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.
Лютеций — 71
Лютеций (Lu)-редкоземельный элемент
, атомный номер 71, атомная масса 174,97, температура плавления 1652ОС, плотность 9,8г/см3.
Когда в 1907 году, французские химики –исследователи подвергли спектральному анализу, открытый к тому времени элемент иттербий, было выяснено, что этот, как предполагалось самостоятельный элемент, состоит из двух различных элементов. Тот из них, у которого была меньшая атомная масса назвали неоиттербием, а тот, у которого атомная масса была больше, назвали лютецием, в честь древнего города Лютеции на реке Сене, на месте которого, сейчас, находится город Париж.
Лютеций содержится в земной коре в очень незначительных количествах-8х10-5% от всей массы. В природе лютеций встречается, в основном, в монацитовом песке, в промышленных минералах ксенотиме, эвксените, бастнезите. В природных и техногенных видах сырья, оксиды лютеция содержатся в долях процента от общего содержания: в эвдиалите-0,43%, в природном концентрате Томтора-0,1%.
В природе существуют два изотопа лютеция. Один из них лютеций-176 радиоактивен, с бета-радиоактивностью и является долгоживущим (период полураспада-миллионы лет), а второй изотоп, лютеций-175-стабилен. Искусственных радиоактивных изотопов создано 32, с периодом полураспада от нескольких часов, до нескольких сотен дней.
Обрабатывается достаточно легко, его можно прокатать в пружинистую фольгу. Лютеций –самый тяжёлый РЗМ (по плотности, он сравним с молибденом), самый тугоплавкий, один из самых тяжело выделяемых и очень дорогой.
При комнатной температуре на воздухе лютеций покрывается оксидной плёнкой, при нагреве до 400ОС, он легко окисляется. При нагреве реагирует с галогенами, серой и другими различными неметаллами. Лютеций хорошо реагирует с минеральными кислотами, образуя соли.
ПОЛУЧЕНИЕ.
После выделения из смеси РЗМ и обогащения, из концентрата получают оксид лютеция Lu2O3. Разделение РЗМ осуществляется методом дробной кристаллизации, экстракции и ионного обмена. Для получения металлического лютеция, применяется восстановление фторида лютеция, кальцием.
ПРИМЕНЕНИЕ.
Очень высокая стоимость лютеция значительно ограничивает его широкое применение.
Металлургия. Для придания сплавам хрома лучших механических характеристик и облегчения их обработки, эти сплавы легируют лютецием. Жаростойкие материалы и сплавы, легированные лютецием, служат гораздо более длительные сроки.
Лазерные материалы. Ионы лютеция применяются для генерации лазерного излучения. Соединения лютеция, легированные гольмием и тулием, применяются для производства высокоэнергетических лазеров для обороны и медицины.
Носители информации. Для производства носителей информации на цилиндрических магнитных доменах, применяются феррогранаты, легированные лютецием.
Магнитные материалы. Для создания сплавов для очень мощных постоянных магнитов, применяются соединения лютеций –железо-алюминий и лютеций –железо-кремний, с помощью которых, создаются постоянные магниты с очень высокой магнитной энергией.
Жаропрочная керамика. Для создания жаропрочных проводящих соединений, иногда применяется хромит лютеция.
Ядерная энергетика. Для поглощения нейтронов в атомных реакторах применяется оксид лютеция. Силикат лютеция легированный церием используется в приборах как детектор частиц в ядерной физике, физике элементарных частиц, в атомной медицине.
-
ЛЮТЕЦИЙ, Lu (лат. Lutetium; от латинского Lutetia Parisiorum или Lutetia — Лютеция , название главного города галльского племени паризиев, современный Париж * а. lutecium; н. Lutetium, Kassiopeium; ф. lutecium; и. lutecio), — химический элемент III группы периодической системы, атомный номер 71, атомная масса 174,967, относится к редкоземельным элементам (иттриевая подгруппа лантаноидов). Природный лютеций представлен двумя изотопами — 175 Lu (97,4%) и 176 Lu (2,6%); последний радиоактивен, претерпевая Я-распад, он превращается в стабильный изотоп 176 Hf, Т1/2=35,4 млрд. лет. Известно более 20 искусственных изотопов и ядерных изомеров лютеция. Открыт в 1907 Ж. Урбеном () и независимо от него К. Ауэром фон Вельсбахом () и Ч. Джеймсом ().
Лютеций — мягкий серебристо-белый металл с гексагональной плотноупакованной кристаллической решёткой (а = 0,35031 нм, с = 0,5509 нм), плотность 9840 кг/м3, t плавления около 1660°С, t кипения около 3410°С, теплоёмкость 26,5 Дж/(моль.К), удельное электрическое сопротивление 79.10 -4 (Ом.м), температурный коэффициент линейного расширения 12,5.10 К -1 , коэффициент Пуассона 0,233, легко поддаётся механической обработке. Для лютеция характерна степень окисления +3. На воздухе лютеций покрывается плотной устойчивой оксидной плёнкой, при нагревании до 400°С окисляется. При комнатной температуре реагирует с соляной, азотной, серной и ортофосфорной кислотами, при повышенных температурах (до 200°С) взаимодействует с водородом , бором , углеродом , азотом , серой . Оксид (сесквиоксид) Lu 2 О 3 получают термическим разложением нитрата, оксалата и других соединений лютеция выше 800°С; трифторид (LuF 3) — осаждением из водных растворов солей лютеция при действии фтористоводородной кислоты, может быть также получен взаимодействием Lu 2 О 3 с газообразным HF, F 2 или NH 4 HF 2 , термическим разложением фтораммонийных комплексов при 400-500°С и др.; гидроксид Lu(OH) 3 — обработкой водорастворимых солей лютеция щелочами. Среднее содержание лютеция в земной коре 8-10 -5 % по массе, в морской воде 1,2.10 -6 мг/л. Кислые горные породы содержат больше лютеция (1.10 -4 %), чем основные (6.10 -5 %) и осадочные (7.10 -5 %). Как и другие лантаноиды, лютеций присутствует в небольших количествах во многих минералах иттриевой подгруппы редкоземельных элементов ксенотим YPO 4 , иттриалит (Y, Th, U, Fe) 2 Si 2 О 7 , гадолинит Y 2 FeBe 2 Si 2 О 10 , самарскит (Y, Er) (Nb, Ta) 2 О 6 и др..
При переработке суммы редкоземельных элементов, выделенной из минералов, лютеций выделяется с фракцией тяжёлых редкоземельных элементов. Отделяют лютеций от других редкоземельных элементов методами экстракции и ионного обмена . Металлический лютеций получают кальциетермическим восстановлением LuF 3 . Применяют в качестве газопоглотителя в электровакуумных приборах; чистый лютеций — для исследовательских целей. Оксид лютеция — компонент жаропрочной керамики. Трифторид лютеция используют для получения фторидных лазерных материалов.
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)