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루테튬

Lutetium
루테튬, 루
Lutetium sublimed dendritic and 1cm3 cube.jpg
루테튬
발음/ljuːˈtiːʃiəm/ (lew-TE-shee-shee-shem)
외관은백색의
표준 원자량Ar, std(Lu)174.9668(1)[1]
주기율표의 루테튬
수소 헬륨
리튬 베릴륨 붕어 탄소 질소 산소 플루오린 네온
나트륨 마그네슘 알루미늄 실리콘 인 유황 염소 아르곤
칼륨 칼슘 스칸듐 티타늄 바나듐 크롬 망간 철 코발트 니켈 구리 아연 갈륨 게르마늄 비소 셀레늄 브로민 크립톤
루비듐 스트론튬 이트리움 지르코늄 니오비움 몰리브덴 테크네튬 루테늄 로듐 팔라듐 은색 카드뮴 인듐 주석 안티모니 텔루륨 요오드 제논
세슘 바륨 란타넘 세륨 프라세오디뮴 네오디뮴 프로메튬 사마륨 유로피움 가돌리늄 테르비움 디스프로슘 홀뮴 에르비움 툴륨 이테르비움속 루테튬 하프늄 탄탈룸 텅스텐 레늄 오스뮴 이리듐 백금 금 수은(원소) 탈륨 이끌다 비스무트 폴로늄 아스타틴 라돈
프랑슘 라듐 악티늄 토륨 프로텍티늄 우라늄 넵투늄 플루토늄 아메리슘 큐륨 베르켈륨 캘리포늄 아인슈타인움 페르뮴 멘델레비움 노벨륨 로렌슘 루더포듐 더브니움 수보르기움 보히움 하시움 메이트네리움 다름슈타디움 뢴트게늄 코페르니슘 니혼륨 플레로비움 모스코비움 간모륨 테네신 오가네손
Y
↑
루
↓
Lr
이테르비움 ← 루테튬 → 하프늄
원자번호 (Z)71
그룹그룹 3
기간6주기
블록 d-블록
전자 구성[Xe] 4f14 5d1 6s2
셸당 전자2, 8, 18, 32, 9, 2
물리적 성질
위상 STP서실체가 있는
녹는점1925K(1652°C, 3006°F)
비등점3675K(3402°C, 6156°F)
밀도 (근처 )9.841 g/cm3
액체가 있을 때 ( )9.3 g/cm3
융해열ca. 22 kJ/mol
기화열414 kJ/mol
어금니열용량26.86 J/(몰·K)
증기압
P (Pa) 1 10 100 1k 10k 100k
(K)에서 1906 2103 2346 (2653) (3072) (3663)
원자성
산화 상태0,[2] +1, +2, +3(약하게 기본 산화물)
전기성폴링 척도: 1.27
이온화 에너지
  • 1차: 523.5kJ/mol
  • 2위: 1340kJ/몰
  • 3차: 2022.3 kJ/mol
원자 반지름체험: 174시
공동 반지름오후 187±8시
Color lines in a spectral range
루테튬의 스펙트럼 라인
기타 속성
자연발생원시적인
결정구조 육각형 근위축(hcp)
Hexagonal close packed crystal structure for lutetium
열팽창poly: 9.9µm/(m³K)(에서)
열전도도16.4 W/(m³K)
전기저항도poly: 582 NΩ⋅m ( )
자기순서파라자성의[3]
영의 계량68.6 GPA
전단 계수27.2 GPA
벌크 계량47.6 GPA
포아송 비율0.261
비커즈 경도MPa 755–1160
브리넬 경도MPa 890–1300
CAS 번호7439-94-3
역사
이름 지정루테티아 다음으로 라틴어: 로마시대 파리
디스커버리카를 아우어 폰 웰스바흐와 조르주 우르바인 (1906)
제1격리듬카를 아우어 폰 웰스바흐(1906)
이름:조르주 우르바인 (1906)
루테튬의 주 동위 원소
이소슈토페 아부네댄스 하프라이프 (t1/2) 붕괴 모드 프로덕트
173루 동음이의 1.37 y ε 173Yb
174루 동음이의 3.31 y ε 174Yb
175루 97.401% 안정적
176루 2.599% 3.78×1010 y β− 176Hf
카테고리: 루테튬
참고 문헌

루테튬(Lutetium)은 루(Lu) 기호와 원자 번호 71을 가진 화학 원소다.은빛의 흰 금속으로 건조한 공기에서는 부식을 억제하지만 습한 공기에서는 부식을 억제하지 못한다.루테튬은 란타니드 계열의 마지막 원소로, 전통적으로 희토류 중에 손꼽힌다.루테튬은 비록 이 점에 대해서는 약간의 논쟁이 있었지만, 일반적으로 이 문제를 연구하는 사람들에 의해 6기 전이 금속의 첫 번째 원소로 간주된다.[4]

루테튬은 1907년 프랑스 과학자 조르주 우르바인, 오스트리아의 광물학자 카를 아우어 폰 웰스바흐 남작, 미국의 화학자 찰스 제임스에 의해 독자적으로 발견되었다.[5]이들 연구자들은 모두 이전에는 전적으로 이터비움으로 이루어져 있다고 생각되었던 광물 이터비아에서 루테튬을 불순물로 발견했다.발견의 우선순위에 대한 논쟁은 얼마 지나지 않아 일어났는데, 우르바인과 웰즈바흐는 다른 사람의 출판된 연구에 영향을 받은 결과를 서로 발표했다고 비난했고, 명명 명예는 그가 앞서 결과를 발표했던 것처럼 우르바인에게 돌아갔다.그는 새로운 요소에 루테슘이라는 이름을 선택했지만 1949년에 철자가 루테튬으로 바뀌었다.1909년 마침내 우르바인에게 우선권이 부여되어 그의 이름이 정식 명칭으로 채택되었다. 그러나 웰스바흐가 제안한 71 요소의 카시오페움(또는 후에 카시오페움)이라는 명칭은 1950년대까지 많은 독일 과학자들에 의해 사용되었다.

루테튬은 지구 표면에서 은보다 훨씬 흔하지만 특별히 풍부한 원소는 아니다.그것은 특별한 용도가 거의 없다.루테튬-176은 약 380억 년의 반감기를 가진 비교적 풍부한(2.5%) 방사성 동위원소로 광물과 운석의 연대를 결정하는 데 사용된다.루테튬은 보통 이트리움[6] 원소와 연관되어 발생하며, 금속 합금 및 다양한 화학 반응에서 촉매로 사용되기도 한다.Lu-DOTA-TATE는 신경내분비 종양의 방사성핵종 치료(핵의학 참조)에 사용된다.루테튬은 890–1300 MPa로 어떤 란타니드보다 브리넬 경도가 가장 높다.[7]

특성.

물리적 성질

루테튬 원자는 71개의 전자를 가지고 있으며, 구성 [Xe] 4f5d6s로1412 배열되어 있다.[8]화학 반응에 들어가면 원자는 가장 바깥쪽 전자 두 개와 5d 전자 한 개를 잃는다.루테튬 원자는 란타니드 수축으로 란타니드 원자 중에서 가장 작으며,[9] 그 결과 루테튬은 란타니드의 밀도, 녹는점, 경도가 가장 높다.[10]

화학적 특성 및 화합물

참고 항목: 카테고리:루테튬 화합물

루테튬의 화합물은 항상 산화상태 +3의 원소를 함유하고 있다.[11]대부분의 루테튬 염류의 수용액은 무색이며 건조 시 백색 결정 고형분을 형성하며, 요오드화물은 일반적으로 예외로 한다.질산염, 황산염, 아세테이트와 같은 가용성 염은 결정화 시 하이드레이트를 형성한다.산화물, 수산화물, 불소, 탄산염, 인산염, 옥살산염은 물에 녹지 않는다.[12]

루테튬 금속은 표준 조건에서 공기가 약간 불안정하지만 150 °C에서 쉽게 연소하여 산화 루테튬을 형성한다.결과 화합물은 물과 이산화탄소를 흡수하는 것으로 알려져 있으며, 폐쇄된 대기에서 이러한 화합물의 증기를 제거하는데 사용될 수 있다.[13]루테튬과 물 사이의 반응(냉동 시에는 느리고 뜨거울 때는 빠름)에서도 비슷한 관찰이 이루어지며, 반응에서는 루테튬 수산화물이 형성된다.[14]루테튬 금속은 가장 가벼운 네 개의 할로겐과 반응하여 삼할화물을 형성하는 것으로 알려져 있다; 그들 모두는 물에 녹는다.

루테튬은 약한 산에서[13] 쉽게 용해되고 황산을 희석하여 무색의 루테튬 이온을 함유한 용액을 형성하는데, 이 용액은 7~9개의 물 분자가 조정한 것이 보통이다.[Lu(H2O)8.2]3+.[15]

2 Lu + 3 H2SO4 → 2 Lu3+ + 3 SO2−4 + 3 H2↑

산화 상태

루테튬은 보통 대부분의 다른 란타니드와 마찬가지로 +3 산화상태에서 발견된다.그러나 0, +1 및 +2 상태도 될 수 있다.

동위 원소

주요 기사:루테튬 동위 원소

루테튬은 두 개의 동위원소인 루테튬-175와 루테튬-176의 형태로 지구에서 발생한다.이 두 가지 중에서 전자만이 안정되어 원소가 단조롭게 된다.후자인 루테튬-176은 3.78×10년의10 반감기로 베타 붕괴를 통해 분해된다. 천연 루테튬의 약 2.5%를 차지한다.[16]현재까지 34개의 합성 방사성 동위원소가 특징으로 되어 있는데, 질량은 149년부터 184년까지이며, 가장 안정된 동위원소는 반감기가 3.31년인 루테튬-174와 반감기가 1.37년인 루테튬-173이다.[16]나머지 방사성 동위원소는 모두 반감기가 9일 미만이며, 이들 중 대다수는 반감기가 30분 미만이다.[16]안정적 루테튬-175보다 가벼운 동위원소는 전자 포획을 통해 붕괴되며(이테르비움의 동위원소를 생산하기 위해), 알파 및 양전자 방출이 있다. 무거운 동위원소는 주로 베타 붕괴를 통해 붕괴되며 하프늄 동위원소를 생산한다.[16]

원소는 또한 질량이 150, 151, 153–162 및 166–180인 43개의 핵 이소머를 가지고 있다(모든 질량 수가 하나의 이소머에만 해당하는 것은 아님).이중 가장 안정된 곳은 반감기가 160.4일인 루테튬-177m와 142일인 루테튬-174m로 루테튬-173, 174, 176을 제외한 모든 방사성 루테튬 동위원소의 지반 상태보다 길다.[16]

역사

라틴 루테티아(파리)에서 파생된 루테튬은 1907년 프랑스 과학자 조르주 우르바인, 오스트리아의 광물학자 카를 아우어 폰 웰스바흐 남작, 미국의 화학자 찰스 제임스에 의해 독자적으로 발견되었다.[17][18]그들은 그것을 이터비아에서 불순물로 발견했는데, 스위스의 화학자 장 샤를 갈리사드 드 마리낙이 전적으로 이터비움으로 구성한다고 생각했다.[19]과학자들은 원소들에 대해 다른 이름들을 제안했다.우르바인은 네오이테르비움과 루테키움을, 웰스바흐는 알데바라늄과 카시오페움(알데바란과 카시오페아 다음으로)을 선택했다.[20][21]이 두 기사는 모두 다른 사람이 저자의 결과를 바탕으로 한 결과물을 출판했다고 비난했다.[22][23][24][25][26]

국제 위원회 원자력 중량에 그 후 새로운 요소 이름의 귀인에 대한 책임을 졌다, 1909년에 위르뱅고 공식적인 장미처럼 그의 이름이 사실은 루테튬의 Marignac의 이테르븀 분리에 처음 위르뱅으로 소개되었다를 바탕으로 우선 순위 제공하여,[19] 후 위르뱅의 이름 w.이 해결의 전에네오이트르비움이 이테르비움으로 되돌아갔다는 것을 알아냈다.1950년대까지 독일어를 사용하는 일부 화학자들은 웰스바흐의 이름인 카시오페륨으로 루테튬을 불렀고, 1949년에 71 요소의 철자가 루테튬으로 바뀌었다.그 이유는 웰스바흐의 1907년 루테튬 표본이 순수했던 반면 우르바인의 1907년 표본에는 루테튬의 흔적만 들어 있었기 때문이다.[27]이것은 나중에 우르베인을 잘못해서 그가 셀티움이라고 이름지은 72원소를 발견했다고 생각하게 했는데, 그것은 사실 매우 순수한 루테튬이었다.나중에 72번 원소에 대한 우르바인의 작품을 신빙성이 떨어지면서 71번 원소에 대한 웰스바흐의 작품이 재평가되어 한동안 독일어권 국가의 카시오페움으로 이름이 바뀌었다.[27]우선적인 논쟁에서 벗어난 찰스 제임스는 훨씬 더 큰 규모로 일했고 당시 가장 많은 루테튬을 보유하고 있었다.[28]순수 루테튬 금속은 1953년에 처음 생산되었다.[28]

발생 및 생산

모나자이트

거의 모든 희토류 금속과 함께 발견되지만 그 자체로는 결코 발견되지 않는 루테튬은 다른 원소로부터 분리하기가 매우 어렵다.그것의 주요 상업적 원천은 희토류 인산염 광물 모나자이트의 가공에서 나온 부산물(Ce,La,...)이다.원소의 농도가 0.0001%에 불과한 PO는
4 지구 지각의 루테튬 풍부함(약 0.5mg/kg)보다 그리 높지 않다.[13]루테튬 도미노산 광물은 현재 알려져 있지 않다.[29]주요 광산 지역은 중국, 미국, 브라질, 인도, 스리랑카, 호주 등이다.루테튬의 세계 생산량(산화물 형태)은 연간 약 10톤이다.[28]순수 루테튬 금속은 준비하기가 매우 어렵다.이것은 킬로그램당 미화 약 1만 달러, 즉 금의 약 4분의 1의 가격으로 희토류 금속 중 가장 희귀하고 비싼 것 중 하나이다.[30][31]

찌그러진 미네랄은 희토류의 수용성 황산염을 생성하기 위해 뜨거운 농축 황산으로 처리된다.토륨은 수산화물로 용액에서 침전되어 제거된다.그 후에 용액은 희귀한 지구를 불용성 옥살레이트로 바꾸기 위해 암모늄 옥살레이트로 처리된다.소달레이트는 어네일링에 의해 산소로 전환된다.산화물은 주요 성분 중 하나인 세륨을 제외한 질산에 용해되며, 산화물은 HNO에서3 용해되지 않는다.루테튬을 포함한 희토류 금속 몇 개는 결정화에 의해 질산암모늄과 함께 이중염으로 분리된다.루테튬은 이온 교환에 의해 분리된다.이 과정에서 희토류 이온은 수지에 존재하는 수소, 암모늄 또는 큐빅 이온과 교환하여 적합한 이온교환수지에 소싱된다.루테튬염은 적절한 복합제에 의해 선택적으로 세척된다.루테튬 금속은 알칼리 금속 또는 알칼리성 접지 금속으로 무수 LuCl3 또는 LuF를3 감소시켜 얻는다.[12]

2 LuCl3 + 3 Ca → 2 Lu + 3 CaCl2

적용들

생산 난이도와 높은 가격 때문에 루테튬은 상업적 용도가 거의 없으며, 특히 다른 란타니드보다 드물지만 화학적으로 크게 다르지 않기 때문이다.그러나 안정된 루테튬은 정유소의 석유 균열에서 촉매로 사용될 수 있으며 알킬화, 수소화, 중합화 응용에도 사용될 수 있다.[32]

높은 굴절률 몰입도 리토그래피에서 렌즈 소재로 사용하기 위해 루테튬 알루미늄 가넷(AlLuO5312)이 제안됐다.[33]또한 자기 버블 메모리 소자에 사용되는 가돌리늄 갈륨 가넷에 도판트로서 소량의 루테튬이 첨가된다.[34]세륨 도포 루테튬 옥시코실산염은 현재 양전자 방출 단층촬영(PET)에서 검출기에 선호되는 화합물이다.[35][36]루테튬 알루미늄 가넷(LuAG)은 발광 다이오드 전구에 인광체로 사용된다.[37][38]

안정적인 루테튬을 제외하고, 그것의 방사성 동위원소는 몇 가지 특정한 용도를 가지고 있다.적절한 반감기와 붕괴 모드는 루테튬-176을 순수한 베타 이미터로 사용하게 만들었고, 중성자 활성화에 노출된 루테튬과 현재까지 운석 사이의 루테튬-하프늄을 사용했다.[39]옥트레오테이트(소마토스타틴 아날로그)에 바인딩된 합성 동위원소 루테튬-177은 신경내분비 종양의 표적 방사성핵종 요법에 실험적으로 사용된다.[40]실제로 루테튬-177은 신경내막종양 치료와 뼈 통증 완화에서 방사성핵종으로 사용량이 증가하고 있다.[41][42]연구에 따르면 루테튬 이온 원자시계는 현존하는 어떤 원자시계보다 더 큰 정확도를 제공할 수 있다고 한다.[43]

루테튬 탄탈레이트(LuTaO4)는 가장 밀도가 높은 것으로 알려진 안정적인 백색 물질(밀도 9.81g/cm3)[44]이므로 X선 인광체에 이상적인 숙주다.[45][46]백색 물질은 10g/cm의3 밀도로 이산화 토륨뿐이지만, 함유된 토륨은 방사성 물질이다.

주의사항

다른 희토류 금속과 마찬가지로, 루테튬은 독성이 낮은 것으로 간주되지만, 그 화합물은 예를 들어, 루테튬 불소 흡입은 위험하고 그 화합물은 피부를 자극한다.[13]질산 루테튬은 한 번 가열하면 폭발하고 연소될 수 있기 때문에 위험할 수 있다.산화물 루테튬 분말은 흡입하거나 섭취한 경우에도 독성이 있다.[13]

다른 희토류 금속들과 마찬가지로 루테튬은 알려진 생물학적 역할을 가지고 있지 않지만, 뼈에 집중하는 인간에게도 발견되며, 간이나 신장에서도 덜 발견된다.[28]루테튬염은 자연에서 다른 란타니드염과 함께 발생한다고 알려져 있다. 그 원소는 모든 란타니드 중에서 인체에서 가장 덜 풍부하다.[28]인간의 식단은 루테튬 함량에 대해 관찰되지 않았기 때문에 평균적인 인간이 얼마나 섭취하는지는 알 수 없지만, 추정치는 식물이 섭취하는 소량에서 나오는 연간 수 마이크로그램 정도밖에 되지 않는다는 것을 보여준다.용해성 루테튬 소금은 약간 독성이 있지만 불용성 소금은 독성이 없다.[28]

참고 항목

참조

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