Распространение лютеция в природе. Лютеций

Относящийся к группе лантаноидов.

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

Происхождение названия

Название элемента его первооткрыватель Жорж Урбен произвёл от латинского названия Парижа - Lutetia Parisorum. 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 Урбена в разделении лютеция и иттербия, в 1914 году Международная комиссия по атомным весам приняла название Lutecium, которое в 1949 г. было изменено на Lutetium (русское название не менялось). Тем не менее, до начала 1960-х годов в работах немецких учёных употреблялось название кассиопий.

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 .

Свойства

Физические свойства
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.

Химические свойства
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 мало растворимый 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.

Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

Лютеций

А это старушка, седая и строгая,
Которая доит корову безрогую,
Лягнувшую старого пса без хвоста,
Который за шиворот треплет кота,
Который пугает и ловит синицу,
Которая часто ворует пшеницу,
Которая в темном чулане хранится,
В доме,
Который построил Джек...

Эти детские стихи приходят на память, когда пытаешься коротко пересказать историю открытия элемента №71 – лютеция. Судите сами:

новая редкоземельная окись – лютеция – выделена Жоржем Урбеном в 1907 г. из иттербиевой земли,
которая в 1878 г. выделена Мариньяком из эрбиевой земли,
которая в 1843 г. выделена Мозандером из иттриевой земли,
которая открыта Экебергом в 1797 г. в минерале гадолините.

Название нового элемента Урбен произвел от Lutetia – старинного латинского названия столицы Франции Парижа (видимо, в противовес гольмию).

Приоритет Урбена оспаривал Ауэр фон Вельсбах, который открыл элемент №71 несколькими месяцами позже и назвал его кассиопеем. В 1914 г. Международная комиссия по атомным весам вынесла решение именовать элемент все-таки лютецием, но еще много лет в литературе, особенно немецкой, фигурировало название «кассиопей».

Лютеций – последний лантаноид, самый тяжелый (плотность 9,849 г/см 3), самый тугоплавкий (температура плавления 1700±50°C), самый, пожалуй, труднодоступный и один из самых дорогих: 12 тыс. рублей за килограмм – цена 1970 г.

Из соединений элемента №71 выделяется, пожалуй, лишь его трифторид – как наименее тугоплавкое соединение из всех трифторидов редкоземельных элементов. Вообще-то температурные характеристики галогенидов редкоземельных элементов изменяются закономерно, но характерно, что при «полегчании» аниона минимум температуры плавления все время смещается вправо по ряду лантаноидов. Самый легкоплавкий иодид – у празеодима, бромид – у самария, хлорид – у тербия и, наконец, фторид – у лютеция.

В полном соответствии с правилом лантаноидного сжатия атом лютеция имеет наименьший среди всех лантаноидов объем, а ион Lu 3+ – минимальный радиус, всего 0,99 Ǻ. По остальным же характеристикам и свойствам лютеций мало отличается от других лантаноидов.

Природный лютеций состоит всего из двух изотопов – стабильного лютеция-175 (97,412%) и бета-активного лютеция-176 (2,588%) с периодом полураспада 20 млрд лет. Так что за время существования нашей планеты количество лютеция слегка уменьшилось. Искусственным путем получены еще несколько радиоизотопов лютеция с периодами полураспада от 22 минут до 500 дней. Последний изотоп лютеция (нейтронно-дефицитный, с массовым числом 166) получен в 1968 г. в Дубне. Из других атомных разновидностей элемента №71 некоторый интерес представляет изомер лютеция-176, который может быть использован для определения содержания лютеция в соединениях редкоземельных элементов методом активационного анализа. Получают лютеций-176 (изомер) из природного лютеция в нейтронных потоках ядерных реакторов. Период полураспада изомера во много раз меньше, чем у изотопа 176 Lu в основном состоянии; он равен всего 3,71 часа. Практического значения элемент №71 пока не имеет. Известно, однако, что добавка лютеция положительно влияет на свойства хрома. Не исключено, что по мере того как лютеций будет становиться доступнее, его удастся использовать как катализатор или как активатор люминофоров или в лазерах, одним словом, там, где успешно работают его «собратья» по лантаноидной «команде».

Вот и закончены рассказы о лантаноидах – элементах, которым всем без исключения прочат большое будущее. Как говорится, поживем – увидим, но для оптимизма есть основания. Если бы Мариньяку, Лекоку де Буабодрану, Клеве, Ауэру фон Вельсбаху, Демарсэ и другим выдающимся исследователям редких земель, жившим в конце XIX – начале XX в., сказали, что большинство открытых ими элементов во второй половине XX в. приобретет большое практическое значение, то первооткрыватели, наверное, не поверили бы этому утверждению. Кроме, быть может, Урбена – он ведь был не только химиком, но и художником...

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУВПО «Пермский государственный национальный исследовательский университет»

Кафедра неорганической химии

Лютеций. Производство лютеция

Выполнила: студентка 5 курса

кафедры неорганической химии

Глазунова Е.А.

Проверил: Корзанов В.С.

Пермь,2014г

История открытия

Lu, химический элемент III гр. периодической системы. Относится к редкоземельным элементам (иттриевая подгруппа лантаноидов). Природный лютеций состоит из двух изотопов 175Lu (97,40%) и 176Lu (2,6%); 176Lu радиоактивен. Конфигурация внешней электронной оболочки 4f145s25p65d16s2; степень окисления +3

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

Происхождение названия

Название элемента его первооткрыватель Жорж Урбен произвёл от латинского названия Парижа -- Lutetia Parisorum. 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. Учитывая приоритет Урбена в разделении лютеция и иттербия, в 1914 году Международная комиссия по атомным весам приняла название Lutecium, которое в 1949 г. 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

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/смі). Температура плавления лютеция (1663 °C) максимальна среди всех редкоземельных элементов. Благодаря эффекту лантаноидного сжатия, среди всех лантаноидов лютеций имеет наименьшие атомный и ионный радиусы.

Химические свойства

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.

Гидроксиды

Lu(OH) 3 в воде почти нерастворим. Lu(OH) 3 обладает преимущественно основным характером, легко реагирует с соляной, азотной и серной кислотами, образуя соответствующие соли и по силе находятся между Mg(OH) 2 и Al(OH) 3 . Адсорбционная способность гидроксида ярко выражена. Lu(OH) 3 и предложен в качестве специальных сорбентов.

Гидропероксиды

Lu(OH) 2 (OOH)·nH 2 O получают из раствора соли или из гидроксида в виде желатинообразного осадка действием щелочи и пероксида водорода.

Предполагается следующий механизм образования гидропероксидов:

Lu(OH) 3 + H 2 O 2 > Lu(OH) 2 (OOH) + H 2 O.

Гидропероксид очень неустойчив. Находясь в равновесии с водными растворами, он теряет часть активного кислорода. Концентрированная H 2 SO 4 разлагает его с выделением озона. Под действием разбавленной H 2 SO 4 выделяется H 2 O 2 ; так же действуют CO 2 и многие кислоты. При высушивании над концентрированной H 2 SO 4 пероксид теряет воду и часть активного кислорода. При 200єС происходит полное отщепление активного кислорода. Гидропероксид лютеция требует дальнейшего исследования.

Сульфаты.

Гидратированный сульфат лютеция состава Lu 2 (SO 4) 3 ·nH 2 O получают растворением оксида, гидроксида или карбоната в разбавленной серной кислоте и последующим упариванием раствора. Сульфаты выделяются с различным содержанием кристаллизационной воды: Lu - 8.

Безводные сульфаты

Получают нагреванием гидрата до 600-650єС, либо действием концентрированной H 2 SO 4 на Lu 2 O 3 при сильном нагревании с последующим удалением избытка кислоты. Сначала образуется кислый сульфат, который при нагревании разлагается:

Ln 2 O 3 + 6H 2 SO 4 > 2Ln(HSO 4) 3 + 3H 2 O,

2Ln(HSO 4) 3 > Ln 2 (SO 4) 3 + 3SO 3 + 3H 2 O.

Дальнейшее нагревание ведет к образованию основной соли и около 900°С состав его отвечает формуле Lu 2 О 3 SО 3 . Выше 1000°С основная соль переходит в оксид.

Безводный сульфат Lu 2 (SО 4) 3 представляет собой гигроскопичный порошок. В холодной воде хорошо растворим.

Тиосульфаты

Lu 2 (S 2 O 3) 3 образуется при взаимодействии тиосульфата натрия или бария с солью лютеция. Тиосульфат хорошо растворим в воде, поэтому он не выпадает в виде осадка из разбавленных растворов. Из концентрированных растворов постепенно осаждается в виде порошкообразной массы. Тиосульфат полностью высаливается из раствора метиловым или этиловым спиртом. При подкислении раствора хлороводородной кислотой - разлагается:

Lu 2 (S 2 O 3) 3 > Lu 2 (SO 3) 3 + 3S.

Повышение температуры до 800-1000єС ведет к разложению тиосульфата до оксосульфита Lu 2 O(SO 3) 2 .

Селениты

Lu 2 (SeO 3) 3 ·nH 2 O получают действуя на соль лютеция селенитом натрия или селенистой кислотой. Мало растворим в воде и минеральных кислотах Растворим в минеральных кислотах в присутствии H 2 O 2 .

Lu(NO 3) 3 получают по реакции:

Lu 2 O 3 + 6N 2 O 4 > 2Lu(NO 3) 3 + 3N 2 O 3 .

В виде кристаллогидратов нитрат получают, растворяя оксид, гидроксид и карбонат лютеция в азотной кислоте с последующим упариванием раствора:

Lu 2 O 3 + 6HNO 3 > 2Lu(NO 3) 3 + 3H 2 O,

Lu 2 (CO 3) 3 + 6HNO 3 > 2Lu(NO 3) 3 + 3H 2 O + 3CO 2 .

Силикаты

Lu 2 O 3 ·SiO 2 получают, прокаливая оксалатлютеция с эквивалентным количеством кварцевого песка при 1700єС до плавления:

Lu 2 (C 2 O 4) 3 + 3SiO 2 +3/2O 2 = Lu 2 (SiO 3) 3 + 6CO 2 .

Силикат не растворяется в воде. Установлено, что лютеций образует ортосиликат Lu 2 O 3 ·SiO 2 и пиросиликат Lu 2 O 3 ·2SiO 2 .

Молибдаты

Lu 2 (MoO 4) 3 получают, сплавляя хлорид лютеция с молибдатами щелочных металлов или обезвоживая кристаллогидраты молибдатов нагреванием до плавления. Может быть получен сплавлением Lu 2 O 3 с MoO 3 при 850-900єС.

Молибдат лютеция с молибдатами других металлов образует двойные соли. Получаются кристаллизацией из расплава, содержащего оксид лютеция, молибдена и щелочного элемента. Кристаллизацией из расплава, содержащего молибдат лютеция и молибдат щелочного элемента, образуются двойные молибдаты состава MeLu(MoO 4) 2 , Me 5 Lu(MoO 4) 4 и др. (где Me - Li, Na, K, Rb, Cs).

Вольфраматы

Lu 2 (WO 4) 3 ·nH 2 O получают из раствора при взаимодействии вольфрамата натрия с нитратом лютеция. Безводный вольфрамат Lu 2 (WO 4) 3 получают спеканием оксида Lu 2 O 3 и WO 3 при 1000єС. Вольфрамат лютеция нерастворим в воде, спирте и ацетоне. Разбавленные минеральные кислоты, и растворы щелочей при комнатной температуре действуют на вольфрамат медленно. При 80-120єС кислоты и щелочи растворяют его нацело.

Оксалаты

Lu 2 (C 2 O 4) 3 ·nH 2 O получают, добавляя щавелевую кислоту, либо ее соль к нейтральному или слабокислому раствору (рН=2-3) соли лютеция:

Lu 2 (SO 4) 3 + 3H 2 C 2 O 4 = Lu 2 (C 2 O 4) 3 + 3H 2 SO 4 .

Оксалат выпадает в виде белого творожистого осадка, который при нагревании становится кристаллическим. В большинстве случаев оксалат кристаллизуется с 10 молекулами воды.

Получение

Получают осаждением из водных растворов солей лютеция при действии фтористоводородной кислоты, может быть также получен взаимоействием Lu 2 O 3 с газообразным HF, F 2 или NH 2 HF 2 , термическим разложением фтораммонийных комплексов при 400-500°С и др. Для выделения Lu(III) из раствора обычно используют осаждение оксалата (рН 3-4). Металлический лютеций получают восстановлением LuF 3 кальцием

Области применения

лютеций редкоземельный металл

Металлургия.

Высокое химическое сродство к неметаллам (H, C, P, N, S, O), обычно присутствующим в черных металлах и их сплавах обусловило использование лютеция для эффективного удаления (раскисления, десульфурации) этих неметаллов из различных сталей. Добавление 2 кг лютеция на тонну стали, существенно увеличивает ее прочность и ковкость. Использование силицидов лютеция при производстве трубной стали, улучшает ее ударную вязкость и обрабатываемость.

Важную роль играет лютеций в производстве высокопрочного чугуна.

Добавка 0,15 % лютеция значительно улучшает физико-механические свойства чугуна. РЗЭ постепенно вытесняют использующийся для этих же целей магний.

Жаропрочные магнитные сплавы с лютецием применяются для производства деталей реактивных самолетов, управляемых снарядов, космических аппаратов

Стекольная и керамическая промышленность.

Соединения лютеция применяют как для окрашивания стекла, так и для обесцвечивания его для изготовления специальных стекол, поглощающих УФ-излучение

Перспективно применение лютеция для изготовления специальной керамики. Широкое применение нашли оксиды лютеция в качестве абразивных материалов для полировки листового и зеркального стекла, телевизионных трубок, бинокулярных линз, прецизионных оптических стекол, линз объективов и т. д.

Размещено на сайт

Подобные документы

Современный метод получения, основные достоинства и недостатки алюминия. Микроструктура, физические и химические свойства металла. Применение алюминия как особо прочного и легкого материала в промышленности, ракетной технике, стекловарении, пиротехнике.

презентация , добавлен 20.10.2014


Полиакрилонитрил как труднокристаллизующийся линейный, карбоцепный полимер белого цвета, его структура. Свойства данного соединения: химические, физические, термические. Производство полиакрилонитрила и главные направления его практического применения.

реферат , добавлен 01.03.2011


Общие сведения об элементе. Его применение, физические и химические свойства. Ниобий в свободном состоянии, его соединения с галогенами, карбидами и нитридами. Оксиды металла и их соли. Добыча ниобия на территории России. Страны лидеры в его производстве.

реферат , добавлен 17.05.2015


Электронное строение и степени окисления олова. Нахождение элемента в природе и способ получения. Химические и физические свойства металла и его соединений. Оловянные кислоты. Влияние олова на здоровье человека. Область применения металла и его сплавов.

курсовая работа , добавлен 24.05.2015


Физические и химические свойства меди: тепло- и электропроводность, атомный радиус, степени окисления. Содержание металла в земной коре и его применение в промышленности. Изотопы и химическая активность меди. Биологическое значение меди в организме.

презентация , добавлен 12.11.2014


Физико-химические, магические и лечебные свойства платины. История ее открытия и исследований, особенности добычи. Применение данного металла и его сплавов в медицине и ювелирном деле. Платиновые изделия в мире. Стоимость платины по банковскому курсу.

презентация , добавлен 14.04.2015


Определение эквивалентной массы металла и соли методом вытеснения водорода. Ход и данные опыта, характеристика приборов. Использование магния в качестве металла, его основные химические свойства. Расчет абсолютной и относительной погрешностей опыта.

лабораторная работа , добавлен 05.05.2013


Физические и химические свойства меди - первого металла, который впервые стал использовать человек в древности за несколько тысячелетий до нашей эры. Значение меди для организма человека. Область ее применения, использование в народной медицине.

презентация , добавлен 19.05.2014


Физические и химические свойства и электронное строение атома олова и его соединений с водородом, галогеном, серой, азотом, углеродом и кислородом. Оксиды и гидроксиды олова. Окислительно-восстановительные процессы. Электрохимические свойства металла.

курсовая работа , добавлен 06.07.2015


Актуальность производства метанола. Физические и химические свойства. Подготовка углеводородного сырья. Производство синтез-газа. Получение целевого продукта. Структурный анализ затрат. Формы отравления метаноловым спиртом. Применение метанола в мире.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУВПО «Пермский государственный национальный исследовательский университет»

Кафедра неорганической химии

Лютеций. Производство лютеция

Выполнила: студентка 5 курса

кафедры неорганической химии

Глазунова Е.А.

Проверил: Корзанов В.С.

Пермь,2014г

История открытия

Химический элемент III гр. периодической системы. Относится к редкоземельным элементам (иттриевая подгруппа лантаноидов). Природный лютеций состоит из двух изотопов 175Lu (97,40%) и 176Lu (2,6%); 176Lu радиоактивен. Конфигурация внешней электронной оболочки 4f145s25p65d16s2; степень окисления +3

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

Происхождение названия

Название элемента его первооткрыватель Жорж Урбен произвёл от латинского названия Парижа - Lutetia Parisorum. 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. Учитывая приоритет Урбена в разделении лютеция и иттербия, в 1914 году Международная комиссия по атомным весам приняла название Lutecium, которое в 1949 г. 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

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.

Химические свойства

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.

Гидропероксиды(OH)2(OOH)·nH2O получают из раствора соли или из гидроксида в виде желатинообразного осадка действием щелочи и пероксида водорода.

Предполагается следующий механизм образования гидропероксидов:

(OH)3 + H2O2 → Lu(OH)2(OOH) + H2O.

Гидропероксид очень неустойчив. Находясь в равновесии с водными растворами, он теряет часть активного кислорода. Концентрированная H2SO4 разлагает его с выделением озона. Под действием разбавленной H2SO4 выделяется H2O2; так же действуют CO2 и многие кислоты. При высушивании над концентрированной H2SO4 пероксид теряет воду и часть активного кислорода. При 200ºС происходит полное отщепление активного кислорода. Гидропероксид лютеция требует дальнейшего исследования.

Сульфаты.

Гидратированный сульфат лютеция состава Lu2(SO4)3·nH2O получают растворением оксида, гидроксида или карбоната в разбавленной серной кислоте и последующим упариванием раствора. Сульфаты выделяются с различным содержанием кристаллизационной воды: Lu - 8.

Безводные сульфаты

Получают нагреванием гидрата до 600-650ºС, либо действием концентрированной H2SO4 на Lu2O3 при сильном нагревании с последующим удалением избытка кислоты. Сначала образуется кислый сульфат, который при нагревании разлагается:

2O3 + 6H2SO4 → 2Ln(HSO4)3 + 3H2O,

Ln(HSO4)3 → Ln2(SO4)3 + 3SO3 + 3H2O.

Дальнейшее нагревание ведет к образованию основной соли и около 900°С состав его отвечает формуле Lu2О3∙SО3. Выше 1000°С основная соль переходит в оксид.

Безводный сульфат Lu2(SО4)3 представляет собой гигроскопичный порошок. В холодной воде хорошо растворим.

Тиосульфаты2(S2O3)3 образуется при взаимодействии тиосульфата натрия или бария с солью лютеция. Тиосульфат хорошо растворим в воде, поэтому он не выпадает в виде осадка из разбавленных растворов. Из концентрированных растворов постепенно осаждается в виде порошкообразной массы. Тиосульфат полностью высаливается из раствора метиловым или этиловым спиртом. При подкислении раствора хлороводородной кислотой - разлагается:

2(S2O3)3 → Lu2(SO3)3 + 3S.

Повышение температуры до 800-1000ºС ведет к разложению тиосульфата до оксосульфита Lu2O(SO3)2.

Селениты2(SeO3)3·nH2O получают действуя на соль лютеция селенитом натрия или селенистой кислотой. Мало растворим в воде и минеральных кислотах Растворим в минеральных кислотах в присутствии H2O2.

Нитраты(NO3)3 получают по реакции:

2O3 + 6N2O4 → 2Lu(NO3)3 + 3N2O3.

В виде кристаллогидратов нитрат получают, растворяя оксид, гидроксид и карбонат лютеция в азотной кислоте с последующим упариванием раствора:

2O3 + 6HNO3 → 2Lu(NO3)3 + 3H2O,2(CO3)3 + 6HNO3 → 2Lu(NO3)3 + 3H2O + 3CO2.

2(C2O4)3 + 3SiO2 +3/2O2 = Lu2(SiO3)3 + 6CO2.

Силикат не растворяется в воде. Установлено, что лютеций образует ортосиликат Lu2O3·SiO2 и пиросиликат Lu2O3·2SiO2.

Молибдаты2(MoO4)3 получают, сплавляя хлорид лютеция с молибдатами щелочных металлов или обезвоживая кристаллогидраты молибдатов нагреванием до плавления. Может быть получен сплавлением Lu2O3 с MoO3 при 850-900ºС.

Молибдат лютеция с молибдатами других металлов образует двойные соли. Получаются кристаллизацией из расплава, содержащего оксид лютеция, молибдена и щелочного элемента. Кристаллизацией из расплава, содержащего молибдат лютеция и молибдат щелочного элемента, образуются двойные молибдаты состава MeLu(MoO4)2

174,9668(1) а. е. м. (г/моль)

1,27 (шкала Полинга)

Lu←Lu3+ -2,30 В

513,0 (5,32) кДж/моль (эВ)

9,8404 г/см³

414 кДж/моль

26,5 Дж/(K·моль)

17,8 см³/моль

гексагональная

(300 K) (16,4) Вт/(м·К)

Лютеций - химический элемент, относящийся к группе лантаноидов.

• 1 История открытия
• 2 Происхождение названия
• 3 Получение
  • 3.1 Цены
• 4 Свойства
  • 4.1 Физические свойства
  • 4.2 Химические свойства
  • 4.3 Аналитическое определение
• 5 Применение
  • 5.1 Носители информации
  • 5.2 Лазерные материалы
  • 5.3 Магнитные материалы
  • 5.4 Жаропрочная проводящая керамика
  • 5.5 Ядерная физика и энергетика
  • 5.6 Высокотемпературная сверхпроводимость
  • 5.7 Металлургия
• 6 Изотопы
• 7 Распространённость в природе
• 8 Биологическая роль
• 9 Примечания
• 10 Ссылки

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

Происхождение названия

Название элемента его первооткрыватель Жорж Урбен произвёл от латинского названия Парижа - Lutetia Parisorum. 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 Урбена в разделении лютеция и иттербия, в 1914 году Международная комиссия по атомным весам приняла название Lutecium, которое в 1949 г. было изменено на Lutetium (русское название не менялось). Тем не менее, до начала 1960-х годов в работах немецких учёных употреблялось название кассиопий.

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 LuF3.

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.

Свойства

Физические свойства

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.

Химические свойства

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 мало растворимый 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.

Аналитическое определение

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

Применение

Носители информации

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

Лазерные материалы

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.

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 хромит лютеция.

Ядерная физика и энергетика

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

Растворимые соли малотоксичны.

Примечания

1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. - 2013. - Vol. 85, no. 5. - P. 1047-1078. - DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02.
2. Химическая энциклопедия: в 5-ти тт. / Редкол.:Кнунянц И. Л. (гл. ред.). - Москва: Советская энциклопедия, 1990. - Т. 2. - С. 619. - 671 с. - 100 000 экз.
3. WebElements Periodic Table of the Elements | Lutetium | crystal structures
4. Цены на лютеций
5. Цены на соединения редкоземельных металлов
6. Данные приведены по G. Audi, A.H. Wapstra, and C. Thibault (2003). «The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references.». Nuclear Physics A 729 : 337-676. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. Bibcode: 2003NuPhA.729..337A.
7. 1 2 Данные приведены по G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot and A. H. Wapstra (2003). «The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties». Nuclear Physics A 729 : 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. Bibcode: 2003NuPhA.729....3A.

Ссылки

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