Lutezio

Il lutezio (fino al 1949 lutecio) è l'elemento chimico di numero atomico 71 e il suo simbolo è Lu.

Lutezio
71 Lu                                                                                                                                                                                                                                               itterbio ← lutezio → afnio
Aspetto
Aspetto dell'elemento Metallo argenteo
Linea spettrale Linea spettrale dell'elemento
Generalità
Nome, simbolo, numero atomico	lutezio, Lu, 71
Serie	lantanidi
Gruppo, periodo, blocco	—, 6, d
Densità	9 841 kg/m³
Configurazione elettronica	Configurazione elettronica
Termine spettroscopico	2D3/2
Proprietà atomiche
Peso atomico	174,967
Raggio atomico (calc.)	175 pm
Raggio covalente	160 pm
Configurazione elettronica	[Xe]4f145d1 6s2
e− per livello energetico	2, 8, 18, 32, 9, 2
Stati di ossidazione	3 (debolmente basico)
Struttura cristallina	esagonale
Proprietà fisiche
Stato della materia	solido
Punto di fusione	1 925 K (1 652 °C)
Punto di ebollizione	3 675 K (3 402 °C)
Volume molare	1,778×10−5 m³/mol
Entalpia di vaporizzazione	355,9 kJ/mol
Calore di fusione	18,6 kJ/mol
Tensione di vapore	2460 Pa a 1 936 K
Altre proprietà
Numero CAS	7439-94-3
Elettronegatività	1,27
Calore specifico	150 J/(kg·K)
Conducibilità elettrica	1,85×106/m·Ω
Conducibilità termica	16,4 W/(m·K)
Energia di prima ionizzazione	523,5 kJ/mol
Energia di seconda ionizzazione	1 340 kJ/mol
Energia di terza ionizzazione	2 022,3 kJ/mol
Energia di quarta ionizzazione	4 370 kJ/mol
Energia di quinta ionizzazione	6 445 kJ/mol
Isotopi più stabili
iso NA TD DM DE DP 173Lu sintetico 1,37 anni ε 0,671 173Yb 174Lu sintetico 3,31 anni ε 1,374 174Yb 175Lu 97,41% È stabile con 104 neutroni 176Lu 2,59% 3,78×1010anni β− 1,193 176Hf
iso: isotopo NA: abbondanza in natura TD: tempo di dimezzamento DM: modalità di decadimento DE: energia di decadimento in MeV DP: prodotto del decadimento

È un elemento metallico del gruppo delle cosiddette terre rare; il lutezio compare solitamente associato all'ittrio e si usa a volte in leghe metalliche e come catalizzatore in vari processi chimici.

Caratteristiche e applicazioni

Il lutezio è un metallo trivalente bianco-argenteo resistente alla corrosione e relativamente stabile all'aria ed è il più pesante degli elementi delle terre rare.

Per via del suo elevato costo di preparazione in quantità consistenti, ha pochi usi commerciali. Trova principalmente impiego in catalizzatori per il cracking del petrolio e per reazioni di alchilazione, idrogenazione e polimerizzazione.

Nel 2023 un team di ricercatori dell'Università di Rochester ha dimostrato davanti a una platea di scienziati che l'idruro di lutezio mostra la superconduttività a una temperatura ambiente di 20.5° C e a una pressione di 10 chilobar (145.000 psi). Tale proprietà è stata raggiunta facendo reagire per due o tre giorni a 392° F (200° C) il lutezio puro con una miscela di gas al 99% di idrogeno e all'1% di azoto.

Storia

Il lutezio, dal latino Lutetia che era il nome dell'odierna Parigi, fu scoperto indipendentemente nel 1907 dallo scienziato francese Georges Urbain e dal mineralogista austriaco Carl Auer von Welsbach. Entrambi trovarono il lutezio come impurità del minerale gadolinite che il chimico svizzero Jean Charles Galissard de Marignac e molti altri ritenevano consistesse interamente dell'elemento itterbio.

Il processo di separazione del lutezio dall'itterbio di Marignac fu descritto per primo da Urbain e perciò andò a lui l'onore di battezzare il nuovo elemento. Egli scelse il nome di neoitterbio e lutecium, ma col tempo il nome neoitterbio cadde in disuso, sostituito da lutecio, e nel 1949 l'ortografia dell'elemento 71 fu modificata in lutezio.

Welsbach propose i nomi cassiopio per l'elemento 71, in onore della costellazione Cassiopea, e aldebaranio come nuovo nome per l'itterbio, ma queste proposte furono rifiutate sebbene alcuni scienziati tedeschi ancora chiamino "cassiopio" l'elemento 71.

Disponibilità

Si trova associato a quasi tutti gli altri metalli delle terre rare, ma mai da solo: il lutezio è particolarmente difficile da separare dagli altri elementi ed è il meno abbondante di tutti i 92 elementi in natura. Per questo è anche uno dei più costosi: un grammo di lutezio vale circa sei volte un grammo d'oro.

Il più importante minerale di lutezio sfruttato commercialmente è la monazite [(Ce, La, ecc.)PO₄] che contiene lo 0,003% di questo elemento. Il lutezio puro metallico è stato isolato solo recentemente ed è molto difficile da preparare. Si separa dagli altri lantanidi per scambio ionico: riduzione di LuCl₃ anidro o LuF₃ con un metallo alcalino o alcalino-terroso.

Isotopi

Il lutezio naturale è composto di due isotopi di cui solo uno è stabile, ¹⁷⁵Lu (abbondanza naturale 97,41%) mentre l'altro, il ¹⁷⁶Lu ha un'emivita di 3,78×10¹⁰anni (2,59% abbondanza naturale). Sono stati catalogati altri 32 radioisotopi di cui i più stabili sono ¹⁷⁴Lu con emivita di 3,31 anni e ¹⁷³Lu con emivita di 1,37 anni. Tutti gli altri suoi isotopi radioattivi hanno emivite di meno di 9 giorni e la maggioranza non arriva a mezz'ora. Questo elemento ha anche 18 stati metastabili di cui i meno instabili sono ^177mLu (t_½ 160,4 giorni), ^174mLu (t_½ 142 giorni) e ^178mLu (t_½ 23,1 minuti).

Gli isotopi di lutezio hanno peso atomico che va da 149,973 (¹⁵⁰Lu) a 183,961 (¹⁸⁴Lu). Il principale modo di decadimento prima dell'isotopo stabile più abbondante (¹⁷⁵Lu) è la cattura elettronica (con una lieve emissione di raggi alfa e positroni), mentre il modo principale dopo di esso è l'emissione beta. I più comuni prodotti di decadimento prima del ¹⁷⁵Lu sono isotopi dell'elemento 70 (itterbio), e i prodotti principali dopo di esso sono isotopi dell'elemento 72 (afnio).

Composti

Come quasi tutti gli altri elementi del suo gruppo, anche il lutezio è in genere trivalente. Fluoruro: LuF₃, Cloruro: LuCl₃, Bromuro: LuBr₃, Ioduro: LuI₃, ossido: Lu₂O₃, Solfuro: Lu₂S₃, Tellururo: Lu₂Te₃, Nitruro: LuN

Precauzioni

Come tutti gli altri lantanidi, anche il lutezio è leggermente tossico e soprattutto i suoi composti dovrebbero essere maneggiati con attenzione. La polvere metallica di lutezio può incendiarsi ed esplodere se riscaldata. Il lutezio non ha alcun ruolo biologico nel corpo umano, ma si suppone che possa stimolarne il metabolismo.

Bibliografia

• Francesco Borgese, Gli elementi della tavola periodica. Rinvenimento, proprietà, usi. Prontuario chimico, fisico, geologico, Roma, CISU, 1993, ISBN 88-7975-077-1.
• R. Barbucci, A. Sabatini e P. Dapporto, Tavola periodica e proprietà degli elementi, Firenze, Edizioni V. Morelli, 1998 (archiviato dall'url originale il 22 ottobre 2010).
• (EN) Albert Stwertka, Guide to the Elements – Revised Edition, Oxford University Press, 1998, ISBN 0-19-508083-1.
• Norman Neil Greenwood, Alan Earnshaw, Chimica degli elementi, vol. 2, Padova, Piccin, 1992, ISBN 88-299-1121-6.

Voci correlate

• Ossido di lutezio

Altri progetti

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• Wikizionario
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Collegamenti esterni

• lutezio, su Treccani.it – Enciclopedie on line, Istituto dell'Enciclopedia Italiana.
• (EN) lutetium, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.
• (EN) Lutezio, su pearl1.lanl.gov, Los Alamos National Laboratory. URL consultato il 22 aprile 2005 (archiviato dall'url originale il 23 marzo 2005).
• (EN) Lutezio, su WebElements.com.
• (EN) Lutezio, su EnvironmentalChemistry.com.
• (EN) It's Elemental – Lutetium, su education.jlab.org.