A lutécium felfedezése és elnevezése
A lutécium (vegyjel: Lu) a periódusos rendszer 71. eleme, amely a lantanoidák csoportjába tartozik. Ezt a ritka földfémet először 1907-ben fedezte fel egymástól függetlenül Carl Auer von Welsbach osztrák kémikus és Georges Urbain francia kémikus. Mindketten az „Ytterbia” nevű ásványból izolálták az új elemet.
Az elem nevét a latin „Lutetia” szóból származtatják, amely Párizs ókori római neve volt. A lutécium elnevezést Georges Urbain javasolta, tisztelegve szülővárosa előtt. Bár a felfedezés prioritása vitatott volt Welsbach és Urbain között, végül az elem hivatalos elnevezése a lutécium lett.
A lutécium természetes előfordulása
A lutécium a természetben rendkívül ritka elem, általában más ritka földfémekkel együtt fordul elő különböző ásványokban. A két fő ásvány, amelyekben megtalálható, a xenotim (YPO4) és az euxenit ((Y,Ca,Er,La,Ce,U,Th)(Nb,Ta,Ti)_2O_6). Ezek az ásványok elsősorban Kínában, az Egyesült Államokban, Brazíliában, Indiában és Ausztráliában lelhetők fel, ahol gazdag lantanoida-lelőhelyek találhatók.
A lutécium a földkéregben rendkívül alacsony koncentrációban van jelen, körülbelül 0,5 mg/kg mennyiségben. Ez azt jelenti, hogy a lutécium a 71. leggyakoribb elem a földkéregben. A ritka előfordulás miatt a lutécium kinyerése és tisztítása meglehetősen költséges és időigényes folyamat.
A lutécium kinyerése és tisztítása
A lutécium előállítása többlépcsős folyamat, amely magában foglalja az érc kibányászását, az elem dúsítását és végül a tiszta fém előállítását. Az első lépés a lutéciumot tartalmazó ásványok, például a xenotim vagy az euxenit kitermelése. Ezután az ásványokat fizikai és kémiai módszerekkel feldolgozzák, hogy növeljék a ritkaföldfém-tartalmát.
A dúsított ércből a lutéciumot általában ioncserés vagy oldószeres extrakciós eljárásokkal nyerik ki. Ezek a technikák lehetővé teszik a lutécium elválasztását a többi ritka földfémtől. Az ioncserés módszer során az ércet savakban oldják, majd az oldatot ioncserélő gyanták oszlopain vezetik át. A különböző ritka földfémek eltérő affinitást mutatnak a gyantához, így szelektíven megkötődnek és elválaszthatók egymástól.
Az oldószeres extrakció során a ritka földfémeket tartalmazó oldatot szerves oldószerekkel érintkeztetik, amelyek szelektíven képesek megkötni a különböző fémionokat. A lutéciumot tartalmazó szerves fázist ezután elválasztják a többi komponenstől, majd a fémet kicsapatják az oldatból.
A kinyert lutéciumot további finomítási lépéseknek vetik alá, hogy nagy tisztaságú fémet kapjanak. Ez magában foglalhatja az újrakristályosítást, a vákuumdesztillációt vagy az elektrolízist. A végső termék egy ezüstösen csillogó, lágy fém, amely levegőn lassan oxidálódik.
A lutécium fizikai és kémiai tulajdonságai
A lutécium a periódusos rendszer 71. eleme, vegyjele Lu. A lantanoidák sorában az utolsó elem, elektronszerkezete [Xe]4f145d16s2. Ezüstfehér színű, lágy, nyújtható fém. Szobahőmérsékleten hexagonális kristályszerkezetű, tércentrált rácsban kristályosodik.
A lutécium sűrűsége 9,841 g/cm³, olvadáspontja 1663 °C, forráspontja 3402 °C. Kiváló elektromos és hővezető, szupravezető tulajdonságokat mutat alacsony hőmérsékleten. A lutécium kémiailag reaktív fém, lassan reagál vízzel és oldódik savakban hidrogéngáz fejlődése közben. Levegőn lassan oxidálódik, tömör oxidréteg képződik a felületén, amely megvédi a további oxidációtól.
A lutécium elektronszerkezete stabilitást biztosít a +3 oxidációs állapotban. A Lu(III) ionok színtelenek, diamágnesesek. A lutécium számos vegyületet képez, például oxidokat, halogenideket, szulfidokat és szerves komplexeket. A lutécium-oxid (Lu2O3) a legstabilabb vegyülete, amely fehér, szilárd anyag, és kerámiaipari alapanyagként használják.
A lutécium alkalmazási területei
A lutécium viszonylag ritka és drága fém, ennek ellenére számos fontos alkalmazási területe van. Az egyik legjelentősebb felhasználása a lutécium-oxi-ortoszilikát (LSO) szcintillációs kristályok gyártása. Ezek a kristályok rendkívül hatékonyak a gamma-sugárzás detektálásában, ezért széles körben alkalmazzák őket a pozitronemissziós tomográfiában (PET) és a komputertomográfiában (CT).
A lutécium-177 radioizotópot a nukleáris medicinában használják terápiás célokra. A Lu-177 béta-sugárzó, amely szelektíven képes elpusztítani a rákos sejteket, miközben minimális károsodást okoz az egészséges szövetekben. A lutécium-177-et sikeresen alkalmazzák a prosztatarák és a neuroendokrin daganatok kezelésében.