ლუტეციუმი

ლუტეციუმი (; ქიმიური სიმბოლო — ) — ელემენტთა პერიოდული სისტემის მეექვსე პერიოდის, მესამე ჯგუფის (ძველი კლასიფიკაციით მესამე ჯგუფის თანაური ქვეჯგუფის, ბ) ქიმიური ელემენტი. განეკუთვნება ლანთანოიდების ოჯახს. ატომური ნომერია — 71, ატომური მასა — 174.97, დნ — 1652 °, დუღ — 3402 °, 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 — . იტერბიუმის გულისათვის რომლისგანაც იქნა ლუტეციუმი გამოყოფილი შეთავაზებული იქნა სახელი ნეოიტერბიუმი. აღმოჩენის პრიორიტეტის შედავებისას ფონ ველსბახმა წამოაყენა სახელწოდება კასიოპიუმი , ხოლო იტერბიუმისათვის — ალდებარანიუმი 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 , რომელიც 1949 წ. შეცვლილი იქნა (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 3 ფტორიდის აღდგენით კალციუმით.

ღირებულება
>99,9 %-იანი სიწმინდის ლითონური ლუტეციუმის ფასი შეადგენს 3,5—5,5 ათას დოლარს 1 კგ-ზე. ლუტეციუმი წარმოადგენს ყველაზე ძვირ ელემენტს იშვიათმიწა ლითონებს შორის, 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 °) 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 ° 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 3 ნალექი. იგივე ნაერთი შეიძლება მივიღოთ ლუტეციუმის ოქსიდისა 23 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, ), 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 , 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 175 (იზოტოპური გავრცობადობა 97,41 %) და ხანგრძლივარსებადი ბეტა-რადიოაქტიური 176 (იზოტოპური გავრცობადობა 2,59 %, ნახევარდაშლის პერიოდი 3,78 წ.), რომელიც იშლება სტაბილურ ჰაფნიუმ-176-მდე. რადიოაქტიური 176 გამოიყენება ბირთვული გეო- და კოსმოქრონოლოგიის ერთ-ერთ მეთოდიკაში (ლუტეციუმ-ჰაფნიუმის დატირება). ასევე ცნობილია ლუტეციუმის 32 ხელოვნური რადიოიზოტოპი (150-დან 184-მდე), ზოგიერთ მათდგანს აღმოაჩნდა მეტასტაბილური მდგომარეობა (საერთო რიცხვით 18).

იზოტოპების ცხრილი

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