествах почти во всех минералах, содержащих иттрий, и присутствует в монаците в количестве около 0.003%, что является коммерческим источником. Чистый металл был выделен лишь в последние годы и является одним из наиболее трудных для получения. Его можно получить восстановлением безводных LuCl3 или LuF3 щелочным или щелочноземельным металлом. Металл серебристо-белый и относительно устойчив на воздухе. 176Lu встречается в природе (2.6%) наряду с 175Lu (97.4%). Он радиоактивен с периодом полураспада около 3 x 1010 лет.
Название происходит от Lutetia, древнего названия города Парижа. Открытие лютеция приписывается французскому химику Жоржу Урбену в 1907 году, хотя ранее он был выделен независимо австрийским химиком Карлом Ауэром (бароном фон Вельсбахом) из образца иттербия.
Фон Вельсбах назвал элемент кассиопием в честь созвездия Кассиопея. Однако, поскольку Урбен опубликовал свои результаты раньше Ауэра, его название для элемента было принято IUPAC в 1949 году.
Минерал гадолинит ((Ce, La, Nd, Y)2FeBe2Si2O10), обнаруженный в карьере возле города Иттербю, Швеция, стал источником большого числа редкоземельных элементов. В 1843 году Карл Густав Мосандер, шведский химик, смог разделить гадолинит на три вещества, которые он назвал иттрией, эрбией и тербией. Как и следовало ожидать, учитывая сходство их названий и свойств, ученые вскоре начали путать эрбию и тербию, и к 1877 году поменяли их названия местами. То, что Мосандер называл эрбией, теперь называется тербией, и наоборот. В 1878 году Жан Шарль Галисар де Мариньяк, швейцарский химик, обнаружил, что сама эрбия состоит из двух компонентов. Один компонент Мариньяк назвал иттербией, тогда как другой сохранил название эрбия. Мариньяк считал, что иттербия является соединением нового элемента, который он назвал иттербием. Другие химики получали иттербий и изучали его, пытаясь определить некоторые его свойства. К сожалению, разные ученые получали разные результаты в одних и тех же экспериментах. Хотя некоторые ученые считали, что эти несогласующиеся результаты были вызваны плохими методиками или неисправным оборудованием, Жорж Урбен, французский химик, полагал, что иттербий вообще не является элементом, а представляет собой смесь двух элементов. В 1907 году Урбен смог разделить иттербий на два элемента. Одному из элементов Урбен дал название неоиттербий (новый иттербий), а другому — лютеций. Карл Ауэр фон Вельсбах, австрийский химик, работавший независимо от Урбена, почти в то же время пришел к тем же выводам. Вельсбах выбрал для этих элементов названия альдебараний и кассиопий. В конечном итоге Урбену приписали открытие этих элементов и предоставили право назвать их, хотя позже химики изменили название неоиттербия обратно на иттербий и изменили написание lutecium на lutetium. Сегодня лютеций преимущественно получают методом ионного обмена из монацитового песка ((Ce, La, Th, Nd, Y)PO4), материала, богатого редкоземельными элементами.
Lutetia — древнее название Парижа. В 1907 году Урбен описал процесс, посредством которого иттербий Мариньяка (1879) мог быть разделен на два элемента — иттербий (неоиттербий) и лютеций. Эти элементы были тождественны «альдебаранию» и «кассиопию», независимо открытым в это же время. Написание названия элемента было изменено с lutecium на lutetium в 1949 году.
Чистый лютеций — яркий серебристый металл, который медленно тускнеет на воздухе. Для лантаноида он относительно твёрдый и плотный и может резаться или обрабатываться как реакционноспособный металл при подходящих условиях. Макроскопический металл доступен, но обычно лишь в небольших количествах, поскольку его разделение дорого.
Наиболее крупные практические применения лютеция являются специализированными. Оксортосиликат лютеция, Lu₂SiO₅, и родственные кристаллы, легированные церием, важны как сцинтилляторы в позитронно-эмиссионной томографии и других радиационных детекторах. Соединения лютеция используются как катализаторы или носители катализаторов в некоторых процессах нефтепереработки и органических реакциях. Радиоизотоп ¹⁷⁷Lu используется в таргетной радиофармацевтической терапии, где его бета-излучение и сопутствующие гамма-лучи полезны для лечения и дозиметрии изображений. Сам металлический лютеций имеет немного прямых применений.
Лютеций — один из наиболее трудных для получения элементов и не имеет крупных практических применений, хотя некоторые его радиоактивные изотопы могут использоваться в качестве катализатора при крекинге нефтепродуктов и в некоторых процессах гидрирования и полимеризации.
Стабильные нуклиды лютеция, которые после активации тепловыми нейтронами испускают чистое бета-излучение, могут использоваться как катализаторы в крекинге, алкилировании, гидрировании и полимеризации. Практически никаких других коммерческих применений лютеция пока не найдено.
Изотопы в биологии
176Lu (с периодом полураспада 3,73×1010 лет) используется в экспериментах по мечению для количественного определения абсолютного содержания белка (абсолютных количеств белков в клетке) и изучения степени синтеза белков в определённых биологических условиях [500] C. Rappel, D. Schaumloöffel. Anal. Chem.81, 385 (2009).. 175Lu использовался как трассер выхода при определении плутония в моче методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS) [500] C. Rappel, D. Schaumloöffel. Anal. Chem.81, 385 (2009)..
Изотопы в медицине
177Lu (с периодом полураспада 160 ч) имеет потенциал для использования в качестве изотопа для радиоиммунотерапии при лечении небольших мягкотканных опухолей и для визуализации (рис. IUPAC.71.1) [501] N. H. Bander, M. I. Milowsky, D. M. Nanus, L. Kostakoglu, S. Vallabhajosula, S. J. Goldsmith. J. Clin. Oncol.23, 4591 (2005)..
Химия лютеция определяется степенью окисления +3. К числу распространённых соединений относятся оксид лютеция Lu₂O₃, тугоплавкий сесквиоксид; хлорид лютеция LuCl₃; фторид лютеция LuF₃; и нитрат лютеция Lu(NO₃)₃. Lu³⁺ образует бесцветные или слабо окрашенные соли, поскольку 4f-оболочка заполнена и даёт незначительное поглощение в видимой области. Известны органометаллические и координационные соединения, включая циклопентадиенильные комплексы, однако они используются главным образом в исследованиях или как специализированные катализаторы. Стабильные более низкие степени окисления в обычных условиях не характерны.
See more information at the Lutetium compound page.
Пыль металлического лютеция может представлять типичные для реакционноспособных редкоземельных металлов пожаро- и раздражающие опасности. Растворимые соли лютеция следует обращаться как с токсичными лабораторными химическими веществами, хотя лютеций не имеет известной биологической роли, а его обычные соединения не относятся к числу наиболее остро опасных солей редкоземельных элементов. Основная изотопоспецифическая опасность — радиационная: ¹⁷⁷Lu и другие радиоактивные изотопы требуют экранирования, контроля загрязнения и регулируемого обращения. Стабильный природный лютеций практически не является радиоактивным, несмотря на наличие долгоживущего ¹⁷⁶Lu.
Хотя считается, что лютеций, как и другие редкоземельные металлы, обладает низкой токсичностью, до получения дополнительной информации с ним следует обращаться осторожно.
Лютеций рассеян в земной коре вместе с другими тяжелыми редкоземельными элементами и концентрируется лишь слабо в результате обычных геологических процессов. Он высвобождается из минералов главным образом при выветривании либо при добыче и переработке редкоземельных руд. В природных водах Lu³⁺ образует прочные комплексы, адсорбируется на частицах или включается в осадки, поэтому растворенные концентрации очень низки. Известной биологической функции он не имеет, а экологические эффекты являются предметом заботы главным образом вблизи редкоземельной добычи, переработки или потоков отходов.
Лютеций получают как минорный компонент при разделении смешанных редкоземельных концентратов, особенно из ксенотима, ионоадсорбционных глин и некоторых потоков, получаемых из монацита. Его поставки ограничены не столько абсолютной геологической редкостью, сколько трудностью разделения соседних лантаноидов с очень сходной химией и ограниченным объемом переработки тяжелых редкоземельных элементов. Спрос умеренный, но высокоценный; его формируют сцинтилляционные материалы, лабораторные реагенты, катализаторы и цепочки производства медицинских изотопов. Переработка ограничена и в основном связана с извлечением из специализированных кристаллов или технологических остатков, а не из широкого круга потребительских товаров.
Встречается вместе с иттербием в гадолините и ксенотиме. Обычно получают из монацитового песка, который часто содержит 50% редкоземельных элементов по массе и 0.003% лютеция.
Лютеций — редкий тяжёлый элемент в космическом масштабе. Его стабильный изотоп ¹⁷⁵Lu и долгоживущий ¹⁷⁶Lu образуются в процессах захвата нейтронов в эволюционировавших звёздах и средах, связанных со сверхновыми, при этом детали зависят от истории s-процесса и r-процесса. В планетных материалах он следует литофильному поведению редкоземельных элементов и полезен в изотопной геохимии, особенно через систему распада ¹⁷⁶Lu–¹⁷⁶Hf.
- Лютеций был последним естественно встречающимся лантаноидом, который был идентифицирован как отдельный элемент.
- Название происходит от Lutetia, латинского названия Парижа.
- Lu³⁺ — наименьший обычный трехвалентный ион лантаноида.
- Природный лютеций состоит в основном из ¹⁷⁵Lu, с небольшой долей долгоживущего ¹⁷⁶Lu.
- Система ¹⁷⁶Lu–¹⁷⁶Hf используется для датирования пород и изучения эволюции мантии.
- Лютеций часто помещают под иттрием в периодических таблицах, но его положение в группе исторически было предметом споров.
Изображения
Свойства
Физические свойства
- Атомный радиус (эмпирический)
- 175 pm Сравнить Атомный радиус (эмпирический) у всех элементов →
- Ковалентный радиус
- 187 pm Сравнить Ковалентный радиус у всех элементов →
- Ван-дер-ваальсов радиус
- 221 pm Сравнить Ван-дер-ваальсов радиус у всех элементов →
- Плотность
- 9840 kg/m³ Сравнить Плотность у всех элементов →
- Молярный объём
- 0,0178 L/mol
- Фаза при стандартных температуре и давлении
- Твёрдое вещество Сравнить Фаза при стандартных температуре и давлении у всех элементов →
- Температура плавления
- 1662,85 °C Сравнить Температура плавления у всех элементов →
- Температура кипения
- 3401,85 °C Сравнить Температура кипения у всех элементов →
- Удельная теплоёмкость
- 0,154 Дж/(г·К) Сравнить Удельная теплоёмкость у всех элементов →
- Молярная теплоёмкость
- 26,86 Дж/(моль·К) Сравнить Молярная теплоёмкость у всех элементов →
- Кристаллическая структура
- Гексагональная плотноупакованная Сравнить Кристаллическая структура у всех элементов →
Химические свойства
- Электроотрицательность (по Полингу)
- 1,27 Сравнить Электроотрицательность (по Полингу) у всех элементов →
- Электроотрицательность (по Аллену)
- 1,09
- Сродство к электрону
- 0,346 eV
- Энергия ионизации (1-я)
- 5,425871 eV Сравнить Энергия ионизации (1-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (2-я)
- 14,130049 eV Сравнить Энергия ионизации (2-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (3-я)
- 20,959472 eV Сравнить Энергия ионизации (3-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (4-я)
- 45,249156 eV Сравнить Энергия ионизации (4-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (5-я)
- 66,80023 eV Сравнить Энергия ионизации (5-я) у всех элементов →
- Степени окисления
- 0, +1, +2, +3 Сравнить Степени окисления у всех элементов →
- Валентные электроны
- 3 Сравнить Валентные электроны у всех элементов →
- Электронная конфигурация
- [Xe] 6s2 4f14 5d1
Термодинамические свойства
- Теплота плавления
- 0,18759393 eV Сравнить Теплота плавления у всех элементов →
- Теплота испарения
- 3,679328 eV Сравнить Теплота испарения у всех элементов →
- Теплота сублимации
- 4,435923 eV
- Теплота атомизации
- 4,435923 eV
- Энтальпия атомизации
- 4,431777 eV
Ядерные свойства
- Протоны
- 71 Сравнить Протоны у всех элементов →
- Нейтроны
- 104 Сравнить Нейтроны у всех элементов →
- Известные изотопы
- 39 Сравнить Известные изотопы у всех элементов →
- Стабильные изотопы
- 1 Сравнить Стабильные изотопы у всех элементов →
- Наиболее стабильный изотоп
- Lu-175
- Год открытия
- 1907
Распространённость
- Содержание в земной коре
- 0,8 мг/кг Сравнить Содержание в земной коре у всех элементов →
- Содержание в океане
- 1,5 × 10−7 мг/л Сравнить Содержание в океане у всех элементов →
Кристаллическая структура
- Параметр решётки a
- 351 pm
Электронная структура
- Электроны по оболочкам
- 2, 8, 18, 32, 9, 2 Сравнить Электроны по оболочкам у всех элементов →
Идентификаторы
- Номер CAS
- 7439-94-3 Сравнить Номер CAS у всех элементов →
- Символ терма
- 2D3/2
- InChI
- InChI=1S/Lu
- Ключ InChI
- OHSVLFRHMCKCQY-UHFFFAOYSA-N
Электронная конфигурация Измеренные
Lu: 4f¹⁴ 5d¹ 6s²[Xe] 4f¹⁴ 5d¹ 6s²1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ 4f¹⁴ 5d¹ 6s²Модель атома
Изотопы различаются числом нейтронов, массой и стабильностью, но не электронной конфигурацией нейтрального атома.
Схематическая модель атома, без соблюдения масштаба.
Атомный отпечаток
Спектр излучения / поглощения
Распределение изотопов
| Массовое число | Атомная масса (а. е. м.) | Содержание в природе | Период полураспада |
|---|---|---|---|
| 175 Стабильный | 174,9407752 ± 0,000002 | 97,4010% | Стабильный |
Фаза / агрегатное состояние
Причина: на 1637,8 °C ниже температуры плавления (1662,85 °C)
Схематично, без соблюдения масштаба
Температуры фазовых переходов
Энергии переходов
Энергия, необходимая для плавления 1 моль вещества при температуре плавления
Энергия, необходимая для испарения 1 моль вещества при температуре кипения
Энергия, необходимая для сублимации 1 моль вещества при температуре сублимации
Плотность
При стандартных условиях
При стандартных условиях
Атомные спектры
Показано 10 из 71. Сортировка по заряду иона (по возрастанию).
Данные о спектральных линиях ?
| Ион | Заряд | Всего линий | Вероятности переходов | Обозначения уровней |
|---|---|---|---|---|
| Lu I | 0 | 133 | 44 | 108 |
| Lu II | +1 | 79 | 9 | 17 |
| Lu III | +2 | 64 | 0 | 0 |
| Lu IV | +3 | 100 | 0 | 0 |
| Lu V | +4 | 64 | 0 | 0 |
Данные об энергетических уровнях ?
| Ион | Заряд | Уровни |
|---|---|---|
| Lu I | 0 | 234 |
| Lu II | +1 | 40 |
| Lu III | +2 | 29 |
| Lu IV | +3 | 62 |
| Lu V | +4 | 40 |
| Lu VI | +5 | 2 |
| Lu VII | +6 | 2 |
| Lu VIII | +7 | 2 |
| Lu IX | +8 | 2 |
| Lu X | +9 | 2 |
Ионные радиусы
| Заряд | Координация | Спин | Радиус |
|---|---|---|---|
| +3 | 6 | Нет данных | 86.1 пм |
| +3 | 8 | Нет данных | 97.7 пм |
| +3 | 9 | Нет данных | 103.2 пм |
Соединения
Изотопы (1)
| Массовое число | Атомная масса (а. е. м.) | Содержание в природе | Период полураспада | Тип распада | |
|---|---|---|---|---|---|
| 175 Стабильный | 174,9407752 ± 0,000002 | 97,4010% ± 0,0130% | Стабильный | stable |
Расширенные данные о свойствах
Ковалентные радиусы (расширенные данные)
- Ковалентный радиус (по Пююккё)
- 162 pm
- Ковалентный радиус (по Пююккё, двойная связь)
- 131 pm
- Ковалентный радиус (по Пююккё, тройная связь)
- 131 pm
Ван-дер-ваальсовы радиусы
- Alvarez
- 274 pm
- UFF
- 364 pm
- MM3
- 265 pm
Атомные и металлические радиусы
- Атомный радиус (по Раму)
- 270 pm
Шкалы нумерации
- Mendeleev
- 41
- Pettifor
- 21
- Glawe
- 19
Шкалы электроотрицательности
- Ghosh
- 0
- Miedema
- 3
- Gunnarsson–Lundqvist
- 3
- Robles–Bartolotti
- 2
Поляризуемость и дисперсия
- Дипольная поляризуемость
- 137 a.u.
- Дипольная поляризуемость (неопределённость)
- 7 a.u.
- C₆ (Gould–Bučko)
- 2020 Ha·Bohr6
Химическое сродство
- Сродство к протону
- 992 kJ/mol
- Газофазная основность
- 970,6 kJ/mol
Параметры Мидемы
- Молярный объём по Мидеме
- 17,77 cm3/mol
- Электронная плотность по Мидеме
- 2
Риски поставок и экономика
- Концентрация производства
- 97
- Относительный риск поставок
- 10
- Распределение запасов
- 50
- Политическая стабильность (ведущий производитель)
- 24
- Политическая стабильность (страна с крупнейшими запасами)
- 24
Фазовые переходы и аллотропные модификации
| Температура плавления | 1936,15 K |
| Температура кипения | 3675,15 K |
Категории степеней окисления
Расширенные справочные данные
Константы экранирования (14)
| n | Орбиталь | σ |
|---|---|---|
| 1 | s | 1,3805 |
| 2 | p | 4,389 |
| 2 | s | 18,5502 |
| 3 | d | 13,5812 |
| 3 | p | 20,8337 |
| 3 | s | 21,4655 |
| 4 | d | 35,7108 |
| 4 | f | 40,0688 |
| 4 | p | 33,8096 |
| 4 | s | 32,7308 |
Подробные данные о кристаллических радиусах (3)
| Заряд | CN | Спин | rcrystal (pm) | Происхождение |
|---|---|---|---|---|
| 3 | VI | 100,1 | from r^3 vs V plots, | |
| 3 | VIII | 111,7 | from r^3 vs V plots, | |
| 3 | IX | 117,2 | from r^3 vs V plots, |
Типы распада изотопов (53)
| Изотоп | Режим | Интенсивность |
|---|---|---|
| 150 | p | 100% |
| 150 | B+ | — |
| 151 | p | — |
| 151 | B+ | — |
| 152 | B+ | 100% |
| 152 | B+p | 15% |
| 153 | A | — |
| 153 | B+ | — |
| 153 | p | 0% |
| 154 | B+ | — |
Факторы рассеяния рентгеновского излучения (514)
| Энергия (eV) | f₁ | f₂ |
|---|---|---|
| 10 | — | 1,67493 |
| 10,1617 | — | 1,63824 |
| 10,3261 | — | 1,60236 |
| 10,4931 | — | 1,56726 |
| 10,6628 | — | 1,53293 |
| 10,8353 | — | 1,49935 |
| 11,0106 | — | 1,46651 |
| 11,1886 | — | 1,43538 |
| 11,3696 | — | 1,42424 |
| 11,5535 | — | 1,41319 |
Дополнительные данные
Оценочная распространённость в земной коре
The estimated element abundance in the earth's crust.
Оценочная распространённость в земной коре
8×10-1 milligrams per kilogram
Источники (1)
- [5] Lutetium https://education.jlab.org/itselemental/ele071.html
Оценочная распространённость в океане
The estimated element abundance in the earth's oceans.
Оценочная распространённость в океане
1.5×10-7 milligrams per liter
Источники (1)
- [5] Lutetium https://education.jlab.org/itselemental/ele071.html
Источники
(9)
Data deposited in or computed by PubChem
The half-life and atomic mass data was provided by the Atomic Mass Data Center at the International Atomic Energy Agency.
Element data are cited from the Atomic weights of the elements (an IUPAC Technical Report). The IUPAC periodic table of elements can be found at https://iupac.org/what-we-do/periodic-table-of-elements/. Additional information can be found within IUPAC publication doi:10.1515/pac-2015-0703 Copyright © 2020 International Union of Pure and Applied Chemistry.
The information are cited from Pure Appl. Chem. 2018; 90(12): 1833-2092, https://doi.org/10.1515/pac-2015-0703.
Thomas Jefferson National Accelerator Facility (Jefferson Lab) is one of 17 national laboratories funded by the U.S. Department of Energy. The lab's primary mission is to conduct basic research of the atom's nucleus using the lab's unique particle accelerator, known as the Continuous Electron Beam Accelerator Facility (CEBAF). For more information visit https://www.jlab.org/
The periodic table at the LANL (Los Alamos National Laboratory) contains basic element information together with the history, source, properties, use, handling and more. The provenance data may be found from the link under the source name.
The periodic table contains NIST's critically-evaluated data on atomic properties of the elements. The provenance data that include data for atomic spectroscopy, X-ray and gamma ray, radiation dosimetry, nuclear physics, and condensed matter physics may be found from the link under the source name. Ref: https://www.nist.gov/pml/atomic-spectra-database
This section provides all form of data related to element Lutetium.
The element property data was retrieved from publications.

