Luteti

Đối với các định nghĩa khác, xem Lutetia (định hướng).

Luteti, 71Lu
Tính chất chung
Tên, ký hiệu	Luteti, Lu
Phiên âm	/ljuːˈtiːʃiəm/ lew-TEE-shee-əm
Hình dạng	Bạc trắng
Luteti trong bảng tuần hoàn
Y ↑ Lu ↓ Lr Yterbi ← Luteti → Hafni
Số nguyên tử (Z)	71
Khối lượng nguyên tử chuẩn (Ar)	174,9668(4)
Phân loại	họ lanthan, đôi khi được xem là kim loại chuyển tiếp
Nhóm, phân lớp	3, d
Chu kỳ	Chu kỳ 6
Cấu hình electron	[Xe] 6s^2 4f^14 5d^1
mỗi lớp	2, 8, 18, 32, 9, 2
Tính chất vật lý
Màu sắc	Bạc trắng
Trạng thái vật chất	Chất rắn
Nhiệt độ nóng chảy	1925 K ​(1652 °C, ​3006 °F)
Nhiệt độ sôi	3675 K ​(3402 °C, ​6156 °F)
Mật độ	9,841 g·cm^−3 (ở 0 °C, 101.325 kPa)
Mật độ ở thể lỏng	ở nhiệt độ nóng chảy: 9,3 g·cm^−3
Nhiệt lượng nóng chảy	ca. 22 kJ·mol^−1
Nhiệt bay hơi	414 kJ·mol^−1
Nhiệt dung	26,86 J·mol^−1·K^−1
Áp suất hơi P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k ở T (K) 1906 2103 2346 (2653) (3072) (3663)
Tính chất nguyên tử
Trạng thái oxy hóa	3 ​base yếu
Độ âm điện	1,27 (Thang Pauling)
Năng lượng ion hóa	Thứ nhất: 523,5 kJ·mol^−1 Thứ hai: 1340 kJ·mol^−1 Thứ ba: 2022,3 kJ·mol^−1
Bán kính cộng hoá trị	thực nghiệm: 174 pm
Bán kính liên kết cộng hóa trị	17±8 pm
Thông tin khác
Cấu trúc tinh thể	​Lục phương
Độ giãn nở nhiệt	(r.t.) (poly) 9,9 µm·m^−1·K^−1
Độ dẫn nhiệt	16,4 W·m^−1·K^−1
Điện trở suất	(r.t.) (poly) 582 n Ω·m
Tính chất từ	Thuận từ[1]
Mô đun Young	68,6 GPa
Mô đun cắt	27,2 GPa
Mô đun khối	47,6 GPa
Hệ số Poisson	0,261
Độ cứng theo thang Vickers	1160 MPa
Độ cứng theo thang Brinell	893 MPa
Số đăng ký CAS	7439-94-3
Đồng vị ổn định nhất
Bài chính: Đồng vị của Luteti
Iso NA Chu kỳ bán rã DM DE (MeV) DP ^173Lu Tổng hợp 1,37 năm ε 0.671 ^173Yb ^174Lu Tổng hợp 3,31 năm ε 1.374 ^174Yb ^175Lu 97.41% ^175Lu ổn định với 104 neutron[2] ^176Lu 2.59% 3,78×10^10 năm β^- 1.193 ^176Hf ^177Lu Tổng hợp 6,65 ngày β^- - ^177Hf

Luteti là một nguyên tố hóa học có ký hiệu Lu và số nguyên tử 71. Nó nằm trong lớp d của bảng tuần hoàn chứ không thuộc lớp f, nhưng IUPAC xếp nó vào nhóm Lanthan.^[3] Nó là một trong các nguyên tố đã được xếp vào nhóm nguyên tố đất hiếm. Một trong các đồng vị phóng xạ của nó (¹⁷⁶Lu) được dùng trong công nghệ hạt nhân để các định tuổi của các thiên thạch. Luteti luôn cộng sinh với nguyên tố ytri và đôi khi được dùng trong các hợp kim và chất xúc tác trong các phản ứng hóa học khác nhau.

Tính chất

Tính chất vật lý

Luteti là một kim loại hóa trị 3 chống ăn mòn màu trắng bạc. Nó có bán kính nguyên tử nhỏ nhất và là nguyên tố đất hiếm nặng và cứng nhất.^[4][5] Luteti có điểm nóng chảy cao nhất trong nhóm Lanthan, có thể liên quan đến Lanthanide contraction.

Tính chất hóa học

Kim loại luteti xỉn chậm trong không khí và dễ cháy ở 150°C tạo thành luteti(III) oxit:

4Lu + 3O₂ → 2Lu₂O₃

Luteti có khả năng cho điện tử và phản ứng chậm với nước lạnh và khá nhanh với nước nóng tạo thành luteti(III) hydroxide:

2Lu (r) + 6H₂O (l) → 2Lu(OH)₃ (dd) + 3H₂ (k)

Kim loại luteti phản ứng với các halogen tạo muối halugenua:

2Lu (r) + 3F₂ (k) → 2LuF₃ (r) [trắng]

2Lu (r) + 3Cl₂ (k) → 2LuCl₃ (r) [trắng]

2Lu (r) + 3Br₂ (k) → 2LuBr₃ (r)[vàng nhạt]

2Lu (r) + 3I₂ (k) → 2LuI₃ (r)[nâu]

Luteti dễ hoà tan trong axit sulfuric loãng tạo thành dung dịch chứa các ion luteti(III) không màu, tồn tại ở dạng phức [Lu(H₂O)₉]³⁺:^[6]

2Lu (r) + 3H₂SO₄ (dd) → 2Lu³⁺ (dd) + 3SO^2–
₄ (dd) + 3H₂ (k)

Các hợp chất

Trong tất cả các hợp chất của nó, luteti có số oxy hóa +3. Các dung dịch của hầu hết các muối Lu đều không màu và hình thành các tinh thể màu trắng khi khô. Các muối hòa tan như chloride (LuCl₃), bromide (LuBr₃), iodide (LuI₃), nitrat, sunfat và axetat tạo thành các hydrat khi kết tinh. Oxit (Lu₂O₃), hydroxide, fluoride (LuF₃), cacbonat, phosphat và oxalat không hòa tan trong nước.^[7]

Luteti(III) tantalat (LuTaO₄) là vật liệu đặc nhất có màu trắng và không phóng xạ (mật độ 9,81 g/cm³)^[8] và cũng có ý tưởng dùng làm tia X phosphor.^[9][10] Thoria thì đặc hơn (10 g/cm³) và cũng có màu trắng nhưng có tính phóng xạ.

Đồng vị

Bài chi tiết: Đồng vị của luteti

Luteti tự nhiên gồm 1 đồng vị ổn định ¹⁷⁵Lu (chiếm 97,41%) và một đồng vị phóng xạ beta ¹⁷⁶Lu có chu kỳ bán rã 3,78×10¹⁰ năm (2,59%). Đồng vị phóng xạ này được sử dụng để định tuổi. 33 đồng vị phóng xạ đã được nhận biết, trong đó đồng vị tự nhiên ổn định nhất là ¹⁷⁶Lu, và các đồng vị tổng hợp ¹⁷⁴Lu có chu kỳ bán rã 3,31 năm, và ¹⁷³Lu là 1,37 năm. Tất cả các đồng vị phóng xạ còn lại có chu kỳ bán rã nhỏ hơn 9 ngày, và đa số trong đó có chu kỳ bán rã nhỏ 30 phút.Nguyên tố này có 18 meta state, với trạng thái ổn định nhất là ^177mLu (T_½=160,4 ngày), ^174mLu (T_½=142 ngày) và ^178mLu (T_½=23,1 phút).

Các đồng vị đã được biết đến của luteti có khối lượng nguyên tử nằm trong khoảng từ 149,973 (¹⁵⁰Lu) đến 183,961 (¹⁸⁴Lu). Cơ chế phân rã chủ yếu trước đồng vị ổn định phổ biến nhất, ¹⁷⁵Lu, là bắt điện tử (với vài alpha và positron), và cơ chế chủ yếu sau là phân rã beta. Các sản phẩm phân rã chủ yếu trước ¹⁷⁵Lu là các đồng vị của nguyên tố 70 (ytterbi) và các sản phẩm phân rã sau là các đồng vị của nguyên tố 72 (hafni).

Lịch sử

Luteti (Latin Lutetia nghĩa là Paris) được phát hiện một cách độc lập vào năm 1907 bởi nhà khoa học Pháp Georges Urbain,^[11] nhà khoáng vật học Úc, Nam tước Carl Auer von Welsbach, và nhà hóa học Hoa Kỳ Charles James.^[12] Các nhà khoa học này tìm thấy luteti ở dạng không tinh khiết trong khoáng vật ytterbia, loại khoáng vật mà nhà hóa học Thụy Điển Jean Charles Galissard de Marignac (và hầu hết các nhà khoa học khác) cho rằng nó hoàn toàn chứa nguyên tố ytterbi.

Việc tách luteti từ ytterbi của Marignac được miêu tả lần đầu tiên bởi Urbain và được đặt cách gọi của ông. Ông chọn các tên neoytterbi (ytterbi mới) và luteci cho cho nguyên tố mới nhưng tên neoytterbi cuối cùng đã được đổi lại cho nguyên tố ytterbi và năm 1949 nguyên tố thứ 71 được đổi thành luteti.

Tranh cãi về người đầu tiên phát hiện đã được viết trong hai bài báo theo đó Urbain và von Welsbach cáo buộc lẫn nhau về các kết quả công bố chịu ảnh hưởng từ các nghiên cứu được công bố của nhau.^[13][14]

Hội đồng Khối lượng nguyên tử (The Commission on Atomic Mass), tổ chức có trách nhiệm đặt tên cho các nguyên tố mới, đã giải quyết tranh chấp vào năm 1909 chấp nhận việc phát hiện đầu tiên của Urbain và các tên của ông ấy đặt làm tên chính thức. Vấn đề liên quan đến quyết định này là Urbain là một trong bốn thành viên của Hội đồng này.^[15]

Welsbach đã đề xuất các tên cassiopeium cho nguyên tố 71 (theo tên của chòm sao Cassiopeia) và aldebaranium cho nguyên tố mới ytterbium nhưng các đề xuất này đã bị từ chối (mặc dù một số nhà khoa học Đức trong thập niên 1950 đã gọi nguyên tố thứ 71 là cassiopium).

Trong khi đó, Charles James, người đã khiêm tốn đứng ngoài các cuộc tranh cãi đó, đã làm việc nhiều hơn những người khác, và chắc chắn sở hữu nguồn cung cấp luteti lớn nhất vào thời điểm đó.^[16]

Ứng dụng

Do hiếm và giá cao, luteti có rất ít ứng dụng thương mại. Tuy nhiên, luteti không phóng xạ có thể được dùng làm chất xúc tác trong cracking dầu mỏ trong lọc dầu và cũng có thể được sử dụng trong alkyl hóa, hydro hóa, và polymer hóa.

Các ứng dụng khác như:

• Luteti-176 (¹⁷⁶Lu) đã được dùng để định tuổi thiên thạch.^[17]
• Luteti nhôm garnet (Al₅Lu₃O₁₂) được đề xuất làm vật liệu thấu kính ngâm in thạch bản (immersion lithography) chiết suất cao.^[18]
• Luteti-177 (¹⁷⁷Lu) được dùng làm hạt nhân phóng xạ bị bắn phá trong thí nghiệm điều trị các khối u thần kinh nội tiết.^[19]
• Luteti oxyorthosilicat chứa tạp chất Ceri (LSO) hiện tại là hợp chất thích hợp cho các máy dò trong chụp cắt lớp positron (positron emission tomography - PET.) ^[20][21]
• Ứng dụng làm nguồn phát tia beta, dùng luteti để kích hoạt neutron. Một lượng nhỏ luteti được cho thêm vào gadolini galli garnet (GGG) ở dạng tạp chất, chất này được dùng trong các bộ nhớ bọt từ.^[22]

Tham khảo

1. Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Handbook of Chemistry and Physics (PDF). CRC press. 2000. ISBN 0849304814. Bản gốc (PDF) lưu trữ ngày 12 tháng 1 năm 2012. Truy cập ngày 6 tháng 9 năm 2010.
2. Được cho là trải qua quá trình phân rã alpha thành ¹⁷¹Tm.
3. “IUPAC Provisional Recommendations for the Nomenclature of Inorganic Chemistry (online draft of an updated version of the "Red Book" IR 3-6)”. 2004. Truy cập ngày 6 tháng 6 năm 2009.
4. Parker, Sybil P. (1984). Dictionary of Scientific and Technical Terms, 3rd ed. New York: McGraw-Hill.
5. Krebs, Robert E. (2006). The history and use of our earth's chemical elements: a reference guide. Greenwood Publishing Group. tr. 303. line feed character trong |title= tại ký tự số 54 (trợ giúp)
6. “Chemical reactions of Lutetium”. Webelements. Truy cập ngày 6 tháng 6 năm 2009.
7. Patnaik, Pradyot (2003). Handbook of Inorganic Chemical Compounds. McGraw-Hill. tr. 510. ISBN 0070494398. Truy cập ngày 6 tháng 6 năm 2009.
8. doi:10.1016/0925-8388(94)91069-3
   Hoàn thành chú thích này
9. Shigeo Shionoya (1998). Phosphor handbook. CRC Press. tr. 846. ISBN 0849375606.
10. C. K. Gupta, Nagaiyar Krishnamurthy (2004). Extractive metallurgy of rare earths. CRC Press. tr. 32. ISBN 0415333407.
11. M. G. Urbain (1908). “Un nouvel élément, le lutécium, résultant du dédoublement de l'ytterbium de Marignac”. Comptes rendus. 145: 759–762.
12. “Separation of Rare Earth Elements”. Bản gốc lưu trữ ngày 12 tháng 10 năm 2013. Truy cập ngày 4 tháng 9 năm 2010.
13. C. Auer v. Welsbach (1908). “Die Zerlegung des Yterbiums in seine Elemente”. Monatshefte für Chemie. 29 (2): 181–225. doi:10.1007/BF01558944.
14. G. Urbain (1909). “Lutetium und Neoytterbium oder Cassiopeium und Aldebaranium -- Erwiderung auf den Artikel des Herrn Auer v. Welsbach”. Monatshefte für Chemie. 31 (10): I. doi:10.1007/BF01530262.
15. F. W. Clarke, W. Ostwald, T. E. Thorpe, G. Urbain (1909). “Bericht des Internationalen Atomgewichts-Ausschusses für 1909”. Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. 42 (1): 11–17. doi:10.1002/cber.19090420104.
16. John Emsley (2001). Nature's building blocks: an A-Z guide to the elements. US: Oxford University Press. tr. 240–242. ISBN 0198503415.
17. Muriel Gargaud, Hervé Martin, Philippe Claeys (2007). Lectures in Astrobiology. Springer. tr. 51. ISBN 3540336923.
18. Yayi Wei, Robert L. Brainard (2009). Advanced Processes for 193-NM Immersion Lithography. SPIE Press. tr. 12. ISBN 0819475572.
19. Helmut Sigel (2004). Metal complexes in tumor diagnosis and as anticancer agents. CRC Press. tr. 98. ISBN 0824754948.
20. Wahl RL (2002). “Instrumentation”. Principles and Practice of Positron Emission Tomography. Philadelphia: Lippincott: Williams and Wilkins. tr. 51.
21. Daghighian, F. Shenderov, P. Pentlow, K.S. Graham, M.C. Eshaghian, B. Melcher, C.L. Schweitzer, J.S. (1993). “Evaluation of cerium doped lutetium oxyorthosilicate (LSO)scintillation crystals for PET”. Nuclear Science. 40 (4): 1045–1047. doi:10.1109/23.256710.
22. J. W. Nielsen, S. L. Blank, D. H. Smith, G. P. Vella-Coleiro, F. B. Hagedorn, R. L. Barns and W. A. Biolsi (1974). “Three garnet compositions for bubble domain memories”. Journal of Electronic Materials. 3 (3): 693–707. doi:10.1007/BF02655293.

• Guide to the Elements - Revised Edition, Albert Stwertka, (Oxford University Press; 1998) ISBN 0-19-508083-1

Liên kết ngoài

• WebElements.com - Lutetium (cũng có thể dùng tham khảo)
• It's Elemental - Lutetium
• pure Lutetium >99,9% picture in the element collection from Heinrich Pniok Lưu trữ 2011-07-19 tại Wayback Machine