اللوتيتيوم (لو): الاستحواذ والتطبيقات والتاريخ

ال اللوتيتيوم، الرمز لو و العدد الذري 71 ، عنصر كيميائي في الجدول الدوري ينتمي إلى مجموعة اللانثانيدات (المعروفة باسم المعادن الأرضية النادرة). إنه معدن يصعب إنتاجه ويمكن الحصول عليه كمنتج ثانوي لتعدين اللانثانيدات الأخرى أو من خلال خامات الإيتريوم. في شكله المعدني ، لونه أبيض مائل للرمادي ومقاوم للتآكل. في المحلول ، مثل اللانثانيدات الأخرى ، يتبنى اللوتيتيوم عدد التأكسد يساوي +3.

 سمي اللوتيتيوم على اسم مدينة باريس ، العاصمة الفرنسية. في العصور القديمة ، كما في الإمبراطورية الرومانية ، كانت المدينة تسمى لوتيتيا. على الرغم من استخدام اللانثانيدات على نطاق واسع في القطاعات الاقتصادية سريعة النمو ، إلا أن اللوتيتيوم لا يزال له تطبيقات. مقيدة ، كما هو الحال في صناعة الليزر والأدوات البصرية والسيراميك والمعالجات التجريبية للحالات الشديدة من سرطان.

نرى أيضا: ما هي عناصر الانتقال الداخلي؟

مواضيع في هذا المقال

• 1 - ملخص عن مادة اللوتيتيوم
• 2 - خواص اللوتيتيوم
• 3 - خصائص اللوتيتيوم
• 4 - أين يمكن أن يوجد اللوتيتيوم؟
• 5- الحصول على مادة اللوتيتيوم
• 6 - تطبيقات اللوتيتيوم
• 7- تاريخ مادة اللوتيتيوم
• 8 - تمارين حلها على مادة اللوتيتيوم

ملخص اللوتيتيوم

• اللوتيتيوم هو معدن ينتمي إلى فئة اللانثانيدات أو المعادن أراضي نادرة.

• في شكل معدني ، لها لون أبيض رمادي.

• في المحلول ، يكون أكاسيد النيتروجين دائمًا +3.

• يتم الحصول عليها بشكل عام كمنتج ثانوي لتعدين اللانثانيدات الأخرى أو الإيتريوم.

• يتم إعاقة إنتاجه عن طريق الاختزال بالكالسيوم.

• هناك عدد قليل من استخدامات اللوتيتيوم ، حيث يتم استخدامها بشكل أكبر في صناعة الليزر والسيراميك والأدوات البصرية.

• يرجع الفضل في اكتشافه إلى الفرنسي جورج أوربان.

لا تتوقف الان... هناك المزيد بعد الإعلان ؛)

خصائص اللوتيتيوم

• رمز: لو

• العدد الذري: 71

• الكتلة الذرية: 174.9668 c.u.s.

• كهرسلبية: 1,27

• نقطة الانصهار: 1663 درجة مئوية

• نقطة الغليان: 3402 درجة مئوية

• كثافة: 9.841 جم سم^-3 (عند 25 درجة مئوية)

• التكوين الإلكترونية: [Xe] 6² 4f¹⁴ 5 د¹

• سلسلة كيميائية: المعادن الأرضية النادرة واللانثانيدات

خصائص اللوتيتيوم

عينة اللوتيتيوم المعدني بنقاوة 99.95٪.

اللوتيتيوم هو معدن أبيض رمادي ناعم، مستقر ضد الأكسدة بسبب تكوين طبقة أكسيد رقيقة على سطحه. في المحلول وفي شكل مركبات ، يحتوي اللوتيتيوم عدد الأكسدة يساوي +3.

هو يتفاعل مع الجميع الهالوجينات، ومع ذلك ، في حالة الكلور (Cl₂) والبروم (Br₂) واليود (أنا₂) ، يتم الحصول على الهاليدات من خلال التفاعل بين أكسيد اللوتيتيوم (III) مع محلول مائي من الهيدرات المقابلة. في البداية يتم الحصول على هاليد اللوتيتيوم (III) في صورة رطبة ثم يجب تجفيفه ، إما عن طريق الحرارة أو باستخدام عامل تجفيف.

لو₂ال₃ + 6 حمض الهيدروكلوريك → 2 لوكل₃(أوه₂)₆

ربح₃(أوه₂)₆ → لوكل₃ + 6 ساعات₂ال

يحتوي اللوتيتيوم على 50 نظيرًا معروفًا ، اثنان فقط يحدثان بشكل طبيعي، مستخدم:

• ¹⁷⁶لو ، مستقر ، يعادل 97.41٪ من اللوتيتيوم الطبيعي ؛

• ¹⁷⁵لو المشعة مع نصف الحياة حوالي 40 مليار سنة ، أي ما يعادل 2.59٪ من اللوتيتيوم الطبيعي.

اللوتيتيوم قيد المناقشة حول العناصر التي يجب أن تكون أقل من الإيتريوم و سكانديومفي المجموعة 3 من الجدول الدوري. لا يزال الشك قائمًا حول ما إذا كان يجب أن يكون أسفل الإيتريوم اللانثانوم والأكتينيوم أو اللوتيتيوم واللورنس.

الحقيقة هي أن IUPAC تركت القضية غامضة ، حتى أنها شكلت مجموعة عمل للتوصل إلى حل. وهكذا ، في معظم الجداول الدورية ، اللوتيتيوم يقع في مجموعة من 15 عنصرًا تُعرف بالمعادن الأرضية النادرة، والذي يبدأ باللانثانم وينتهي باللوتيتيوم نفسه.

أين يمكن العثور على اللوتيتيوم؟

Eudialite ، معدن سيليكات يحتوي على اللوتيتيوم في تركيبته.

لا يوجد معدن يحتوي على اللوتيتيوم كمكون رئيسي له. وهكذا ، يحدث الكثير من إنتاجه على شكل منتج ثانوي من تعدين الإيتريوم ، ولا سيما في معادن الباستناسيت والمونازيت. يحتوي هذان المعدنان على كمية كبيرة من المعادن الأرضية النادرة في تكوينهما ، ولكن اللوتيتيوم (في شكل لو₂ال₃) تحتوي على أقل من 0.1٪ بالكتلة.

علاوة على ذلك ، من الجدير بالذكر أن المعادن التي لديك كمية كتلة أعلى من Lu2O3 هم كالآتي:

• xenotime ، بنسبة 0.8٪ من الكتلة ؛

• eudialite ، بنسبة 0.3٪ من الكتلة ؛

• فيرغسونيت ، بنسبة 0.2٪ من الكتلة.

اقرأ أيضا: السيريوم - معدن آخر ينتمي إلى مجموعة اللانثانيدات

الحصول على اللوتيتيوم

يعد الحصول على اللوتيتيوم بشكل معدني ونقي أمرًا حديثًا في تاريخ الكيمياء. في الواقع ، يُعتقد أنه أحد أصعب العناصر (إن لم يكن أصعبها) في الحصول عليها. التقنية الرئيسية تتكون من تخفيض LuCl₃ أو LuF₃المنتجات اللامائية باستخدام الكالسيوم المعدني ، في تفاعل تصل درجة حرارته إلى 1470 درجة مئوية.

عامل آخر معقد هو أن يجب أن يحدث مثل هذا التفاعل في ظل ظروف الضغط المخلخل، في حدود 10^-4 ضغط باسكال (للمقارنة فقط ، عند مستوى سطح البحر يكون الضغط 101.325 باسكال). يكون رد فعل العملية كما يلي:

3 Ca (لتر) + 2 LuF₃ (ل) → 3 كاف₂ (ل) + 2 لو (ل)

الخليط السائل الناتج غير متجانس ، مما يسهل فصل الفلوريد عن الكالسيوم من اللوتيتيوم. بمجرد فصله ، يتم ترسيخ اللوتيتيوم ثم تنقيته.

تطبيقات اللوتيتيوم

لا تزال تطبيقات اللوتيتيوم نادرة. لكونه أغلى أنواع اللانثانيدات ، بسعر في حدود 100 دولار أمريكي / جرام ، يتم استخدام اللوتيتيوم في تصنيع العدسات البصرية والسيراميك والليزر.

النظير ¹⁷⁷تم استخدام Lu في العلاجات التجريبية للحالات الشديدة من سرطان. في هذه الحالة ، ترتبط البروتينات باللوتيتيوم وتستخدمه إشعاعات أيونية لتدمير الخلايا السرطانية.

كيف الهافنيوم، يمكن استخدام اللوتيتيوم ل المواعدة الجيولوجية. بالمناسبة ، تم استخدام هذه التقنية لتحديد المعادن الأرضية النادرة (بما في ذلك اللوتيتيوم نفسه) ، في الرواسب المعدنية لنهر أبو رقراق في المغرب.

تاريخ اللوتيتيوم

العنصر 71 تم عزله بشكل مستقل لأول مرة في عام 1907، بناءً على عينات معدنية تحتوي على كمية جيدة من أكسيد الإيتربيوم ، أحد اللانثانيدات الأخيرة. وبالتالي ، يُعتقد أن اللوتيتيوم كان أيضًا جزءًا من تكوين هذه العينة المعدنية. ومع ذلك ، ادعى عالمان أنهما مسؤولان عن اكتشاف العنصر 71.

الأول ، الفرنسي جورج أوربان ، الذي وصف أن الإيتربيوم ، الذي اكتشفه جان دي مارينياك في عام 1879 ، يمكن فصله إلى عنصرين جديدين: الإيتربيوم (أو الإيتربيوم الجديد) واللوتيتيوم. اتضح أن هذين العنصرين كانا متطابقين مع عنصري الدبرنيوم وكاسيوبيو. تم اكتشاف هذه من قبل النمساوي Carl Auer von Welsbach.

في عام 1909 ، أسقطت اللجنة الدولية للأوزان الذرية المطرقة ، وتقرر ذلك جورج أوربان كان مؤلف الاكتشاف، مع الاحتفاظ باسم اللوتيتيوم للعنصر الجديد.

من الجدير بالذكر أن تشير كلمة لوتيتيوم إلى المصطلح لوتيتيا، الاسم السابق لمدينة باريس، العاصمة الفرنسية ، منذ العصور القديمة ، كما في الإمبراطورية الرومانية، المدينة كانت تسمى لوتيتيا.

ومن المثير للاهتمام ، أنه بعد سنوات من ترك كاسيوبيو فون ويلسباخ وراءه ، في عام 2009 ، جعل Iupac اكتشاف العنصر 112 رسميًا ، واسمه المعتمد هو copernicium. في البداية ، سيكون الرمز المعتمد هو Cp ، ولكن بسبب cassiopeio (الذي استخدم هذا الرمز وما زال تم الاحتفاظ به في اللغة الألمانية لتعيين اللوتيتيوم) ، قرر Iupac إنشاء رمز Cn للعنصر 112.

تمارين حلها على اللوتيتيوم

السؤال رقم 1

يقدم اللوتيتيوم ، مثل اللانثانيدات الأخرى ، في محلول أكاسيد النيتروجين +3. أي من المواد التالية لها عنصر في حالة الأكسدة هذه؟

أ) LuF

ب) لوكل₂

ج) لو₂ال₃

د) لوبر₄

ه) لو₂أنا

دقة:

البديل ج

ال الفلور يحتوي على أكاسيد النيتروجين يساوي -1. الهالوجينات الأخرى ، في حالة عدم وجود ذرة من الأكسجين في الصيغة ، مشحون أيضًا بـ -1. بالفعل الأكسجين لديه تكلفة -2. وهكذا ، فإن حساب أكاسيد النيتروجين في اللوتيتيوم في كل مادة يُعطى على النحو التالي:

• LuF: x + (–1) = 0 → x = +1 ؛ إجابة خاطئة جدا.

• ربح₂: x + 2 (–1) = 0 → x - 2 = 0 → x = +2 ؛ إجابة خاطئة جدا.

• لو₂ال₃: 2x + 3 (–2) = 0 → 2x - 6 = 0 → x = +3 ؛ الجواب الصحيح جدا.

• لوبر₄: x + 4 (–1) = 0 → x - 4 = 0 → x = +4 ؛ إجابة خاطئة جدا.

• لو₂أنا: 2x + (–1) = 0 → 2x - 1 = 0 → x = + ½ ؛ إجابة خاطئة جدا.

السؤال 2

ال ¹⁷⁷وقد استخدم لو في العلاج التجريبي لبعض حالات السرطان الشديدة. عند مراقبة مثل هذا النظير ، ومعرفة أن العدد الذري للعنصر يساوي 71 ، ما هو عدد النيوترونات في هذا النظير؟

أ) 177

ب) 71

ج) 248

د) 106

هـ) 108

دقة:

البديل د

العدد الذري لـ Lu يساوي 71. لذا ، فإن عدد النيوترونات يمكن حسابها بالصيغة التالية:

أ = ع + ن

حيث A هو عدد الكتلة الذرية، Z هو العدد الذري ، و n هو عدد النيوترونات. باستبدال القيم ، لدينا:

177 = 71 + ن

ن = 177 - 71

ن = 106

بقلم ستيفانو أروجو نوفايس
مدرس كيمياء