Лютеций

Лютеций
← Иттербий | Гафний →
71 Y ↑ Lu ↓ Lr 71Lu
Внешний вид простого вещества
Образцы очищенного лютеция
Свойства атома
Название, символ, номер	Люте́ций / Lutetium (Lu), 71
Группа, период, блок	3 (устар. 3), 6, f-элемент
Атомная масса (молярная масса)	174,9668(1)[1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Xe] 6s24f145d1
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 К (1662,85 °С)
Температура кипения	3668 К (3394,85 °С)
Мол. 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)
Номер CAS	7439-94-3

Люте́ций (химический символ — Lu, от лат. Lutetium) — 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.

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^[англ.]. 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.

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 Международная комиссия по атомным весам 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».

Полная электронная конфигурация атома лютеция: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²4f¹⁴5d¹

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. Не радиоактивен. Является проводником.

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

Гидроксид лютеция образуется при гидролизе его водорастворимых солей.

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

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.

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

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

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.

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.).

Некоторое применение находит хромит лютеция.

Оксид лютеция находит небольшое по объёму применение в атомной технике как поглотитель нейтронов, а также в качестве активационного детектора. Монокристаллический силикат лютеция (Lu₂(SiO₃)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).

Оксид лютеция применяется для регулирования свойств сверхпроводящих металлооксидных керамик.

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.

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).

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

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

• Лютеций на Webelements
• Лютеций в Популярной библиотеке химических элементов
• Лютеций