Lutetium (Lu): การได้มา การใช้งาน ประวัติ

เธ ลูทีเซียม, สัญลักษณ์ ลู่ และ เลขอะตอม 71 เป็นองค์ประกอบทางเคมีของตารางธาตุที่เป็นของกลุ่มแลนทาไนด์ (รู้จักกันในชื่อโลหะหายาก) เป็นโลหะที่ผลิตได้ยากและสามารถได้มาเป็นผลพลอยได้จากการขุดแลนทาไนด์อื่นๆ หรือผ่านแร่อิตเทรียม ในรูปแบบโลหะ มีสีขาวอมเทาและทนต่อการกัดกร่อน ในสารละลาย เช่นเดียวกับแลนทาไนด์อื่นๆ ลูทีเซียมใช้ เลขออกซิเดชัน เท่ากับ +3

 Lutetium ตั้งชื่อตามเมืองปารีส เมืองหลวงของฝรั่งเศส ในสมัยโบราณ เช่นเดียวกับในจักรวรรดิโรมัน เมืองนี้ถูกเรียกว่าลูเตเทีย แม้ว่าแลนทาไนด์จะใช้กันอย่างแพร่หลายในภาคเศรษฐกิจที่เติบโตอย่างรวดเร็ว แต่ลูทีเซียมยังคงมีการใช้งานอยู่ ถูกจำกัด เช่น ในการผลิตเลเซอร์ เครื่องมือเกี่ยวกับสายตา เซรามิก และในการทดลองบำบัดสำหรับกรณีที่รุนแรงของ โรคมะเร็ง.

ดูด้วย: อะไรคือองค์ประกอบการเปลี่ยนแปลงภายใน?

สรุปลูเทเทียม

• ลูเทเทียมเป็นโลหะที่อยู่ในกลุ่มแลนทาไนด์หรือ โลหะ ที่ดินหายาก.

• ในรูปแบบโลหะมีสีขาวอมเทา

• ในการแก้ปัญหา NOx ของมันคือ +3 เสมอ

• โดยทั่วไปจะได้รับเป็นผลพลอยได้จากการขุดแลนทาไนด์หรืออิตเทรียมอื่น ๆ

• การผลิตถูกขัดขวางโดยการลดแคลเซียม

• ลูทีเซียมมีประโยชน์น้อย ใช้มากขึ้นในการผลิตเลเซอร์ เซรามิกส์ และอุปกรณ์เกี่ยวกับสายตา

• การค้นพบนี้ให้เครดิตกับ Georges Urbain ชาวฝรั่งเศส

คุณสมบัติของลูทีเซียม

• สัญลักษณ์: ลู่

• เลขอะตอม: 71

• มวลอะตอม: 174.9668 c.u.s.

• อิเล็กโตรเนกาติวีตี้: 1,27

• จุดหลอมเหลว: 1663 °C

• จุดเดือด: 3402 °C

• ความหนาแน่น: 9.841 ก.ซม.^-3 (ที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส)

• การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์: [Xe] 6s² 4f¹⁴ 5 วัน¹

• ชุดเคมี: โลหะหายาก แลนทาไนด์

ลักษณะของลูทีเซียม

ตัวอย่างโลหะลูเทเทียม มีความบริสุทธิ์ 99.95%

ลูเทเทียมคือ โลหะสีขาวอมเทาอ่อนเสถียรต่อการเกิดออกซิเดชันเนื่องจากการก่อตัวของชั้นออกไซด์บาง ๆ บนพื้นผิว ในสารละลายและในรูปของสารประกอบ ลูทีเซียมมี เลขออกซิเดชันเท่ากับ +3.

เขา ทำปฏิกิริยากับทุกคน ฮาโลเจนอย่างไรก็ตาม ในกรณีของคลอรีน (Cl₂), โบรมีน (Br₂) และไอโอดีน (I₂) เฮไลด์ได้มาจากปฏิกิริยาระหว่าง lutetium (III) ออกไซด์กับสารละลายที่เป็นน้ำของไฮเดรตที่สอดคล้องกัน ในขั้นต้น ลูทีเซียม (III) เฮไลด์จะได้รับในรูปแบบไฮเดรทและจากนั้นจะต้องถูกทำให้แห้ง ไม่ว่าจะด้วยความร้อนหรือใช้สารทำให้แห้ง

ลู่₂เธ₃ + 6 HCl → 2 LuCl₃(โอ้₂)₆

กำไร₃(โอ้₂)₆ → LuCl₃ + 6 ชั่วโมง₂เธ

ลูเทเทียมมี 50 ไอโซโทปที่รู้จัก อย่างไรก็ตาม มีเพียงสองเท่านั้นที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ, สิ่งมีชีวิต:

• ¹⁷⁶ลู เสถียร สอดคล้องกับลูเทเทียมธรรมชาติ 97.41%

• ¹⁷⁵ลู, กัมมันตภาพรังสี, กับ ครึ่งชีวิต ประมาณ 40 พันล้านปี ซึ่งเท่ากับ 2.59% ของลูทีเซียมตามธรรมชาติ

ลูทีเซียม อยู่ในการอภิปรายเกี่ยวกับองค์ประกอบที่จะต้องอยู่ด้านล่าง อิตเทรียม และ สแกนเดียมในกลุ่มที่ 3 ของ ตารางธาตุ. ความสงสัยยังคงมีอยู่ว่าใต้อิตเทรียมจะต้องเป็นแลนทานัมและแอกทิเนียมหรือลูทีเซียมและลอเรนซ์หรือไม่

ความจริงก็คือ IUPAC ปล่อยให้ปัญหาคลุมเครือ แม้จะตั้งคณะทำงานขึ้นมาเพื่อหาทางแก้ไข ดังนั้นในตารางธาตุส่วนใหญ่ ลูทีเซียม อยู่ในกลุ่มธาตุ 15 ชนิด เรียกว่า แรร์เอิร์ธเมทัลซึ่งขึ้นต้นด้วยแลนทานัมและลงท้ายด้วยลูทีเซียมนั่นเอง

ลูทีเซียมสามารถพบได้ที่ไหน?

Eudialite แร่ธาตุซิลิเกตที่มีลูทีเซียมอยู่ในองค์ประกอบ

ไม่มีแร่ธาตุที่มีลูทีเซียมเป็นส่วนประกอบหลัก ดังนั้นการผลิตส่วนใหญ่จึงเกิดขึ้นเป็น ผลพลอยได้จากการขุดอิตเทรียม ส่วนใหญ่อยู่ในแร่ bastnasite และ monazite. แร่ธาตุทั้งสองนี้มีโลหะหายากจำนวนมากในองค์ประกอบของมัน อย่างไรก็ตาม ลูทีเซียม (ในรูปของ Lu .)₂เธ₃) มีมวลน้อยกว่า 0.1%

นอกจากนี้ เป็นที่น่าสังเกตว่า แร่ธาตุที่ มี ปริมาณมวลที่สูงขึ้นของ Lu2O3 มีรายละเอียดดังนี้:

• ซีโนไทม์ 0.8% โดยมวล;

• eudialite โดยมวล 0.3%;

• เฟอร์กูโซไนต์ 0.2% โดยมวล

อ่านด้วย: ซีเรียม — โลหะอีกชนิดหนึ่งที่อยู่ในกลุ่มแลนทาไนด์

การได้รับลูทีเซียม

การได้รับลูทีเซียมในรูปแบบโลหะและบริสุทธิ์นั้นเกิดขึ้นได้ไม่นานในประวัติศาสตร์เคมี ในความเป็นจริง เชื่อกันว่าเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่ยากที่สุด (ถ้าไม่ใช่สิ่งที่ยากที่สุด) ที่จะได้รับ เทคนิคหลักประกอบด้วย LuCl ลดลง₃ หรือ LuF₃ผลิตภัณฑ์ปราศจากน้ำที่ใช้แคลเซียมโลหะในปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูงถึง 1470 °C

ปัจจัยที่ซับซ้อนอีกประการหนึ่งก็คือ ปฏิกิริยาดังกล่าวต้องเกิดขึ้นภายใต้สภาวะที่มีแรงกดดันน้อย, ในช่วง 10^-4 แรงดันปาสกาล (สำหรับการเปรียบเทียบเท่านั้น ที่ระดับน้ำทะเล ความดันคือ 101,325 ปาสกาล) ปฏิกิริยาของกระบวนการมีดังนี้:

3 Ca (l) + 2 LuF₃ (ล) → 3 CaF₂ (ล.) + 2 ลู (ล.)

ของผสมของเหลวที่ได้รับนั้นต่างกัน อำนวยความสะดวกในการแยกฟลูออไรด์ออกจาก แคลเซียม ของลูทีเซียม หลังจากแยกออก ลูทีเซียมจะแข็งตัวและทำให้บริสุทธิ์

การประยุกต์ใช้ลูทีเซียม

การใช้งานของลูทีเซียมยังหายาก เป็นแลนทาไนด์ที่แพงที่สุด โดยมีราคาอยู่ในช่วง 100 เหรียญสหรัฐฯ/กรัม จึงมีการใช้ลูทีเซียมใน การผลิตเลนส์สายตา เซรามิก และเลเซอร์.

ไอโซโทป ¹⁷⁷ลูถูกใช้ใน การทดลองการรักษากับกรณีที่รุนแรงของ โรคมะเร็ง. ในกรณีนี้ โปรตีนจับกับลูทีเซียมและใช้ รังสีไอออไนซ์ เพื่อทำลายเซลล์มะเร็ง

ยังไง แฮฟเนียม, ลูทีเซียมสามารถใช้เพื่อ การหาคู่ทางธรณีวิทยา. อย่างไรก็ตาม เทคนิคนี้ใช้ในการหาปริมาณโลหะหายาก (รวมถึงลูทีเซียมด้วย) ในแหล่งแร่ของแม่น้ำ Bou Regreg ในโมร็อกโก

ประวัติของลูทีเซียม

องค์ประกอบ 71 ถูกโดดเดี่ยวอย่างอิสระเป็นครั้งแรกในปี พ.ศ. 2450โดยอิงจากตัวอย่างแร่ที่มีอิตเทอร์เบียมออกไซด์ในปริมาณที่ดี ซึ่งเป็นหนึ่งในแลนทาไนด์สุดท้าย ดังนั้นจึงเชื่อกันว่าลูทีเซียมเป็นส่วนหนึ่งขององค์ประกอบของตัวอย่างแร่นี้ อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์สองคนอ้างว่าเป็นผู้รับผิดชอบในการค้นพบองค์ประกอบ 71

ประการแรก Georges Urbain ชาวฝรั่งเศสอธิบายว่า ytterbium ซึ่งค้นพบในปี 1879 โดย Jean de Marignac สามารถแยกออกเป็นสององค์ประกอบใหม่: ytterbium (หรือ neo-ytterbium) และ lutetium ปรากฎว่าองค์ประกอบทั้งสองนี้เหมือนกันกับองค์ประกอบ aldebarnium และ cassiopeio สิ่งเหล่านี้ถูกค้นพบโดย Carl Auer von Welsbach ชาวออสเตรีย

ในปี ค.ศ. 1909 คณะกรรมาธิการระหว่างประเทศว่าด้วยน้ำหนักปรมาณูได้ทิ้งค้อนและได้ตัดสินใจว่า Georges Urban เขาเป็น ผู้เขียนการค้นพบโดยคงชื่อลูทีเซียมไว้สำหรับองค์ประกอบใหม่

เป็นที่น่าสังเกตว่า คำว่า ลูทีเซียม หมายถึง คำว่า ลูเทเชีย, ชื่อเดิมของเมืองปารีสเมืองหลวงของฝรั่งเศสตั้งแต่สมัยโบราณเช่นใน จักรวรรดิโรมันเมืองนี้ถูกเรียกว่าลูเทเทีย

ที่น่าสนใจคือหลายปีหลังจากที่ cassiopeio ของ von Welsbach ถูกทิ้งไว้ข้างหลัง ในปี 2009 Iupac ได้ค้นพบองค์ประกอบ 112 อย่างเป็นทางการซึ่งมีชื่อเป็นลูกบุญธรรมคือโคเปอร์นิเซียม เริ่มแรกสัญลักษณ์ที่ใช้จะเป็น Cp แต่เนื่องจาก cassiopeio (ซึ่งใช้สัญลักษณ์นี้และยังคง รักษาในภาษาเยอรมันเพื่อกำหนดลูทีเซียม) Iupac ตัดสินใจสร้างสัญลักษณ์ Cn สำหรับองค์ประกอบ 112.

การออกกำลังกายแก้บนลูทีเซียม

คำถามที่ 1

Lutetium เช่นเดียวกับแลนทาไนด์อื่น ๆ นำเสนอในสารละลาย NOx +3 สารใดต่อไปนี้มีองค์ประกอบอยู่ในสถานะออกซิเดชันนี้

ก) ลูฟ

B) LuCl₂

ค) ลู₂เธ₃

D) LuBr₄

จ) หลู่₂ฉัน

ปณิธาน:

ทางเลือก C

เธ ฟลูออรีน มี NOx เท่ากับ -1 ฮาโลเจนอื่น ๆ ในกรณีที่ไม่มี อะตอม ของออกซิเจนในสูตรจะมีประจุเป็น -1 ด้วย แล้ว ออกซิเจน มีประจุเป็น -2 ดังนั้นการคำนวณ NOx ของลูทีเซียมในแต่ละสารจะได้รับดังนี้:

• LuF: x + (–1) = 0 → x = +1; คำตอบที่ผิดดังนั้น

• กำไร₂: x + 2(–1) = 0 → x – 2 = 0 → x = +2; คำตอบที่ผิดดังนั้น

• ลู่₂เธ₃: 2x + 3(–2) = 0 → 2x – 6 = 0 → x = +3; คำตอบที่ถูกต้องดังนั้น

• LuBr₄: x + 4(–1) = 0 → x – 4 = 0 → x = +4; คำตอบที่ผิดดังนั้น

• ลู่₂ผม: 2x + (–1) = 0 → 2x – 1 = 0 → x = +½; คำตอบที่ผิดดังนั้น

คำถาม2

เธ ¹⁷⁷ลูถูกใช้ในการทดลองรักษาผู้ป่วยมะเร็งบางชนิดที่รุนแรง เมื่อสังเกตไอโซโทปดังกล่าว และรู้ว่าเลขอะตอมของธาตุมีค่าเท่ากับ 71 จำนวนนิวตรอนในไอโซโทปนี้เป็นเท่าใด

ก) 177

ข) 71

ค) 248

ง) 106

จ) 108

ปณิธาน:

ทางเลือก D

เลขอะตอมของ Lu เท่ากับ 71 ดังนั้นจำนวน นิวตรอน สามารถคำนวณได้จากสูตรต่อไปนี้:

A = Z + n

โดยที่ A คือจำนวน มวลอะตอม, Z คือเลขอะตอม และ n คือจำนวนนิวตรอน แทนค่า เราได้:

177 = 71 + n

n = 177 - 71

n = 106

โดย Stefano Araújo Novais
ครูสอนเคมี