Lutecium


Název - Lutecium

latinsky - Lutetium

anglicky - Lutetium

francouzsky - Lutécium

německy - Lutetium

značka - Lu

protonové číslo - 71

relativní atomová hmotnost - 174,967

Paulingova elektronegativita - 1,27

elektronová konfigurace - [Xe] 4f145d16s2
rozepsaná elektronová konfigurace - 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p64f145d16s2

teplota tání - 1925 K, 1652°

teplota varu - 3675 K, 3402°C

skupina - Lanthanoidy

perioda - 6

skupenství (při 20°C) - pevné

oxidační čísla ve sloučeninách - III

Využití - osvětlovací technika, chemický průmysl, katalýza









Historie

V létě roku 1787 švédský chemik a mineralog Carl Axel Arrhenius (1757 - 1824) v odlehlém lomu vesnice Ytterby poblíže Stockholmu černý nerost a podle naleziště jej nazval ytterbit.


O sedm let později se finskému chemiku Johanu Gadolinovi
(1760 - 1852) podařilo izolovat z tohoto nerostu novou „zeminu". Objev potvrdil Anders Gustaf Ekeberg (1767 - 1813), profesor chemie na universitě v Uppsale. Nový oxid dostal název „yttriová zemina". K poctě Gadolinově by ytterbit přejmenován na gadolinit.
Za několik málo let po tomto objevu našli nezávisle na sobě Jöns Jacob Berzelius a jeho žák Wilhelm Hisinger (1766 - 1852) ve Stockholmu a Martin Heinrich Klaproth v Berlíně také nový oxid, „zeminu ceritovou".
Zemina yttriová a zemina ceritová byly dlouho považovány za jednotné látky. Teprve švédský vojenský lékař, chemik a mineralog Carl Gustaf Mosander (1797 - 1858) rozložil jak zeminu yttriovou, tak i zeminu ceritovou na tři části. Pro jednu ze složek zachoval vždy kmenový název: yttrium a cer. Prvky obsažené ve zbývajících zeminách nazval eribium a terbium, resp. didym a lanthan. Ani toto rozštěpení však nevedlo v žádném případě u všech prvků k čistým sloučeninám, ale nikdo si toho ovšem nebyl vědom. Uplynulo několik desetiletí, než byly rozloženy erbiumoxid a didyoxid na další složky. Z erbiumoxidu oddělil roku 1878 J.-C.G. de Marignac oxid ytterbitý a o několik měsíců později L. F. Nilson oxid skanditý. Ještě téhož roku nalezl Francouz Paul - Emile Lecoq de Boisbaudran (1838 - 1912), objevitel gallia v didymoxidu oxid samaritý a de Maringac z něj izoloval roku 1880 oxid gadolnitý. Z izolovaných sloučenin nových prvků byly pouze sloučeniny skandité a gadolnité od počátku již tak čisté, že v nich nebyly ani pozdějšími pokusy dokázány žádné další lanthanoidy. Naproti tomu se projevily oxidy ytterbia, erbia, samaria, a didya jako směsi oxidů. Ještě v témž roce, byly skandium a samarium izolovány jako kysličník a různé soli, podařilo se švédskému přírodovědci a profesoru chemie na universitě v Uppsale, Peru Theodoru Clevemu (1840 - 1905), oddělit z již značně přečištěného oxidu erbitého ještě oxid thulitý a oxid holmitý. Rakouskému chemikovi Carlu Auerovi von Welsbach se podařilo roku 1885 rozložit oxid didymu na oxid paseodymitý a neodymitý. O rok později oddělil P. - E. Lecoq de Boisbaudran z oxidu holmitého oxid dysprositý. Následujících patnáct let byl, pokud jde o objevy lanthanoidů, klid. Teprve v roce 1901 se podařilo francouzkému chemiku Eugénu Anatolu Demarcayovi (1852 - 1904) oddělit z oxidu samaritého, považovaného do té doby za čistý, oxid europitý. Roku 1878 de Marignacem objevené ytterbium si ze všech lanthanoidů nejdéle chránilo tajemství, že skrývá ještě jeden prvek. Ten byl objeven teprve v letech 1905 až 1907 nezávisle C. Auerem von Welsbach a francouzským chemikem Georgesem Urbainem (1872 - 1938). Auer von Welsbach jej nazval cassiopeium a jeho francouzský kolega lutecium. Roku 1923 došla sice německá komise pro atomové váhy (hmotnosti) k názoru, že priorita objevu náleží Auerovi a že je tedy oprávněný název cassiopeium, ale po uvážení všech okolností objevu prvku 71 se komise pro anorganické názvosloví usnesla na tom, že prvenství je třeba s konečnou platností přiřknout Urbainovi a že je tedy pro všechny závazný název lutecium. Po objevu lutecia bylo tedy známo 16 kovů vzácných zemin.




Toto je přehled objevu kovů vzácných zemin. (podle H. Remyho)

Kde se vzali názvy?
Skandium - podle poloostrova Skandinávie
yttrium - podle vesnice Ytterby, naleziště gadolnitu (ytterbitu)
lanthan - z řeckého lanthanein = být skryt
cer - podle planety Ceres, objevené 1.1. 1801
praseodym
Ř didym z řeckého didymos = dvojče; praseodym - ošlejchově zelené dvojče
neodym neodym - nové dvojče
promethium - podle Promethea, postavy z řecké mytologie (uloupil oheň bohům)
samarium - podle samarskitu, nerostu obsahujícího především yttrium, niob, tantal a uran, nazvaného ruského důlního inspektora V.J. Samarského.
europium - podle Evropy
gadolinium podle J. Gafolina, finského chemika
terbium - podle vesnice Ytterby
dysprosium - podle řeckého dysprositos = těžko dostupný
holmium - podle latinského jména Stockholmu (Holmium)
erbium - podle vesnice Ytterby
thulium - podle Thule, legendárního ostrova na nejzazším severu.
ytterbium - podle vesnice Ytterby
lutecium - podle latinského názvu Paříže (Lutetia)






Vlastnosti prvku

Kovové lanthanoidy mají stříbřitý vzhled a jsou poměrně měkké; jejich tvrdost se zvyšuje od Ce k Lu. Většinou tvoří více krystalografických forem, nejobvyklejší je uspořádání, jejich elektrická vodivost je však zřetelně nižší než u ostatních kovů s těsným uspořádáním.
Lanthanoidy s lichými atomovými čísly, jako je třeba lutecium, tvoří menší počet stabilních izotopů než atomy se sudým atomovým číslem.Podobná závislost na sudém či lichém atomovém čísle je i v množství, v jakém se tyto lanthanoidy nacházejí v přírodních zdrojích.
Elektronová konfigurace volných atomů se vzhledem ke složitosti jejich atomových spekter určuje velmi obtížně. Obecně se předpokládá, že většina z nich má konfiguraci [Xe] 4fn 5d0 6s2. Výjimku tvoří lutecium, u kterého je orbital 4f zcela zaplněn.


Chemické vlastnosti

Lutecium je silně elektropozitivní a reaktivní kov a jeho reaktivita zjevně závisí na jejich velikosti. Na vzduchu ztrácí lutecium lesk a je-li zapálen hoří na vzduchu nebo v kyslíku za vzniku Ln2O3. Za tepla reaguje s halogeny, vodíkem i jinými nekovy - i když ne tak živě. Reakcí s vodou poskytuje hydrátové oxidy, ve zředěných kyselinách se i v chladu rychle rozpouští za vzniku vodných roztoků solí LnIII. Lutecium je III oxidační stav a jeho vazby jsou spíše intového charakteru a kationty jsou typickými představitely centrálních atomů a, preferujícími ligandy s kyslíkovými donorovými atomy. V pevném stavu tvoří jeho sloučeniny obvykle trojrozměrné iontové mřížky.Koordinační chemie lutecia je zcela odlišná od koordinační chemie přechodných prvků d a je také mnohem méně rozsáhlá.

Sloučeniny lanthanoidů

Reakcí vodíku s mírně zahřátým luteciem vznikají černé reaktivní dobře vodivé pevné látky.Tyto hydridy mají fluoritouvou strukturu s kubickou plošně centrovanou mřížkou.Elektron je delokalizován ve vodivostním pásu. V intersticiálních polohách mřížky se mohou za vysokého tlaku umístit další atomy vodíku, a tím lze dosáhnout mezní stechiometrie.
Velká elektrická vodivost byla zjištěna také u některých boridů.

Rozpouštěcí polarografie a voltametrie


Nepřímá metoda pro stanovení La, Nd, Sm, Dy a Lu /IV/ je založena na stejném principu, jako nepřímé metody pro stanovení alkalických zemin a železa. Využívá se vytěsnění zinečnatých iontů z chelátu s EDTA nebo s DTPA s následným stanovením uvolněných zinečnatých iontů běžnou rozpouštěcí metodou na rtuťové elektrodě. Hodnoty rovnovážných konstant vytěsňovací reakce pro tyto cheláty jsou v tabulce porovnány s rovnovážnými konstantami v přítomnosti amoniaku, který tvoří s vytěsněnými zinečnatými ionty komplex a tak posunuje rovnováhu vytěsňovací reakce ve prospěch tvorby chelátů vzácných zemin.

Hodnoty rovnovážné konstanty pro vytěsňovací reakci mezi prvky vzácných zemin a cheláty zinku
kov Zn-DTPA Zn-EDTA Zn-EDTA + NH3
_______________________________________________________
La 10 0,014 4.107
Nd - 0,3 8,7.108
Sm - 0,94 2,7.109
Dy - 9,8 2,8.1010
Lu 1.104 3.102 8,7.1011
_______________________________________________________

Jak je z tabulky patrné, je vytěsnění zinku v přítomnosti amoniaku kvantitativní, zatímco při reakci se samotným Zn-EDTA je dosaženo kvantitativního vytěsnění pouze pro vzácné zeminy s vysokými atomovými čísly. Za přítomnosti NH3 je však nutno počítat s možností vzniku málo rozpustných hydroxidů vzácných zemin, a proto je nutný ještě přídavek NH4Cl nebo např. citronanu sodného. Koncentrační rozsah stanovení je 5.10-7až 1.10-6 mol.l-1 v přítomnosti 3.10-5M Zn-EDTA, a to v roztoku o složení 0,2M NH3 a 0,45M NH4Cl, resp. 10-4M citronan sodný. Potenciál předběžné elektrolýzy je -1,2 až -1,5 V.