Люте́ций ( химический символ — Lu , от лат. Lu tetium ) — химический элемент 3-й группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы третьей группы, IIIB) шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева , с атомным номером 71.

Относится к семейству лантаноидов .

Простое вещество лютеций — это плотный редкоземельный металл серебристо-белого цвета .

История открытия

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 . Все они обнаружили лютеций в виде примеси к оксиду иттербия , который, в свою очередь, был открыт в 1878 году как примесь к оксиду эрбия , выделенному в 1843 году из оксида иттрия , обнаруженного в 1797 году в минерале гадолините . Все эти редкоземельные элементы имеют очень близкие химические свойства. Приоритет открытия принадлежит Ж. Урбэну.

Происхождение названия

Название элемента его первооткрыватель Жорж Урбэн произвёл от латинского названия Парижа — Lutetia Parisiorum . 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 Урбэна в разделении лютеция и иттербия, в 1914 году приняла название Lutecium , которое в 1949 году было изменено на Lutetium (русское название не менялось). Тем не менее до начала 1960-х годов в работах немецких учёных употреблялось название «кассиопий».

Свойства

Физические свойства

Полная электронная конфигурация атома лютеция: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ¹⁰ 4p ⁶ 5s ² 4d ¹⁰ 5p ⁶ 6s ² 4f ¹⁴ 5d ¹

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/см ³ ). Температура плавления лютеция (1663 °C) максимальна среди всех редкоземельных элементов. Благодаря эффекту лантаноидного сжатия среди всех лантаноидов лютеций имеет наименьшие атомный и ионный радиусы. Не радиоактивен . Является проводником .

Химические свойства

По химическим свойствам лютеций является типичным лантаноидом: 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 малорастворимый осадок фторида лютеция LuF ₃ . Это же соединение можно получить при реакции оксида лютеция Lu ₂ O ₃ с газообразным фтороводородом или фтором .

Гидроксид лютеция образуется при гидролизе его водорастворимых солей.

Аналитическое определение

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

Получение

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 LuF ₃ .

Цены

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

Применение

Носители информации

, допированные лютецием (например, , GGG), используются для производства носителей информации на ЦМД ( ).

Лазерные материалы

Используется для генерации лазерного излучения на ионах 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

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

Некоторое применение находит .

Ядерная физика и энергетика

Оксид лютеция находит небольшое по объёму применение в атомной технике как поглотитель нейтронов , а также в качестве . Монокристаллический (Lu ₂ (SiO ₃ ) ₃ ), 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

Оксид лютеция применяется для регулирования свойств сверхпроводящих металлооксидных керамик.

Металлургия

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

Природный лютеций состоит из двух изотопов : стабильного ¹⁷⁵ Lu ( изотопная распространённость 97,41 %) и долгоживущего бета-радиоактивного ¹⁷⁶ Lu (изотопная распространённость 2,59 %, период полураспада 3,78⋅10 ¹⁰ лет), который распадается в стабильный гафний-176 . Радиоактивный ¹⁷⁶ Lu используется в одной из методик ядерной гео- и космохронологии ( ). Известны также 32 искусственных радиоизотопа лютеция (от ¹⁵⁰ Lu до ¹⁸⁴ Lu), у некоторых из них обнаружены метастабильные состояния (общим числом 18).

Распространённость в природе

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

Биологическая роль

Не играет какой-либо биологической роли. Растворимые соли лютеция малотоксичны.

Примечания

Ссылки