镥

**鑥 ₇₁Lu**
	鐿 ← 鑥 → 鉿
外觀
	銀白色;
概況
名稱·符號·序數	鑥（Lutetium）·Lu·71
元素類別	鑭系元素; 有時歸為過渡金屬
族·週期·區	不適用·6·d
標準原子質量	174.9668(4)
電子排布	[氙] 6s2 4f14 5d1; 2, 8, 18, 32, 9, 2
歷史
發現	喬治·於爾班和卡爾·奧爾·馮·威爾斯巴赫（1906年）
分離	卡爾·奧爾·馮·威爾斯巴赫（1906年）
物理性質
物態	固體
密度	（接近室温）; 9.841 g·cm−3
熔點時液體密度	9.3 g·cm−3
熔點	1925 K，1652 °C，3006 °F
沸點	3675 K，3402 °C，6156 °F
熔化熱	ca. 22 kJ·mol−1
汽化熱	414 kJ·mol−1
比熱容	26.86 J·mol−1·K−1
原子性質
氧化態	3, 2, 1; （弱鹼性氧化物）
電負性	1.27（鲍林标度）
電離能	第一：523.5 kJ·mol−1; 第二：1340 kJ·mol−1; 第三：2022.3 kJ·mol−1
原子半徑	174 pm
共價半徑	187±8 pm
雜項
晶體結構	六方密堆積
磁序	順磁性
電阻率	（室溫）582 n Ω·m
熱導率	16.4 W·m−1·K−1
膨脹係數	室溫）9.9 µm/(m·K)
楊氏模量	68.6 GPa
剪切模量	27.2 GPa
體積模量	47.6 GPa
泊松比	0.261
維氏硬度	1160 MPa
布氏硬度	893 MPa
CAS號	7439-94-3
最穩定同位素

鑥（Lutetium，台湾称鎦，舊譯作鏴）是一種化學元素，符號為Lu，原子序為71。鑥是一種銀白色金屬，在乾燥空氣中能抵抗腐蝕。鑥是最後一個鑭系元素，有時也算作第六週期首個過渡金屬，一般歸為稀土元素。

法國科學家喬治·於爾班（Georges Urbain）、奧地利礦物學家卡爾·奧爾·馮·威爾斯巴赫（Carl Auer von Welsbach）男爵以及美國化學家查爾斯·詹姆士（Charles James）於1907年分別獨自發現了鑥元素。他們都是在氧化鐿礦物中，發現了含有鑥的雜質。發現者隨即爭論誰最早發現鑥，不同的命名方案也引起了爭議。最終定下的名稱是「Lutecium」，取自巴黎的拉丁文名盧泰西亞（Lutetia），後拼法改為「Lutetium」。

鑥在地球地殼中的含量並不高，但仍比銀要常見得多。鑥-176是一種較常見的放射性同位素（佔所有鑥的2.5%），半衰期約為380億年，可用於測量隕石的年齡。鑥一般與釔一同出現，可作合金材料，以及為某些化學反應作催化劑。¹⁷⁷Lu-DOTA-TATE可用於放射線療法，治療神經內分泌腫瘤。

性質

物理性質

鑥原子含71個電子，其電子排布為[氙] 4f¹⁴5d¹6s²。^[2]在進行化學反應時，它會失去兩個外層電子和一個5d電子。這較為特殊，因為其他的鑭系元素反應時都會用到f-層電子。由於鑭系收縮現象，鑥原子是所有鑭系元素中大小最小的。^[3]因此鑥的密度、熔點和硬度都是鑭系元素之中最高的。^[4]另一原因是，鑥位於d區塊，所以性質與一些較重的過渡金屬相似。有時鑥也可以歸為過渡金屬，但國際純粹與應用化學聯合會把它歸為鑭系元素。

化學性質與化合物

鑥在化合物中的氧化態是+3。除了碘化鑥(III)之外，大部份鑥鹽都呈白色晶體狀，在水溶液中無色。鑥的硝酸鹽、硫酸鹽和醋酸鹽在結晶時會形成水合物。其氧化物、氫氧化物、氟化物、碳酸鹽、磷酸鹽和草酸鹽都不可溶於水。^[5]

標準情況下，鑥金屬在空氣中稍稍不穩定，但在150 °C下會迅速燃燒形成氧化鑥。氧化鑥可以吸收水份和二氧化碳，可在密閉空間裡用於移除水氣和二氧化碳。^[6]鑥與水的反應相似，且會形成氫氧化鑥（反應速度隨水溫提高而加快）。^[7]鑥金屬可以和最輕的四個鹵素形成三鹵化物，除氟化物外都可溶於水。

鑥能輕易溶解於弱酸^[6]和稀硫酸中。溶液無色，其中的鑥離子與7個或9個水分子配位，平均公式為：[Lu(H₂O)_8.2]³⁺。^[8]

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

同位素

主条目：鑥的同位素

地球上的鑥由鑥-175和鑥-176兩種同位素組成，其中只有鑥-175是穩定的，所以鑥屬於單一同位素元素。鑥-176則會進行β衰變，半衰期為3.78×10¹⁰年，佔所有自然鑥元素的2.5%。^[9]至今鑥的人造放射性同位素共有32種，質量介乎149.973（鑥-150）至183.961（鑥-184）。當中較為穩定的有鑥-174（半衰期為3.31年）和鑥-173（1.37年）。^[9]其餘的放射性同位素半衰期都在9天以下，大部份甚至低於半小時。^[9]所有原子量比鑥-175低的同位素都會進行電子捕獲，產生鐿的同位素，並有少量進行α衰變和正電子發射；原子量比它高的則主要進行β衰變，產生鉿的同位素。^[9]

鑥還有42種同核異構體，質量分別有150、151、153至162以及166至180（有些同核異構體具相同的質量）。其中最穩定的有鑥-177m（半衰期為160.4天）和鑥-174m（142天）。這比鑥-173、174和176以外的所有基態放射性同位素的半衰期都要長。^[9]

歷史

法國科學家喬治·於爾班（Georges Urbain）、奧地利礦物學家卡爾·奧爾·馮·威爾斯巴赫（Carl Auer von Welsbach）男爵以及美國化學家查爾斯·詹姆士（Charles James）於1907年分別獨自發現了鑥元素。^[10]他們都是在氧化鐿礦物中，發現了含有鑥的雜質。瑞士化學家讓-夏爾·加利薩·德馬里尼亞（Jean Charles Galissard de Marignac）曾以為該礦物完全由鐿組成。^[11]發現者各自對鐿和鑥提出命名方案：於爾班建議「Neoytterbium」（即「新鐿」的意思）和「Lutecium」（取自巴黎的拉丁文名盧泰西亞，Lutetia），^[12]而威爾斯巴赫則選擇「Aldebaranium」和「Cassiopeium」。^[13]兩者都指責對方的論文是在看過自己的論文後才發表的。

國際原子量委員會當時負責審理新元素的命名，於1909年認定於爾班為最先發現者，並因為他最先從德馬里尼亞的鐿樣本中分離出鑥，因此元素以他的提議命名。^[11]在於爾班的命名受到公認之後，「Neoytterbium」一名就被鐿的現名「Ytterbium」淘汰了。直到1950年代，一些德國化學家仍然採用威爾斯巴赫的名稱「Cassiopeium」。1949年，元素的拼法從「Lutecium」改為「Lutetium」。

威爾斯巴赫1907年製備的鑥樣本純度很高，而於爾班同年製成的樣本只含有微量的鑥。^[14]這使得於爾班以為他發現了第72號元素，並將其稱為「Celtium」，但這其實只是純度更高的鑥元素。^[14]查爾斯·詹姆士迴避了這一爭議，轉而大規模發展生產，並成為了當時最大的鑥供應商。^[15]1953年，科學家首次製成純鑥金屬。^[15]

存量及生產

鑥並不單獨存在於自然中，而是與其他稀土金屬一同出現，因此其分離過程非常困難。最主要的商業來源是稀土磷化物礦物獨居石：(Ce,La,…)P O₄，其中含有0.0001%的鑥。^[6]地球地殼中鑥的含量在0.5 mg/kg左右。主要產國有中國、美國、巴西、印度、斯里蘭卡和澳洲。全球鑥年產量約為10噸（以氧化物形態開採）。^[15]純鑥金屬的製備十分困難，是稀土金屬中最稀有也最昂貴的，每公斤售價約為1萬美元，即金的四分之一左右。^[16]^[17]

鑥礦物的加工過程如下。礦石壓碎之後，與熱濃硫酸反應，形成各種稀土元素的水溶硫酸鹽。氫氧化釷會沉澱出來，可直接移除。剩餘溶液需加入草酸銨，將稀土元素轉化為不可溶的草酸鹽。經退火後，草酸鹽會變為氧化物，再溶於硝酸中。這可移除主要成份鈰，因為其氧化物不可溶於硝酸。硝酸銨可將包括鑥在內的多個稀土元素以雙鹽的形態結晶分離出來。離子交換法可以把鑥萃取出來。在這一過程中，稀土元素離子吸附在合適的離子交換樹脂上，並會與樹脂中的氫、銨或者銅離子進行交換。利用適當的配合劑，可將鑥單獨洗出。要產生鑥金屬，可以用鹼金屬或鹼土金屬對無水LuCl₃或LuF₃進行還原反應。^[5]

2 LuCl₃ + 3 Ca → 2 Lu + 3 CaCl₂

應用

由於鑥相當稀有，價格昂貴，所以商業用途不多。穩定的鑥可以用作石油裂化反應中的催化劑，另在烷基化、氫化和聚合反應中也有用途。

鑥鋁石榴石（Al₅Lu₃O₁₂）可能可以用於高折射率浸沒式光刻技術，作鏡片材料。^[18]磁泡存儲器中用到的釓鎵石榴石當中也含有少量的鑥，其功用為摻雜劑。^[19]摻鈰氧正矽酸鑥是目前正電子發射計算機斷層掃描（PET）技術中的首選探測器物質。^[20]^[21]鑥也被用作發光二極體當中的螢光體。^[22]

鑥的放射性同位素也有幾項用途。鑥-176具有合適的半衰期和衰變模式，因此被用作純β粒子射源，其中的鑥要先經過中子活化過程。用於測量隕石年齡的鑥鉿定年法也用到這一同位素。^[23]與奧曲肽鹽結合的鑥-177同位素（類體抑素）可用於針對神經內分泌腫瘤的放射線療法。^[24]

鉭酸鑥（LuTaO₄）是已知密度最高的白色穩定物質（9.81 g/cm³），^[25]所以是理想的X光螢光體載體材料。^[26]^[27]白色物質中，只有二氧化釷的密度比它更高（10 g/cm³），但其中的釷具有放射性。

安全

和其他稀土金屬一樣，鑥的毒性較低，但其化合物則須小心處理。比如，氟化鑥會刺激皮膚，吸入人體後十分危險。^[6]硝酸鑥也具有危險性：它在加溫之後可能會爆炸或燃燒。氧化鑥粉末具有毒性，須避免吸入或進食。^[6]

和其他3族元素及鑭系元素相似，鑥沒有任何生物功用。不過人體之內可發現鑥元素，特別累積在骨骼中，少量在肝臟和腎臟中。^[15]鑥在人體內的含量是所有鑭系元素中最低的。^[15]並沒有數據記錄人類的鑥攝入量，但經估算約為每年數微克，主要經植物食物進入體內。可溶的鑥鹽具微毒性，但不可溶的鑥鹽則沒有毒性。^[15]

參考資料

^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Handbook of Chemistry and Physics (PDF). CRC press. 2000. ISBN 0849304814. （原始内容 (PDF)存档于2012-01-12）.
^ Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. Chemistry of the Elements 2nd. Oxford:Butterworth-Heinemann. 1997. ISBN 0-7506-3365-4.
^ Cotton, F. Albert; Wilkinson, Geoffrey, Advanced Inorganic Chemistry 5th, New York: Wiley-Interscience: 776, 955, 1988, ISBN 0-471-84997-9
^ Parker, Sybil P. Dictionary of Scientific and Technical Terms, 3rd ed. New York: McGraw-Hill. 1984.
^ ^5.0 ^5.1 Patnaik, Pradyot. Handbook of Inorganic Chemical Compounds. McGraw-Hill. 2003: 510 [2009-06-06]. ISBN 0-07-049439-8.
^ ^6.0 ^6.1 ^6.2 ^6.3 ^6.4 Krebs, Robert E. The history and use of our earth's chemical elements: a reference guide. Greenwood Publishing Group. 2006: 303–304. ISBN 0-313-33438-2.
^ Chemical reactions of Lutetium. Webelements. [2009-06-06].
^ Persson, Ingmar. Hydrated metal ions in aqueous solution: How regular are their structures?. Pure and Applied Chemistry. 2010, 82 (10): 1901–1917. ISSN 0033-4545. doi:10.1351/PAC-CON-09-10-22.
^ ^9.0 ^9.1 ^9.2 ^9.3 ^9.4 Georges, Audi; Bersillon, O.; Blachot, J.; Wapstra, A.H. The NUBASE Evaluation of Nuclear and Decay Properties. Nuclear Physics A (Atomic Mass Data Center). 2003, 729: 3–128. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
^ Separation of Rare Earth Elements.
^ ^11.0 ^11.1 Urbain, G. Un nouvel élément: le lutécium, résultant du dédoublement de l'ytterbium de Marignac. Comptes rendus …. 1907, 145: 759–762.
^ Urbain, G. Lutetium und Neoytterbium oder Cassiopeium und Aldebaranium -- Erwiderung auf den Artikel des Herrn Auer v. Welsbach. Monatshefte für Chemie. 1909, 31 (10): 1. doi:10.1007/BF01530262.
^ von Welsbach, Carl A. Die Zerlegung des Ytterbiums in seine Elemente. Monatshefte für Chemie. 1908, 29 (2): 181–225. doi:10.1007/BF01558944.
^ ^14.0 ^14.1 Thyssen, Pieter; Binnemans, Koen. Accommodation of the Rare Earths in the Periodic Table: A Historical Analysis. (编) Gschneider, Karl A., Jr.; Bünzli, Jean-Claude; Pecharsky, Vitalij K. Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths. Amsterdam: Elsevier. 2011: 63 [2013-04-25]. ISBN 978-0-444-53590-0. OCLC 690920513.
^ ^15.0 ^15.1 ^15.2 ^15.3 ^15.4 ^15.5 Emsley, John. Nature's building blocks: an A-Z guide to the elements. Oxford University Press. 2001: 240–242. ISBN 0-19-850341-5.
^ James B. Hedrick. Rare-Earth Metals (PDF). USGS. [2009-06-06].
^ Stephen B. Castor and James B. Hedrick. Rare Earth Elements (PDF). [2009-06-06].
^ Yayi Wei, Robert L. Brainard. Advanced Processes for 193-NM Immersion Lithography. SPIE Press. 2009: 12. ISBN 0-8194-7557-2.
^ J. W. Nielsen, S. L. Blank, D. H. Smith, G. P. Vella-Coleiro, F. B. Hagedorn, R. L. Barns and W. A. Biolsi. Three garnet compositions for bubble domain memories. Journal of Electronic Materials. 1974, 3 (3): 693–707. Bibcode:1974JEMat...3..693N. doi:10.1007/BF02655293.
^ Wahl RL. Instrumentation. Principles and Practice of Positron Emission Tomography. Philadelphia: Lippincott: Williams and Wilkins. 2002: 51.
^ Daghighian, F. Shenderov, P. Pentlow, K.S. Graham, M.C. Eshaghian, B. Melcher, C.L. Schweitzer, J.S. Evaluation of cerium doped lutetium oxyorthosilicate (LSO)scintillation crystals for PET. Nuclear Science. 1993, 40 (4): 1045–1047. Bibcode:1993ITNS...40.1045D. doi:10.1109/23.256710.
^ Martine Simard-Normandin. A19 LED bulbs: What's under the frosting?. EE Times. 2011, (July 18): 44–45. ISSN 0192-1541.
^ Muriel Gargaud, Hervé Martin, Philippe Claeys. Lectures in Astrobiology. Springer. 2007: 51. ISBN 3-540-33692-3.
^ Helmut Sigel. Metal complexes in tumor diagnosis and as anticancer agents. CRC Press. 2004: 98. ISBN 0-8247-5494-8.
^ Blasse, G.; Dirksen, G.; Brixner, L.; Crawford, M. Luminescence of materials based on LuTaO4. Journal of Alloys and Compounds. 1994, 209: 1–2. doi:10.1016/0925-8388(94)91069-3. 编辑
^ Shigeo Shionoya. Phosphor handbook. CRC Press. 1998: 846. ISBN 0-8493-7560-6.
^ C. K. Gupta, Nagaiyar Krishnamurthy. Extractive metallurgy of rare earths. CRC Press. 2004: 32. ISBN 0-415-33340-7.

[magnet-1] Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Handbook of Chemistry and Physics (PDF). CRC press. 2000. ISBN 0849304814. （原始内容 (PDF)存档于2012-01-12）.

[Cotton-2] Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. Chemistry of the Elements 2nd. Oxford:Butterworth-Heinemann. 1997. ISBN 0-7506-3365-4.

[3] Cotton, F. Albert; Wilkinson, Geoffrey, Advanced Inorganic Chemistry 5th, New York: Wiley-Interscience: 776, 955, 1988, ISBN 0-471-84997-9

[Parker-4] Parker, Sybil P. Dictionary of Scientific and Technical Terms, 3rd ed. New York: McGraw-Hill. 1984.

[patnaik-5] 5.0 ^5.1 Patnaik, Pradyot. Handbook of Inorganic Chemical Compounds. McGraw-Hill. 2003: 510 [2009-06-06]. ISBN 0-07-049439-8.

[aaaaaa-6] 6.0 ^6.1 ^6.2 ^6.3 ^6.4 Krebs, Robert E. The history and use of our earth's chemical elements: a reference guide. Greenwood Publishing Group. 2006: 303–304. ISBN 0-313-33438-2.

[ffff-7] Chemical reactions of Lutetium. Webelements. [2009-06-06].

[Persson2010-8] Persson, Ingmar. Hydrated metal ions in aqueous solution: How regular are their structures?. Pure and Applied Chemistry. 2010, 82 (10): 1901–1917. ISSN 0033-4545. doi:10.1351/PAC-CON-09-10-22.

[IS-9] 9.0 ^9.1 ^9.2 ^9.3 ^9.4 Georges, Audi; Bersillon, O.; Blachot, J.; Wapstra, A.H. The NUBASE Evaluation of Nuclear and Decay Properties. Nuclear Physics A (Atomic Mass Data Center). 2003, 729: 3–128. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.

[10] Separation of Rare Earth Elements.

[1st-11] 11.0 ^11.1 Urbain, G. Un nouvel élément: le lutécium, résultant du dédoublement de l'ytterbium de Marignac. Comptes rendus …. 1907, 145: 759–762.

[Fra-12] Urbain, G. Lutetium und Neoytterbium oder Cassiopeium und Aldebaranium -- Erwiderung auf den Artikel des Herrn Auer v. Welsbach. Monatshefte für Chemie. 1909, 31 (10): 1. doi:10.1007/BF01530262.

[Deu-13] von Welsbach, Carl A. Die Zerlegung des Ytterbiums in seine Elemente. Monatshefte für Chemie. 1908, 29 (2): 181–225. doi:10.1007/BF01558944.

[rare-earth-handbook-14] 14.0 ^14.1 Thyssen, Pieter; Binnemans, Koen. Accommodation of the Rare Earths in the Periodic Table: A Historical Analysis. (编) Gschneider, Karl A., Jr.; Bünzli, Jean-Claude; Pecharsky, Vitalij K. Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths. Amsterdam: Elsevier. 2011: 63 [2013-04-25]. ISBN 978-0-444-53590-0. OCLC 690920513.

[Emsley240-15] 15.0 ^15.1 ^15.2 ^15.3 ^15.4 ^15.5 Emsley, John. Nature's building blocks: an A-Z guide to the elements. Oxford University Press. 2001: 240–242. ISBN 0-19-850341-5.

[16] James B. Hedrick. Rare-Earth Metals (PDF). USGS. [2009-06-06].

[17] Stephen B. Castor and James B. Hedrick. Rare Earth Elements (PDF). [2009-06-06].

[18] Yayi Wei, Robert L. Brainard. Advanced Processes for 193-NM Immersion Lithography. SPIE Press. 2009: 12. ISBN 0-8194-7557-2.

[19] J. W. Nielsen, S. L. Blank, D. H. Smith, G. P. Vella-Coleiro, F. B. Hagedorn, R. L. Barns and W. A. Biolsi. Three garnet compositions for bubble domain memories. Journal of Electronic Materials. 1974, 3 (3): 693–707. Bibcode:1974JEMat...3..693N. doi:10.1007/BF02655293.

[20] Wahl RL. Instrumentation. Principles and Practice of Positron Emission Tomography. Philadelphia: Lippincott: Williams and Wilkins. 2002: 51.

[21] Daghighian, F. Shenderov, P. Pentlow, K.S. Graham, M.C. Eshaghian, B. Melcher, C.L. Schweitzer, J.S. Evaluation of cerium doped lutetium oxyorthosilicate (LSO)scintillation crystals for PET. Nuclear Science. 1993, 40 (4): 1045–1047. Bibcode:1993ITNS...40.1045D. doi:10.1109/23.256710.

[22] Martine Simard-Normandin. A19 LED bulbs: What's under the frosting?. EE Times. 2011, (July 18): 44–45. ISSN 0192-1541.

[23] Muriel Gargaud, Hervé Martin, Philippe Claeys. Lectures in Astrobiology. Springer. 2007: 51. ISBN 3-540-33692-3.

[24] Helmut Sigel. Metal complexes in tumor diagnosis and as anticancer agents. CRC Press. 2004: 98. ISBN 0-8247-5494-8.

[lu1-25] Blasse, G.; Dirksen, G.; Brixner, L.; Crawford, M. Luminescence of materials based on LuTaO4. Journal of Alloys and Compounds. 1994, 209: 1–2. doi:10.1016/0925-8388(94)91069-3. 编辑

[26] Shigeo Shionoya. Phosphor handbook. CRC Press. 1998: 846. ISBN 0-8493-7560-6.

[appl-27] C. K. Gupta, Nagaiyar Krishnamurthy. Extractive metallurgy of rare earths. CRC Press. 2004: 32. ISBN 0-415-33340-7.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]

[23]

[24]

[25]

[26]

[27]

Login

Top Links

Social Share

镥 (20805 views - Periodic Table Of Elements)

镥

镥

目录

性質

物理性質

化學性質與化合物

同位素

歷史

存量及生產

應用

安全

參考資料

Periodic Table Of Elements