Lutecij

Lutecij (latinski - lutetium) jeste hemijski element sa simbolom Lu i atomskim brojem 71. To je srebrenasto-svijetli metal, koji je na suhom zraku otporan na koroziju, ali ne i u prisustvu vlage. Lutecij se smatra prvim elementom u 6. periodi prelaznih metala ili, u drugim prilikama, posljednjim elementom serije lantanoida. Tradicionalno se ubraja u rijetke zemlje. Ime je dobio od latinskog naziva za Pariz.

Lutecij su nezavisno jedan od drugog 1907. otkrili francuski naučnik Georges Urbain, austrijski mineralog baron Carl Auer von Welsbach i američki hemičar Charles James. Svi su pronašli lutecij kao nečistoću u mineralu iterbiji, za koji se prethodno mislilo da se u potpunosti sastoji od elementa iterbija. Prepirka oko prvog otkrića uslijedila je vrlo brzo, nakon što su se Urbain i von Welsbach međusobno optuživali da su objavljeni rezultati poslužili ovom drugom za objavu otkrića. Čast za davanje imena elementu pripala je Urbainu, jer je on svoje rezultate objavio prije. Odabrao je ime lutecium za novi element, ali je 1949. promijenjeno na lutetium. Godine 1909. napokon je čast otkrića pripisana Urbainu, a njegov prijedlog imena usvojen. Međutim, naziv kasiopeij (cassiopeium kasnije cassiopium) koji je predložio von Welsbach je korišteno među mnogim njemačkim naučnicima sve do 1950tih.

On nije izrazito raširen element, mada je znatno zastupljeniji od srebra u Zemljinoj kori. Upotrebljava se u vrlo malo aplikacija. Izotop lutecij-176 je relativno dosta raširen (2,5%) radioaktivni izotop čije vrijeme poluraspada iznosi 38 milijardi godina, a koristan je u procjenama starosti meteorita. Lutecij se često javlja povezan s drugim elementima poput itrija, a ponekad se koristi u legurama s metalima te kao katalizator u raznim hemijskim reakcijama. 177Lu-DOTA-TATE se koristi pri radionuklidnoj terapiji u nuklearnoj medicini kod liječenja neuroendokrinih tumora. Lutecij ima najvišu tvrdoću po Brinellu od svih lantanoida od 890 do 1300 MPa.

 Historija 
Naziv lutecij izveden je iz latinskog imena Lutetia (današnji Pariz). Element su otkrili 1907. godine, nezavisno jedan od drugog, francuski naučnik Georges Urbain, austrijski mineralog baron Carl Auer von Welsbach i američki hemičar Charles James. Oni su pronašli određenu "nečistoću" u mineralu iterbiji, za koju je švicarski hemičar Jean Charles Galissard de Marignac smatrao da se u potpunosti sastoji od elementa iterbija. Naučnici su predložili različita imena za novi element: Urbain je odabrao neoiterbij i lutecij, dok je Welsbach odabrao aldebaranij i kasiopeij (prema zvijezdi Aldebaranu i sazvijeđu Kasiopeje). Oba naučnika su se sporila tvrdeći da je suparnik objavio rezultate na bazi tuđeg rada.

Međunarodna komisija za atomske težine, koja je u to vrijeme imala nadležnost za davanje imena novim elementima, presudila je 1909. u ovom slučaju dajući prioritet Urbainu, te usvajajući njegov prijedlog kao zvanično ime, pravdajući se time što je Urbain prvi dao tačan opis izdvajanja lutecija iz Marignacovog "iterbija"; te je nakon dodjele Urbainovog imena, naziv neoiterbij je vraćen u iterbij. Gotovo do 1950tih godina neki hemičari sa njemačkog govornog područja koristili su Welsbachovo ime kasiopeij za ovaj metal, a 1949. zvanični međunarodni naziv umjesto lutetij prebačen je u lutecij. Razlog toj promjeni je bilo što je Welsbachov uzorak iz 1907. bio potpuno čist, dok je Urbainov uzorak sadržavao lutecij samo u malim količinama. To je kasnije navelo Urbaina da pomisli da je otkrio element 72, a kojem je dao naziv keltij, što je zapravo bio vrlo čisti lutecij. Kasnija diskreditacija Urbainovog rada na otkriću elementa 72 dovela je do ponovnog davanja zasluga za otkriće Welsbachu, pa je element jedno vrijeme nosio ime kasiopeij u njemačkom govornom području. Charles James koji je isprva bio na marginama prepirki, radio je u mnogo većem obimu te je u to vrijeme posjedovao izuzetno veliku količinu lutecija. Potpuno čisti metalni lutecij dobijen je tek 1953. godine.

 Osobine 
 Fizičke 
Atom lutecija ima 71 elektron, koji su aranžirani u elektronsku konfiguraciju [Xe] 4f145d16s2. Pri stupanju u hemijske reakcije, on gubi svoja dva elektrona iz vanjske ljuske i jedan 5d elektron. Atom lutecija je najmanji po veličini od svih atoma lantanoida zbog njihove kontrakcije, a rezultat toga je da on ima najveću gustoću, najvišu tačku topljenja i najveću tvrdoću među lantanoidima.

 Hemijske 
lijevo|thumb|150px|Struktura lutecij(III)-hlorida
U svim spojevima, lutecij se javlja u oksidacijskom stanju +3. Vodeni rastvori većine soli lutecija su bezbojni a nakon isparavanja tekućine zaostaju bijele kristalne čvrste tvari. Jedini izuzetak među njima je jodid lutecija. Rastvorljive soli, poput nitrata, sulfata i acetata grade hidrate nakon kristalizacije. Oksid lutecija, kao i njegov hidroksid, fluorid, karbonat, fosfat i oksalat su nerastvorljivi u vodi.

Metalni lutecij je donekle nestabilan kada se izloži djelovanju zraka pri standardnim uslovima, ali pri temperaturi od 150 °C vrlo lahko sagorijeva gradeći lutecij-oksid. Dobijeni spoj je poznat po tome što apsorbira vodu i ugljik-dioksid, te se može koristiti za uklanjanje vodene pare iz takvih spojeva u zatvorenim posudama. Slična opažanja primijećena su tokom reakcija između lutecija i vode (spore su u hladnim, a vrlo brze u toplim uslovima), u takvoj reakciji nastaje lutecij-hidroksid. Također je poznato da lutecij kao metal reagira sa četiri najlakša halogena gradeći trihalide, a svi su rastvorljivi u vodi osim fluorida. Lutecij se vrlo lahko rastvara u slabim kiselinama i razblaženoj sumpornoj kiselini gradeći rastvore koji sadrže bezbojne ione lutecija, a koji su koordinirani sa sedam do devet molekula vode, pri čemu je prosjek [Lu(H2O)8,2]3+.

2 Lu + 3 H2SO4 → 2 Lu3+ + 3 SO + 3 H2↑

Izotopi
Na Zemlji, lutecij se javlja u obliku dva izotopa: lutecij-175 i lutecij-176. Među njima jedino je 175Lu stabilan, što znači da je ovaj element monoizotopni. Izotop 176Lu se raspada preko beta raspada sa vremenom poluraspada od oko 3,78×1010 godina. Ovaj izotop sačinjava 2,5 % prirodne izotopske smjese elementa.
Do danas, otkrivena su i opisana 32 sintetička radioaktivna izotopa, čije mase se kreću od 149,973 (lutecij-150) do 183,961 (lutecij-184). Među njima najstabilniji je izotop lutecij-174 čije vrijeme poluraspada iznosi 3,31 godine, a slijedi lutecij-173 sa vremenom poluraspada od 1,37 godina. Svi ostali radioaktivni izotopi imaju vremena poluraspada kraća od devet dana, a većina od njih raspada se za manje od pola sata. Izotopi lakši od stabilnog 175Lu raspadaju se zahvatom elektrona dajući izotope iterbija, uz neznatnu emisiju alfa čestica i pozitrona, dok se teži izotopi pretežno raspadaju beta raspadom na izotope hafnija.

Ovaj element ima i 42 poznata nuklearna izomera čije su mase 150, 151, 153 do 162 te 166 do 180 (svaka masa nužno ne odgovara isključivo samo jednom izomeru. Najstabilniji nuklearni izomer je lutecij-177m, čije vrijeme poluraspada iznosi 160,4 dana a slijedi lutecij-174m sa 142 dana. Ovo je duže od vremena poluraspada svih radioaktivnih izotopa u osnovnom stanju, osim lutecija-173, 174 i 176.

 Rasprostranjenost 
Lutecij se vrlo teško može razdvojiti od drugih elemenata a uvijek se javlja u smjesi sa gotovo svim drugim metalima rijetkih zemlji. Osnovna ruda lutecija, koja je ekonomski isplativa za eksploataciju, jeste rijetki zemni fosfatni mineral monacit: (Ce, La, itd.)PO4 u kojem sadržaj lutecija iznosi samo 0,0001%. Prosječni udio lutecija u Zemljinoj kori iznosi oko 0,5 mg/kg. Najveća nalazišta ruda lutecija su Kina, Sjedinjene Američke Države, Brazil, Šri Lanka, Indija i Australija. Ukupna svjetska proizvodnja lutecija (u obliku oksida) iznosi približno 10 tona godišnje. Čisti metalni lutecij se vrlo teško dobija. On je jedan od najrjeđi i najskupljih rijetkih zemnih metala čija cijena iznosi oko 10 hiljada US$ po kilogramu, odnosno oko četvrtine cijene zlata.

 Dobijanje 
Pri obradi, smrvljeni minerali se tretiraju vrućom koncentriranom sumpornom kiselinom čime se dobijaju sulfati rijetkih zemalja rastvorljivi u vodi. Torij se taloži iz rastvora u obliku hidroksida te se on uklanja. Nakon što se rastvor tretira amonij-oksalatom, rijetke zemlje se prevode u svoje nerastvorljive oksalate. Oksalati se prevode u okside žarenjem. Oksidi se dalje rastvaraju u dušičnoj kiselini koja pomaže pri uklanjanju jednog od osnovnih sastojaka, cerija, čiji oksidi nisu rastvorljivi u njoj. Ostali rijetki zemni metali, uključujući i lutecij, razdvajaju se kristalizacijom kao dvostruke soli sa amonij-nitratom. Lutecij se odvaja ionskom razmjenom. U ovom procesu, ioni rijetkih zemalja se adsorbiraju na pogodnu ionsko-izmjenjivačku smolu gdje reagira sa vodikom, amonijakom ili ionima bakra iz smole. Soli lutecija se kasnije selektivno ispiraju pomoću pogodnog sredstva za stvaranje kompleksa. Metalni lutecij dobija se redukcijom nehidratnog LuCl3 ili LuF3 bilo pomoću nekog alkalnog ili zemnoalkalnog metala.

2 LuCl3 + 3 Ca → 2 Lu + 3 CaCl2

 Upotreba 
Zbog rijetkosti i visoke cijene na tržištu, lutecij se ne koristi mnogo u svakodnevnom životu. Ipak, on se može koristiti kao naprimjer katalizator u rafinerijama za krekovanje sirove nafte te u raznim hemijskim procesima poput alkilacije, hidrogenacije i polimerizacije.

Pretpostavlja se da bi se lutecij-aluminij granat (Al5Lu3O12) mogao upotrebljavati kao materijal za sočiva u imerzijskoj litografiji sa visokim indeksom prelamanja. Osim toga, male količine lutecija dodaju se kao dopant u gadolinij-galij granate (GGG), a koji se koriste u memorijskim uređajima na bazi magnetskih balona. Lutecij-oksiortosilikat (LSO) dopiran cerijem danas je traženi materijal za detektore u pozitronskoj emisijskoj tomografiji (PET). Lutecij-aluminij granat (LuAG) koristi se umjesto fosfora u LED sijalicama.

Osim stabilnog elementa, njegovi radioaktivni izotopi se koriste u nekoliko aplikacija. Zbog pogodnog vremena poluraspada i načina raspada, izotop lutecij-176 se koristi kao čisti beta-emiter, koristeći metal prethodno izlagan neutronskog aktivaciji. Lutecij-hafnijsko datiranje koristi se za određivanje starosti meteorita. Vještački izotop lutecij-177 vezan za oktreotat (analog somatostatina) eksperimentalno se koristi u ciljanoj radionuklidnoj terapiji neuroendokrinih tumora. Ovaj izotop se sve više koristi kao radionuklid u terapijama neuroendokrinih tumora i palijativnoj njezi kod oboljenja kosti.

Lutecij-tantalat (LuTaO4) je jedan od najgušćih poznatih materijala koji propuštaju x-zrake (gustoća 9,81 g/cm3) pa je stoga idealna podloga za rendgenske materijale. Jedini gušći takav materijal je torij-dioksid, gustoće 10 g/cm3, ali je radioaktivan zbog sadržaja torija.

 Opasnosti 
Kao i drugi metali rijetkih zemalja, lutecij se smatra elementom vrlo slabe otrovnosti, ali se njegovim spojevima treba rukovati uz veliku opreznost. Naprimjer, lutecij-fluorid može biti vrlo opasan za čovjeka ako se udahne, a ovaj spoj i nadražuje kožu. Lutecij-nitrat također može biti opasan jer može eksplodirati ili se zapaliti ako se zagrijava. Prah lutecij-oksida je otrovan ako se udahne ili proguta.

Lutecij nema poznatu biološku funkciju, kao ni ostali elementi rijetkih zemalja. Ipak pronađen je u ljudskom organizmu, uglavnom koncentriran u kostima, a u manjoj mjeri u jetri i bubrezima. Poznato je da se soli ovog metala javljaju u prirodi zajedno sa solima drugih lantanoida. Lutecij je najmanje zastupljeni lantanoid u ljudskom organizmu. Danas se ne kontrolira sadržaj lutecija u ljudskoj ishrani, tako da nema podataka koliko ga prosječno čovjek unese u organizam, a procjene se kreću do nekoliko miligrama godišnje, uglavnom u zavisnosti od udjela lutecija u biljkama. Rastvorljive soli lutecija su neznatno otrovne, a nerastvorljive soli nisu.

 Reference 

Kategorija:Hemijski elementi