Lutécio

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Lutécio,  71 Lu
Lutécio sublimado dendrítico e 1cm3 cube.jpg
Lutécio
Pronúncia/ lj t ʃ i ə m / ​( lew- TEE -shee-əm )
Aparênciabranco prateado
Peso atômico padrão A r, std (Lu) 174.9668(1) [1]
Lutécio na tabela periódica
Hidrogênio Hélio
Lítio Berílio Boro Carbono Azoto Oxigênio Flúor Néon
Sódio Magnésio Alumínio Silício Fósforo Enxofre Cloro Argônio
Potássio Cálcio Escândio Titânio Vanádio Cromo Manganês Ferro Cobalto Níquel Cobre Zinco Gálio Germânio Arsênico Selênio Bromo Krypton
Rubídio Estrôncio Ítrio Zircônio Nióbio Molibdênio Tecnécio Rutênio Ródio Paládio Prata Cádmio índio Lata Antimônio Telúrio Iodo Xenon
Césio Bário Lantânio Cério Praseodímio Neodímio Promécio Samário Európio Gadolínio Térbio Disprósio Hólmio Érbio Túlio Itérbio Lutécio Háfnio Tântalo Tungstênio Rênio Ósmio Irídio Platina Ouro Mercúrio (elemento) Tálio Liderar Bismuto Polônio Astatine Radônio
Frâncio Rádio Actínio Tório Protactínio Urânio Neptúnio Plutônio Amerício Curium Berquélio Californium Einsteinium Férmio Mendelévio Nobélio Lourenço Rutherfordium Dúbnio Seaborgium Bohrium Hássio Meitnério Darmstádio Roentgenium Copérnico Nihonium Fleróvio Moscovium Livermório Tennessee Oganesson
S

Lu

Lr
itérbiolutécioháfnio
Número atômico ( Z )71
Grupogrupo 3
Períodoperíodo 6
Bloquear  d-bloco
Configuração eletrônica[ Xe ] 4f 14 5d 1 6s 2
Elétrons por camada2, 8, 18, 32, 9, 2
Propriedades físicas
Fase em  STPsólido
Ponto de fusão1925  K (1652 °C, 3006 °F)
Ponto de ebulição3675 K (3402 °C, 6156 °F)
Densidade (perto  da rt )9,841 g/ cm3
quando líquido (em  mp )9,3 g/ cm3
Calor de fusãocerca de 22  kJ/mol
Calor da vaporização414 kJ/mol
Capacidade de calor molar26,86 J/(mol·K)
Pressão de vapor
P  (Pa) 1 10 100 1k 10 mil 100 mil
em  T  (K) 1906 2103 2346 (2653) (3072) (3663)
Propriedades atômicas
Estados de oxidação0, [2] +1, +2, +3 (um óxido fracamente básico )
Eletro-negatividadeEscala de Pauling: 1,27
Energias de ionização
  • 1º: 523,5 kJ/mol
  • 2º: 1340 kJ/mol
  • 3º: 2022,3 kJ/mol
Raio atômicoempírico:  174h
Raio covalente187 ± 20h
Linhas de cor em uma faixa espectral
Linhas espectrais de lutécio
Outras propriedades
Ocorrência naturalprimordial
Estrutura de cristalhexagonal compacto (hcp)
Estrutura cristalina hexagonal compactada para lutécio
Expansão térmicapoli: 9,9 µm/(m⋅K) (à temperatura ambiente )
Condutividade térmica16,4 W/(m⋅K)
Resistividade elétricapoli: 582 nΩ⋅m (em rt )
Pedido magnéticoparamagnético [3]
Módulo de Young68,6 GPa
Módulo de cisalhamento27,2 GPa
Módulo em massa47,6 GPa
Razão de Poisson0,261
Dureza Vickers755–1160 MPa
Dureza Brinell890–1300 MPa
Número CAS7439-94-3
História
Nomeaçãodepois de Lutetia , latim para: Paris, na era romana
DescobertaCarl Auer von Welsbach e Georges Urbain (1906)
Primeiro isolamentoCarl Auer von Welsbach (1906)
Nomeado porGeorges Urbain (1906)
Principais isótopos de lutécio
Isótopo Abundância Meia-vida ( t 1/2 ) Modo de decaimento produtos
173 Lu sin 1,37 anos ε 173 Yb
174 Lu sin 3,31 anos ε 174 Yb
175 Lu 97,401% estábulo
176 Lu 2,599% 3,78×10 10  anos β- _ 176 Hf
 Categoria: Lutécio
| referências

O lutécio é um elemento químico com o símbolo Lu e número atômico 71. É um metal branco prateado , que resiste à corrosão no ar seco, mas não no ar úmido. O lutécio é o último elemento da série dos lantanídeos e é tradicionalmente contado entre as terras raras . O lutécio é geralmente considerado o primeiro elemento dos metais de transição do 6º período por aqueles que estudam o assunto, embora tenha havido alguma disputa sobre este ponto. [4]

O lutécio foi descoberto independentemente em 1907 pelo cientista francês Georges Urbain , o mineralogista austríaco Barão Carl Auer von Welsbach e o químico americano Charles James . [5] Todos esses pesquisadores descobriram o lutécio como uma impureza no mineral itérbio , que anteriormente se pensava consistir inteiramente de itérbio. A disputa sobre a prioridade da descoberta ocorreu pouco depois, com Urbain e Welsbach acusando-se mutuamente de publicar resultados influenciados pela pesquisa publicada do outro; a honra de nomeação foi para Urbain, pois ele havia publicado seus resultados anteriormente. Ele escolheu o nome lutecium para o novo elemento, mas em 1949 a grafia foi alterada paralutécio . Em 1909, a prioridade foi finalmente concedida a Urbain e seus nomes foram adotados como oficiais; no entanto, o nome cassiopeium (ou mais tarde cassiopio ) para o elemento 71 proposto por Welsbach foi usado por muitos cientistas alemães até a década de 1950.

O lutécio não é um elemento particularmente abundante, embora seja significativamente mais comum que a prata na crosta terrestre. Tem poucos usos específicos. O lutécio-176 é um isótopo radioativo relativamente abundante (2,5%) com meia-vida de cerca de 38 bilhões de anos, usado para determinar a idade de minerais e meteoritos . O lutécio geralmente ocorre em associação com o elemento ítrio [6] e às vezes é usado em ligas metálicas e como catalisador em várias reações químicas. 177 Lu -DOTA-TATE é usado para terapia com radionuclídeos (consulte Medicina nuclear) em tumores neuroendócrinos. Lutécio tem a maior dureza Brinell de qualquer lantanídeo, em 890-1300 MPa . [7]

Características

Propriedades físicas

Um átomo de lutécio tem 71 elétrons, dispostos na configuração [ Xe ] 4f 14 5d 1 6s 2 . [8] Ao entrar em uma reação química, o átomo perde seus dois elétrons mais externos e o único elétron 5d. O átomo de lutécio é o menor entre os átomos de lantanídeos, devido à contração dos lantanídeos , [9] e, como resultado, o lutécio tem a maior densidade, ponto de fusão e dureza dos lantanídeos. [10]

Propriedades químicas e compostos

Os compostos de lutécio sempre contêm o elemento no estado de oxidação +3. [11] As soluções aquosas da maioria dos sais de lutécio são incolores e formam sólidos cristalinos brancos após a secagem, com exceção do iodeto. Os sais solúveis, tais como nitrato, sulfato e acetato formam hidratos após a cristalização. O óxido , hidróxido, flúor, carbonato, fosfato e oxalato são insolúveis em água. [12]

O metal de lutécio é ligeiramente instável no ar em condições padrão, mas queima facilmente a 150°C para formar óxido de lutécio. O composto resultante é conhecido por absorver água e dióxido de carbono , e pode ser usado para remover vapores desses compostos de atmosferas fechadas. [13] Observações semelhantes são feitas durante a reação entre o lutécio e a água (lenta quando fria e rápida quando quente); hidróxido de lutécio é formado na reação. [14] O metal lutécio é conhecido por reagir com os quatro halogênios mais leves para formar tri- haletos ; todos eles (exceto o flúor) são solúveis em água.

O lutécio dissolve-se facilmente em ácidos fracos [13] e dilui o ácido sulfúrico para formar soluções contendo os íons lutécio incolores, que são coordenados por sete a nove moléculas de água, sendo a média [Lu(H 2 O) 8,2 ] 3+ . [15]

2 Lu + 3 H 2 SO 4 → 2 Lu 3+ + 3 SO2−4+ 3 H 2

Estados de oxidação

O lutécio é geralmente encontrado no estado de oxidação +3, como a maioria dos outros lantanídeos. No entanto, também pode estar nos estados 0, +1 e +2.

Isótopos

O lutécio ocorre na Terra na forma de dois isótopos: lutécio-175 e lutécio-176. Destes dois, apenas o primeiro é estável, tornando o elemento monoisotópico . O último, o lutécio-176, decai via decaimento beta com meia-vida de 3,78 × 10 10 anos; constitui cerca de 2,5% do lutécio natural. [16] Até o momento, 32 radioisótopos sintéticos do elemento foram caracterizados, variando em massa de 149,973 (lutécio-150) a 183,961 (lutécio-184); os isótopos mais estáveis ​​são o lutécio-174 com meia-vida de 3,31 anos e o lutécio-173 com meia-vida de 1,37 anos. [16] Todos os remanescentes radioativosisótopos têm meia-vida inferior a 9 dias, e a maioria deles tem meia-vida inferior a meia hora. [16] Isótopos mais leves que o lutécio-175 estável decaem via captura de elétrons (para produzir isótopos de itérbio ), com alguma emissão alfa e pósitron ; os isótopos mais pesados ​​decaem principalmente via decaimento beta, produzindo isótopos de háfnio. [16]

O elemento também possui 42 isômeros nucleares , com massas de 150, 151, 153-162, 166-180 (nem todo número de massa corresponde a apenas um isômero). Os mais estáveis ​​são o lutécio-177m, com meia-vida de 160,4 dias, e o lutécio-174m, com meia-vida de 142 dias; estes são mais longos do que as meias-vidas dos estados fundamentais de todos os isótopos radioativos de lutécio, exceto lutécio-173, 174 e 176. [16]


História

O lutécio, derivado do latim Lutetia ( Paris ), foi descoberto independentemente em 1907 pelo cientista francês Georges Urbain , o mineralogista austríaco Barão Carl Auer von Welsbach e o químico americano Charles James. [17] [18] Eles o encontraram como uma impureza na itérbia , que foi pensado pelo químico suíço Jean Charles Galissard de Marignac para consistir inteiramente de itérbio . [19] Os cientistas propuseram nomes diferentes para os elementos: Urbain escolheu neoitérbio e lutécio , [20] enquanto Welsbach escolheualdebaranium e cassiopeium (depois de Aldebaran e Cassiopeia ). [21] Ambos os artigos acusaram o outro homem de publicar resultados baseados nos do autor. [22] [23] [24] [25] [26]

A Comissão Internacional de Pesos Atômicos , então responsável pela atribuição de novos nomes de elementos, resolveu a disputa em 1909 dando prioridade a Urbain e adotando seus nomes como oficiais, com base no fato de que a separação do lutécio do itérbio de Marignac foi descrito pela primeira vez por Urbain; [19] depois que os nomes de Urbain foram reconhecidos, o neoitérbio foi revertido para itérbio. Até a década de 1950, alguns químicos de língua alemã chamavam o lutécio pelo nome de Welsbach, cassiopeium ; em 1949, a grafia do elemento 71 foi alterada para lutécio. A razão para isso foi que as amostras de lutécio de 1907 de Welsbach eram puras, enquanto as amostras de 1907 de Urbain continham apenas vestígios de lutécio. [27]Isso mais tarde levou Urbain a pensar que havia descoberto o elemento 72, que ele chamou de celtium, que na verdade era lutécio muito puro. O descrédito posterior do trabalho de Urbain no elemento 72 levou a uma reavaliação do trabalho de Welsbach no elemento 71, de modo que o elemento foi renomeado para cassiopeium nos países de língua alemã por algum tempo. [27] Charles James, que ficou fora do argumento da prioridade, trabalhou em uma escala muito maior e possuía o maior suprimento de lutécio na época. [28] O metal lutécio puro foi produzido pela primeira vez em 1953. [28]

Ocorrência e produção

Monazita

Encontrado com quase todos os outros metais de terras raras, mas nunca sozinho, o lutécio é muito difícil de separar de outros elementos. Sua principal fonte comercial é como subproduto do processamento do mineral fosfato de terras raras monazita ( Ce , La ,...) P O
4
, que tem concentrações de apenas 0,0001% do elemento, [13] não muito superiores à abundância de lutécio na crosta terrestre de cerca de 0,5 mg/kg. Nenhum mineral dominante de lutécio é conhecido atualmente. [29] As principais áreas de mineração são China, Estados Unidos, Brasil, Índia, Sri Lanka e Austrália. A produção mundial de lutécio (na forma de óxido) é de cerca de 10 toneladas por ano. [28] O metal lutécio puro é muito difícil de preparar. É um dos mais raros e mais caros metais de terras raras com o preço de cerca de US$ 10.000 por quilo, ou cerca de um quarto do ouro . [30] [31]

Os minerais triturados são tratados com ácido sulfúrico concentrado a quente para produzir sulfatos solúveis em água de terras raras. O tório precipita da solução como hidróxido e é removido. Depois disso, a solução é tratada com oxalato de amônio para converter terras raras em seus oxalatos insolúveis. Os oxalatos são convertidos em óxidos por recozimento. Os óxidos são dissolvidos em ácido nítrico que exclui um dos principais componentes, o cério , cujo óxido é insolúvel em HNO 3 . Vários metais de terras raras, incluindo lutécio, são separados como um sal duplo com nitrato de amônio por cristalização. O lutécio é separado por troca iônica. Neste processo, os íons de terras raras são sorvidos em resina de troca iônica adequada por troca com íons de hidrogênio, amônio ou cúprico presentes na resina. Os sais de lutécio são então lavados seletivamente por um agente complexante adequado. O metal lutécio é então obtido pela redução de Lu Cl 3 ou Lu F 3 anidro por um metal alcalino ou um metal alcalino-terroso . [12]

2 LuCl 3 + 3 Ca → 2 Lu + 3 CaCl 2

Aplicativos

Devido à dificuldade de produção e alto preço, o lutécio tem muito poucos usos comerciais, especialmente porque é mais raro do que a maioria dos outros lantanídeos, mas quimicamente não é muito diferente. No entanto, o lutécio estável pode ser usado como catalisador no craqueamento de petróleo em refinarias e também pode ser usado em aplicações de alquilação, hidrogenação e polimerização . [32]

A granada de alumínio e lutécio ( Al 5 Lu 3 O 12 ) foi proposta para uso como material de lente em litografia de imersão de alto índice de refração . [33] Além disso, uma pequena quantidade de lutécio é adicionada como dopante à granada de gadolínio e gálio , que é usada em dispositivos de memória de bolhas magnéticas . [34] O oxiortossilicato de lutécio dopado com cério é atualmente o composto preferido para detectores em tomografia por emissão de pósitrons (PET). [35] [36] A granada de alumínio e lutécio (LuAG) é usada como fósforo em lâmpadas de diodo emissor de luz. [37] [38]

Além do lutécio estável, seus isótopos radioativos têm vários usos específicos. A meia-vida e o modo de decaimento adequados fizeram com que o lutécio-176 fosse usado como um emissor beta puro, usando lutécio que foi exposto à ativação de nêutrons e em lutécio - háfnio datando meteoritos . [39] O isótopo sintético lutécio-177 ligado ao octreotato (um análogo da somatostatina ) é usado experimentalmente na terapia com radionuclídeos direcionados para tumores neuroendócrinos . [40] De fato, o lutécio-177 está tendo um uso crescente como radionuclídeo na terapia de tumores neuroendrocina e paliação da dor óssea. [41] [42]Pesquisas indicam que os relógios atômicos de íon lutécio podem fornecer maior precisão do que qualquer relógio atômico existente. [43]

O tantalato de lutécio (LuTaO 4 ) é o material branco estável mais denso conhecido (densidade de 9,81 g/cm 3 ) [44] e, portanto, é um hospedeiro ideal para fósforos de raios-X. [45] [46] O único material branco mais denso é o dióxido de tório , com densidade de 10 g/cm 3 , mas o tório que ele contém é radioativo.

Precauções

Como outros metais de terras raras, o lutécio é considerado de baixo grau de toxicidade, mas seus compostos devem ser manuseados com cuidado: por exemplo, a inalação de fluoreto de lutécio é perigosa e o composto irrita a pele. [13] O nitrato de lutécio pode ser perigoso, pois pode explodir e queimar quando aquecido. O pó de óxido de lutécio também é tóxico se inalado ou ingerido. [13]

Da mesma forma que os outros metais de terras raras, o lutécio não tem função biológica conhecida, mas é encontrado mesmo em humanos, concentrando-se nos ossos e, em menor grau, no fígado e nos rins. [28] Sabe-se que os sais de lutécio ocorrem em conjunto com outros sais de lantanídeos na natureza; o elemento é o menos abundante no corpo humano de todos os lantanídeos. [28] As dietas humanas não foram monitoradas quanto ao teor de lutécio, então não se sabe quanto o ser humano médio ingere, mas as estimativas mostram que a quantidade é de apenas alguns microgramas por ano, todos provenientes de pequenas quantidades ingeridas pelas plantas. Os sais de lutécio solúveis são levemente tóxicos, mas os insolúveis não são. [28]

Veja também

Notas

Referências

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