ლუტეციუმი

ლუტეციუმიდოლიძე ვ., ციციშვილი ვ., „ოთხენოვანი ქიმიური ლექსიკონი“, თბ., 2004, გვ. 127 (; ქიმიური სიმბოლო — 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, tდნ — 1652 °C, tდუღ — 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-ზეფასები ლუტეციუმზე. ლუტეციუმი წარმოადგენს ყველაზე ძვირ ელემენტს იშვიათმიწა ლითონებს შორისიშვიათმიწა ლითონების ნაერთების ფასები, 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 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

 ნუკლიდინახევარდაშლის პერიოდიდაშლის ფორმა სპინი და ბირთვის ჯერადობა
  150Lu ლუტეციუმ-15043(5) მწმ p : 68.00 % ε : 32.00 %   151Lu ლუტეციუმ-15180.6(19) მწმ p : 63.40 % ε : 36.60 %   152Lu ლუტეციუმ-152650(70) მწმ ε : 100.00 % εp : 15.00   153Lu ლუტეციუმ-1530.9(2) წმ α ≈ 70.00 %   154Lu ლუტეციუმ-154≈ 2 წმ (9+)
  155Lu ლუტეციუმ-15568(1) მწმ  1/2+
  156Lu ლუტეციუმ-156494(12) მწმ  9+
  157Lu ლუტეციუმ-1576.8(18) წმ  (11/2-)
  158Lu ლუტეციუმ-15810.6(3) წმ ε : 99.09 % α : 0.91 %   159Lu ლუტეციუმ-15912.1(10) წმ ε : 100.00 % α : 0.10 %   160Lu ლუტეციუმ-16036.1(3) წმ   
  161Lu ლუტეციუმ-16177(2) წმ  (9/2-)
  162Lu ლუტეციუმ-1621.37(2) წთ   
  163Lu ლუტეციუმ-1633.97(13) წთ ε : 100.00 %   164Lu ლუტეციუმ-1643.14(3) წთ ε : 100.00 %   165Lu ლუტეციუმ-16510.74(10) წთ ε : 100.00 %   166Lu ლუტეციუმ-1662.65(10) წთ  (3-)
  167Lu ლუტეციუმ-16751.5(10) წთ  1/2+
  168Lu ლუტეციუმ-1685.5(1) წთ  3+
  169Lu ლუტეციუმ-16934.06(5) სთ  1/2-
  170Lu ლუტეციუმ-1702.012(20) დღ  (4)-
  171Lu ლუტეციუმ-1718.24(3) დღ  1/2-
  172Lu ლუტეციუმ-1726.70(3) დღ   1-
  173Lu ლუტეციუმ-1731.37(1) წ. ε : 100.00 %   174Lu ლუტეციუმ-1743.31(5) წ.  (6)-
  175Lu ლუტეციუმ-175სტაბილური  
  176Lu ლუტეციუმ-1763.76(7) წ. β− : 100.00 %  
  177Lu ლუტეციუმ-1776.6475(20) დღ  23/2-
  178Lu ლუტეციუმ-17828.4(2) წთ  (9-)
  179Lu ლუტეციუმ-1794.59(6) სთ β− : 100.00 %   180Lu ლუტეციუმ-1805.7(1) წთ β− : 100.00 %   181Lu ლუტეციუმ-1813.5(3) წთ β− : 100.00 %   182Lu ლუტეციუმ-1822.0(2) წთ β− : 100.00 %   183Lu ლუტეციუმ-18358(4) წმ β− : 100.00 %   184Lu ლუტეციუმ-18420(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 
 ლუტეციუმი Webelements-ზე
 ლუტეციუმი ქიმიური ელემენტების პოპულარულ ბიბლიოთეკაში
 http://elm.e-science.ru/Lu 

სქოლიო