ლუტეციუმი

ლუტეციუმი, ₇₁Lu
ზოგადი თვისებები
მარტივი ნივთიერების ვიზუალური აღწერა	მოვერცხლისფრო-მოთეთრო ლითონი
სტანდ. ატომური ; წონა Ar°(Lu)	174.9668±0.0001; 174.97±0.01 (დამრგვალებული)
ლუტეციუმი პერიოდულ სისტემაში
	იტერბიუმი ← ლუტეციუმი → ჰაფნიუმი
ატომური ნომერი (Z)	71
ჯგუფი	3
პერიოდი	6 პერიოდი
ბლოკი	d-ბლოკი
ელექტრონული კონფიგურაცია	[Xe] 4f14 5d1 6s2
ელექტრონი გარსზე	2, 8, 18, 32, 9, 2
	ელემენტის ატომის სქემა;
ფიზიკური თვისებები
აგრეგეგატული მდგომ. ნსპ-ში	მყარი სხეული
დნობის; ტემპერატურა	1652 °C (1925 K, 3006 °F)
დუღილის; ტემპერატურა	3402 °C (3675 K, 6156 °F)
სიმკვრივე (ო.ტ.)	9.841 გ/სმ3
სიმკვრივე (ლ.წ.)	9.3 გ/სმ3
დნობის კუთ. სითბო	22 კჯ/მოლი
აორთქ. კუთ. სითბო	414 კჯ/მოლი
მოლური თბოტევადობა	26.86 ჯ/(მოლი·K)
ატომის თვისებები
ჟანგვის ხარისხი	0, +1, +2, +3
ელექტროდული პოტენციალი	;
ელექტროუარყოფითობა	პოლინგის სკალა: 1.27
იონიზაციის ენერგია	1: 523.5 კჯ/მოლ ; 2: 1340 კჯ/მოლ ; 3: 2022.3 კჯ/მოლ ; ;
ატომის რადიუსი	ემპირიული: 174 პმ
კოვალენტური რადიუსი (rcov)	187±8 პმ
მოლური მოცულობა	18.7 სმ3/მოლი
	; ლუტეციუმის სპექტრალური ზოლები
სხვა თვისებები
ბუნებაში გვხვდება	პირველადი ნუკლიდების სახით
მესრის სტრუქტურა	ჰექსაგონალური
თერმული გაფართოება	9.9 µმ/(მ·K)
თბოგამტარობა	16.4 ვტ/(მ·K)
კუთრი წინაღობა	582 ნომ·მ
მაგნეტიზმი	პარამაგნეტიკი
იუნგას მოდული	68.6 გპა
წანაცვლების მოდული	27.2 გპა
დრეკადობის მოდული	47.6 გპა
პუასონის კოეფიციენტი	0.261
ვიკერსის მეთოდი	755–1160 მპა
ბრინელის მეთოდი	890–1300 მპა
CAS ნომერი	7439-94-3
ისტორია
სახელწოდება მომდინარეობს	გალების ტომების — პარიზიების — მთავარი ქალაქის სახელის მიხედვით
აღმომჩენია	კარლ აუერ ფონ ველსბახი და ჟორჟ ურბენი (1906)
პირველი მიმღებია	კარლ აუერ ფონ ველსბახი (1906)
სახელი დაარქვა	ჟორჟ ურბენი (1906)
ლუტეციუმის მთავარი იზოტოპები
	ლუტეციუმი ვიკისაწყობში •

ლუტეციუმი

71Lu

174.97

4f¹⁴ 5d¹ 6s²

ლუტეციუმი^[1]^[2] (ლათ. Lutetium; ქიმიური სიმბოლო — ${\ce {Lu}}$ ) — ელემენტთა პერიოდული სისტემის მეექვსე პერიოდის, მესამე ჯგუფის (ძველი კლასიფიკაციით მესამე ჯგუფის თანაური ქვეჯგუფის, IIIბ) ქიმიური ელემენტი. განეკუთვნება ლანთანოიდების ოჯახს. ატომური ნომერია — 71, ატომური მასა — 174.97, t_დნ — 1652 °C, t_დუღ — 3402 °C, სიმკვრივე — 9.841 გ/სმ³. მოვერცხლისფრო-მოთეთრო ლითონი. აღმოაჩინა ფრანგმა ქიმიკოსმა ჟ. ურბენმა.

აღმოჩენის ისტორია

ელემენტი ოქსიდის სახით 1907 წელს ერთმანეთისაგან დამოუკიდებლად აღმოაჩინეს ფრანგმა ფიზიკოსმა ჟორჟ ურბენმა, ავსტრიელმა მინერალოგმა კარლ ფონ ველსბახმა და ამერიკელმა ქიმიკოსმა ჩარზ ჯეიმზმა. ყველამ ლუთიციუმი იტერბიუმის ოქსიდის მინარევის სახით აღმოაჩინა, რომელიც, თავის მხრივ, აღმოჩენილი იქნა 1878 წ. როგორც ერბიუმის ოქსიდის მინარევი, რომელიც თავის მხრივ გამოყოფილი იყო 1843 წ. იტრიუმის ოქსიდიდან (აღმოჩენილი 1797 წ. მინერალში გადოლინიტში). ყველა ამ იშვიათმიწა ელემენტებს აქვს ძალიან მსგავსი ქიმიური თვისებები. აღმოჩენის პრიორიტეტი ეკუთვნის ჟ. ურბენუს.

სახელწოდების წარმომავლობა

ელემენტის სახელწოდება ჟორჟ ურბანმა აწარმოა პარიზის ლათინური სახელიდან პარიზი — Lutetia Parisorum. იტერბიუმის გულისათვის რომლისგანაც იქნა ლუტეციუმი გამოყოფილი შეთავაზებული იქნა სახელი ნეოიტერბიუმი. აღმოჩენის პრიორიტეტის შედავებისას ფონ ველსბახმა წამოაყენა სახელწოდება კასიოპიუმი (cassiopium), ხოლო იტერბიუმისათვის — ალდებარანიუმი (aldebaranium) ჩრდილოეთ ნახევარსფეროს თანავარსკვლავედის და კუროს თანავარსკვლავედის ყველაზე კაშკაშა ვარსკვლავის ალდებარანის პატივსაცემად, შესაბამისად. ურბენის პრიორიტეტის გათვალისწინებით ლუტეციუმისა და იტერბიუმის გაყოფისას, 1914 წელს ატომური მასების საერთაშორისო კომისიამ მიიღო სახელწოდება Lutecium, რომელიც 1949 წ. შეცვლილი იქნა Lutetium (ქართული შესატყვისი არ შეცვლილა). მით უმეტეს, 1960 წლამდე გერმანელი მეცნიერების ნამუშევრებში გამოყენებურია სახელწოდება კასიოპიუმი.

მიღება

ლუტეციუმის მისაღებად მას გამოყოფენ მინერალებიდან სხვა მძიმე იშვიათმიწა ელემენტებთან ერთად. სხვა ლანთანოიდებიდან ლუტეციუმის გამოყოფა ექსტრაქციის მეთოდით ხდება, იონური მიმაცვლით ან კრისტალიზაციით, ხოლო ლითონური ლუტეციუმი მიიღება LuF₃ ფტორიდის აღდგენით კალციუმით.

ღირებულება

>99,9 %-იანი სიწმინდის ლითონური ლუტეციუმის ფასი შეადგენს 3,5—5,5 ათას დოლარს 1 კგ-ზე^[3]. ლუტეციუმი წარმოადგენს ყველაზე ძვირ ელემენტს იშვიათმიწა ლითონებს შორის^[4], რაც განპირობებულია მისი იშვიათმიწა ელემენტების ნარევებიდან გამოყოფის სიძნელეებით და შეზღუდული გამოყენებით.

თვისებები

ფიზიკური თვისებები

ლუტეციუმი — არის მოვერცხლისფრო თეთრი ფერის ლითონი რომელიც ადვილად ექვემდებარება მექანიკურ დამუშავებას. ის ლანთანოიდებს შორის ყველაზე მძიმე ელემენტია როგორც ატომური მასით, ისე სიმკვრივით (9,8404 გრ/სმ³). ლუტეციუმის დნობის ტემპერატურა (1663 °C) მაქსიმალურია ყველა იშვიათმიწა ელემენტებს შორის. ლანთანოიდური შეკუმშვის ეფექტის გამო, ყველა ლანთანოიდებს შორის ლუტეციუმს აქვს ყველაზე პატარა ატომური და იონური რადიუსები.

ქიმიური თვისებები

ოთახის ტემპერატურაზე ლუტეციუმი ჰაერზე იფარება მკვრივი ოქსიდის ფენით, 400 °C ტემპერატურისას იჟანგება. გახურებისას ურთიერთქმედებს ჰალოგენებთან, გოგირდთან და სხვა არალითონებთან.

ლუტეციუმი რეაგირებს არაორგანულ მჟავეებთან მარილების წარმოქმნით. ლუტეციუმის წყალხსნადი მარილების (ქლორიდები, სულფატები, აცეტატები, ნიტრატები) აორთქლებისას წარმოიქმნებიან კრისტალოჰიდრატები.

ლუტეციუმის მარილების წყალხსნარების ურთიერთქმედებით ფთორწყალბადმჟავასთან წარმოიქმნება ძალიან მცირედ ხსნადი ლუტეციუმის ფთორიდის LuF₃ ნალექი. იგივე ნაერთი შეიძლება მივიღოთ ლუტეციუმის ოქსიდისა Lu₂O₃ და აიროვანი ფთორწყალბადის ან ფთორის ურთიერთქმედებით.

ლუტეციუმის ჰიდროქსიდი წარმოიქმნება მისი წყალხსნადი მარილების ჰიდროლიზის დროს.

ანალიტიკური განსაზღვრა

როგორც სხვა იშვიათმიწა ელემენტები, შეიძლება განსაზღვრული იქნას ფოტომეტრულად.

გამოყენება

ინფორმაციის მატარებლები

ლუტეციუმით დოპირებული ფეროძოწები (მაგალითად, გადოლინიუმ-გალიუმიან ძოწი, GGG), გამოიყენება ინფორმაციის მატარებლების წარმოებაში (ცილინდრულ მაგნიტურ დომენებზე).

ლაზერული მასალები

გამოიყენება ლაზერული გამოსხივების გენერაციისათვის ლუტეციუმის იონებზე. ჰოლმიუმით და თულიუმით ლეგირებული ლუტეციუმის სკანდატი, ლუტეციუმის გალატი, ლუტეციუმის ალუმინატი, აგენერირებს გამოსხივებას ტალღის სიგრძით 2,69 მკმ, ხოლო ნეოდიმის იონებით 1,06 მკმ, და წარმოადგენს ბრწყინვალე მასალას სამხედრო დანიშნულების და მედიცინის მძლავრი ლაზერების დასამზადებლად.

მაგნიტური მასალები

ლუტეციუმ-რკინა-ალუმინი და ლუტეციუმ-რკინა-სილიციუმი სისტემების ძალიან მძლავრი მუდმივი მაგნიტების შენადნობები ფლობენ ძალიან მაღალ მაგნუტურ ენერგიას, თვისებების სტაბილურობას და მაღალ კიურის წერტილს, მაგრამ ლუტეციუმის ძალიან მაღალი ღირებულების გამო მისი გამოყენება ხდება მხოლოდ ძალიან მნიშვნელოვან სფეროებში (სპეციალური კვლევები, კოსმოსი და სხვა).

ცეცხლმედეგი გამტარი კერამიკა

ამ სფეროში გამოყენებას ჰპოვებს ლუტეციუმის ქრომიტი.

ბირთვული ფიზიკა და ბირთვული ენერგეტიკა

ლუტეციუმის ოქსიდი ყველაზე დიდ გამოყენების პოვებს ატომურ ტექნიკაში, როგორც ნეიტრონების მშთანთქმელი, ასევე როგორც ნეიტრონაქტივაციური დეტექტორი. ცერიუმით დოპირებული მონოკრისტალური ლუტეციუმის სილიკატი (LSO), წარმოადგენს ძალიან კარგ სცინტილატორს და ამ ხარისხში გამოიყენება ბირთვულ ფიზიკაში, ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკაში, ბირთვულ მედიცინაში (კერძოდ კი პოზიტრონ-ემისიური ტომოგრაფიაში) ნაწილაკების დეტექტირებისათვის.

მაღალტემპერატურული ზეგამტარობა

ლუტეციუმის ოქსიდი გამოიყენება ზეგამტარი ლითონოქსიდური კერამიკის თვისებების რეგულირებისათვის.

მეტალურგია

ქრომზე და მის შენადნობებზე ლუტეციუმის დამატება იძლევა უკეთეს მექანიკურ მახასიათებლებს და აუმჯობესებს ტექნოლოგიურობას.

ბოლო წლებში ლუტეციუმის მიმართ გაზრდილი ინტერესი განპირობებულია, იმით რომ რიგი ქრომნიკელის საფუძველის ცეცხლმედეგი მასალების და შენადნობების ლუტეციუმით ლეგირება მკვეთრად ზრდის მათი გამოყენების ხანგრძლივობას.

იზოტოპები

ბუნებრივი ლუტეციუმი შედგება ორი იზოტოპისაგან: სტაბილური ¹⁷⁵Lu (იზოტოპური გავრცობადობა 97,41 %) და ხანგრძლივარსებადი ბეტა-რადიოაქტიური ¹⁷⁶Lu (იზოტოპური გავრცობადობა 2,59 %, ნახევარდაშლის პერიოდი 3,78×10¹⁰ წ.), რომელიც იშლება სტაბილურ ჰაფნიუმ-176-მდე. რადიოაქტიური ¹⁷⁶Lu გამოიყენება ბირთვული გეო- და კოსმოქრონოლოგიის ერთ-ერთ მეთოდიკაში (ლუტეციუმ-ჰაფნიუმის დატირება). ასევე ცნობილია ლუტეციუმის 32 ხელოვნური რადიოიზოტოპი (¹⁵⁰Lu-დან ¹⁸⁴Lu-მდე), ზოგიერთ მათდგანს აღმოაჩნდა მეტასტაბილური მდგომარეობა (საერთო რიცხვით 18).

იზოტოპების ცხრილი

ნუკლიდი	ნახევარდაშლის პერიოდი	დაშლის ფორმა	სპინი და ბირთვის ჯერადობა
¹⁵⁰Lu ლუტეციუმ-150	43(5) მწმ	p : 68.00 % ε : 32.00 %
¹⁵¹Lu ლუტეციუმ-151	80.6(19) მწმ	p : 63.40 % ε : 36.60 %
¹⁵²Lu ლუტეციუმ-152	650(70) მწმ	ε : 100.00 % εp : 15.00
¹⁵³Lu ლუტეციუმ-153	0.9(2) წმ	α ≈ 70.00 %
¹⁵⁴Lu ლუტეციუმ-154	≈ 2 წმ		(9+)
¹⁵⁵Lu ლუტეციუმ-155	68(1) მწმ		1/2+
¹⁵⁶Lu ლუტეციუმ-156	494(12) მწმ		9+
¹⁵⁷Lu ლუტეციუმ-157	6.8(18) წმ		(11/2-)
¹⁵⁸Lu ლუტეციუმ-158	10.6(3) წმ	ε : 99.09 % α : 0.91 %
¹⁵⁹Lu ლუტეციუმ-159	12.1(10) წმ	ε : 100.00 % α : 0.10 %
¹⁶⁰Lu ლუტეციუმ-160	36.1(3) წმ
¹⁶¹Lu ლუტეციუმ-161	77(2) წმ		(9/2-)
¹⁶²Lu ლუტეციუმ-162	1.37(2) წთ
¹⁶³Lu ლუტეციუმ-163	3.97(13) წთ	ε : 100.00 %
¹⁶⁴Lu ლუტეციუმ-164	3.14(3) წთ	ε : 100.00 %
¹⁶⁵Lu ლუტეციუმ-165	10.74(10) წთ	ε : 100.00 %
¹⁶⁶Lu ლუტეციუმ-166	2.65(10) წთ		(3-)
¹⁶⁷Lu ლუტეციუმ-167	51.5(10) წთ		1/2+
¹⁶⁸Lu ლუტეციუმ-168	5.5(1) წთ		3+
¹⁶⁹Lu ლუტეციუმ-169	34.06(5) სთ		1/2-
¹⁷⁰Lu ლუტეციუმ-170	2.012(20) დღ		(4)-
¹⁷¹Lu ლუტეციუმ-171	8.24(3) დღ		1/2-
¹⁷²Lu ლუტეციუმ-172	6.70(3) დღ		1-
¹⁷³Lu ლუტეციუმ-173	1.37(1) წ.	ε : 100.00 %
¹⁷⁴Lu ლუტეციუმ-174	3.31(5) წ.		(6)-
¹⁷⁵Lu ლუტეციუმ-175	სტაბილური
¹⁷⁶Lu ლუტეციუმ-176	3.76(7)×10¹⁰ წ.	β⁻ : 100.00 %
¹⁷⁷Lu ლუტეციუმ-177	6.6475(20) დღ		23/2-
¹⁷⁸Lu ლუტეციუმ-178	28.4(2) წთ		(9-)
¹⁷⁹Lu ლუტეციუმ-179	4.59(6) სთ	β⁻ : 100.00 %
¹⁸⁰Lu ლუტეციუმ-180	5.7(1) წთ	β⁻ : 100.00 %
¹⁸¹Lu ლუტეციუმ-181	3.5(3) წთ	β⁻ : 100.00 %
¹⁸²Lu ლუტეციუმ-182	2.0(2) წთ	β⁻ : 100.00 %
¹⁸³Lu ლუტეციუმ-183	58(4) წმ	β⁻ : 100.00 %
¹⁸⁴Lu ლუტეციუმ-184	20(3) წმ	β⁻ : 100.00 %

ბუნებაში გავრცობადობა

ლუტეციუმის შემცველობა დედამიწის ქერქში შეადგენს მასის მიხედვით მიახლოებით 0,00008 %. ზღვის წკალში 0,0000012 მგრ/ლ. ძირითადი სამრეწველო მინერალებია — ქსენოტიმი, ევქსენიტი, ბასტნეზიტი.

ბმულები

სქოლიო

პორტალი ქიმია

[1] დოლიძე ვ., ციციშვილი ვ., „ოთხენოვანი ქიმიური ლექსიკონი“, თბ., 2004, გვ. 127

[2] ქართული საბჭოთა ენციკლოპედია, ტ. 6, თბ., 1983. — გვ. 315.

[3] ფასები ლუტეციუმზე

[4] იშვიათმიწა ლითონების ნაერთების ფასები

[1]

[2]

[3]

[4]