Luteci

Luteci
71Lu
iterbi ← luteci → hafni Y ↑ Lu ↓ Lr Taula periòdica
Aspecte
Blanc platejat Luteci dendrític subliminat i un cub d'1 cm3 Línies espectrals del luteci
Propietats generals
Nom, símbol, nombre	Luteci, Lu, 71
Categoria d'elements	Lantànids (de vegades és considerat un metall de transició)
Grup, període, bloc	n/d, 6, d
Pes atòmic estàndard	174,9668(4)
Configuració electrònica	[Xe] 6s2 4f14 5d1 2, 8, 18, 32, 9, 2
Propietats físiques
Fase	Sòlid
Densitat (prop de la t. a.)	9,841 g·cm−3
Densitat del líquid en el p. f.	9,3 g·cm−3
Punt de fusió	1.925 K, 1.652 °C
Punt d'ebullició	3.675 K, 3.402 °C
Entalpia de fusió	ca. 22 kJ·mol−1
Entalpia de vaporització	414 kJ·mol−1
Capacitat calorífica molar	26,86 J·mol−1·K−1
Pressió de vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k a T (K) 1.906 2.103 2.346 (2.653) (3.072) (3.663)
Propietats atòmiques
Estats d'oxidació	3, 2, 1 (òxid bàsic feble)
Electronegativitat	1,27 (escala de Pauling)
Energies d'ionització	1a: 523,5 kJ·mol−1
	2a: 1.340 kJ·mol−1
	3a: 2.022,3 kJ·mol−1
Radi atòmic	174 pm
Radi covalent	187±8 pm
Miscel·lània
Estructura cristal·lina	Hexagonal
Ordenació magnètica	Paramagnètic
Resistivitat elèctrica	(t, a,) (poli) 582 nΩ·m
Conductivitat tèrmica	16,4 W·m−1·K−1
Dilatació tèrmica	(t, a,) (poli) 9,9 µm/(m·K)
Mòdul d'elasticitat	68,6 GPa
Mòdul de cisallament	27,2 GPa
Mòdul de compressibilitat	47,6 GPa
Coeficient de Poisson	0,261
Duresa de Vickers	1.160 MPa
Duresa de Brinell	893 MPa
Nombre CAS	7439-94-3
Isòtops més estables
Article principal: Isòtops del luteci
Iso AN Semivida MD ED (MeV) PD 173Lu sin 1,37 a ε 0,671 173Yb 174Lu sin 3,31 a ε 1,374 174Yb 175Lu 97,41% 175Lu és estable amb 104 neutrons 176Lu 2,59% 3,78×1010 a β− 1,193 176Hf

El luteci és un element químic de nombre atòmic 71, el símbol químic del qual és Lu. Pertany al 6è període de la taula periòdica i és el darrer element de la sèrie dels lantanoides, i amb ells forma part del conjunt de les terres rares. S'empra com a fosforòfor en equips de raig X. El radioisòtop luteci 177 s'empra en radioteràpia.

Història

El luteci fou descobert de forma independent el 1907 pel científic francès Georges Urbain i pel mineralogista austríac Carl Auer von Welsbach. Ambdós homes detectaren el luteci com a impuresa de l'iterbi, que havia sigut considerat pel químic suís Jean-Charles Galissard de Marignac i la majoria dels seus col·legues, un element químic pur.

La separació del luteci de l'iterbi de Marignac fou descrita per primera vegada per Urbain havent prevalgut el nom que aquest li donà al nou element descobert, del llatí Lutetia (primer nom de París). Urbain escollí els nom neoiterbi per anomenar l'element que quedava a l'iterbi desprès d'haver-li llevat el luteci. Welsbach havia optà per anomenar-los aldebarani a l'iterbi sense el luteci i cassiopei al luteci. El 1949 es decidí conservar el nom d'iterbi i anomenar al nou element luteci.

Abundància

Cristalls de proshchenkoïta-(Y)

El luteci és un element poc abundant a l'escorça terrestre, ocupa la posició 60 per ordre d'abundància dels elements químics, amb una concentració mitjana de 0,5 ppm. Tanmateix és 7 vegades més abundant que l'argent. Es troba a la natura amb la majoria de la resta de lantanoides, però mai en solitari de forma nativa, i és el menys abundant de tots els elements presents en la naturalesa. La principal mena de luteci comercialment explotable és la monzonita (Ce, La, etc.)PO₄ que conté un 0,003% de luteci. Els minerals que en contenen més del 2 % són la proshchenkoïta-(Y) 2,40 %, la gagarinita-(Ce)  2,20 % i la maoniupingita-(Ce) 2,11 %.

No s'aconseguí obtenir el metall pur fins a finals del segle xx, car és extremadament difícil de preparar. El procediment emprat és l'intercanvi iònic (reducció de clorur de luteci o fluorur de luteci anhidre amb metall alcalí o metall alcalinoterri. Anualment a tot el món se'n obtenen al voltant de 10 t en forma d'òxid de luteci.

Propietats

Propietats físiques

El luteci és un metall, sòlid a temperatura ambient, amb una densitat de 9,841 g/cm³ a 25 °C, un punt de fusió de 1 663 °C i un punt d'ebullició de 3 402 °C. Té lluïssor metàl·lica, de color blanc platejat. És paramagnètic des de −273 °C fins al seu punt de fusió, amb una susceptibilitat magnètica pràcticament independent de la temperatura des de −269 °C a 27 °C. A temperatures inferiors a 0,022 K (−273,128 °C) esdevé superconductor si la pressió supera els 45 kbars. La seva configuració electrònica és $[Xe]4f^{14}5d^{1}6s^{2}$, on destaca que té tots els orbitals $4f$ completament ocupats. És monomòrfic amb una estructura cristal·lina hexagonal compacte.

Propietats químiques

El luteci s'oxida lentament exposat a l’aire i es crema fàcilment per formar l'òxid de luteci:

$${\ce {4Lu + 3O2 -> 2Lu2O3}}$$

És força electropositiu i actua sempre com a trivalent. Reacciona lentament amb aigua freda i força ràpidament amb aigua calenta per formar hidròxid de luteci:

$${\ce {2 Lu(s) + 6 H2O(l) -> 2 Lu(OH)3(aq) + 3 H2(g)}}$$

Reacciona amb tots els halògens donant els corresponents halogenurs de luteci(3+):

Nitrat de luteci ${\ce {Lu(NO3)3}}$

$${\ce {2 Lu (s) + 3 F2 (g) -> 2 LuF3 (s) [blanc]}}$$

$${\ce {2 Lu (s) + 3 Cl2 (g) -> 2 LuCl3 (s) [blanc]}}$$

$${\ce {2 Lu (s) + 3 Br2 (g) -> 2 LuBr3 (s) [blanc]}}$$

$${\ce {2 Lu (s) + 3 I2 (g) -> 2 LuI3 (s) [marro]}}$$

Es dissol fàcilment en àcid sulfúric diluït per formar solucions que contenen els ions luteci(3+), que existeixen com a complexos ${\ce {[Lu(OH2)9]^3+}}$.

Altres composts de luteci(3+) són: el nitrat de luteci ${\ce {Lu(NO3)3}}$, el sulfat de luteci ${\ce {Lu2(SO4)3}}$, el sulfur de luteci ${\ce {Lu2S3}}$, el tetraborur de luteci ${\ce {LuB6}}$, el nitrur de luteci ${\ce {LuN}}$ o el tel·lur de luteci ${\ce {Lu2Te3}}$.

Isòtops

El luteci té un isòtop estable, luteci 175, amb una abundància natural del 97,41%. S'han identificat 33 radioisòtops, sent els més estables el luteci 176 amb un període de semidesintegració de 3,78×10¹⁰ anys i abundància natural de 2,59%, el luteci 174 amb 3,31 anys de període de semidesintegració, i el luteci 173 amb un període de semidesintegració d'1,37 anys. La resta d'isòtops radioactius tenen vides mitjanes inferiors a 9 dies i la majoria de menys de mitja hora.

El principal mecanisme de desintegració dels isòtops més lleugers que l'estable és la captura electrònica (amb alguns casos de desintegració α) resultant-ne isòtops d'iterbi. Els isòtops més pesats que l'estable es desintegren per mitjà d'emissió beta donant com a resultat isòtops d'hafni.

Aplicacions

Indústria electrònica

Pantalles OLED corbades

El luteci s'ha utilitzat com a dopant en el granat de gal·li i gadolini (GGG) per a fabricar els dispositius magnètics de les memòries d'ordinadors anomenades memòries de bombolla. Actualment s'utilitza en l’obtenció de LEDs orgànics (OLEDs) (díodes amb una capa de components orgànics que reaccionen i produeixen llum gràcies a una estimulació elèctrica), que ja s'usen en pantalles de telèfons mòbils i tauletes.

Indústria química

El luteci és usat com a catalitzador en la indústria del petroli en el procés de craqueig; en la hidrogenació (afegir una o més molècules d'hidrogen a un compost) i en processos de polimerització (obtenir un polímer mitjançant l'encadenament de monòmers base).

Medicina

El radiofàrmac edotreotida de luteci 177

El tantalat de luteci ${\ce {LuTaO4}}$és el material blanc més dens (9,81 g/cm³) que es coneix. S'utilitza com a material fosforescent (fosforòfor) per als equips de raigs X i les làmpades de descàrrega d'alta intensitat. L'ortosilicat de luteci ${\ce {Lu4Si3O12}}$ és usat en medicina nuclear en l'aparell de tomografia per emissió de positrons (PET), mitjançant el qual s'obté una imatge del cos humà on, en 20 minuts, apareixen diferenciades les zones sanes de les alterades, com a sensor dels fotons emesos pels protons del radioisòtop injectat al pacient.

El radioisòtop luteci 177 és un emissor beta d’energia mitjana amb una semivida de 6,7 dies i una energia màxima de 0,5 MeV (penetració màxima de teixits tous de 2 mm) que s'empra en radioteràpia administrat mitjançant radiofàrmacs.

Precaucions

Igual que amb la resta de terres rares, se suposa que el metall té una baixa toxicitat, no obstant tant el luteci com, especialment, els seus compostos han de manipular-se amb la màxima precaució. Encara que no exerceix cap rol biològic en el cos humà, es creu que estimula el metabolisme.

Enllaços externs

• Sistema periòdic, per Antonio Jiménez (castellà).

Viccionari