Luteti

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Bước tới: menu, tìm kiếm
Luteti,  71Lu
Lutetium sublimed dendritic and 1cm3 cube.jpg
Tính chất chung
Tên, ký hiệu Luteti, Lu
Phiên âm /ljuːˈtʃiəm/
lew-TEE-shee-əm
Hình dạng Bạc trắng
Luteti trong bảng tuần hoàn
  Hexagonal.png
 
71
Lu
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
Số nguyên tử 71
Khối lượng nguyên tử chuẩn 174,9668(4)
Phân loại Nhóm Lantan
Nhóm, phân lớp n/ad
Chu kỳ Chu kỳ 6
Cấu hình electron [Xe] 6s2 4f14 5d1
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 (gần nhiệt độ phòng) 9,841 g·cm−3 (at 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 lượng 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 ôxi hóa 3Bazơ 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 empirical: 174 pm
Độ dài 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 nén 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 nơtron
176Lu 2.59% 3,78×1010 năm β 1.193 176Hf

Luteti là một nguyên tố hóa học có kí hiệu Lusố nguyên tử 71. Nó nằm trong lớp d của bảng tuần hoàn chứ không thuộc lớp f, nhưng IUPAC xếp nó vào nhóm Lantan.[2] Nó là một trong các nguyên tố đã được xếp vào nhóm "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 yttri và đôi khi được dùng trong các hợp kimchất xúc tác trong các phản ứng hóa học khác nhau.

Tính chất[sửa | sửa mã nguồn]

Tính chất vật lý[sửa | sửa mã nguồn]

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.[3][4] Luteti có điểm nóng chảy cao nhất trong nhóm Lantan, có thể liên quan đến Lanthanide contraction.

Tính chất hóa học[sửa | sửa mã nguồn]

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

4 Lu + 3 O2 → 2 Lu2O3

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

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

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

2 Lu (r) + 3 F2 (k) → 2 LuF3 (r) [trắng]
2 Lu (r) + 3 Cl2 (k) → 2 LuCl3 (r) [trắng]
2 Lu (r) + 3 Br2 (k) → 2 LuBr3 (r)[trắng]
2 Lu (r) + 3 I2 (k) → 2 LuI3 (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(OH2)9]3+:[5]

2 Lu (r) + 3 H2SO4 (dd) → 2 Lu3+ (dd) + 3 SO2–4 (dd) + 3 H2 (k)

Các hợp chất[sửa | sửa mã nguồn]

Trong tất cả các hợp chất của nó, luteti có số ôxy 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 clorua (LuCl3), bromua (LuBr3), iodua (LuI3), nitrat, sulfat và axetat tạo thành các hydrat khi kết tinh. Ôxit (Lu2O3), hydroxit, florua (LuF3), cacbonat, phosphat và oxalat không hòa tan trong nước.[6]

Luteti tantalat (LuTaO4) là vật liệu đặc nhất có màu trắng và không phóng xạ (mật độ 9,81 g/cm3)[7] và cũng có ý tưởng dùng làm tia X phốtpho.[8][9] Thoria thì đặc hơn (10 g/cm3) và cũng có màu trắng nhưng có tính phóng xạ.

Đồng vị[sửa | sửa mã nguồn]

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 (T½=160,4 ngày), 174mLu (T½=142 ngày) và 178mLu (T½=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 alphapositron), 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[sửa | sửa mã nguồn]

Luteti (Latin Lutetia nghĩa là Paris) được phát hiện một cách độc lập vào năm 1907 bởi nhà khoa học Pháp Georges Urbain,[10] nhà khoáng vật học Úc, Nam tước Carl Auer von Welsbach, và nhà hóa học Hoa Kỳ Charles James.[11] 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.[12][13]

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.[14]

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.[15]

Ứng dụng[sửa | sửa mã nguồn]

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:

Tham khảo[sửa | sửa mã nguồn]

  1. ^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Handbook of Chemistry and Physics. CRC press. 2000. ISBN 0849304814. 
  2. ^ “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. 
  3. ^ Parker, Sybil P. (1984). Dictionary of Scientific and Technical Terms, 3rd ed. New York: McGraw-Hill. 
  4. ^ Krebs, Robert E. (2006). The history and use of our earth's chemical elements: a reference guide. Greenwood Publishing Group. tr. 303. 
  5. ^ “Chemical reactions of Lutetium”. Webelements. Truy cập ngày 6 tháng 6 năm 2009. 
  6. ^ Patnaik, Pradyot (2003). Handbook of Inorganic Chemical Compounds. McGraw-Hill. tr. 510. ISBN 0070494398. Truy cập ngày 6 tháng 6 năm 2009. 
  7. ^ doi:10.1016/0925-8388(94)91069-3
    Hoàn thành chú thích này
  8. ^ Shigeo Shionoya (1998). Phosphor handbook. CRC Press. tr. 846. ISBN 0849375606. 
  9. ^ C. K. Gupta, Nagaiyar Krishnamurthy (2004). Extractive metallurgy of rare earths. CRC Press. tr. 32. ISBN 0415333407. 
  10. ^ M. G. Urbain (1908). “Un nouvel élément, le lutécium, résultant du dédoublement de l'ytterbium de Marignac”. Comptes rendus 145: 759–762. 
  11. ^ “Separation of Rare Earth Elements”. 
  12. ^ C. Auer v. Welsbach (1908). “Die Zerlegung des Ytterbiums in seine Elemente”. Monatshefte für Chemie 29 (2): 181–225. doi:10.1007/BF01558944. 
  13. ^ 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. 
  14. ^ 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. 
  15. ^ John Emsley (2001). Nature's building blocks: an A-Z guide to the elements. US: Oxford University Press. tr. 240–242. ISBN 0198503415. 
  16. ^ Muriel Gargaud, Hervé Martin, Philippe Claeys (2007). Lectures in Astrobiology. Springer. tr. 51. ISBN 3540336923. 
  17. ^ Yayi Wei, Robert L. Brainard (2009). Advanced Processes for 193-NM Immersion Lithography. SPIE Press. tr. 12. ISBN 0819475572. 
  18. ^ Helmut Sigel (2004). Metal complexes in tumor diagnosis and as anticancer agents. CRC Press. tr. 98. ISBN 0824754948. 
  19. ^ Wahl RL (2002). “Instrumentation”. Principles and Practice of Positron Emission Tomography. Philadelphia: Lippincott: Williams and Wilkins. tr. 51. 
  20. ^ 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. 
  21. ^ 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[sửa | sửa mã nguồn]