Lutecio

elemento químico con número atómico 71

Elemento químico con número atómico 71

Lutecio,  ₇₁ Lu

Lutecio
Pronunciación	/ Lj U t i ʃ i ə m / ( LEW TEE -shee-əm )
Apariencia	blanco plateado
Peso atómico estándar A r, estándar (Lu)	174,9668 (1) [1]
Lutecio en la tabla periódica
Hidrógeno Helio Litio Berilio Boro Carbón Nitrógeno Oxígeno Flúor Neón Sodio Magnesio Aluminio Silicio Fósforo Azufre Cloro Argón Potasio Calcio Escandio Titanio Vanadio Cromo Manganeso Hierro Cobalto Níquel Cobre Zinc Galio Germanio Arsénico Selenio Bromo Criptón Rubidio Estroncio Itrio Circonio Niobio Molibdeno Tecnecio Rutenio Rodio Paladio Plata Cadmio Indio Estaño Antimonio Telurio Yodo Xenón Cesio Bario Lantano Cerio Praseodimio Neodimio Prometeo Samario Europio Gadolinio Terbio Disprosio Holmio Erbio Tulio Iterbio Lutecio Hafnio Tantalio Tungsteno Renio Osmio Iridio Platino Oro Mercurio (elemento) Talio Dirigir Bismuto Polonio Astatine Radón Francio Radio Actinio Torio Protactinio Uranio Neptunio Plutonio Americio Curio Berkelio Californio Einstenio Fermio Mendelevio Nobelio Lawrencio Rutherfordio Dubnium Seaborgio Bohrium Hassium Meitnerio Darmstadtium Roentgenio Copérnico Nihonium Flerovio Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson Y ↑ Lu ↓ Lr iterbio ← lutecio → hafnio
Número atómico ( Z )	71
Grupo	grupo 3
Período	período 6
Cuadra	bloque d
Configuración electronica	[ Xe ] 4f 14 5d 1 6s 2
Electrones por capa	2, 8, 18, 32, 9, 2
Propiedades físicas
Fase en  STP	sólido
Punto de fusion	1925  K (1652 ° C, 3006 ° F)
Punto de ebullición	3675 K (3402 ° C, 6156 ° F)
Densidad (cerca de  rt )	9,841 g / cm 3
cuando es líquido (a  mp )	9,3 g / cm 3
Calor de fusión	California. 22  kJ / mol
Calor de vaporización	414 kJ / mol
Capacidad calorífica molar	26,86 J / (mol · K)
Presión de vapor P  (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k en  T  (K) 1906 2103 2346 (2653) (3072) (3663)
Propiedades atómicas
Estados de oxidación	0, [2] +1, +2, +3 (un óxido débilmente básico )
Electronegatividad	Escala de Pauling: 1,27
Energías de ionización	1 °: 523,5 kJ / mol 2do: 1340 kJ / mol 3 °: 2022,3 kJ / mol
Radio atómico	empírico: 174  pm
Radio covalente	187 ± 8 pm
Líneas espectrales de lutecio
Otras propiedades
Ocurrencia natural	primordial
Estructura cristalina	hexagonal compacta (hcp)
Expansión térmica	poli: 9,9 µm / (m⋅K) (a rt )
Conductividad térmica	16,4 W / (m⋅K)
Resistividad electrica	poli: 582 nΩ⋅m (a rt )
Orden magnético	paramagnético [3]
El módulo de Young	68,6 GPa
Módulo de corte	27,2 GPa
Módulo de volumen	47,6 GPa
Relación de Poisson	0,261
Dureza Vickers	755-1160 MPa
Dureza Brinell	890-1300 MPa
Número CAS	7439-94-3
Historia
Nombrar	después de Lutetia , latín para: París, en la época romana
Descubrimiento	Carl Auer von Welsbach y Georges Urbain (1906)
Primer aislamiento	Carl Auer von Welsbach (1906)
Nombrado por	Georges Urbain (1906)
Isótopos principales del lutecio
Isótopo Abundancia Vida media ( t 1/2 ) Modo de decaimiento Producto 173 Lu syn 1,37 años ε 173 Yb 174 Lu syn 3,31 años ε 174 Yb 175 Lu 97,401% estable 176 Lu 2.599% 3,78 × 10 10  y β - 176 Hf
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El lutecio es un elemento químico con el símbolo Lu y número atómico 71. Es un metal blanco plateado , que resiste la corrosión en aire seco, pero no en aire húmedo. El lutecio es el último elemento de la serie de los lantánidos y tradicionalmente se cuenta entre las tierras raras . El lutecio es generalmente considerado el primer elemento de los metales de transición del sexto período por quienes estudian el tema, aunque ha habido cierta controversia sobre este punto. ^[4]

Lutecio fue descubierto independientemente en 1907 por el científico francés Georges Urbain , el mineralogista austríaco barón Carl Auer von Welsbach y químico estadounidense Charles James . ^[5] Todos estos investigadores encontraron lutecio como una impureza en el mineral iterbio , que anteriormente se pensaba que consistía enteramente en iterbio. La disputa sobre la prioridad del descubrimiento ocurrió poco después, con Urbain y Welsbach acusándose mutuamente de publicar resultados influenciados por la investigación publicada del otro; el honor del nombre fue para Urbain, ya que había publicado sus resultados anteriormente. Eligió el nombre lutecium para el nuevo elemento, pero en 1949 se cambió la ortografía alutecio . En 1909, finalmente se le otorgó la prioridad a Urbain y sus nombres fueron adoptados como oficiales; sin embargo, el nombre cassiopeium (o más tarde cassiopium ) para el elemento 71 propuesto por Welsbach fue utilizado por muchos científicos alemanes hasta la década de 1950.

El lutecio no es un elemento particularmente abundante, aunque es significativamente más común que la plata en la corteza terrestre. Tiene pocos usos específicos. El lutecio-176 es un isótopo radiactivo relativamente abundante (2,5%) con una vida media de unos 38 mil millones de años, que se utiliza para determinar la edad de minerales y meteoritos . El lutecio suele aparecer asociado al elemento itrio ^[6] y, a veces, se utiliza en aleaciones metálicas y como catalizador en diversas reacciones químicas. ¹⁷⁷ Lu -DOTA-TATE se utiliza para la terapia con radionúclidos (ver Medicina nuclear) sobre tumores neuroendocrinos. El lutecio tiene la dureza Brinell más alta de todos los lantánidos, entre 890 y 1300 MPa . ^[7]

Características

Propiedades físicas

Un átomo de lutecio tiene 71 electrones, dispuestos en la configuración [ Xe ] 4f ¹⁴ 5d ¹ 6s ² . ^[8] Al entrar en una reacción química, el átomo pierde sus dos electrones más externos y el único electrón 5d. El átomo de lutecio es el más pequeño entre los átomos de lantánidos, debido a la contracción de los lantánidos , ^[9] y, como resultado, el lutecio tiene la densidad, el punto de fusión y la dureza más altos de los lantánidos. ^[10]

Propiedades y compuestos químicos

Ver también: Categoría: Compuestos de lutecio

Los compuestos de lutecio siempre contienen el elemento en estado de oxidación +3. ^[11] Las soluciones acuosas de la mayoría de las sales de lutecio son incoloras y forman sólidos cristalinos blancos al secarse, con la excepción común del yoduro. Las sales solubles, como nitrato, sulfato y acetato, forman hidratos tras la cristalización. El óxido , hidróxido, fluoruro, carbonato, fosfato y oxalato son insolubles en agua. ^[12]

El metal de lutecio es ligeramente inestable en el aire en condiciones estándar, pero se quema fácilmente a 150 ° C para formar óxido de lutecio. Se sabe que el compuesto resultante absorbe agua y dióxido de carbono , y puede usarse para eliminar los vapores de estos compuestos de atmósferas cerradas. ^[13] Se hacen observaciones similares durante la reacción entre el lutecio y el agua (lento cuando está frío y rápido cuando está caliente); se forma hidróxido de lutecio en la reacción. ^[14] Se sabe que el metal lutecio reacciona con los cuatro halógenos más ligeros para formar trihaluros ; todos ellos (excepto el fluoruro) son solubles en agua.

El lutecio se disuelve fácilmente en ácidos débiles ^[13] y el ácido sulfúrico diluido para formar soluciones que contienen iones de lutecio incoloros, que están coordinados por entre siete y nueve moléculas de agua, siendo el promedio [Lu (H
2O)
8.2] ³⁺ . ^[15]

2 Lu + 3 H
2ENTONCES
4→ 2 Lu ³⁺ + 3 SO2−
4 + 3 H
2↑

Isótopos

Artículo principal: Isótopos de lutecio

El lutecio se encuentra en la Tierra en forma de dos isótopos: lutecio-175 y lutecio-176. De estos dos, solo el primero es estable, lo que hace que el elemento sea monoisotópico . El último, el lutecio-176, se desintegra por desintegración beta con una vida media de 3,78 × 10 ¹⁰ años; constituye aproximadamente el 2,5% del lutecio natural. ^[16] Hasta la fecha, se han caracterizado 32 radioisótopos sintéticos del elemento, cuya masa oscila entre 149,973 (lutecio-150) y 183,961 (lutecio-184); los isótopos más estables son el lutecio-174 con una vida media de 3,31 años y el lutecio-173 con una vida media de 1,37 años. ^[16] Todos los radiactivos restanteslos isótopos tienen vidas medias inferiores a 9 días y la mayoría de estos tienen vidas medias inferiores a media hora. ^{[16] Los} isótopos más ligeros que el lutecio-175 estable se desintegran mediante la captura de electrones (para producir isótopos de iterbio ), con alguna emisión alfa y de positrones ; los isótopos más pesados ​​se desintegran principalmente a través de la desintegración beta, produciendo isótopos de hafnio. ^[dieciséis]

El elemento también tiene 42 isómeros nucleares , con masas de 150, 151, 153-162, 166-180 (no todos los números de masa corresponden a un solo isómero). Los más estables son el lutecio-177m, con una vida media de 160,4 días, y el lutecio-174m, con una vida media de 142 días; estos son más largos que las vidas medias de los estados fundamentales de todos los isótopos radiactivos del lutecio, excepto el lutecio-173, 174 y 176. ^[16]

Historia

El lutecio, derivado del latín Lutetia ( París ), fue descubierto de forma independiente en 1907 por el científico francés Georges Urbain , el mineralogista austriaco Carl Auer von Welsbach y el químico estadounidense Charles James. ^{[17] [18]} Lo encontraron como una impureza en iterbia , que el químico suizo Jean Charles Galissard de Marignac pensó que consistía enteramente en iterbio . ^[19] Los científicos propusieron diferentes nombres para los elementos: Urbain escogió neoytterbium y lutecio , ^[20] mientras que Welsbach eligióaldebaranium y cassiopeium (después de Aldebaran y Cassiopeia ). ^[21] Ambos artículos acusaron al otro de publicar resultados basados ​​en los del autor. ^{[22] [23] [24] [25] [26]}

La Comisión Internacional de Pesos Atómicos , que entonces era responsable de la atribución de nuevos nombres de elementos, resolvió la disputa en 1909 otorgando prioridad a Urbain y adoptando sus nombres como oficiales, basándose en el hecho de que la separación del lutecio del iterbio de Marignac era descrito por primera vez por Urbain; ^[19] después de que se reconocieron los nombres de Urbain, el neoytterbium se volvió a convertir en iterbio. Hasta la década de 1950, algunos químicos de habla alemana llamaban al lutecio por el nombre de Welsbach, casiopeio ; en 1949, la ortografía del elemento 71 se cambió a lutecio. La razón de esto fue que las muestras de lutecio de 1907 de Welsbach habían sido puras, mientras que las muestras de 1907 de Urbain solo contenían trazas de lutecio. ^[27]Esto más tarde indujo a Urbain a pensar que había descubierto el elemento 72, al que llamó celtium, que en realidad era lutecio muy puro. El posterior descrédito del trabajo de Urbain sobre el elemento 72 llevó a una reevaluación del trabajo de Welsbach sobre el elemento 71, de modo que el elemento pasó a llamarse casiopeio en los países de habla alemana durante algún tiempo. ^[27] Charles James, que se mantuvo al margen del argumento de la prioridad, trabajó a una escala mucho mayor y poseía el mayor suministro de lutecio en ese momento. ^[28] El metal de lutecio puro se produjo por primera vez en 1953. ^[28]

Ocurrencia y producción

Monacita

Encontrado con casi todos los demás metales de tierras raras, pero nunca solo, el lutecio es muy difícil de separar de otros elementos. Su principal fuente comercial es un subproducto del procesamiento del mineral fosfato de tierras raras monacita ( Ce , La , ...) P O
₄, que tiene concentraciones de sólo el 0,0001% del elemento, ^[13] no mucho más alto que la abundancia de lutecio en la corteza terrestre de aproximadamente 0,5 mg / kg. Actualmente no se conocen minerales dominantes en lutecio. ^[29] Las principales zonas mineras son China, Estados Unidos, Brasil, India, Sri Lanka y Australia. La producción mundial de lutecio (en forma de óxido) es de unas 10 toneladas por año. ^[28] El lutecio puro es muy difícil de preparar. Es uno de los metales de tierras raras más raros y caros, con un precio de alrededor de US $ 10.000 por kilogramo, o aproximadamente una cuarta parte del oro . ^{[30] [31]}

Los minerales triturados se tratan con ácido sulfúrico concentrado caliente para producir sulfatos de tierras raras solubles en agua. El torio precipita de la solución en forma de hidróxido y se elimina. Después de eso, la solución se trata con oxalato de amonio para convertir las tierras raras en sus oxalatos insolubles. Los oxalatos se convierten en óxidos por recocido. Los óxidos se disuelven en ácido nítrico que excluye uno de los componentes principales, el cerio , cuyo óxido es insoluble en HNO ₃ . Varios metales de tierras raras, incluido el lutecio, se separan como una sal doble con nitrato de amonio por cristalización. El lutecio se separa por intercambio iónico. En este proceso, los iones de tierras raras se absorben en una resina de intercambio iónico adecuada mediante intercambio con iones hidrógeno, amonio o cúprico presentes en la resina. A continuación, las sales de lutecio se lavan selectivamente con un agente complejante adecuado. A continuación, se obtiene el metal lutecio por reducción de Lu Cl ₃ o Lu F ₃ anhidro mediante un metal alcalino o un metal alcalinotérreo . ^[12]

2 LuCl
3 + 3 Ca → 2 Lu + 3 CaCl
2

Aplicaciones

Debido a la dificultad de producción y al alto precio, el lutecio tiene muy pocos usos comerciales, especialmente porque es más raro que la mayoría de los otros lantánidos, pero químicamente no es muy diferente. Sin embargo, el lutecio estable se puede usar como catalizador en el craqueo del petróleo en refinerías y también se puede usar en aplicaciones de alquilación, hidrogenación y polimerización . ^[32]

Granate aluminio lutecio ( Al
5Lu
3O
12) se ha propuesto para su uso como material de lente en litografía de inmersión de alto índice de refracción . ^[33] Además, se agrega una pequeña cantidad de lutecio como dopante al granate de galio y gadolinio , que se usa en dispositivos de memoria de burbujas magnéticas . ^[34] El oxiortosilicato de lutecio dopado con cerio es actualmente el compuesto preferido para los detectores en la tomografía por emisión de positrones (PET). ^{[35] [36] El} granate de aluminio y lutecio (LuAG) se utiliza como fósforo en bombillas de diodos emisores de luz. ^{[37] [38]}

Aparte del lutecio estable, sus isótopos radiactivos tienen varios usos específicos. La vida media adecuada y el modo de desintegración hicieron que el lutecio-176 se utilizara como emisor beta puro, utilizando lutecio que ha sido expuesto a la activación de neutrones , y en la datación de lutecio-hafnio hasta la fecha de meteoritos . ^[39] El isótopo sintético lutecio-177 unido al octreotato (un análogo de la somatostatina ) se utiliza de forma experimental en la terapia dirigida con radionúclidos para los tumores neuroendocrinos . ^[40] De hecho, el lutecio-177 se está utilizando cada vez más como radionúclido en la terapia de neuroendrocina tumoral y en la paliación del dolor óseo. ^{[41] [42]}Las investigaciones indican que los relojes atómicos de iones de lutecio podrían proporcionar una mayor precisión que cualquier reloj atómico existente. ^[43]

Tantalato de lutecio (LuTaO ₄ ) es el material blanco estable más denso conocido (densidad 9,81 g / cm ³ ) ^[44] y, por tanto, es un huésped ideal para los fósforos de rayos X. ^{[45] [46]} El único material blanco más denso es el dióxido de torio , con una densidad de 10 g / cm ³ , pero el torio que contiene es radiactivo.

Precauciones

Al igual que otros metales de las tierras raras, se considera que el lutecio tiene un bajo grado de toxicidad, pero sus compuestos deben manipularse con cuidado: por ejemplo, la inhalación de fluoruro de lutecio es peligrosa y el compuesto irrita la piel. ^{[13] El} nitrato de lutecio puede ser peligroso ya que puede explotar y arder una vez calentado. El polvo de óxido de lutecio también es tóxico si se inhala o se ingiere. ^[13]

De manera similar a los otros metales de las tierras raras, el lutecio no tiene ningún papel biológico conocido, pero se encuentra incluso en los seres humanos, concentrándose en los huesos y, en menor medida, en el hígado y los riñones. ^[28] Se sabe que las sales de lutecio se encuentran en la naturaleza junto con otras sales de lantánidos; el elemento es el menos abundante en el cuerpo humano de todos los lantánidos. ^[28] Las dietas humanas no han sido monitoreadas por el contenido de lutecio, por lo que no se sabe cuánto ingiere el ser humano promedio, pero las estimaciones muestran que la cantidad es solo de varios microgramos por año, todos provenientes de pequeñas cantidades tomadas por las plantas. Las sales de lutecio solubles son levemente tóxicas, pero las insolubles no lo son. ^[28]

Ver también

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Notas

Referencias

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