Lutetium

Lutetium ist ein chemisches Element mit dem Symbol Lu und der Ordnungszahl 71. Es zählt zur Gruppe der Lanthanoide und ist das letzte Element dieser Reihe. Lutetium ist ein silberweißes, glänzendes Metall, das in reiner Form relativ stabil ist und eine hohe Dichte aufweist.

Lutetium wurde 1907 unabhängig voneinander vom französischen Wissenschaftler Georges Urbain, dem österreichischen Mineralogen Baron Carl Auer von Welsbach und dem amerikanischen Chemiker Charles James entdeckt. Das zu den Seltenen Erden zählende Element erhielt seinen Namen von der lateinischen Bezeichnung für Paris - Lutetia -, da die Entdeckung des Elements in Verbindung mit der Stadt Paris erfolgte. Lutetium kommt in der Natur in geringen Mengen vor und ist in verschiedenen Mineralien wie Monazit und Xenotim enthalten.

Chemisch handelt es sich um ein relativ reaktionträges Element, das nur langsam an der Luft oxidiert, nicht mit Wasser reagiert, aber in Säuren wie Salzsäure und Schwefelsäure löslich ist.

Aufgrund seiner Seltenheit und der Schwierigkeit, es in großen Mengen zu gewinnen, ist Lutetium ein relativ teures Element. Es wird jedoch in verschiedenen wissenschaftlichen und technologischen Bereichen geschätzt, insbesondere in der Laserforschung, wo es zur Herstellung von festkörperbasierten Lasern verwendet wird - und in den letzten Jahren auch in der Medizin, beispielsweise bei der Radiotherapie zur Behandlung von Krebs.

In der Industrie hat Lutetium verschiedene Anwendungen: Aufgrund seiner Fähigkeit, hohe Temperaturen zu widerstehen und thermische Neutronen einzufangen, wird es in Kernreaktoren und in der Nuklearindustrie eingesetzt. Darüber hinaus dient es zur Herstellung von Leuchtstoffen für Röntgenbildschirme und als Katalysator in einigen chemischen Reaktionen.

Übersicht: Allgemeine Daten zum Lutetium

Bezeichnung:Lutetium Symbol:Lu Ordnungszahl:71 Atommasse:174,9668(1) u Periodensystem-Stellung:Lanthanoide, 6. Periode, f-Block. Gruppen-Zugehörigkeit:Seltene Erden, Übergangsmetalle. Entdeckung:1907 - Carl Auer von Welsbach und Georges Urbain. Bedeutung des Namens:Lutetia, lateinischer Name für Paris. Historische Bezeichnungen:Aldebaranium, Cassiopeium (Cp), Lutecium, Neoytterbium. Irdisches Vorkommen:Ca. 0,8 mg/kg in der Erdkruste. Englischer Name:Lutetium CAS-Nummer:7439-94-3 InChI-Key:OHSVLFRHMCKCQY-UHFFFAOYSA-N

Das Lutetium-Atom

Das Lu-Atom - und damit das chemische Element Lutetium - ist eindeutig durch die 71 positiv geladenen Protonen im Atomkern definiert. Für den elektrischen Ausgleich im ungeladenen Lutetium-Atom sorgt die gleiche Anzahl an Elektronen.

Für Unterschiede bei den Atomkernen sorgen die Kernbausteine der Neutronen. Diese Atomsorten werden unter dem Begriff Lutetium-Isotope zusammengefasst (Isotopen-Daten: siehe dort).

Die irdischen Lutetium-Vorkommen bestehen aus einem Gemisch aus zwei Lu-Isotopen unterschiedlicher Masse; die relative Atommasse des Lutetiums wird mit 174,9668(1) u angegeben.

Elektronenkonfiguration

Symbol	OZ	Kurzform
Lu	71	[Xe] 4f¹⁴ 5d¹ 6s²

Langform:

1s	2s	2p	3s	3p	3d	4s	4p	4d	4f	5s	5p	5d	5f	6s	6p	6d	6f
2	2	6	2	6	10	2	6	10	14	2	6	1		2

Ionisierungsenergien

Die folgende Tabelle listet die Bindungsenergien bzw. die Ionisierungsenergien IE des Lutetiums auf, also die erforderliche Energie in Elektronenvolt (eV), um ein bestimmtes Elektron von einem Lu-Atom zu trennen.

1. IE:

5,42586 eV

2. IE:

13,9 eV

3. IE:

20,9596 eV

4. IE:

45,25 eV

5. IE:

66,8 eV

Elektronenbindungsenergie

Die nachfolgende Tabelle listet die Elektronenbindungsenergien der einzelnen Lutetium-Elektronen in den jeweiligen Orbitalen auf. Die Werte sind in Elektronenvolt (eV) angegeben.

K	LI	LII	LIII
1s	2s	2p_1/2	2p_3/2
63314	10870	10349	9244

MI	MII	MIII	MIV	MV
3s	3p_1/2	3p_3/2	3d_3/2	3d_5/2
2491	2264	2024	1639	1589

NI	NII	NIII	NIV	NV	NVI	NVII
4s	4p_1/2	4p_3/2	4d_3/2	4d_5/2	4f_5/2	4f_7/2
506,8	412,4	359,2	206,1	196,3	8,9	7,5

OI	OII	OIII	OIV	OV
5s	5p_1/2	5p_3/2	5d_3/2	5d_5/2
57,3	33,6	26,7

Weitere Daten

Atomradius:217 pm (berechnet)
175 pm (empirisch, nach Slater) Kovalente Radien:187(8) pm (nach Cordero et al.)
162 pm (in Einfach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
131 pm (in Zweifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
131 pm (in Dreifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.) Van-der-Waals-Radius:200 pm Molvolumen:17,78 cm³ mol^-1 Fluoreszenz-Ausbeute:ω_K: 0,949; ω_L1: 0,138; ω_L2: 0,256; ω_L3: 0,231 Coster-Kronig-Übergänge:F₁₂: 0,134; F₁₃: 0,317; F₂₃: 0,138

Spektrallinien des Lutetiums

Die nachfolgende Abbildung zeigt ein Emissionsspektrum des Lutetium mit den charakteristischen Spektrallinien im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 400 und 700 nm:

Chemie des Lutetiums

Siehe auch unter Lutetium-Verbindungen.

Chemische Daten

Elektronegativität:1,27 nach PaulingElektronaffinität:0,346(14) eV bzw. 33,4(15) kJ mol^-1Oxidationsstufen:+3 (+1, +2)

Standardpotentiale

Normalpotential des Lutetiums:

E⁰ (V)	N_ox	Name Ox.	Ox.	e^-	⇔	Red.	Name Red.	N_ox
-2,28	+ III	Lutetium(III)-Kation	Lu³⁺	+ 3 e^-	⇔	Lu (s)	Lutetium	0

Material- und physikalische Eigenschaften des Lutetiums

Die nachfolgende Tabelle führt einige physikalische Daten sowie Materialeigenschaften des reinen metallischen Lutetiums auf.

Schmelzpunkt:1663 °C Schmelzenthalpie (molar):~ 22 kJ mol^-1 Siedepunkt:3402 °C Verdampfungsenthalpie:428 kJ mol^-1 Wärmekapazität:26,86 J mol^-1 K^-1 (molar)
0,154 J g^-1 K^-1 (spezifisch) Debye-Temperatur:183 K Thermische Leitfähigkeit:16,4 W m^-1 K^-1 Wärmeausdehnung:9,9 μm m^-1 K^-1 bei 25 °C Elektrische Leitfähigkeit:1,72 × 10⁶ A V^-1 m^-1 Elektrischer Widerstand:582 nOmega; × m bei 20 °C Dichte:9,841 g cm^-3 (25 °C)
9,3 g cm^-3 (flüssig, am Schmelzpunkt) Elastizitätsmodul:68,6 GPa (Young Modulus) Kompressionsmodul (isotherm):41,1 GPa 300 K Kompressibilität (isotherm):0,0243 GPa^-1 300 K Poisson-Zahl:0,261 (Querdehnzahl, dimensionslos) Kristallstruktur:hexagonal-dichteste Packung - hcp Gitterkonstanten:a = 351,6 pm, c = 557,3 pm Härte:nach Vickers: 1,16 GPa
nach Brinell: 0,893 GPa Magnetismus:paramagnetisch Standard-Bildungsenthalpie:0,0 kJ mol^-1 (Feststoff, Kristall)
427,6 kJ mol^-1 (gasförmig) Gibbs Freie Enthalpie:387,8 kJ mol^-1 (gasförmig) Molare Standard-Entropie:51,0 J mol^-1 K^-1 (Feststoff, Kristall)
184,8 J mol^-1 K^-1 (gasförmig)

Gefahren und Sicherheit

(Allgemeine Hinweise ohne Gewähr auf Richtigkeit und Vollständigkeit)

Gefahr

H228 - Entzündbarer Feststoff in Pulverform.

Quelle: Echa Substanz-Info 100.028.275.

Literatur und Quellen

[1] - Yu Zou, C. Froese Fischer:
Resonance Transition Energies and Oscillator Strengths in Lutetium and Lawrencium.
In: Physical Review Letters, 2002, DOI 10.1103/PhysRevLett.88.183001.

Externe Informationsangebote

Gruppenelemente - Informationen

Lanthanoid Trennung
Gewinnung und Trennung von Lanthanoiden. FH Münster - Format: PDF

Lanthanoide
Allgemeines, Trennung, Gewinnung, Eigenschaften, 4f-Orbitale etc.. Universität Bielefeld

Lanthanoide
Vorlesungsmaterialien: Chemie der Metalle. Universität Freiburg

Lanthanoide
Entdeckung der Lanthanoide; Besonderheiten der Lanthanoide; Elektronenkonfigurationen; Ionenaustauscherverfahren; Lanthanoidenkontraktion; Oxidationsstufen; Verwendung. Universität Bayreuth

Einzelne Verbindungen

Lutetium und Lutetiumverbindungen
Chemikalien-Datenbank: physikalische und chemische Eigenschaften, Sicherheitsdatenblätter, kommerziell verfügbaren Stoffen und Verbindungen; verschiedene Suchkriterien einschließlich Struktursuche

Geochemie und Biogeochemie

Lutetiumhaltige Minerale
Informationen zum Lutetium und den Lutetiummineralien. Mineralien Atlas

Seltenerdmineralien
Auflistung und prozentuale Zusammensetzung der einzelnen in der Natur auftretenden, Seltene Erden enthaltenen Mineralien

Dissertationen

Cluster-Komplexe
Seltenerdmetalle Gadolinium und Lutetium mit endohedralen Übergangsmetall-Atomen. Universität Köln

Kategorie: Chemische Elemente

Letzte Änderung am 05.06.2023.

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