Lutesium

Lutesium adalah sebuah unsur kimia dengan lambang Lu dan nomor atom 71. Ia adalah sebuah logam berwarna putih keperakan, yang tahan korosi di udara kering, tetapi tidak di udara lembap. Lutesium adalah unsur terakhir dalam deret lantanida, dan secara tradisional dihitung sebagai unsur tanah jarang; ia juga dapat diklasifikasikan sebagai unsur pertama dari logam transisi periode ke-6.

Lutesium ditemukan secara independen pada tahun 1907 oleh ilmuwan Prancis Georges Urbain, ahli mineralogi Austria Baron Carl A. von Welsbach, dan kimiawan Amerika Charles James. Semua peneliti ini menemukan lutesium sebagai pengotor dalam mineral iterbia, yang sebelumnya dianggap seluruhnya terdiri dari iterbium. Perselisihan tentang prioritas penemuan terjadi tak lama setelah itu, dengan Urbain dan Welsbach saling menuduh bahwa hasil penerbitan dipengaruhi oleh penelitian yang dipublikasikan dari pihak lain; pemilihan nama diberikan kepada Urbain, karena dia telah menerbitkan hasilnya sebelumnya. Dia memilih nama lutecium untuk unsur baru tersebut, tetapi pada tahun 1949 ejaannya diubah menjadi lutesium. Pada tahun 1909, prioritas akhirnya diberikan kepada Urbain dan nama yang dia pilih diadopsi sebagai nama resmi; namun, nama cassiopeium (atau kemudian cassiopium) untuk unsur 71 yang diusulkan oleh Welsbach digunakan oleh banyak ilmuwan Jerman hingga tahun 1950-an.

Lutesium bukanlah unsur yang sangat melimpah, meskipun secara signifikan ia lebih umum daripada perak di kerak Bumi. Ia memiliki beberapa kegunaan khusus. Lutesium-176 adalah isotop radioaktif yang relatif melimpah (2,5%) dengan waktu paruh sekitar 38 miliar tahun, digunakan untuk menentukan usia mineral dan meteorit. Lutesium biasanya terjadi dalam bersama dengan unsur itrium dan kadang-kadang digunakan dalam paduan logam dan sebagai katalis dalam berbagai reaksi kimia. DOTA-TATE-177Lu digunakan untuk terapi radionuklida (lihat Kedokteran nuklir) pada tumor neuroendokrin. Lutesium memiliki kekerasan Brinell tertinggi dari semua lantanida, pada 890–1300 MPa.

Karakteristik

Sifat fisik
Sebuah atom lutesium memiliki 71 elektron, tersusun dalam konfigurasi [Xe] 4f145d16s2. Lutesium umumnya ditemukan dalam keadaan oksidasi 3+, setelah kehilangan dua elektron 6s dan satu 5d terluarnya. Atom lutesium adalah yang terkecil di antara atom lantanida, karena adanya kontraksi lantanida, dan akibatnya lutesium memiliki kepadatan, titik lebur, dan kekerasan tertinggi di antara semua lantanida. Karena orbital 4f lutesium sangat stabil, hanya orbital 5d dan 6s yang terlibat dalam reaksi dan ikatan kimia; dengan demikian ia dicirikan sebagai unsur blok-d dan bukan blok-f, dan atas dasar ini beberapa menganggapnya sama sekali bukan lantanida, tetapi logam transisi seperti kongenernya yang lebih ringan, skandium dan itrium.

Sifat kimia dan senyawa

Senyawa lutesium selalu mengandung unsur dalam keadaan oksidasi 3+. Larutan berair dari sebagian besar garam lutesium tidak berwarna dan membentuk padatan kristal putih saat dikeringkan, dengan pengecualian lutesium iodida, yang berwarna cokelat. Garam lutesium yang larut, seperti lutesium nitrat, sulfat, dan asetat membentuk hidrat pada saat kristalisasi. Lutesium oksida, hidroksida, fluorida, karbonat, fosfat, dan oksalat tidak larut dalam air.

Logam lutesium sedikit tidak stabil di udara pada kondisi standar, tetapi mudah terbakar pada suhu 150 °C untuk membentuk lutesium oksida. Senyawa yang dihasilkan diketahui dapat menyerap air dan karbon dioksida, dan dapat digunakan untuk menghilangkan uap senyawa-senyawa ini dari atmosfer tertutup. Pengamatan serupa dilakukan selama reaksi antara lutesium dan air (lambat saat dingin dan cepat saat panas); lutesium hidroksida akan terbentuk dalam reaksi ini. Logam lutesium diketahui bereaksi dengan empat halogen paling ringan untuk membentuk trihalida; kecuali fluorida karena mereka larut dalam air.

Lutesium mudah larut dalam asam lemah dan asam sulfat encer untuk membentuk larutan yang mengandung ion lutesium tak berwarna, yang dikoordinasikan oleh antara tujuh dan sembilan molekul air, dengan yang menjadi rata-rata adalah .

Keadaan oksidasi
Lutesium biasanya ditemukan dalam keadaan oksidasi +3, seperti kebanyakan lantanida lainnya. Namun, ia juga bisa ditemukan dalam keadaan 0, +1 dan +2.

Isotop

Lutesium terjadi di Bumi dalam bentuk dua isotop: lutesium-175 dan lutesium-176. Dari keduanya, hanya yang pertama yang stabil, menjadikannya sebagai unsur monoisotop. Yang terakhir, lutesium-176, meluruh melalui peluruhan beta dengan waktu paruh  tahun; ia membuat sekitar 2,6% dari lutesium alami. 
Hingga saat ini, 34 radioisotop sintetis dari unsur tersebut telah dikarakterisasi, mulai dari nomor massa 149 hingga 184; isotop yang paling stabil adalah lutesium-174 dengan waktu paruh 3,31 tahun, dan lutesium-173 dengan waktu paruh 1,37 tahun. Semua isotop radioaktif yang tersisa memiliki waktu paruh kurang dari 9 hari, dan sebagian besar memiliki waktu paruh kurang dari setengah jam. Isotop yang lebih ringan daripada lutesium-175 yang stabil meluruh melalui penangkapan elektron (untuk menghasilkan isotop iterbium), dengan beberapa emisi alfa dan positron; isotop yang lebih berat meluruh terutama melalui peluruhan beta, menghasilkan isotop hafnium.

Unsur ini juga memiliki 43 isomer nuklir yang diketahui, dengan massa 150, 151, 153–162, dan 166–180 (tidak setiap nomor massa hanya memiliki satu isomer). Yang paling stabil adalah lutesium-177m, dengan waktu paruh 160,4 hari, dan lutesium-174m, dengan waktu paruh 142 hari; waktu paruh mereka lebih panjang daripada waktu paruh keadaan dasar dari semua isotop lutesium radioaktif kecuali lutesium-173, -174, dan -176.

Sejarah
Lutesium, berasal dari bahasa Latin Lutetia (Paris), ditemukan secara independen pada tahun 1907 oleh ilmuwan Prancis Georges Urbain, ahli mineralogi Austria Baron Carl A. von Welsbach, dan kimiawan Amerika Charles James. Mereka menemukannya sebagai ketidakmurnian pada iterbia, yang dianggap seluruhnya terdiri dari iterbium oleh kimiawan Swiss Jean de Marignac. Para ilmuwan mengusulkan nama yang berbeda untuk unsur-unsur tersebut: Urbain memilih neoiterbium dan lutecium, sedangkan Welsbach memilih aldebaranium dan cassiopeium (dari Aldebaran dan Cassiopeia). Kedua artikel ini saling menuduh satu sama lain dengan alasan telah menerbitkan hasil berdasarkan artikelnya.

Komisi Internasional untuk Berat Atom, yang kemudian bertanggung jawab atas atribusi nama unsur baru, menyelesaikan perselisihan ini pada tahun 1909 dengan memberikan prioritas kepada Urbain dan mengadopsi namanya sebagai nama resmi, berdasarkan fakta bahwa pemisahan lutesium dari iterbium Marignac pertama kali dijelaskan oleh Urbain; setelah nama Urbain dikenali, neoiterbium dikembalikan menjadi iterbium. Hingga tahun 1950-an, beberapa kimiawan berbahasa Jerman menyebut lutesium dengan nama Welsbach, cassiopeium; pada tahun 1949, ejaan unsur 71 diubah menjadi lutesium. Alasannya adalah karena sampel lutesium milik Welsbach tahun 1907 murni, sedangkan sampel milik Urbain tahun 1907 hanya mengandung lutesium dalam jumlah kecil. Hal ini kemudian menyesatkan Urbain untuk berpikir bahwa dia telah menemukan unsur 72, yang dia beri nama seltium, yang sebenarnya adalah lutesium yang sangat murni. Karya Urbain yang kemudian mendiskreditkan unsur 72 menyebabkan penilaian kembali terhadap karya Welsbach pada unsur 71, sehingga unsur tersebut diganti namanya menjadi cassiopeium di negara-negara berbahasa Jerman untuk beberapa waktu. Charles James, yang menghindari argumen prioritas tersebut, bekerja dalam skala yang jauh lebih besar dan memiliki persediaan lutesium terbesar pada saat itu. Logam lutesium murni pertama kali diproduksi pada tahun 1953.

Keterjadian dan produksi

Ditemukan dengan hampir semua logam tanah jarang lainnya tetapi tidak pernah dengan sendirinya, lutesium sangat sulit dipisahkan dari unsur lain. Sumber komersial utamanya adalah sebagai produk sampingan dari pemrosesan mineral fosfat tanah jarang monasit (, yang memiliki konsentrasi hanya 0,0001% dari unsur tersebut, tidak jauh lebih tinggi dari kelimpahan lutesium di kerak Bumi, sekitar 0,5 mg/kg. Tidak ada mineral dominan lutesium yang diketahui saat ini. Area pertambangan lutesium utama berada di Tiongkok, Amerika Serikat, Brasil, India, Sri Lanka, dan Australia. Produksi lutesium dunia (dalam bentuk oksida) adalah sekitar 10 ton per tahun. Logam lutesium murni sangat sulit untuk dibuat. Ia adalah salah satu logam tanah jarang terlangka dan termahal dengan harga sekitar AS$10.000 per kilogram, atau sekitar seperempat harga emas.

Mineral yang dihancurkan akan diperlakukan dengan asam sulfat pekat panas untuk menghasilkan sulfat tanah jarang yang larut dalam air. Torium mengendap dari larutan sebagai hidroksida dan dihilangkan. Setelah itu, larutan tersebut diperlakukan dengan amonium oksalat untuk mengubah tanah jarang menjadi oksalat yang tidak larut. Oksalat tersebut diubah menjadi oksida melalui penganilan. Oksida tersebut dilarutkan dalam asam nitrat yang mengecualikan salah satu komponen utama, serium, yang oksidanya tidak larut dalam HNO3. Beberapa logam tanah jarang, termasuk lutesium, dipisahkan sebagai garam ganda dengan amonium nitrat melalui kristalisasi. Lutesium kemudian dipisahkan melalui pertukaran ion. Dalam proses ini, ion tanah jarang diserap ke dalam resin penukar ion yang sesuai melalui pertukaran dengan ion hidrogen, amonium, atau kupri (Cu2+) yang ada dalam resin. Garam lutesium kemudian dicuci secara selektif oleh zat pengompleks yang sesuai. Logam lutesium kemudian diperoleh dengan mereduksi LuCl3 atau LuF3 anhidrat dengan sebuah logam alkali atau alkali tanah.

Aplikasi
Karena kesulitan produksi dan harganya yang tinggi, penggunaan komersial lutesium sangat sedikit, terutama karena ia lebih jarang daripada kebanyakan lantanida lainnya tetapi secara kimiawi tidak jauh berbeda. Namun, lutesium yang stabil dapat digunakan sebagai katalis dalam perengkahan minyak bumi di kilang dan juga dapat digunakan dalam aplikasi alkilasi, hidrogenasi, dan polimerisasi. Sebuah lutesium hidrida yang didoping nitrogen mungkin memiliki peran dalam menciptakan superkonduktor suhu kamar pada tekanan 10 kbar.

Garnet lutesium aluminium () telah diusulkan untuk digunakan sebagai bahan lensa dalam litografi perendaman indeks bias tinggi. Selain itu, sejumlah kecil lutesium ditambahkan sebagai dopan pada garnet gadolinium galium, yang digunakan dalam perangkat memori gelembung magnetik. Saat ini, lutesium oksiortosilikat yang didoping serium merupakan senyawa pilihan untuk pendeteksi dalam tomografi emisi positron (PET). Garnet lutesium aluminium (LuAG) digunakan sebagai fosfor dalam bola lampu dioda pemancar cahaya (LED).

Selain lutesium yang stabil, isotop radioaktifnya memiliki beberapa kegunaan khusus. Waktu paruh dan mode peluruhan yang sesuai membuat lutesium-176 digunakan sebagai pemancar beta murni, menggunakan lutesium yang telah terpapar aktivasi neutron, dan dalam penanggalan lutesium–hafnium untuk menentukan usia meteorit. Isotop sintetis lutesium-177 yang terikat pada oktreotat (sebuah analog somatostatin), digunakan secara eksperimental dalam terapi radionuklida bertarget untuk tumor neuroendokrin. Memang, penggunaan lutesium-177 telah mengalami peningkatan sebagai radionuklida dalam terapi tumor neuroendokrin dan pereda nyeri tulang. Penelitian menunjukkan bahwa jam atom ion lutesium dapat memberikan akurasi yang lebih besar daripada jam atom yang telah ada.

Lutesium tantalat (LuTaO4) adalah bahan putih stabil terpadat yang diketahui (kepadatannya sebesar 9,81 g/cm3) dan karenanya merupakan inang yang ideal untuk fosfor sinar-X. Satu-satunya bahan putih yang lebih padat adalah torium dioksida, dengan kepadatan 10 g/cm3, tetapi torium yang dikandungnya bersifat radioaktif.

Lutesium juga merupakan senyawa dari beberapa bahan sintilasi, yang mengubah sinar-X menjadi cahaya tampak. Ia adalah bagian dari sintilator LYSO, LuAg dan lutesium iodida.

Pencegahan
Seperti logam tanah jarang lainnya, lutesium dianggap memiliki tingkat toksisitas yang rendah, namun senyawanya tetap harus ditangani dengan hati-hati: misalnya, inhalasi lutesium fluorida dinilai berbahaya dan senyawa tersebut dapat mengiritasi kulit. Lutesium nitrat mungkin berbahaya karena dapat meledak dan terbakar setelah dipanaskan. Bubuk lutesium oksida juga beracun jika terhirup atau tertelan.

Mirip dengan logam tanah jarang lainnya, lutesium tidak memiliki peran biologis yang diketahui, tetapi ditemukan bahkan pada manusia, terkonsentrasi di tulang, dan pada tingkat yang lebih rendah di hati dan ginjal. Garam lutesium diketahui terjadi bersama dengan garam lantanida lainnya di alam; unsur ini adalah yang paling tidak melimpah di tubuh manusia dari semua lantanida. Makanan manusia belum dipantau untuk kandungan lutesium, jadi tidak diketahui berapa banyak rata-rata yang dikonsumsi manusia, tetapi perkiraan menunjukkan jumlahnya hanya sekitar beberapa mikrogram per tahun, semuanya berasal dari jumlah kecil yang diserap oleh tumbuhan. Garam lutesium yang larut agak beracun, tetapi yang tidak larut tidak.

Lihat pula

Referensi

 
Unsur kimia
Lantanida
Logam transisi
Unsur kimia dengan struktur padat heksagon