Lutetium

Isotop	NH	t_1/2	ZA	ZE (MeV)	ZP
¹⁷³Lu	{syn.}	1,37 a	ε	0,671	¹⁷³Yb
¹⁷⁴Lu	{syn.}	3,31 a	ε	1,374	¹⁷⁴Yb
^174mLu	{syn.}	142 d	IT	0,171	¹⁷⁴Lu
^174mLu	{syn.}	142 d	ε	1,545	¹⁷⁴Yb
¹⁷⁵Lu	97,41 %	Stabil
¹⁷⁶Lu	2,59 %	3,78 · 10¹⁰ a	β⁻	1,192	¹⁷⁶Hf
^176mLu	{syn.}	3,6832 h	β⁻	1,315	¹⁷⁶Hf
^176mLu	{syn.}	3,6832 h	ε	0,229	¹⁷⁶Yb
¹⁷⁷Lu	{syn.}	6,734 d	β⁻	0,498	¹⁷⁷Hf
^177mLu	{syn.}	160,4 d	β⁻	1,468	¹⁷⁷Hf
^177mLu	{syn.}	160,4 d	IT	0,970	¹⁷⁷Lu

Weitere Isotope siehe Liste der Isotope

Sicherheitshinweise

GHS-Gefahrstoffkennzeichnung ^[5]

Gefahr

H- und P-Sätze

H: 228

EUH: keine EUH-Sätze

P: 210 ^[5]

Gefahrstoffkennzeichnung ^[5]

Pulver

Leicht-
entzündlich

(F)

R- und S-Sätze

R: 11

S: 16-33-36/37/39

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Lutetium ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Lu und der Ordnungszahl 71. Im Periodensystem steht es in der Gruppe der Lanthanoide und zählt damit auch zu den Metallen der seltenen Erden.

[Bearbeiten] Geschichte

Lutetium wurde 1907 als vorletztes Lanthanoid (nur das radioaktive und damit instabile Promethium wurde später entdeckt) annähernd gleichzeitig und unabhängig voneinander durch drei Chemiker entdeckt. Sowohl der Franzose Georges Urbain, der Österrreicher Carl Auer von Welsbach als auch der Amerikaner Charles James untersuchten dabei das 1878 von Jean Charles Galissard de Marignac entdeckte Ytterbium genauer. Urbain berichtete am 4. November 1907 in der Pariser Académie des sciences, dass er durch 800fache Fraktionierung von Ytterbiumnitraten, die er aus Xenotim gewonnen hatte, aus dem Ytterbium von Marignac zwei Elemente erhalten habe. Diese nannte er Neo-ytterbium und Lutecium nach dem alten Namen von Paris, Lutetia.^[6]^[7]

Kurze Zeit später, am 19. Dezember 1907 gab Carl Auer von Welsbach als Ergebnis von Forschungen, die er seit 1905 durchführte, bekannt, dass er aus der Beobachtung der Wellenlängen von Funkenspektren verschiedener Proben, die er durch fraktionierte Kristallisation von Ytterbium-Ammoniumoxalat gewonnen hatte, geschlossen habe, dass dieses aus zwei verschiedenen Elementen bestehen müsse. Diese nannte er Cassiopeium (Cp, nach dem Sternbild Cassiopeia, entspricht Lutetium) und Aldebaranium (Ab, nach dem Stern Aldebaran, entspricht Ytterbium). Er konnte jedoch keine Reinstoffe gewinnen.^[8]^[7]

Auch Charles James arbeitete an der Trennung von Ytterbium mit Hilfe von Ytterbium-Magnesiumnitrat-Salzen und erhielt 1907 größere Mengen der reinen Salze. Nachdem er von der Entdeckung Urbain erfahren hatte, verzichtete er jedoch auf eventuelle Ansprüche auf die Entdeckung des neuen Elements.^[7]

In der folgenden Zeit kam es zwischen Urbain und Welsbach zu einigen – durch die politischen Gegensätze zwischen Frankreich und Österreich-Ungarn verstärkte – Auseinandersetzungen um die Anerkennung als rechtmäßiger Entdecker des neuen Elementes und damit auch um das Recht, den Namen des Elementes festzulegen.^[9] Schließlich entschied 1909 der internationale Atomgewichts-Ausschuss, bestehend aus Frank Wigglesworth Clarke, Wilhelm Ostwald, Thomas Edward Thorpe und Georges Urbain für Urbain und seine Elementnamen. Allerdings wurde der Name Neo-ytterbium zu Ytterbium geändert.^[10] Endgültig wurde der Name Lutetium für das Element 1949 von der IUPAC festgelegt.^[11] Bis dahin hatten vor allem viele deutsche Chemiker an der Bezeichnung Cassiopeium festgehalten.^[12]

Das exakte Atomgewicht wurde 1911 von Theodore William Richards an Hand eines in 15.000 fraktionierten Kristallisationen gereinigten Lutetiumbromides bestimmt.^[7] Metallisches Lutetium wurde erstmals 1953 hergestellt.^[12]

[Bearbeiten] Vorkommen

Lutetium ist auf der Erde ein seltenes Element, seine Häufigkeit in der kontinentalen Erdkruste beträgt etwa 0,8 ppm.^[13] Es ist das seltenste Lanthanoid nach dem instabilen Promethium und Thulium aber häufiger als Elemente wie Silber, Quecksilber oder Bismut.

Es sind keine Lutetiumminerale bekannt, das Element kommt immer als Beimengung in anderen Seltenerd-Mineralen, vor allem solchen des Yttriums und der schwereren Lanthanoide, wie Xenotim oder Gadolinit vor. So enthält Xenotim aus Malaysia neben Yttrium, Dysprosium, Erbium und Ytterbium auch 0,4 % Lutetium. Bastnäsit als Mineral der leichteren Ceriterden enthält dagegen nur Spuren des Elementes, Monazit bis zu 0,1 %.^[14]

Wichtigste Quellen für Lutetium sind die Monazit- und Xenotimvorkommen in China und Malaysia (dort als Begleitmineral von Kassiterit). Auf Grund der schwierigen Gewinnung wird es nur in geringen Mengen hergestellt und eingesetzt und besitzt einen hohen Preis. Auf Grund der geringen Nachfrage wird die Versorgungslage an Lutetium nicht als kritisch angesehen.^[15]

[Bearbeiten] Gewinnung und Darstellung

Die Gewinnung von Lutetium ist vor allem durch die schwierige Trennung der Lanthanoide kompliziert und langwierig. Die Ausgangsminerale wie Monazit oder Xenotim werden zunächst mit Säuren oder Laugen aufgeschlossen und in Lösung gebracht. Eine Trennung des Lutetiums von den anderen Lanthanoiden ist durch verschiedene Methoden möglich, technisch wichtig ist für seltene Lanthanoide wie Lutetium vor allem die Trennung durch Ionenaustausch. Dabei wird die Lösung mit den seltenen Erden auf ein geeignetes Harz aufgetragen, an das die einzelnen Lanthanoid-Ionen unterschiedlich stark gebunden sind. Anschließend werden sie in einer Trennsäule mit Hilfe von Komplexbildnern wie EDTA, DTPA oder HEDTA vom Harz gelöst. Durch die unterschiedlich starke Bindung am Harz erfolgt eine Trennung der einzelnen Lanthanoide.^[14]^[16]

Eine Gewinnung von Lutetiummetall ist durch Reduktion von Lutetiumfluorid mit Calcium bei 1500 bis 1600 °C möglich.^[14]

[Bearbeiten] Eigenschaften

Lutetium, sublimiert, dendritisch unter Argongas, Reinheit des Metalls: 99,995 %

Das silbergraue Metall ist sehr weich, gut dehnbar und schmiedbar. In trockener Luft ist Lutetium recht beständig, in feuchter Luft läuft es grau an. Bei höheren Temperaturen verbrennt es zum Sesquioxid Lu₂O₃. Mit Wasser reagiert es sehr langsam unter Wasserstoffentwicklung zum Hydroxid. In Mineralsäuren löst es sich unter Bildung von Wasserstoff auf.

In seinen Verbindungen liegt es in der Oxidationsstufe +3 vor, die Lu³⁺-Kationen bilden in Wasser farblose Lösungen.

[Bearbeiten] Verwendung

Lutetium wird in Szintillator-Kristallen für die Positronen-Emissions-Tomographie verwendet. Eines der prominentesten Beispiele ist mit Cer dotiertes Lutetiumoxyorthosilicat (LSO). Das Radionuklid ¹⁷⁷Lu kann als Therapie gegen neuroendokrine Tumore verwendet werden.^[17] In der Dendchorologie wird die Zerfallsreihe von Lutetium ¹⁷⁶Lu → Hafnium ¹⁷⁶Hf (Halbwertszeit: 22 Milliarden Jahre) vor allem zur Altersbestimmung von Meteroriten genutzt.

[Bearbeiten] Physiologie

Für Lutetium wurde bisher noch keine biologische Funktion gefunden.

[Bearbeiten] Sicherheitshinweise

Lutetium und Lutetiumverbindungen sind gering toxisch. Die Metallstäube sind feuer- und explosionsgefährlich, wie viele andere auch.

[Bearbeiten] Verbindungen

Lutetium(III)-oxid (Lu₂O₃)
Lutetium(III)-fluorid (LuF₃)
Lutetiumoxyorthosilicat (LSO) (Lu₂SiO₅)
Lutetiumtantalat(V) (LuTaO₄) der schwerste bekannte weiße Feststoff wird in Form von Einkristallen als Szintillationszähler benutzt.
Lutetium(III)-sulfat Lu₂(SO₄)₃ · 8 H₂O: farblose Kristalle.
Lutetium-Aluminium-Granat (LuAG, Lu₃Al₅O₁₂) Material für Linsen im UV-Bereich

[Bearbeiten] Einzelnachweise

↑ Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
↑ Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Lutetium) entnommen.
↑ N. N. Greenwood und A. Earnshaw: Chemie der Elemente, 1. Auflage, VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9, S. 1579.
↑ Weast, Robert C. (ed. in chief): CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990. Seiten E-129 bis E-145. ISBN 0-8493-0470-9. Werte dort sind auf g/mol bezogen und in cgs-Einheiten angegeben. Der hier angegebene Wert ist der daraus berechnete maßeinheitslose SI-Wert.
↑ ^a ^b ^c Datenblatt Lutetium bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 8. April 2011.
↑ M.G. Urbain: Un nouvel élément, le lutécium, résultant du dédoublement de l'ytterbium de Marignac. In: Comptes rendus. 1908, 145, S. 759–762 (Volltext auf Gallica).
↑ ^a ^b ^c ^d Per Enghag: Encyclopedia of the elements: technical data, history, processing, applications. John Wiley & Sons, 2004, ISBN 978-3-5273-0666-4, S. 456–458 (eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche).
↑ C. Auer v. Welsbach: Die Zerlegung des Ytterbiums in seine Elemente. In: Monatshefte für Chemie. 29, 1908, S. 181–225, doi:10.1007/BF01558944.
↑ G. Urbain: Lutetium und Neoytterbium oder Cassiopeium und Aldebaranium. In: Monatshefte für Chemie. 31, 1910, S. I–VI, doi:10.1007/BF01530262.
↑ F. W. Clarke, W. Ostwald, T. E. Thorpe, G. Urbain: Bericht des Internationalen Atomgewichts-Ausschusses fuer 1909. In: Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. 42, 1909, S. 11–17, doi:10.1002/cber.19090420104.
↑ W. H. Koppenol: Naming of new elements (IUPAC Recommendations 2002). In: Pure and Applied Chemistry. 74, 2002, S. 787–791, doi:10.1351/pac200274050787.
↑ ^a ^b John Emsley: Nature's building blocks: an A-Z guide to the elements. Oxford University Press, 2001, ISBN 978-0-1985-0341-5, S. 240–242 (eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche).
↑ David R. Lide (ed.): CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85. Auflage, CRC Press, Boca Raton, Florida, 2005. Section 14, Geophysics, Astronomy, and Acoustics; Abundance of Elements in the Earth's Crust and in the Sea.
↑ ^a ^b ^c Ian McGill: Rear Earth Elements. In: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH, Weinheim 2005, doi:10.1002/14356007.a22_607.
↑ Harald Elsner: Kritische Versorgungslage mit schweren Seltenen Erden – Entwicklung „Grüner Technologien“ gefährdet? In: Commodity Top News. 2011, Nr. 36 (pdf).
↑ V. M. Gelis, E. A. Chuveleva, L. A. Firsova, E. A. Kozlitin, I. R. Barabanov: Optimization of Separation of Ytterbium and Lutetium by Displacement Complexing Chromatography. In: Russian Journal of Applied Chemistry. 78, 2005, S. 1420–1426, doi:10.1007/s11167-005-0530-6.
↑ Samer Ezziddin, Martin Opitz, Mared Attassi, Kim Biermann, Amir Sabet, Stefan Guhlke, Holger Brockmann, Winfried Willinek, Eva Wardelmann und Hans-Jürgen Biersack: Impact of the Ki-67 proliferation index on response to peptide receptor radionuclide therapy, European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging, 2011, Volume 38, Number 3, S. 459–466, doi:10.1007/s00259-010-1610-2.