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Lutecio

elemento químico, de número atómico 71, cuyo símbolo químico es Lu

El lutecio es un elemento químico, de número atómico 71, cuyo símbolo químico es Lu. A pesar de ser uno de los elementos del bloque d, con frecuencia aparece incluido entre los lantánidos (tierras raras), ya que con estos comparte muchas propiedades. De todos ellos es el elemento más difícil de aislar, lo cual justifica su carestía y los relativamente pocos usos que se le han encontrado.

Iterbio ← Lutecio → Hafnio
 
 
71		 Lu
  
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
Tabla completa • Tabla ampliada
Información general
Nombre, símbolo, número Lutecio, Lu, 71
Serie química Lantánidos
Grupo, período, bloque 3, 6, d
Masa atómica 174,967 u
Configuración electrónica [Xe] 4f14 5d1 6s2
Dureza Mohs sin datos
Electrones por nivel 2, 8, 18, 32, 9, 2 (imagen)
Apariencia Blanco plateado
Propiedades atómicas
Radio medio 175 pm
Electronegatividad 1,27 (escala de Pauling)
Radio atómico (calc) 217 pm (radio de Bohr)
Radio covalente 160 pm
Estado(s) de oxidación 3
Óxido Base débil
1.ª energía de ionización 523,5 kJ/mol
2.ª energía de ionización 1340 kJ/mol
3.ª energía de ionización 2022,3 kJ/mol
4.ª energía de ionización 4370 kJ/mol
5.ª energía de ionización 6445 kJ/mol
Líneas espectrales
Propiedades físicas
Estado ordinario Sólido (__)
Densidad 9841 kg/m3
Punto de fusión 1925 K (1652 °C)
Punto de ebullición 3675 K (3402 °C)
Entalpía de vaporización 355,9 kJ/mol
Entalpía de fusión 18,6 kJ/mol
Presión de vapor 2460 Pa a 1936 K
Varios
Estructura cristalina Hexagonal
Calor específico 150 J/(kg·K)
Conductividad eléctrica 1,85·106 S/m
Conductividad térmica 16,4 W/(m·K)
Isótopos más estables
Artículo principal: Isótopos del lutecio
iso AN Periodo MD Ed PD
MeV
173LuSintético1,37 aε0,671173Yb
174LuSintético3,31 aε1,374174Yb
175Lu97,41%Estable con 104 neutrones
176Lu2,59%3,78 × 1010 aβ-1,193176Hf
Valores en el SI y condiciones normales de presión y temperatura, salvo que se indique lo contrario.
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El lutecio no es un elemento particularmente abundante, aunque es significativamente más común que la plata en la corteza terrestre. Tiene pocos usos específicos. El lutecio-176 es un isótopo radiactivo relativamente abundante (2,5 %) con una vida media de unos 38 000 millones de años, que se usa para determinar la edad de minerales y meteoritos. El lutecio generalmente ocurre en asociación con el elemento itrio[1]​ y a veces se usa en aleaciones de metal y como catalizador en varias reacciones químicas. 177Lu-DOTA-TATE se utiliza en terapia con radionúcleidos (ver Medicina nuclear) para tratar tumores neuroendocrinos. El lutecio tiene la dureza Brinell más alta de todos los lantánidos, con 890–1300 MPa.[2]​

Características

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El lutecio es un metal trivalente, de color blanco plateado, resistente a la corrosión y, en presencia de aire, relativamente estable. De todas las tierras raras es el elemento más pesado y duro.

Aplicaciones

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Debido a la dificultad de producción y a su elevado precio, el lutecio tiene muy pocos usos comerciales, sobre todo porque es más raro que la mayoría de los demás lantánidos, pero químicamente no es muy diferente

El lutecio estable puede utilizarse como catalizador en el craqueo del petróleo en las refinerías, y en diversos procesos químicos, como alquilación, hidrogenación y polimerización.[3]​ También se están investigando radioisótopos de lutecio para ser aplicados en medicina nuclear en tratamientos terapéuticos.

El granate de aluminio de lutecio (Al
5Lu
3O
12) ha sido propuesto para su uso como material de lente en índice de refracción alto. litografía de inmersión.[4]​ Además, se añade una pequeña cantidad de lutecio como dopante a granate de galio y gadolinio, que se utiliza en dispositivos de memoria de burbuja magnética.[5]​ El oxiortosilicato de lutecio dopado con cerio es actualmente el compuesto preferido para los detectores de tomografía por emisión de positrones (PET).[6]​[7]​ El granate de aluminio lutecio (LuAG) se utiliza como fósforo en las bombillas de diodos emisores de luz.[8]​[9]​

Además del lutecio estable, sus isótopos radiactivos tienen varios usos específicos. La vida media adecuada y el modo de descomposición hicieron que el lutecio-176 se usara como un emisor beta puro, usando lutecio que ha sido expuesto a activación de neutrones, y en datación de lutecio-hafnio hasta la fecha meteorito s.[10]​ El isótopo sintético lutecio-177 unido a octreotato (un análogo de somatostatina), se utiliza experimentalmente en terapia dirigida con radionúclidos para tumores neuroendocrinos.[11]​ De hecho, el lutecio-177 se está utilizando cada vez más como radionúclido en la terapia de tumores con neuroendocrina y paliación del dolor óseo.[12]​[13]​

Las investigaciones indican que los relojes atómicos de iones de lutecio podrían proporcionar una mayor precisión que cualquier reloj atómico existente.[14]​

El tantalato de lutecio (LuTaO4) es el material blanco estable más denso conocido (densidad 9.81 g/cm3)[15]​ y por lo tanto es un receptor ideal de fósforos de rayos X.[16]​[17]​ El único material blanco más denso es el dióxido de torio, cuya densidad es 10 g/cm3, pero el torio que contiene es radioactivo.

Historia

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El lutecio, del latín Lutetia (primer nombre de París), fue descubierto de forma independiente en 1907 por el científico francés Georges Urbain, el mineralogista austríaco Barón Carol Auer von Welsbach, y el químico estadounidense Charles James.[18]​[19]​. Lo encontraron como impureza del metal iterbio, que el químico suizo Jean Charles Galissard de Marignac y la mayoría de sus colegas habían considerado mineral puro.[20]​ Los científicos propusieron diferentes nombres para los elementos: Urbain eligió neoytterbio y lutecio,[21]​ mientras que Welsbach eligió aldebaranium y cassiopeium (por Aldebarán y Cassiopeia).[22]​ Ambos artículos acusaban al otro de publicar resultados basados en los del autor.[23]​[24]​[25]​[26]​[27]​

La Comisión Internacional de Pesos Atómicos, responsable entonces de la atribución de nuevos nombres de elementos, resolvió la disputa en 1909 concediendo la prioridad a Urbain y adoptando sus nombres como oficiales, basándose en que la separación del lutecio del iterbio de Marignac fue descrita por primera vez por Urbain;[20]​ después de que se reconocieran los nombres de Urbain, el neoitérbico fue revertido a iterbio. Hasta la década de 1950, algunos químicos de habla alemana llamaron al lutecio por el nombre de Welsbach, cassiopeium; en 1949, la ortografía del elemento 71 se cambió a lutecio. La razón fue que las muestras de lutecio de Welsbach de 1907 habían sido puras, mientras que las de Urbain de 1907 solo contenían trazas de lutecio.[28]​ Esto hizo pensar a Urbain que había descubierto el elemento 72, al que llamó celtio, que en realidad era lutecio muy puro. El posterior descrédito del trabajo de Urbain sobre el elemento 72 llevó a una revalorización del trabajo de Welsbach sobre el elemento 71, de modo que el elemento pasó a llamarse casiopeo en los países de habla alemana durante algún tiempo.[28]​ Charles James, que se mantuvo al margen de la discusión sobre la prioridad, trabajó a una escala mucho mayor y poseía el mayor suministro de lutecio de la época.[29]​ El lutecio metálico puro se produjo por primera vez en 1953.[29]​

Abundancia

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En la naturaleza se encuentra con la mayoría del resto de tierras raras, pero nunca en solitario, nativo. De todos los elementos presentes en la naturaleza es el menos abundante. La principal mena de lutecio comercialmente explotable es la monacita (Ce, La, etc.)PO4, que contiene 0,003% de Lu.

Hasta finales del siglo XX d. C. no se logró obtener el metal puro, ya que es extremadamente difícil de preparar. El procedimiento empleado es el intercambio iónico (reducción) de LuCl3 o de LuF3 anhidro con metal alcalino o con metal alcalinotérreo.

Isótopos

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De lutecio existe un isótopo estable, Lu-175, con abundancia natural de 97,41%. Se han identificado 33 radioisótopos. Los más estables son el Lu-176, con periodo de semidesintegración de 3,78×1010 años y abundancia natural de 2,59%, el Lu-174, con periodo de semidesintegración de 3,31 años, y el Lu-173, de 1,37 años. Los periodos de semidesintegración del resto de sus isótopos radiactivos son inferiores a nueve días; la mayoría, de menos de media hora. Además existen 18 metaestados, de los cuales los más estables son: Lum-177, Lum-174 y Lum-178, cuyos periodos de semidesintegración respectivos son 160,4 días, 142 días y 23,1 minutos.

Las masas atómicas de los isótopos de lutecio varían entre 149,973 uma, del Lu-150, y 183,962, del Lu-184. La principal modalidad de desintegración de los isótopos más ligeros que el estable es por captura electrónica (ε), (con algunos casos de desintegración α), de lo cual se generan isótopos de iterbio. Los isótopos más pesados que el estable se desintegran mediante emisión β, cuyo resultado consiste en isótopos de hafnio.

Precauciones

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Al igual que el resto de las tierras raras, se supone que la toxicidad de este metal es baja. No obstante, tanto el lutecio como -especialmente- sus compuestos deben manejarse con precaución máxima. Aunque en el cuerpo humano no desempeña función biológica alguna, se cree que estimula el metabolismo.

Referencias

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  1. ↑ «lutetium - Dictionary Definition». Vocabulary.com. Consultado el 6 de marzo de 2020. 
  2. ↑ Samsonov, G. V., ed. (1968). «Propiedades mecánicas de los Elementos». Manual de las propiedades fisicoquímicas de los elementos. Nueva York, EE. UU.: IFI-Plenum. pp. 387-446. ISBN 978-1-4684-6066-7. doi:10.1007/978-1-4684-6066-7_7. Archivado desde el original el 2 de abril de 2015. 
  3. ↑ Lide, D. R., ed. (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (86th ed.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5
  4. ↑ Wei, Yayi; Brainard, Robert L. (2009). Procesos avanzados para la litografía de inmersión 193-NM. SPIE Press. p. 12. ISBN 978-0-8194-7557-2. 
  5. ↑ Nielsen, J. W.; Blank, S. L.; Smith, D. H.; Vella-Coleiro, G. P.; Hagedorn, F. B.; Barns, R. L.; Biolsi, W. A. (1974). «Tres composiciones de granate para memorias de dominio de burbuja». Journal of Electronic Materials 3 (3): 693-707. Bibcode:693N 1974JEMat...3.. 693N. S2CID 98828884. doi:10.1007/BF02655293. 
  6. ↑ Wahl, R. L. (2002). «Instrumentación». Principios y práctica de la tomografía por emisión de positrones. Filadelfia: Lippincott: Williams and Wilkins. p. 51. 
  7. ↑ Daghighian, F.; Shenderov, P.; Pentlow, K. S.; Graham, M. C.; Eshaghian, B.; Melcher, C. L.; Schweitzer, J. S. (1993). «Evaluation of cerium doped lutetium oxyorthosilicate (LSO) scintillation crystals for PET». IEEE Transactions on Nuclear Science 40 (4): 1045-1047. Bibcode:1993ITNS...40.1045D. S2CID 28011497. doi:10.1109/23.256710. 
  8. ↑ Bush, Steve (14 de marzo de 2014). «Discutiendo los fósforos de la iluminación LED». Electronic Weekly. Consultado el 26 de enero de 2017. 
  9. ↑ Simard-Normandin, Martine (2011). «Bombillas LED A19: ¿Qué hay bajo el glaseado?». EE Times (18 de julio): 44-45. ISSN 0192-1541. 
  10. ↑ Muriel Gargaud, Hervé Martin, Philippe Claeys (2007). Conferencias en Astrobiología. Springer. p. 51. ISBN 978-3-540-33692-1. 
  11. ↑ Sigel, Helmut (2004). Complejos metálicos en el diagnóstico de tumores y como agentes anticancerígenos. CRC Prensa. p. 98. ISBN 978-0-8247-5494-5. 
  12. ↑ Balter, H.; Trindade, V.; Terán, M.; Gaudiano, J.; Ferrando, R.; Paolino, A.; Rodriguez, G.; Hermida, J.; De Marco, E.; Oliver, P. (2015). «177Lu-Labeled Agents for Neuroendocrine Tumor Therapy and Bone Pain Palliation in Uruguay». Current Radiopharmaceuticals 9 (1): 85-93. PMID 25771367. doi:10.2174/1874471008666150313112620. 
  13. ↑ Carollo, A.; Papi, S.; Chinol, M. (2015). «Lutetium-177 Labeled Peptides: The European Institute of Oncology Experience». Current Radiopharmaceuticals 9 (1): 19-32. PMID 25771368. doi:10.2174/1874471008666150313111633. 
  14. ↑ Arnold, K.J.; Kaewuam, R.; Roy, A.; Tan, T.R.; Barrett, M.D. (2018). «Blackbody radiation shift assessment for a lutetium ion clock». Nature Communications 9 (1): 1650. Bibcode:2018NatCo...9.1650A. PMC 5917023. PMID 29695720. arXiv:1712.00240. doi:10.1038/s41467-018-04079-x. 
  15. ↑ Blasse, G.; Dirksen, G.; Brixner, L.; Crawford, M. (1994). «Luminescence of materials based on LuTaO4». Journal of Alloys and Compounds 209 (1–2): 1-2. doi:10.1016/0925-8388(94)91069-3. 
  16. ↑ Shionoya, Shigeo (1998). Phosphor handbook. CRC Press. p. 846. ISBN 978-0-8493-7560-6. 
  17. ↑ Gupta, C. K.; Krishnamurthy, Nagaiyar (2004). Extractive metallurgy of rare earths. CRC Press. p. 32. ISBN 978-0-415-33340-5. 
  18. ↑ James, C. (1907). «Un nuevo método para la separación de las tierras de itrio». Journal of the American Chemical Society 29 (4): 495-499. doi:10.1021/ja01958a010.  En una nota a pie de página en la página 498, James menciona que Carl Auer von Welsbach había anunciado " ... la presencia de un nuevo elemento Er, γ, que es sin duda el mismo que aquí se ha señalado, ... ." El artículo al que se refiere James es: C. Auer von Welsbach (1907) "Über die Elemente der Yttergruppe, (I. Teil)" (Sobre los elementos del grupo del iterbio (1ª parte)), Monatshefte für Chemie und verwandte Teile anderer Wissenschaften (Revista mensual de química y campos afines de otras ciencias), 27 : 935-946.
  19. ↑ «Separación de elementos de tierras raras por Charles James». National Historic Chemical Landmarks. American Chemical Society. Consultado el 21 de febrero de 2014. 
  20. ↑ a b Urbain, G. (1907). «Un nuevo elemento: le lutécium, résultant du dédoublement de l'ytterbium de Marignac». Comptes Rendus 145: 759-762. 
  21. ↑ Urbain, G. (1909). «Lutetium und Neoytterbium oder Cassiopeium und Aldebaranium -- Erwiderung auf den Artikel des Herrn Auer v. Welsbach.». Monatshefte für Chemie 31 (10): 1. S2CID 101825980. doi:10.1007/BF01530262. 
  22. ↑ Welsbach, Carl A. von (1908). ;view=1up;seq=193 «Die Zerlegung des Ytterbiums in seine Elemente» [Resolución del iterbio en sus elementos]. Monatshefte für Chemie 29 (2): 181-225, 191. S2CID 197766399. doi:10.1007/BF01558944.  En la página 191, Welsbach sugiere nombres para los dos nuevos elementos: "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 con el símbolo Ad - y para el segundo elemento, en este trabajo con el símbolo Yb I, el último de la serie de los más raros, la denominación: Cassiopeïum mit dem Zeichen Cp."' (Solicito para el elemento que está unido al tulio o al erbio y que fue denotado por Yb II en la parte anterior de este trabajo, la designación "Aldebaranio" con el símbolo Ad - y para el elemento que fue denotado en este trabajo por Yb I, el último de la serie de las tierras raras, la designación "Cassiopeïum" con el símbolo Cp.)
  23. ↑ Weeks, Mary Elvira (1956). El descubrimiento de los elementos (6th edición). Easton, PA: Journal of Chemical Education. 
  24. ↑ Weeks, Mary Elvira (1932). «El descubrimiento de los elementos: XVI. Los elementos de las tierras raras». Journal of Chemical Education 9 (10): 1751-1773. Bibcode:..9.1751W 1932JChEd. ..9.1751W. doi:10.1021/ed009p1751. 
  25. ↑ Marshall, James L. Marshall; Marshall, Virginia R. Marshall (2015). «Rediscovery of the elements: Las tierras raras-Los inicios». The Hexagon: 41-45. Consultado el 30 de diciembre de 2019. 
  26. ↑ Marshall, James L. Marshall; Marshall, Virginia R. Marshall (2015). pdf «El redescubrimiento de los elementos: Las tierras raras-Los años confusos». The Hexagon: 72-77. Consultado el 30 de diciembre de 2019. 
  27. ↑ Marshall, James L. Marshall; Marshall, Virginia R. Marshall (2016). «Rediscovery of the elements: Las tierras raras-El último miembro». The Hexagon: 4-9. Consultado el 30 de diciembre de 2019. 
  28. ↑ a b Thyssen, Pieter; Binnemans, Koen (2011). «Accommodation of the Rare Earths in the Periodic Table: A Historical Analysis». En Gschneider, Karl A., Jr.; Bünzli, Jean-Claude; Pecharsky, Vitalij K., eds. Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths. Amsterdam: Elsevier. p. 63. ISBN 978-0-444-53590-0. OCLC 690920513. Consultado el 25 de abril de 2013. 
  29. ↑ a b Emsley, John (2001). Nature's building blocks: an A-Z guide to the elements. Oxford University Press. pp. 240-242. ISBN 978-0-19-850341-5. 

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