LA lutétium, symbole Lu et numéro atomique 71, est un élément chimique du tableau périodique appartenant au groupe des lanthanides (appelés métaux de terres rares). C'est un métal difficile à produire et peut être obtenu comme sous-produit de l'extraction d'autres lanthanides ou à travers des minerais d'yttrium. Sous sa forme métallique, il a une couleur blanc grisâtre et résiste à la corrosion. En solution, comme les autres lanthanides, le lutétium adopte la nombre d'oxydation égal à +3.
Le lutétium tire son nom de la ville de Paris, la capitale française. Dans l'Antiquité, comme dans l'Empire romain, la ville s'appelait Lutèce. Bien que les lanthanides soient largement utilisés dans des secteurs économiques en croissance rapide, le lutétium a encore des applications. limité, comme dans la fabrication de lasers, d'instruments optiques, de céramiques et dans les traitements expérimentaux pour les cas graves de cancer.
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Résumé du lutétium
Le lutétium est un métal appartenant à la classe des lanthanides ou les métaux terres rares.
Sous forme métallique, il a une couleur blanc grisâtre.
En solution, son NOx est toujours +3.
Il est généralement obtenu comme sous-produit de l'extraction d'autres lanthanides ou d'yttrium.
Sa production est entravée, étant réalisée par réduction avec du calcium.
Il existe peu d'utilisations du lutétium, étant davantage utilisé dans la fabrication de lasers, de céramiques et d'instruments optiques.
Sa découverte est attribuée au Français Georges Urbain.
Propriétés du lutétium
Symbole: Lu
Numéro atomique: 71
Masse atomique: 174,9668 cu.u.m.
Électronégativité : 1,27
Point de fusion: 1663°C
Point d'ébullition: 3402°C
Densité: 9.841 g.cm-3 (à 25 °C)
Configuration électronique: [Xe] 6s2 4f14 5d1
Série chimique: métaux de terres rares, lanthanides
Caractéristiques du lutétium
Le lutétium est un métal blanc grisâtre doux, stabilisé contre l'oxydation grâce à la formation d'une fine couche d'oxyde à sa surface. En solution et sous forme de composés, le lutétium a degré d'oxydation égal à +3.
Il réagit avec tout halogènes, cependant, dans le cas du chlore (Cl2), le brome (Br2) et l'iode (I2), les halogénures sont obtenus par réaction entre l'oxyde de lutétium (III) et une solution aqueuse de l'hydrate correspondant. Dans un premier temps, l'halogénure de lutétium (III) est obtenu sous forme hydratée puis il doit être déshydraté, soit par la chaleur, soit à l'aide d'un agent desséchant.
Lu2LA3 + 6 HCl → 2 LuCl3(OH2)6
profit3(OH2)6 → Lu Cl3 + 6 heures2LA
Le lutétium a 50 isotopes connus, cependant, seulement deux se produisent naturellement, être:
176Lu, stable, correspondant à 97,41 % de lutétium naturel ;
175Lu, radioactif, avec demi-vie environ 40 milliards d'années, correspondant à 2,59% de lutétium naturel.
le lutétium est dans la discussion sur les éléments qui doivent être en dessous de la yttrium et scandiumdans le groupe 3 de Tableau périodique. Le doute persiste quant à savoir si au-dessous de l'yttrium doit se trouver du lanthane et de l'actinium ou du lutétium et de la laurence.
La vérité est que l'IUPAC a laissé la question ambiguë, même après avoir formé un groupe de travail pour trouver une solution. Ainsi, dans la plupart des tableaux périodiques, le lutétium fait partie du groupe de 15 éléments connus sous le nom de métaux de terres rares, qui commence par le lanthane et se termine par le lutétium lui-même.
Où peut-on trouver du lutétium ?
Aucun minéral n'a le lutétium comme constituant principal. Ainsi, une grande partie de sa production se produit comme sous-produit de l'extraction de l'yttrium, principalement dans les minéraux bastnasite et monazite. Ces deux minéraux ont une grande quantité de métaux de terres rares dans leur composition, cependant le lutétium (sous forme de Lu2LA3) contient moins de 0,1 % en masse.
Par ailleurs, il est à noter que le minéraux qui avoir quantité de masse plus élevée de Lu2O3 sont les suivants:
xénotime, à 0,8% massique ;
l'eudialite, à 0,3 % massique ;
fergusonite, avec 0,2 % en masse.
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Obtenir du lutétium
L'obtention de lutétium sous forme métallique et pure est récente dans l'histoire de la chimie. En fait, il est considéré comme l'un des éléments les plus difficiles (sinon le plus difficile) à obtenir. La principale technique consiste à Réduction de LuCl3 ou LUF3produits anhydres utilisant du calcium métallique, dans une réaction dont la température atteint 1470 °C.
Un autre facteur de complication est que une telle réaction doit avoir lieu dans des conditions de pression raréfiées, de l'ordre de 10-4 pression pascal (juste à titre de comparaison, au niveau de la mer, la pression est de 101 325 pascal). La réaction du procédé est la suivante :
3 Ca (l) + 2 LuF3 (l) → 3 CaF2 (l) + 2 Lu (l)
Le mélange liquide obtenu est hétérogène, facilitant la séparation du fluorure de calcium du lutétium. Après séparation, le lutétium est solidifié puis purifié.
Applications du lutétium
Les applications du lutétium sont encore rares. Étant le plus cher de tous les lanthanides, avec un prix de l'ordre de 100 US$/g, le lutétium est utilisé dans fabrication de lentilles optiques, céramiques et lasers.
l'isotope 177Lu a été utilisé dans traitements expérimentaux contre les cas graves de cancer. Dans ce cas, les protéines se lient au lutétium et utilisent son rayonnement ionisant pour détruire les cellules cancéreuses.
Comment hafnium, le lutétium peut être utilisé pour datation géologique. Cette technique, soit dit en passant, a été utilisée pour quantifier les métaux des terres rares (y compris le lutétium lui-même), dans les gisements minéraux de la rivière Bou Regreg, au Maroc.
histoire du lutétium
élément 71 a été isolée indépendamment pour la première fois en 1907, basée sur des échantillons de minéraux qui contenaient une bonne quantité d'oxyde d'ytterbium, l'un des derniers lanthanides. Ainsi, on pense que le lutétium faisait également partie de la composition de cet échantillon minéral. Cependant, deux scientifiques ont prétendu être responsables de la découverte de l'élément 71.
Le premier, le Français Georges Urbain, a décrit que l'ytterbium, découvert en 1879 par Jean de Marignac, pouvait être séparé en deux nouveaux éléments: l'ytterbium (ou néo-ytterbium) et le lutétium. Il s'avère que ces deux éléments étaient identiques aux éléments aldebarnium et cassiopeio. Ceux-ci ont été découverts par l'Autrichien Carl Auer von Welsbach.
En 1909, la Commission internationale des poids atomiques a lâché le marteau et il a été décidé que Georges Urbain il était l'auteur de la découverte, en gardant le nom lutétium pour le nouvel élément.
Il est à noter que le mot lutétium fait référence au terme lutétia, l'ancien nom de la ville de Paris, la capitale française, puisque dans l'Antiquité, comme dans Empire romain, la ville s'appelait Lutèce.
Fait intéressant, des années après que le cassiopeio de von Welsbach ait été abandonné, en 2009, Iupac a officialisé la découverte de l'élément 112, dont le nom adopté était copernicium. Initialement, le symbole adopté serait Cp, mais, du fait de cassiopeio (qui utilisait ce symbole et toujours maintenu en langue allemande pour désigner le lutétium), Iupac a décidé d'instituer le symbole Cn pour l'élément 112.
Exercices résolus sur le lutétium
question 1
Le lutétium, comme les autres lanthanides, présente, en solution, NOx +3. Laquelle des substances suivantes contient un élément dans cet état d'oxydation ?
A) LUF
B) LuCl2
C) Lu2LA3
D) LuBr4
E) Lu2je
Résolution:
Variante C
LA fluor a NOx égal à -1. Les autres halogènes, en l'absence de atome d'oxygène dans la formule, sont également chargés de -1. déjà le oxygène a une charge de -2. Ainsi, le calcul des NOx de lutétium dans chaque substance est donné comme suit :
LuF: x + (–1) = 0 → x = +1; donc mauvaise réponse.
profit2: x + 2(–1) = 0 → x – 2 = 0 → x = +2; donc mauvaise réponse.
Lu2LA3: 2x + 3(–2) = 0 → 2x – 6 = 0 → x = +3; donc bonne réponse.
LuBr4: x + 4(–1) = 0 → x – 4 = 0 → x = +4; donc mauvaise réponse.
Lu2je: 2x + (–1) = 0 → 2x – 1 = 0 → x = +½; donc mauvaise réponse.
question 2
LA 177Lu a été utilisé dans le traitement expérimental de certains cas graves de cancer. En observant un tel isotope, et sachant que le numéro atomique de l'élément est égal à 71, quel est le nombre de neutrons dans cet isotope ?
A) 177
B) 71
C) 248
D) 106
E) 108
Résolution:
Variante D
Le numéro atomique de Lu est égal à 71. Ainsi, le nombre de neutrons peut être calculé par la formule suivante :
A = Z + n
où A est le nombre de masse atomique, Z est le numéro atomique et n est le nombre de neutrons. En substituant les valeurs, nous avons :
177 = 71 + n
n = 177 - 71
n = 106
Par Stefano Araújo Novais
Professeur de chimie
