Lutetium (Lu)
lanthanideSolid
Nguyên tử khối chuẩn
174,9668 uCấu hình electron
[Xe] 6s2 4f14 5d1Nhiệt độ nóng chảy
1662,85 °CNhiệt độ sôi
3401,85 °CKhối lượng riêng
9840 kg/m³Trạng thái oxi hóa
0, +1, +2, +3Độ âm điện (Pauling)
1,27Năng lượng ion hóa (lần 1)
5,425871 eVNăm phát hiện
1907Bán kính nguyên tử
175 pmChi tiết
Lutetium is a dense, silvery lanthanide and the last element of the 4f series. In chemistry it is almost exclusively trivalent, with a filled 4f shell in Lu³⁺ and a relatively small ionic radius compared with other lanthanides. It occurs with the rare-earth elements in minerals such as monazite and xenotime, but is one of the least abundant lanthanides. Its main technological value lies in specialized scintillators, catalysts, and medical radioisotopes rather than in bulk structural use.
Lutetium occurs in very small amounts in nearly all minerals containing yttrium, and is present in monazite to the extent of about 0.003%, which is a commercial source. The pure metal has been isolated only in recent years and is one of the most difficult to prepare. It can be prepared by the reduction of anhydrous LuCl3 or LuF3 by an alkali or alkaline earth metal. The metal is silvery white and relatively stable in air. 176Lu occurs naturally (2.6%) with 175Lu (97.4%). It is radioactive with a half-life of about 3 x 1010 years.
The name derives from Lutetia, the ancient name for the city of Paris. The discovery of lutetium is credited to the French chemist Georges Urbain in 1907 although it had been separated earlier and independently by the Austrian chemist Carl Auer (Baron von Welsbach) from an ytterbium sample.
Von Welsbach had named the element cassiopeium after the constellation Cassiopeia. However, because Urbain published his results before Auer, his name for the element was adopted by IUPAC in 1949.
The mineral gadolinite ((Ce, La, Nd, Y)2FeBe2Si2O10), discovered in a quarry near the town of Ytterby, Sweden, has been the source of a great number of rare earth elements. In 1843, Carl Gustaf Mosander, a Swedish chemist, was able to separate gadolinite into three materials, which he named yttria, erbia and terbia. As might be expected considering the similarities between their names and properties, scientists soon confused erbia and terbia and, by 1877, had reversed their names. What Mosander called erbia is now called terbia and visa versa. In 1878 Jean Charles Galissard de Marignac, a Swiss chemist, discovered that erbia was itself composed of two components. One component was named ytterbia by Marignac while the other component retained the name erbia. Marignac believed that ytterbia was a compound of a new element, which he named ytterbium. Other chemists produced and experimented with ytterbium in an attempt to determine some of it's properties. Unfortunately, different scientists obtained different results from the same experiments. While some scientists believed that these inconsistent results were caused by poor procedures or faulty equipment, Georges Urbain, a French chemist, believed that ytterbium wasn't an element at all, but a mixture of two elements. In 1907, Urbain was able to separate ytterbium into two elements. Urbain named one of the elements neoytterbium (new ytterbium) and the other element lutecium. Carl Auer von Welsbach, an Austrian chemist working independently of Urbain, reached the same conclusions at nearly the same time. Welsbach chose the names albebaranium and cassiopium for these elements. Urbain was eventually credited with the discovery of the elements and won the right to name them, although chemists later changed the name neoytterbium back to ytterbium and changed the spelling of lutecium to lutetium. Today, lutetium is primarily obtained through an ion exchange process from monazite sand ((Ce, La, Th, Nd, Y)PO4), a material rich in rare earth elements.
Lutetia is the ancient name for Paris. In 1907, Urbain described a process by which Marignac's ytterbium (1879) could be separated into the two elements, ytterbium (neoytterbium) and lutetium. These elements were identical with "aldebaranium" and "cassiopeium," independently discovered at this time. The spelling of the element was changed from lutecium to lutetium in 1949.
Pure lutetium is a bright silvery metal that tarnishes slowly in air. It is relatively hard and dense for a lanthanide, and can be cut or machined as a reactive metal under suitable conditions. Macroscopic metal is available, but usually only in small quantities because separation is costly.
The largest practical uses of lutetium are specialized. Lutetium oxyorthosilicate, Lu₂SiO₅, and related cerium-doped crystals are important scintillators in positron emission tomography and other radiation detectors. Lutetium compounds are used as catalysts or catalyst supports in some petroleum refining and organic reactions. The radioisotope ¹⁷⁷Lu is used in targeted radiopharmaceutical therapy, where its beta emission and accompanying gamma rays are useful for treatment and imaging dosimetry. Metallic lutetium itself has few direct applications.
Lutetium is one of the most difficult elements to prepare and has no large scale practical uses, although some of its radioactive isotopes can be used as a catalyst in the cracking of petroleum products and a catalyst in some hydrogenation and polymerization processes.
Stable lutetium nuclides, which emit pure beta radiation after thermal neutron activation, can be used as catalysts in cracking, alkylation, hydrogenation, and polymerization. Virtually no other commercial uses have been found yet for lutetium.
Isotopes in Biology
176Lu (with a half-life of 3.73×1010 years) is used in labeling experiments to quantify absolute protein abundance (absolute quantities of proteins in a cell) and examine the extent of synthesis of proteins under specific biological conditions [500] C. Rappel, D. Schaumloöffel. Anal. Chem.81, 385 (2009).. 175Lu has been used as a yield tracer in inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) determination of plutonium in urine [500] C. Rappel, D. Schaumloöffel. Anal. Chem.81, 385 (2009)..
Isotopes in Medicine
177Lu (with a half-life of 160 h) has potential for use as an isotope for radioimmunotherapy for the treatment of small, soft tumors and for imaging purposes (Fig. 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)..
Lutetium chemistry is dominated by the +3 oxidation state. Common compounds include lutetium oxide, Lu₂O₃, a refractory sesquioxide; lutetium chloride, LuCl₃; lutetium fluoride, LuF₃; and lutetium nitrate, Lu(NO₃)₃. Lu³⁺ forms colorless or weakly colored salts because the 4f shell is filled and gives little visible absorption. Organometallic and coordination compounds are known, including cyclopentadienyl complexes, but they are mainly used in research or as specialized catalysts. Stable lower oxidation states are not characteristic under ordinary conditions.
See more information at the Lutetium compound page.
Lutetium metal dust can present fire and irritation hazards typical of reactive rare-earth metals. Soluble lutetium salts should be handled as toxic laboratory chemicals, although lutetium has no known biological role and its ordinary compounds are not among the most acutely hazardous rare-earth salts. The main isotope-specific hazard is radiological: ¹⁷⁷Lu and other radioactive isotopes require shielding, contamination control, and regulated handling. Stable natural lutetium is not significantly radioactive for practical purposes, despite containing long-lived ¹⁷⁶Lu.
While lutetium, like other rare-earth metals, is thought to have a low toxicity rating, it should be handled with care until more information is available.
Lutetium is dispersed in the crust with other heavy rare-earth elements and is concentrated only weakly by normal geological processes. It is released from minerals mainly through weathering or mining and processing of rare-earth ores. In natural waters Lu³⁺ is strongly complexed, adsorbed to particles, or incorporated into sediments, so dissolved concentrations are very low. It has no recognized biological function, and ecological effects are chiefly a concern near rare-earth mining, refining, or waste streams.
Lutetium is obtained as a minor component during separation of mixed rare-earth concentrates, especially from xenotime, ion-adsorption clays, and some monazite-derived streams. Its supply is constrained less by absolute geological scarcity than by the difficulty of separating adjacent lanthanides with very similar chemistry and by the limited volume of heavy rare-earth processing. Demand is modest but high-value, led by scintillator materials, research chemicals, catalysts, and medical isotope production chains. Recycling is limited and mostly tied to recovery from specialized crystals or process residues rather than broad consumer products.
Found with ytterbium in gadolinite and xenotime. Usually obtained from monazite sand which is ofter 50% rare earth by weight and 0.003% lutetium.
Lutetium is a rare heavy element in cosmic terms. Its stable isotope ¹⁷⁵Lu and long-lived ¹⁷⁶Lu are produced by neutron-capture processes in evolved stars and supernova-related environments, with details depending on s-process and r-process histories. In planetary materials it follows lithophile rare-earth behavior and is useful in isotope geochemistry, especially through the ¹⁷⁶Lu–¹⁷⁶Hf decay system.
- Lutetium was the last naturally occurring lanthanide to be identified as a separate element.
- The name derives from Lutetia, the Latin name for Paris.
- Lu³⁺ is the smallest common trivalent lanthanide ion.
- Natural lutetium is mostly ¹⁷⁵Lu, with a small fraction of long-lived ¹⁷⁶Lu.
- The ¹⁷⁶Lu–¹⁷⁶Hf system is used to date rocks and study mantle evolution.
- Lutetium is often placed under yttrium in periodic tables, but its group placement has been historically debated.
Hình ảnh
Tính chất
Vật lý
- Bán kính nguyên tử (thực nghiệm)
- 175 pm So sánh Bán kính nguyên tử (thực nghiệm) của tất cả nguyên tố →
- Bán kính cộng hóa trị
- 187 pm So sánh Bán kính cộng hóa trị của tất cả nguyên tố →
- Bán kính van der Waals
- 221 pm So sánh Bán kính van der Waals của tất cả nguyên tố →
- Khối lượng riêng
- 9840 kg/m³ So sánh Khối lượng riêng của tất cả nguyên tố →
- Thể tích mol
- 0,0178 L/mol
- Pha ở STP
- Rắn So sánh Pha ở STP của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt độ nóng chảy
- 1662,85 °C So sánh Nhiệt độ nóng chảy của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt độ sôi
- 3401,85 °C So sánh Nhiệt độ sôi của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt dung riêng
- 0,154 J/(g·K) So sánh Nhiệt dung riêng của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt dung mol
- 26,86 J/(mol·K) So sánh Nhiệt dung mol của tất cả nguyên tố →
- Cấu trúc tinh thể
- Lục phương xếp chặt So sánh Cấu trúc tinh thể của tất cả nguyên tố →
Hóa học
- Độ âm điện (Pauling)
- 1,27 So sánh Độ âm điện (Pauling) của tất cả nguyên tố →
- Độ âm điện (Allen)
- 1,09
- Ái lực electron
- 0,346 eV
- Năng lượng ion hóa (lần 1)
- 5,425871 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 1) của tất cả nguyên tố →
- Năng lượng ion hóa (lần 2)
- 14,130049 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 2) của tất cả nguyên tố →
- Năng lượng ion hóa (lần 3)
- 20,959472 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 3) của tất cả nguyên tố →
- Năng lượng ion hóa (lần 4)
- 45,249156 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 4) của tất cả nguyên tố →
- Năng lượng ion hóa (lần 5)
- 66,80023 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 5) của tất cả nguyên tố →
- Trạng thái oxi hóa
- 0, +1, +2, +3 So sánh Trạng thái oxi hóa của tất cả nguyên tố →
- Electron hóa trị
- 3 So sánh Electron hóa trị của tất cả nguyên tố →
- Cấu hình electron
- [Xe] 6s2 4f14 5d1
Nhiệt động lực học
- Nhiệt nóng chảy
- 0,18759393 eV So sánh Nhiệt nóng chảy của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt hóa hơi
- 3,679328 eV So sánh Nhiệt hóa hơi của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt thăng hoa
- 4,435923 eV
- Nhiệt nguyên tử hóa
- 4,435923 eV
- Enthalpy nguyên tử hóa
- 4,431777 eV
Hạt nhân
- Proton
- 71 So sánh Proton của tất cả nguyên tố →
- Neutron
- 104 So sánh Neutron của tất cả nguyên tố →
- Các đồng vị đã biết
- 39 So sánh Các đồng vị đã biết của tất cả nguyên tố →
- Đồng vị bền
- 1 So sánh Đồng vị bền của tất cả nguyên tố →
- Đồng vị bền nhất
- Lu-175
- Năm phát hiện
- 1907
Độ phổ biến
- Độ phổ biến (vỏ Trái Đất)
- 0,8 mg/kg So sánh Độ phổ biến (vỏ Trái Đất) của tất cả nguyên tố →
- Độ phổ biến (đại dương)
- 1,5 × 10−7 mg/L So sánh Độ phổ biến (đại dương) của tất cả nguyên tố →
Cấu trúc tinh thể
- Hằng số mạng a
- 351 pm
Cấu trúc electron
- Số electron trong mỗi lớp
- 2, 8, 18, 32, 9, 2 So sánh Số electron trong mỗi lớp của tất cả nguyên tố →
Mã định danh
- Số CAS
- 7439-94-3 So sánh Số CAS của tất cả nguyên tố →
- Ký hiệu số hạng
- 2D3/2
- InChI
- InChI=1S/Lu
- Khóa InChI
- OHSVLFRHMCKCQY-UHFFFAOYSA-N
Cấu hình electron Đo đạc
Lu: 4f¹⁴ 5d¹ 6s²[Xe] 4f¹⁴ 5d¹ 6s²1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ 4f¹⁴ 5d¹ 6s²Mô hình nguyên tử
Các đồng vị khác nhau về số neutron, khối lượng và độ bền — không khác nhau về cấu hình electron của nguyên tử trung hòa.
Mô hình nguyên tử minh họa, không theo tỷ lệ.
Dấu vân tay nguyên tử
Phổ phát xạ / hấp thụ
Phân bố đồng vị
| Số khối | Khối lượng nguyên tử (u) | Độ phổ biến tự nhiên | Chu kỳ bán rã |
|---|---|---|---|
| 175 Bền | 174,9407752 ± 0,000002 | 97,4010% | Bền |
Pha / Trạng thái
Lý do: thấp hơn nhiệt độ nóng chảy (1662,85 °C) một lượng 1637,8 °C
Sơ đồ minh họa, không theo tỷ lệ
Điểm chuyển pha
Năng lượng chuyển pha
Năng lượng cần để làm nóng chảy 1 mol tại nhiệt độ nóng chảy
Năng lượng cần để hóa hơi 1 mol tại nhiệt độ sôi
Năng lượng cần để làm thăng hoa 1 mol tại nhiệt độ thăng hoa
Khối lượng riêng
Ở điều kiện chuẩn
Ở điều kiện chuẩn
Phổ nguyên tử
Đang hiển thị 10 trên 71. Sắp xếp theo điện tích ion (tăng dần).
Dữ liệu vạch phổ ?
| Ion | Điện tích | Tổng số vạch | Xác suất chuyển mức | Ký hiệu mức năng lượng |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
Dữ liệu mức năng lượng ?
| Ion | Điện tích | Mức năng lượng |
|---|---|---|
| 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 |
Bán kính ion
| Điện tích | Phối trí | Spin | Bán kính |
|---|---|---|---|
| +3 | 6 | Không có | 86.1 pm |
| +3 | 8 | Không có | 97.7 pm |
| +3 | 9 | Không có | 103.2 pm |
Hợp chất
Đồng vị (1)
| Số khối | Khối lượng nguyên tử (u) | Độ phổ biến tự nhiên | Chu kỳ bán rã | Kiểu phân rã | |
|---|---|---|---|---|---|
| 175 Bền | 174,9407752 ± 0,000002 | 97,4010% ± 0,0130% | Bền | stable |
Tính chất mở rộng
Bán kính cộng hóa trị (mở rộng)
- Bán kính cộng hóa trị (Pyykkö)
- 162 pm
- Bán kính cộng hóa trị (Pyykkö, liên kết đôi)
- 131 pm
- Bán kính cộng hóa trị (Pyykkö, liên kết ba)
- 131 pm
Bán kính van der Waals
- Alvarez
- 274 pm
- UFF
- 364 pm
- MM3
- 265 pm
Bán kính nguyên tử và kim loại
- Bán kính nguyên tử (Rahm)
- 270 pm
Các thang đánh số
- Mendeleev
- 41
- Pettifor
- 21
- Glawe
- 19
Các thang độ âm điện
- Ghosh
- 0
- Miedema
- 3
- Gunnarsson–Lundqvist
- 3
- Robles–Bartolotti
- 2
Độ phân cực hóa và tán sắc
- Độ phân cực hóa lưỡng cực
- 137 a.u.
- Độ phân cực hóa lưỡng cực (độ không đảm bảo)
- 7 a.u.
- C₆ (Gould–Bučko)
- 2020 Ha·Bohr6
Ái lực hóa học
- Ái lực proton
- 992 kJ/mol
- Độ bazơ pha khí
- 970,6 kJ/mol
Thông số Miedema
- Thể tích mol Miedema
- 17,77 cm3/mol
- Mật độ electron Miedema
- 2
Rủi ro nguồn cung và kinh tế
- Mức độ tập trung sản xuất
- 97
- Rủi ro nguồn cung tương đối
- 10
- Phân bố trữ lượng
- 50
- Ổn định chính trị (quốc gia sản xuất lớn nhất)
- 24
- Ổn định chính trị (quốc gia có trữ lượng lớn nhất)
- 24
Chuyển pha và các dạng thù hình
| Nhiệt độ nóng chảy | 1936,15 K |
| Nhiệt độ sôi | 3675,15 K |
Phân loại trạng thái oxi hóa
Dữ liệu tham khảo chuyên sâu
Hằng số chắn (14)
| n | Orbital | 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 |
Chi tiết bán kính tinh thể (3)
| Điện tích | CN | Spin | rcrystal (pm) | Nguồn gốc |
|---|---|---|---|---|
| 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, |
Các kiểu phân rã đồng vị (53)
| Đồng vị | Chế độ | Cường độ |
|---|---|---|
| 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+ | — |
Hệ số tán xạ tia X (514)
| Năng lượng (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 |
Dữ liệu bổ sung
Estimated Crustal Abundance
The estimated element abundance in the earth's crust.
8×10-1 milligrams per kilogram
Tài liệu tham khảo (1)
- [5] Lutetium https://education.jlab.org/itselemental/ele071.html
Estimated Oceanic Abundance
The estimated element abundance in the earth's oceans.
1.5×10-7 milligrams per liter
Tài liệu tham khảo (1)
- [5] Lutetium https://education.jlab.org/itselemental/ele071.html
Tài liệu tham khảo
(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.

