లుటీషియం

లుటీషియం  రసాయన మూలకం.  దీని సంకేతం Lu పరమాణు సంఖ్య 71. ఇది వెండి రంగులో గల తెల్లని మూలకం. ఇది పొడి గాలిలో తుప్పుపట్టదు కానీ తేమ గాలిలో తుప్పు పడుతుంది. ఈ మూలకం లాంథనైడ్ల శ్రేణిలో చివరి మూలకం. ఇది సాంప్రదాయకంగా రేర్ ఎర్త్ మెటల్స్ లో ఉన్నట్లు గుర్తిస్తారు. కొన్ని సార్లు ఇది ఆవర్తన పట్టికలో 6వ పీరియడ్ లోని పరివర్తన మూలకాలలో మొదటి మూలకంగా పరిగణిస్తారు. అయినప్పటికీ లాంథనం చాలా తరుచుగా  పరివర్తన మూలకాల శ్రేణిలో మొదటి మూలకంగా గుర్తించబడుతుంది. 

లుటీషియం మూలకాన్ని 1907లో ఫ్రెంచ్ శాస్త్రవేత్త జార్జెస్ అర్బైన్, ఆస్ట్రేలియా ఖనిజ శాస్త్రవేత్త  బేరన్ కార్ల్ ఆర్వాన్ వెల్ష్‌బాచ్, అమెరికన్ రసాయన శాస్త్రవేత్త చార్లెస్ జేమ్స్ లు స్పతంత్రంగా కనుగొన్నారు.  

ఈ పరిశోధకులందరూ లుటెటియం ను యిటెర్భియాతో కూడిన శుద్ధిచేయని ఖనిజంగా కనుగొన్నారు. అంతకు పూర్వం ఈ ఖనిజాన్ని యిటెర్బియా అని పిలిచేవారు.కొంత కాలం తరువాత ఈ మూలక ఆవిష్కరణ కొరకు ప్రాథాన్యతపై వివాదం జరిగింది. ఉర్బైన్, వెల్ష్‌బాచ్ లు ఒకరిపై ఒకరు ఆరోపించుకున్నారు. ఎవరికి వారు వారి ఆవిష్కరణలను ప్రచురించారు. కానీ మొదట ప్రచురించినందున ఉర్బెయిన్ కు   ఈ ఆవిష్కరణకు గుర్తింపు లబించింది. అతను ఈ కొత్త మూలకానికి "లుటేసియం" అని ఎంచుకున్నాడు. 1949లో ఈ 71వ మూలకం స్పెల్లింగ్ మార్చి "లుటీషియం" గా మార్చారు. 1909లో చివరికి ఈ మూలకం ఆవిష్కరణను ఉర్బెయిన్ కు అధికారికంగా గుర్తించి అతను పెట్టిన పేరును అధికారికంగా స్వీకరించారు. ఏదైనేమైనప్పటికీ వెల్ష్‌బాచ్ ప్రతిపాదించిన  71వ మూలకం "కాసియోపియం" అనే పేరును 1950 ల వరకు జర్మనీ శాస్త్రవేత్తలు ఉపయోగించారు.  

ఏది ఏమయినప్పటికీ, వెల్స్బాచ్ ప్రతిపాదించిన మూలకం 71 కు కాసియోపియం (లేదా తరువాత కాసియోపియం ) అనే పేరును 1950 ల వరకు చాలా మంది జర్మన్ శాస్త్రవేత్తలు ఉపయోగించారు. 

లుటీషియం ముఖ్యంగా సమృద్ధిగా ఉండే మూలకం కాదు, అయినప్పటికీ ఇది భూపటలంలో లభిస్తున్న వెండి కంటే చాలా సాధారణంఆ లభిస్తుంది. దీనికి కొన్ని నిర్దిష్ట ఉపయోగాలు ఉన్నాయి. లుటీషియం -176 సాపేక్షంగా సమృద్ధిగా (2.5%) రేడియోధార్మిక ఐసోటోప్, ఇది దాదాపు 38 బిలియన్ సంవత్సరాల అర్థ జీవితకాలం కలిగి ఉంటుంది. ఈ ఐసోటోపును  ఖనిజాలు, ఉల్కల వయస్సును నిర్ణయించడానికి ఉపయోగిస్తారు. లుటిషియం సాధారణంగా మూలకం యిట్రియం  తో కలసి లభిస్తుంది. కొన్నిసార్లు దీనిని లోహ మిశ్రమ లోహాలలో,  వివిధ రసాయన చర్యలలో ఉత్ప్రేరకంగా ఉపయోగిస్తారు . న్యూరోఎండోక్రిన్ కణితులపై రేడియోన్యూక్లైడ్ థెరపీకి ( న్యూక్లియర్ మెడిసిన్ చూడండి) 177 లు- డోటా- టేట్ ఉపయోగించబడుతుంది. 890–1300 MPa బ్రినెల్ హార్డ్‌నెస్‌తో లుటీషియం, లాంథనైడ్‌లలో అన్నిటి కంటే అత్యధికం. 

 లక్షణాలు 

 భౌతిక ధర్మాలు 
ఒక లుటీషియం అణువు 71 ఎలక్ట్రాన్లను కలిగి ఉంటుంది. దీని ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసం  [ Xe ]   4f 14 5d 1 6s 2 .   ఇది రసాయన చర్యలలో పాల్గొన్నప్పుడు దీని పరమాణువు దాని బాహ్య కక్ష్యలో నుండి రెండు ఎలక్ట్రానులు, ఒక 5d-ఎలక్ట్రాన్ లను కోల్పోతుంది. లాంథనైడ్ సంకోచం కారణంగా లుటీషియం పరమాణు పరిమాణం ఆ శ్రేణిలోని మూలకాల కన్న  అతి చిన్నది.    ఫలితంగా లుటీషియం అత్యధిక సాంద్రత, ద్రవీభవన స్థానం, లాంథనైడ్ల కాఠిన్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది.  

 రసాయన ధర్మాలు, సమ్మేళనాలు 
లుటిషియం యొక్క సమ్మేళనాలు ఎల్లప్పుడూ  +3  ఆక్సీకరణ స్థితిని  కలిగి ఉంటాయి.  చాలా లుటీషియం లవణాల (అయొడైడ్ లవణం మినగా)  జల ద్రావణాలు రంగులేనివి. పొడిగా మారిన తరువాత తెల్లటి స్ఫటికాకార ఘనపదార్థాలను ఏర్పరుస్తాయి,  నైట్రేట్, సల్ఫేట్, అసిటేట్ వంటి కరిగే లవణాలు స్ఫటికీకరణ చెందినపుడు హైడ్రేట్లను ఏర్పరుస్తాయి. ఆక్సైడ్, హైడ్రాక్సైడ్, ఫ్లోరైడ్, కార్బోనేట్, ఫాస్ఫేట్, ఆక్సలేట్ నీటిలో కరగవు.  

లుటీషియం లోహం సాధారణ పరిస్థితులలో గాలిలో కొద్దిగా అస్థిరంగా ఉంటుంది.  అయితే ఇది 150°C  వద్ద తేలికగా మండి  లుటీషియం ఆక్సైడ్ ఏర్పరుస్తుంది. ఏర్పడిన  సమ్మేళనం నీరు,  కార్బన్ డయాక్సైడ్‌ ను గ్రహిస్తుంది,  ఈ సమ్మేళనాల భాష్పాలను మూసివేసిన వాతావరణం నుండి తొలగించడానికి దీనిని ఉపయోగించవచ్చు. లుటీషియం, నీటి  (చల్లగా ఉన్నప్పుడు నెమ్మదిగా, వేడిగా ఉన్నప్పుడు వేగంగా) మధ్య రసాయన చర్య జరిగే సందర్భంలో కూడా ఇటువంటి పరిశీలనలే జరుగుతాయి.; ఈ రసాయన చర్యలో లుటీషియం  హైడ్రాక్సైడ్ ఏర్పడుతుంది.  లుటీషియం  లోహం నాలుగు తేలికైన హాలోజెన్‌లతో చర్య జరిపి ట్రై హాలైడ్‌లను ఏర్పరుస్తుంది; అవన్నీ (ఫ్లోరైడ్ మినహా) నీటిలో కరుగుతాయి. 

లుటీషియం బలహీనమైన ఆమ్లాలు వెంటనే  కరిగుతుంది.   విలీన సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లం లో చర్య జరిపి రంగులేని లుటీషియం అయాన్లను ఏర్పరుస్తుంది. అవి 7నుండి 9 నీటి అణువుల సమన్వయంతో ఏర్పడతాయి. సరాసరి అయాన్ [Lu(H2O)8.2]3+    

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

 ఐసోటోపులు 
ను లుటీషియం భూమిపై రెండు ఐసోటోపుల రూపంలో లభిస్తుంది.: లుటీషియం -175,  లుటీషియం -176. ఈ రెండింటిలో మొదటిది మాత్రమే స్థిరంగా ఉండి,  మోనోఇసోటోపిక్‌గా మూలకం మారుతుంది. రెండవది, లుటీషియం -176, 3.78 × 10 10 సంవత్సరాల అర్థ జీవిత కాలంతో బీటా విఘటనం ద్వారా క్షీణిస్తుంది; ఇది సహజ లుటీషియంలో 2.5% ఉంటుంది. [16] ఈ రోజు వరకు ఈ  మూలకం యొక్క 32 కృత్రిమ రేడియో ఐసోటోపులు వర్గీకరించబడ్డాయి. వీటి ద్రవ్యరాశి  149.973 (లుటీషియం -150) నుండి 183.961 (లుటీషియం -184) వరకు ఉన్నాయి; ఐసోటోపులు చాలా స్థిరంగా 3.31 సంవత్సరాల అర్థ జీవిత కాలంతో లుటీషియం -174, 1.37 సంవత్సరాల అర్థ జీవిత కాలంతో  లుటీషియం -173. [16] మిగిలిన రేడియోధార్మిక ఐసోటోపులన్నీ  9 రోజుల కన్నా తక్కువ అర్థ జీవిత కాలాలను  కలిగి ఉంటాయి.  వీటిలోఅత్యధిక భాగం ఐసోటోపుల అర్థ జీవిత కాలాలు  అరగంట కన్నా తక్కువ ఉంటాయి. [16] ఎలక్ట్రాన్ క్యాప్చర్ (యిటెర్బియం ఐసోటోపులుగా ఉత్పత్తి) ద్వారా లుటీషియం -175 విఘటనం కంటే తేలికైన ఐసోటోపులు  కొన్ని ఆల్ఫా,  పాజిట్రాన్ ఉద్గారాలను యిస్తాయి; భారీ ఐసోటోపులు ప్రధానంగా బీటా విఘటనం ద్వారా క్షీణించి, హాఫ్నియం ఐసోటోపులను ఉత్పత్తి చేస్తాయి. [16] 

ఈ మూలకం  ద్రవ్యరాశి 150, 151, 153–162, 166–180 (ప్రతి ద్రవ్యరాశి సంఖ్య ఒకే ఐసోమర్‌కు మాత్రమే సరిపోలదు) లతో 42 కేంద్రక ఐసోమర్‌లు ఉన్నాయి. వాటిలో చాలా స్థిరంగా ఉన్న లుటిటియం -177m, అర్థ జీవిత కాలం 160.4 రోజులు,  లుటిటియం -174m అర్థ జీవిత కాలం 142 రోజులు; లుటిటియం -173, 174,  176 మినహా అన్ని రేడియోధార్మిక లుటిటియం ఐసోటోపుల భూస్థాయి అర్థ జీవిత కాలాల కన్నా  ఇవి ఎక్కువ. [16] 

 చరిత్ర 
లుటీషియం  లాటిన్ భాషా పదం   Lutetia ( పారిస్ ) నుంచి పుట్టింది. దీనిని 1907లో ప్రెంచ్ శాస్త్రవేత్త జార్జెస్ ఉర్బైన్, ఆస్ట్రియా ఖనిజ శాస్త్రవేత్త బేరన్ కార్ల్ ఆర్ వాన్ వెల్ష్‌బాచ్, అమెరికన్ రసాయన శాస్త్రవేత్త చార్లెస్ జేమ్స్ లు విడి విడిగా కనుగొన్నారు.  In a footnote on page 498, James mentions that Carl Auer von Welsbach had announced " … the presence of a new element Er, γ, which is undoubtedly the same as here noted, … ." The article to which James refers is: C. Auer von Welsbach (1907) "Über die Elemente der Yttergruppe, (I. Teil)" (On the elements of the ytterbium group (1st part)), Monatshefte für Chemie und verwandte Teile anderer Wissenschaften (Monthly Journal for Chemistry and Related Fields of Other Sciences), 27 : 935-946.   స్వేడన్ రసాయన శాస్త్రవేత్త "జీన్ ఛార్లెస్ గాలిసార్డ్ డి మారిగ్నాక్" యిటెర్బియం అని ఊహించిన "యిటెర్బియా" లోని మలినంగా ఈ మూలకాన్ని కనుగొన్నారు. శాస్త్రవేత్తలు దీనికి వివిధ పేర్లను పెట్టారు. ఉర్బైన్ దీనికి "నియో యిటెర్బియం, లుటీసియం" అని, వెల్ష్ బాచ్ దీనికి "ఆల్డెబెరేనియం, కాసియోపైలం" అని పేర్లు పెట్టారు. On page 191, Welsbach suggested names for the two new elements: "Ich beantrage für das an das Thulium, beziehungsweise Erbium sich anschließende, in dem vorstehenden Teile dieser Abhandlung mit Yb II bezeichnete Element die Benennung: Aldebaranium mit dem Zeichen Ad — und für das zweite, in dieser Arbeit mit Yb I bezeichnete Element, das letzte in der Reihe der seltenen Erden, die Benennung: Cassiopeïum mit dem Zeichen Cp." (I request for the element that is attached to thulium or erbium and that was denoted by Yb II in the above part of this paper, the designation "Aldebaranium" with the symbol Ad — and for the element that was denoted in this work by Yb I, the last in the series of the rare earths, the designation "Cassiopeïum" with the symbol Cp.) ఈ ములకంపై ఇద్దరి వ్యాసాలు  వారి ఫలితాలను బట్టి మరొకరు ఫలితాలు ప్రచురించాయని ఆరోపించాయి.      

కొత్త మూలకాల పేర్ల ఆపాదింపుకు అప్పటి బాధ్యత వహించిన ఇంటర్నేషనల్ కమిషన్ ఆన్ అటామిక్ వెయిట్స్, 1909 లో ఉర్బెయిన్‌కు ప్రాధాన్యత ఇవ్వడం ద్వారా అతను నిర్ణయించిన పేరును అధికారికంగా స్వీకరించడం ద్వారా వివాదాన్ని పరిష్కరించుకుంది. అతను మారిగ్నాక్ కనుగొన్న యిటెర్బియం నుండి లుటీషియం వేరుచేసిన వాస్తవాల అధారంగా అతను నిర్ణయించిన పేరును ఈ మూలకానికి స్వీకరించారు ఉర్బెయిన్ నిర్ణయించిన పేరును గుర్తించిన తరువాత నియో యిటెర్బియం ను యిటెర్బియం గా నిర్ణయించారు. 1950 వరకు కొంతమంది జర్మన్శా రసాయన శాస్త్రవేత్తలు బెల్ష్‌బాచ్ నిర్ణయించిన పేరు "కాసియోపియం" గా పిలిచేవారు. 1949లో 71వ పరమాణు సంఖ్య గల మూలకానికి "లుటీషియం" గా పేరు మార్చారు. దీనికి కారణం వెల్ష్‌బాచ్  1907 లో కనుగొన్న లుతీషియం నమూనాలు స్వచ్ఛమైనవి. 1907లో ఉర్బైన్ కనుగొన్న లుటీసియం నమూనాలలో దాని ఆనవాళ్ళు మాత్రమే ఉన్నాయి.  ఇది తరువాత ఉర్బైన్‌72వ మూలకం  కనుగొన్నానని అనుకుంటూ తప్పుదారి పట్టించాడు.  దీనికి అతను సెల్టియం అని పేరు పెట్టాడు. వాస్తవానికి ఇది చాలా స్వచ్ఛమైన లుటీష్యం మూలకం. 72 వ మూలకం పై ఉర్బైన్ చేసిన పనిని తరువాత ఖండించడం ద్వారా  మూలకం 71 పై వెల్ష్ బాచ్  యొక్క పనిని తిరిగి అంచనా వేయడానికి దారితీసింది. తద్వారా ఈ మూలకం కొంతకాలం జర్మన్ మాట్లాడే దేశాలలో కాసియోపియం గా పేరు మార్చబడింది.  ప్రాధాన్యత వాదనకు దూరంగా ఉన్న చార్లెస్ జేమ్స్, చాలా పెద్ద స్థాయిలో పనిచేశాడు.  ఆ సమయంలో అత్యధికంగా లుటీషియం సరఫరాను కలిగి ఉన్నాడు.  స్వచ్ఛమైన లుటీషియం లోహాన్ని మొట్టమొదట 1953 లో ఉత్పత్తి చేశారు.  

 లభ్యత, ఉత్పత్తి 
లుటీషియం దాదాపు అన్ని ఇతర అరుదైన-మృత్తికా లోహాలతో కలసి కనుగొనబడింది కానీ ఎప్పటికీ, దీనిని  ఇతర మూలకాల నుండి వేరుచేయడం చాలా కష్టం. దీని ప్రధాన వాణిజ్య వనరు అరుదైన మృత్తికా ఫాస్ఫేట్ ఖనిజమైన  మోనాజైట్ (Ce,La,...) . దీనిలో మూలకం సాంద్రత 0.0001% మాత్రమే ఉంటుంది,  భూ పటలంలో లుటిషియం యొక్క సమృద్ధి  0.5   mg / kg కంటే ఎక్కువ కాదు . లుటిటియం -ఎక్కువగా కలిగి ఉన్న ఖనిజాలు ప్రస్తుతం తెలియవు.  చైనా, యునైటెడ్ స్టేట్స్, బ్రెజిల్, ఇండియా, శ్రీలంక,  ఆస్ట్రేలియా ప్రధాన మైనింగ్ ప్రాంతాలు. ప్రపంచ ఉత్పత్తి (ఆక్సైడ్ రూపంలో) సంవత్సరానికి 10 టన్నులు.  స్వచ్ఛమైన లుటీషియం లోహాన్ని తయారు చేయడం చాలా కష్టం. అరుదైన మృత్తికా లోహాలలో ఇది అరుదైనది, ఖరీదైనది, దీని ధర కిలోగ్రాముకు US $ 10,000 లేదా బంగారం లో నాల్గవ వంతు.   

చూర్ణం చేసిన  ఖనిజాలను వేడి సాంద్రీకృత సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లంతో కలపడం వలన  అరుదైన మృత్తికా లోహాలు  నీటిలో కరిగే సల్ఫేట్లను ఉత్పత్తి చేస్తారు. థోరియం హైడ్రాక్సైడ్ వలె ద్రావణం నుండి బయటపడుతుంది. తొలగించబడుతుంది. ఆ తరువాత అరుదైన మృత్తికా లోహాలను వాటి కరగని ఆక్సలేట్‌లుగా మార్చడానికి ద్రావణాన్ని అమ్మోనియం ఆక్సలేట్‌తో కలుపుతారు. ఆక్సలేట్లను ఎనియలింగ్ ద్వారా ఆక్సైడ్లుగా మారుస్తారు. ఆక్సైడ్లు నైట్రిక్ ఆమ్లంలో కరిగిపోతాయి, ఇది ప్రధాన భాగాలలో ఒకటైన సీరియంను మినహాయించింది, దీని ఆక్సైడ్ HNO3 లో కరగదు. లుటీషియంతో సహా అనేక అరుదైన మృతికా లోహాలను స్ఫటికీకరణ ద్వారా అమ్మోనియం నైట్రేట్‌తో ద్విలవణంగా వేరు చేస్తారు. లుటీషియం అయాన్ మార్పిడి ద్వారా వేరు చేయబడుతుంది. 

 2 LuCl3 + 3 Ca → 2 Lu + 3 CaCl2

 అనువర్తనాలు 

 మూలాలు 

వర్గం:మూలకాలు