Лютеций. Лютеций химический элемент Жаропрочная керамика. Для создания жаропрочных проводящих соединений, иногда применяется хромит лютеция
А это старушка, седая и строгая,
Которая доит корову безрогую,
Лягнувшую старого пса без хвоста,
Который за шиворот треплет кота,
Который пугает и ловит синицу,
Которая часто ворует пшеницу,
Которая в темном чулане хранится,
В доме,
Который построил Джек...
Эти детские стихи приходят на память, когда пытаешься коротко пересказать историю открытия элемента №71 – лютеция. Судите сами:
новая редкоземельная окись – лютеция – выделена Жоржем Урбеном в 1907 г. из иттербиевой земли,
которая в 1878 г. выделена Мариньяком из эрбиевой земли,
которая в 1843 г. выделена Мозандером из иттриевой земли,
которая открыта Экебергом в 1797 г. в минерале гадолините.
Название нового элемента Урбен произвел от Lutetia – старинного латинского названия столицы Франции Парижа (видимо, в противовес гольмию).
Приоритет Урбена оспаривал Ауэр фон Вельсбах, который открыл элемент №71 несколькими месяцами позже и назвал его кассиопеем. В 1914 г. Международная комиссия по атомным весам вынесла решение именовать элемент все-таки лютецием, но еще много лет в литературе, особенно немецкой, фигурировало название «кассиопей».
Лютеций – последний лантаноид, самый тяжелый (плотность 9,849 г/см 3), самый тугоплавкий (температура плавления 1700±50°C), самый, пожалуй, труднодоступный и один из самых дорогих: 12 тыс. рублей за килограмм – цена 1970 г.
Из соединений элемента №71 выделяется, пожалуй, лишь его трифторид – как наименее тугоплавкое соединение из всех трифторидов редкоземельных элементов. Вообще-то температурные характеристики галогенидов редкоземельных элементов изменяются закономерно, но характерно, что при «полегчании» аниона минимум температуры плавления все время смещается вправо по ряду лантаноидов. Самый легкоплавкий иодид – у празеодима, бромид – у самария, хлорид – у тербия и, наконец, фторид – у лютеция.
В полном соответствии с правилом лантаноидного сжатия атом лютеция имеет наименьший среди всех лантаноидов объем, а ион Lu 3+ – минимальный радиус, всего 0,99 Å. По остальным же характеристикам и свойствам лютеций мало отличается от других лантаноидов.
Природный лютеций состоит всего из двух изотопов – стабильного лютеция-175 (97,412%) и бета-активного лютеция-176 (2,588%) с периодом полураспада 20 млрд лет. Так что за время существования нашей планеты количество лютеция слегка уменьшилось. Искусственным путем получены еще несколько радиоизотопов лютеция с периодами полураспада от 22 минут до 500 дней. Последний изотоп лютеция (нейтронно-дефицитный, с массовым числом 166) получен в 1968 г. в Дубне. Из других атомных разновидностей элемента №71 некоторый интерес представляет изомер лютеция-176, который может быть использован для определения содержания лютеция в соединениях редкоземельных элементов методом активационного анализа. Получают лютеций-176 (изомер) из природного лютеция в нейтронных потоках ядерных реакторов. Период полураспада изомера во много раз меньше, чем у изотопа l76 Lu в основном состоянии; он равен всего 3,71 часа. Практического значения элемент №71 пока не имеет. Известно, однако, что добавка лютеция положительно влияет на свойства хрома. Не исключено, что по мере того как лютеций будет становиться доступнее, его удастся использовать как катализатор или как активатор люминофоров или в лазерах, одним словом, там, где успешно работают его «собратья» по лантаноидной «команде».
Вот и закончены рассказы о лантаноидах – элементах, которым всем без исключения прочат большое будущее. Как говорится, поживем – увидим, но для оптимизма есть основания. Если бы Мариньяку, Лекоку де Буабодрану, Клеве, Ауэру фон Вельсбаху, Демарсэ и другим выдающимся исследователям редких земель, жившим в конце XIX – начале XX в., сказали, что большинство открытых ими элементов во второй половине XX в. приобретет большое практическое значение, то первооткрыватели, наверное, не поверили бы этому утверждению. Кроме, быть может, Урбена – он ведь был не только химиком, но и художником...
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.