Лютеций

Лютеций
Атомный номер	71
Внешний вид простого вещества	редкоземельный металл; твёрдый, плотный; цвет — серебристо-белый
Свойства атома
Атомная масса (молярная масса)	174,967 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома	175 пм
Энергия ионизации (первый электрон)	513,0 (5,32) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация	[Xe] 4f14 5d1 6s2
Химические свойства
Ковалентный радиус	156 пм
Радиус иона	(+3e) 85 пм
Электроотрицательность (по Полингу)	1,27
Электродный потенциал	Lu←Lu3+ -2,30 В
Степени окисления	3
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность	9,8404 г/см³
Молярная теплоёмкость	26,5 Дж/(K·моль)
Теплопроводность	(16,4) Вт/(м·K)
Температура плавления	1936 K
Теплота плавления	n/a кДж/моль
Температура кипения	3668 K
Теплота испарения	414 кДж/моль
Молярный объём	17,8 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	гексагональная
Параметры решётки	3,510 Å
Отношение c/a	1,585
Температура Дебая	n/a K

Происхождение названия

Фон Вельсбах предложил для лютеция название кассиопий (cassiopium) в честь созвездия, для иттербия — альдебараний (aldebaranium) в честь звезды Альдебаран. Однако, учитывая приоритет Урбена в разделении лютеция и иттербия, предложения фон Вельсбаха не были приняты. Тем не менее до начала 1960-х годов немецкие учёные употребляли в своих работах название кассиопий.

Получение

Отделение лютеция от других лантаноидов ведут методами экстракции, ионного обмена или дробной кристаллизацией.

Цены

Цена металлического лютеция чистотой >99,9% составляет 3.5-5.5 тыс. долл за 1 кг. Лютеций является самым дорогим из существующих в природе редкоземельных элементов, что обусловлено трудностью его выделения из смеси РЗЭ и ограниченностью использования.

Свойства

Физические свойства

Твёрдый блестящий металл, может быть прокатан в упругую фольгу. Лютеций является самым тяжёлым элементом среди лантаноидов как по атомному весу, так и по плотности (9,8404 г/см³). Кроме того, температура плавления лютеция (1663°C) максимальна среди всех редкоземельных элементов. Благодаря эффекту лантаноидного сжатия, среди всех лантаноидов лютеций имеет наименьший радиус иона.

Химические свойства

Очень медленно окисляется на воздухе, длительное время сохраняя блеск.

Бромид лютеция(III) (кристаллогидрат) имеет розовый цвет, хорошо растворим в воде.

С солями фтороводородной кислоты образует очень мало растворимый осадок фторида лютеция.

Со щелочами образует нерастворимый гидроксид.

Аналитическое определение

Как и другие РЗЭ, 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

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).

Распространённость в природе

Содержание в земной коре 0,00008% по массе. Содержание в морской воде 0,000 0012 мг/л. Основные промышленные минералы — ксенотим, эвксенит, бастнезит.