Hemijski element lutecijuma. Lutecij Keramika otporna na toplinu

Otkriće lutecija bio je nastavak proučavanja minerala iterbita, što je već dovelo do otkrića oko 10 hemijskih elemenata. Godine 1905. francuski hemičar Georges Urbain otkrio je da je oksid izolovan iz minerala, koji se smatrao iterbijum oksidom, mješavina koja sadrži okside nekoliko elemenata. Za jedan od novih elemenata predložio je naziv Lutecij u čast antičkog imena Pariza (Lutetia Parisorum).

Potvrda:

Fizička svojstva:

Prirodni lutecijum se sastoji od stabilnog izotopa 175 Lu (97,41%) i dugovječnog beta radioaktivnog 176 Lu (2,59%, poluraspada 3,78·10 10 godina).
Lutecij je srebrno-bijeli metal koji se lako može obraditi. Zbog efekta kompresije lantanida, lutecij ima najmanji atomski i jonski radijus među svim lantanidima. Ovo određuje najveće vrijednosti gustine (9,8404 g/cm3) i tačke topljenja lutecijuma (1663°C) među lantanidima.

Hemijska svojstva:

Na uobičajenim temperaturama, lutecij je prekriven gustim oksidnim filmom; kada se zagrije, gori u kisiku i stupa u interakciju s halogenima, sumporom i drugim nemetalima. Reaguje sa vrućom vodom i formira hidroksid: 2Lu + 6H 2 O → 2Lu(OH) 3 + 3H 2, a sa kiselinama formira lutecijum(III) soli.

Najvažnije veze:

Lutecij oksid Lu 2 O 3 i njegov hidroksid Lu(OH) 3 imaju slabo bazična svojstva.
Lutecijeve soli su bezbojne, rastvorljive sulfatne, hloridne, acetatne, nitratne, visoko hidrolizovane, kada se izoluju iz rastvora formiraju kristalne hidrate (na primer, Lu 2 (SO 4) 3,8H 2 O).
Slabo rastvorljivi karbonat, fosfat, lutecijum fluorid LuF 3

primjena:

Teškoća nabavke i visoke cijene ograničavaju upotrebu lutecijuma i njegovih spojeva. Međutim, oni nalaze primjenu u proizvodnji laserskih materijala, detektora u nuklearnoj fizici, supravodljive keramike itd. Izvori:
Lutecij // Wikipedia. URL.

MINISTARSTVO PROSVETE I NAUKE RUJSKE FEDERACIJE

FGBOUVPO "Permski državni nacionalni istraživački univerzitet"

Katedra za neorgansku hemiju

Lutecij. Proizvodnja lutecijuma

Završio: student 5. godine

Katedra za neorgansku hemiju

Glazunova E.A.

Provjerio: Korzanov V.S.

Perm, 2014

Istorija otkrića

Hemijski element III gr. periodični sistem. Pripada elementima retkih zemalja (itrijum podgrupa lantanida). Prirodni lutecijum se sastoji od dva izotopa 175Lu (97,40%) i 176Lu (2,6%); 176Lu je radioaktivan. Konfiguracija vanjske elektronske ljuske 4f145s25p65d16s2; oksidacijsko stanje +3

Element u obliku oksida nezavisno su otkrili 1907. godine francuski hemičar Georges Urban, austrijski mineralog Karl Auer von Welsbach i američki hemičar Charles James. Svi su otkrili lutecij kao nečistoću u iterbijevom oksidu, koji je, pak, otkriven 1878. godine kao nečistoća u erbijevom oksidu, izoliran 1843. iz itrijum oksida, otkrivenog 1797. u mineralu gadolinitu. Svi ovi elementi rijetkih zemalja imaju vrlo slična hemijska svojstva. Prioritet otkrića pripada J. Urbanu.

porijeklo imena

Njegov pronalazač Georges Urbain izveo je naziv elementa iz latinskog imena Pariza - Lutetia Parisorum. Za iterbijum, iz kojeg je izdvojen lutecijum, predloženo je ime neojterbijum. Von Welsbach, koji je osporio prioritet otkrića elementa, predložio je naziv kasiopijum za lutecijum, a aldebaranijum za iterbijum u čast sazvežđa severne hemisfere i najsjajnije zvezde sazvežđa Bik. S obzirom na Urbainov prioritet u razdvajanju lutecijuma i iterbija, 1914. Međunarodna komisija za atomske težine usvojila je naziv Lutecij, koji je 1949. promijenjen u Lutecij (rusko ime se nije promijenilo). Međutim, do ranih 1960-ih, naziv kasiopija se koristio u radovima njemačkih naučnika.

Svojstva

Fizička svojstva

Lutecij je srebrno-bijeli metal koji se lako može obraditi. To je najteži element među lantanidima i po atomskoj težini i po gustini (9,8404 g/cm ³). Tačka topljenja lutecijuma (1663 °C) je najviša među svim elementima retkih zemalja. Zbog efekta kompresije lantanida, lutecij ima najmanji atomski i jonski radijus među svim lantanidima.

Hemijska svojstva

Na sobnoj temperaturi na zraku lutecij je prekriven gustim oksidnim filmom, a na temperaturi od 400 °C oksidira. Kada se zagrije, stupa u interakciju s halogenima, sumporom i drugim nemetalima.

Lutecij reaguje sa neorganskim kiselinama i formira soli.

Hidroperoksidi (OH) 2(OOH) nH 2O se dobiva iz otopine soli ili iz hidroksida u obliku želatinoznog taloga djelovanjem lužine i vodikovog peroksida.

Pretpostavlja se sljedeći mehanizam stvaranja hidroperoksida:

(OH) 3+H 2O 2→ Lu(OH) 2(OOH)+H 2O.

Hidroperoksid je vrlo nestabilan. U ravnoteži sa vodenim rastvorima gubi deo aktivnog kiseonika. Koncentrisani H 2SO 4razgrađuje ga oslobađanjem ozona. Pod uticajem razblaženog H 2SO 4H je pušten 2O 2; CO takođe radi 2i mnoge kiseline. Kada se osuši preko koncentrovanog H 2SO 4peroksid gubi vodu i dio aktivnog kisika. Na 200 º Sa potpunom eliminacijom aktivnog kiseonika dolazi. Lutecij hidroperoksid zahtijeva daljnja istraživanja.

Sulfati.

Sastav hidratiziranog lutecij sulfata Lu 2(TAKO 4)3nH 2O se priprema otapanjem oksida, hidroksida ili karbonata u razrijeđenoj sumpornoj kiselini, a zatim isparavanjem otopine. Sulfati se oslobađaju sa različitim sadržajem kristalizacione vode: Lu - 8.

Bezvodni sulfati

Dobija se zagrijavanjem hidrata na 600-650 º C, odnosno djelovanje koncentriranog H 2SO 4na Lu 2O 3uz jako zagrijavanje praćeno uklanjanjem viška kiseline. Prvo se formira kiseli sulfat koji se zagrijavanjem raspada:

2O 3+ 6H 2SO 4→ 2Ln(HSO 4)3+ 3H 2O,

Ln(HSO 4)3→ Ln 2(TAKO 4)3+3SO 3+ 3H 2O.

Daljnje zagrijavanje dovodi do stvaranja bazične soli i na oko 900°C njen sastav odgovara formuli Lu 2O 3∙SO 3. Iznad 1000°C, glavna sol se pretvara u oksid.

Bezvodni lu sulfat 2(TAKO 4)3je higroskopski prah. Dobro rastvorimo u hladnoj vodi.

Tiosulfati 2(S 2O 3)3 nastaje interakcijom natrij ili barijum tiosulfata sa lutecijevom soli. Tiosulfat je visoko rastvorljiv u vodi, tako da se ne taloži iz razblaženih rastvora. Iz koncentriranih otopina postepeno se taloži u obliku praškaste mase. Tiosulfat se u potpunosti iz otopine posoli metil ili etil alkoholom. Kada se otopina zakiseli hlorovodoničnom kiselinom, ona se raspada:

2(S 2O 3)3→ Lu 2(TAKO 3)3+ 3S.

Povećanje temperature na 800-1000 º C dovodi do razgradnje tiosulfata do oksosulfita Lu 2O(SO 3)2.

Seleniti 2(SeO 3)3nH 2O se dobija djelovanjem na sol lutecija s natrijum selenitom ili selenskom kiselinom. Slabo rastvorljiv u vodi i mineralnim kiselinama Rastvorljiv u mineralnim kiselinama u prisustvu H 2O 2.

Nitrati (BR 3)3dobijeno reakcijom:

2O 3+6N 2O 4→ 2Lu(BR 3)3+3N 2O 3.

U obliku kristalnih hidrata, nitrat se dobija otapanjem lutecijum oksida, hidroksida i karbonata u azotnoj kiselini, nakon čega sledi isparavanje rastvora:

2O 3+6HNO 3→ 2Lu(BR 3)3+ 3H 2O, 2(CO 3)3+6HNO 3→ 2Lu(BR 3)3+ 3H 2O+3CO 2.

2(C 2O 4)3+ 3SiO 2+3/2O 2= Lu 2(SiO 3)3+ 6CO 2.

Silikat se ne otapa u vodi. Utvrđeno je da lutecijum formira Lu ortosilikat 2O 3SiO 2i Lu pirosilikat 2O 32SiO 2.

molibdati 2(MoO 4)3se dobija spajanjem lutecijum hlorida sa molibdatima alkalnih metala ili dehidratacijom kristalnih molibdatnih hidrata zagrevanjem do topljenja. Može se dobiti legiranjem Lu 2O 3sa MoO 3na 850-900 º WITH.

Lutecij molibdat formira dvostruke soli s molibdatima drugih metala. Dobija se kristalizacijom iz taline koja sadrži oksid lutecijuma, molibden i alkalni element. Kristalizacijom iz taline koja sadrži lutecij molibdat i molibdat alkalnog elementa dobijaju se dvostruki molibdati sastava MeLu(MoO4 )2

Pripada grupi lantanida.

Istorija otkrića

Element u obliku oksida nezavisno su otkrili 1907. godine francuski hemičar Georges Urban, austrijski mineralog Karl Auer von Welsbach i američki hemičar Charles James. Svi su otkrili lutecij kao nečistoću u iterbijevom oksidu, koji je, pak, otkriven 1878. godine kao nečistoća u erbijevom oksidu, izoliran 1843. iz itrijum oksida, otkrivenog 1797. u mineralu gadolinitu. Svi ovi elementi rijetkih zemalja imaju vrlo slična hemijska svojstva. Prioritet otkrića pripada J. Urbanu.

porijeklo imena

Njegov pronalazač Georges Urbain izveo je naziv elementa iz latinskog imena Pariza - Lutetia Parisorum. Za iterbijum, iz kojeg je izdvojen lutecijum, predloženo je ime neojterbijum. Von Welsbach, koji je osporio prioritet otkrića elementa, predložio je naziv kasiopijum za lutecijum, a aldebaranijum za iterbijum, u čast sazvežđa severne hemisfere i najsjajnije zvezde sazvežđa Bik, respektivno. S obzirom na Urbainov prioritet u razdvajanju lutecijuma i iterbija, 1914. Međunarodna komisija za atomske težine usvojila je naziv Lutecij, koji je 1949. promijenjen u Lutecij (rusko ime se nije promijenilo). Međutim, do ranih 1960-ih, naziv kasiopija se koristio u radovima njemačkih naučnika.

Potvrda

Da bi se dobio lutecij, izoluje se iz minerala zajedno s drugim teškim elementima rijetkih zemalja. Lutecijum se od drugih lantanida odvaja metodama ekstrakcije, jonske izmene ili frakcione kristalizacije, a metalni lutecijum se dobija redukcijom kalcijumom iz LuF 3 fluorida.

Svojstva

Fizička svojstva
Lutecij je srebrno-bijeli metal koji se lako može obraditi. To je najteži element među lantanidima i po atomskoj težini i po gustini (9,8404 g/cm³). Tačka topljenja lutecijuma (1663 °C) je najviša među svim elementima retkih zemalja. Zbog efekta kompresije lantanida, lutecij ima najmanji atomski i jonski radijus među svim lantanidima.

Hemijska svojstva
Na sobnoj temperaturi na zraku lutecij je prekriven gustim oksidnim filmom, a na temperaturi od 400 °C oksidira. Kada se zagrije, stupa u interakciju s halogenima, sumporom i drugim nemetalima.
Lutecij reaguje sa neorganskim kiselinama i formira soli. Kada se lutecijeve soli rastvorljive u vodi (hloridi, sulfati, acetati, nitrati) ispare, nastaju kristalni hidrati.
Kada vodeni rastvori soli lutecijuma stupaju u interakciju sa fluorovodoničnom kiselinom, formira se vrlo slabo rastvorljiv talog lutecijum fluorida LuF 3. Isti spoj se može dobiti reakcijom lutecij oksida Lu 2 O 3 sa plinovitim fluorovodikom ili fluorom.
Lutecij hidroksid nastaje hidrolizom njegovih soli rastvorljivih u vodi.

A ovo je starica, sijeda i stroga,
Ko muze kravu bez rogova,
Šutnuo starog psa bez repa,
Ko vuče mačku za ogrlicu,
Što plaši i hvata sisu,
Ko često krade pšenicu,
Koja se čuva u tamnom ormaru,
U kući,
Koje je Jack napravio...

Ove dječije pjesme padaju na pamet kada pokušate ukratko prepričati priču o otkriću elementa broj 71 - lutecijuma. Procijenite sami:

novi oksid rijetke zemlje - lutecij - izolirao Georges Urbain 1907. godine iz zemlje iterbija,
koju je 1878. Marignac izolirao od erbijuma zemlje,
koju je 1843. Mozander izolovao iz itrijumske zemlje,
koji je Ekeberg otkrio 1797. u mineralu gadolinitu.

Urbain je ime novog elementa izveo od Lutetia, starog latinskog naziva za glavni grad Francuske, Pariz (očigledno, za razliku od holmijuma).

Urbainov prioritet je osporio Auer von Welsbach, koji je nekoliko mjeseci kasnije otkrio element 71 i nazvao ga Kasiopeja. Godine 1914. Međunarodna komisija za atomske težine odlučila je da element nazove lutecij, ali se dugi niz godina u literaturi, posebno na njemačkom, pojavljivao naziv "kasiopeja".

Lutecijum je poslednji lantanid, najteži (gustina 9,849 g/cm 3), najvatrostalniji (tačka topljenja 1700±50°C), možda najnepristupačniji i jedan od najskupljih: 12 hiljada rubalja po kilogramu - cena 1970. .

Od spojeva elementa br. 71, možda se samo njegov trifluorid ističe kao najmanje vatrostalno jedinjenje od svih trifluorida rijetkih zemnih elemenata. Općenito, temperaturne karakteristike halogenida rijetkih zemnih elemenata mijenjaju se prirodno, ali je karakteristično da kada anjon „osvijetli“, minimalna temperatura topljenja se konstantno pomiče udesno duž niza lantanida. Najtopljiviji jodid je prazeodimijum, bromid je samarijum, hlorid je terbijum i, konačno, fluor je lutecijum.

U potpunom skladu sa pravilom kompresije lantanida, atom lutecijuma ima najmanji volumen od svih lantanida, a Lu 3+ jon ima minimalni radijus, samo 0,99 Å. U pogledu ostalih karakteristika i svojstava, lutecij se malo razlikuje od ostalih lantanida.

Prirodni lutecijum se sastoji od samo dva izotopa - stabilnog lutecijuma-175 (97,412%) i beta-aktivnog lutecijuma-176 (2,588%) sa vremenom poluraspada od 20 milijardi godina. Dakle, tokom postojanja naše planete količina lutecijuma se neznatno smanjila. Umjetno je dobiveno još nekoliko radioizotopa lutecijuma s poluraspadom od 22 minute do 500 dana. Poslednji izotop lutecijuma (neutronski deficitarni, sa masenim brojem 166) dobijen je 1968. godine u Dubni. Među ostalim atomskim vrstama elementa br. 71, izomer lutecijum-176 je od određenog interesa, koji se može koristiti za određivanje sadržaja lutecijuma u spojevima rijetkih zemnih elemenata aktivacijskom analizom. Lutecij-176 (izomer) se dobiva iz prirodnog lutecija u neutronskim fluksovima nuklearnih reaktora. Poluživot izomera je mnogo puta kraći od poluživota izotopa l76 Lu u osnovnom stanju; to je samo 3,71 sat. Element br. 71 još nema praktičan značaj. Međutim, poznato je da dodatak lutecijuma pozitivno utiče na svojstva hroma. Moguće je da će, kako lutecijum bude sve pristupačniji, moći da se koristi kao katalizator ili kao aktivator fosfora ili u laserima, jednom rečju, gde uspešno deluju njegova „braća“ po „timu“ lantanida.

Dakle, završene su priče o lantanidima - elementima za koje se svima, bez izuzetka, predviđa velika budućnost. Kako kažu, sačekaćemo i videti, ali razloga za optimizam ima. Ako bi Marignacu, Lecoqu de Boisbaudranu, Cleveu, Aueru von Welsbachu, Demarsayu i drugim istaknutim istraživačima rijetkih zemalja koji su živjeli krajem 19. - početkom 20. stoljeća, rekli da je većina elemenata koje su otkrili u drugoj polovini 19. 20ti vijek. bi stekao veliki praktični značaj, otkrivači verovatno ne bi poverovali u ovu izjavu. Osim, možda, Urbaina - on nije bio samo hemičar, već i umetnik...

Lutecij - 71

Lutecij (Lu) je rijedak zemljani element, atomski broj 71, atomska masa 174,97, tačka topljenja 1652°C, gustina 9,8 g/cm3.
Kada su 1907. godine francuski istraživači hemičari podvrgli tada otkriveni element iterbijum spektralnoj analizi, otkriveno je da se ovaj navodno nezavisni element sastoji od dva različita elementa. Onaj sa manjom atomskom masom zvao se neojterbijum, a onaj sa većom atomskom masom zvao se lutecijum, u čast antičkog grada Lutecije na reci Seni, na čijem se mestu danas nalazi grad Pariz.
Lutecij se nalazi u zemljinoj kori u vrlo malim količinama - 8x10-5% ukupne mase. U prirodi se lutecij nalazi uglavnom u monazitnom pijesku i u industrijskim mineralima ksenotimu, euksenitu i bastnazitu. U prirodnim i umjetnim sirovinama lutecij oksidi su sadržani u procentima od ukupnog sadržaja: u eudijalitu - 0,43%, u prirodnom koncentratu Tomtora - 0,1%.
U prirodi postoje dva izotopa lutecijuma. Jedan od njih, lutecijum-176, je radioaktivan, sa beta radioaktivnošću i dugovečan (poluživot od milion godina), a drugi izotop, lutecijum-175, je stabilan. Stvorena su 32 umjetna radioaktivna izotopa, s vremenom poluraspada od nekoliko sati do nekoliko stotina dana.

Lako se obrađuje, može se umotati u elastičnu foliju. Lutecijum je najteži element retkih zemalja (po gustini je uporediv sa molibdenom), najvatrostalniji, jedan od najtežih za oslobađanje i veoma skup.
Na sobnoj temperaturi na zraku, lutecij je prekriven oksidnim filmom; kada se zagrije na 400°C, lako oksidira. Kada se zagrije, reagira s halogenima, sumporom i raznim drugim nemetalima. Lutecij dobro reaguje sa mineralnim kiselinama, formirajući soli.

RECEPT.

Nakon izolacije i obogaćivanja iz mješavine rijetkih zemnih metala, iz koncentrata se dobija lutecij oksid Lu2O3. Odvajanje rijetkih zemnih metala vrši se metodom frakcijske kristalizacije, ekstrakcije i jonske izmjene. Da bi se dobio metalni lutecij, lutecij fluorid se reducira kalcijem.

PRIMJENA.

Vrlo visoka cijena lutecijuma značajno ograničava njegovu široku upotrebu.

• metalurgija. Da bi legure hroma dobile bolje mehaničke karakteristike i olakšale njihovu obradu, ove legure se legiraju lutecijumom. Materijali otporni na toplinu i legure legirane lutecijumom služe mnogo duže.

• Laserski materijali. Ioni lutecijuma se koriste za stvaranje laserskog zračenja. Jedinjenja lutecijuma dopirana holmijumom i tulijem koriste se za proizvodnju visokoenergetskih lasera za odbranu i medicinu.

• Nosioci informacija. Za proizvodnju medija za skladištenje na cilindričnim magnetnim domenima koriste se ferogarneti dopirani lutecijumom.

• Magnetni materijali. Za stvaranje legura za vrlo moćne trajne magnete koriste se spojevi lutecij-gvožđe-aluminij i lutecij-gvožđe-silicijum, uz pomoć kojih se stvaraju trajni magneti sa vrlo visokom magnetskom energijom.

• Keramika otporna na toplinu. Za stvaranje vodljivih spojeva otpornih na toplinu ponekad se koristi lutecij kromit.

• Nuklearna energija. Lutecij oksid se koristi za apsorpciju neutrona u nuklearnim reaktorima. Lutecij silikat dopiran cerijumom koristi se u uređajima kao detektor čestica u nuklearnoj fizici, fizici čestica i atomskoj medicini.