Lutexi

I. Giới thiệu chung
Lutexi là nguyên tố hóa học thuộc nhóm lantan trong bảng hệ thống tuần hoàn. Kí hiệu là Lu và có số nguyên tử là 71. Cấu hình electron [Xe]4d145f16s2. dựa vào cách điền electron lantan được chia làm hai nhóm Xeri và Tecbi. Lutexi là nguyên tố cuối cùng của nhóm Tecbi. Bên cạnh đó Lu cũng được xếp vào nhóm đất hiếm. một trong các đồng vị của Lu được dùng trong công nghệ hat nhân để định tuổi các thiên thạch. Lu luôn cộng sinh với nguyên tố Ytri và đôi khi được dùng trong các hợp kim và chất xúc tác trong các phản ứng hóa học khác nhau.
Tổng quát về Lutexi.

Tên, kí hiệu, stt Nhóm, chu kì, khối Khối lượng riêng
Lutexi, Lu, 71 Lantan, 6, d 9,3kg/m3

II.Tính chất
1. Lý tính
Lutexi la nguyên tố hóa trị 3 chống ăn mòn, màu trắng bạc, giòn, có độ dẫn điện tương đương Hg. Cấu trúc tinh thể ở dạng lục phương. Nó có bán kính nguyên tử nhỏ nhất và là nguyên tố đất hiếm nặng và cứng nhất. Lu có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao nhất nhóm Lantan.
Một số hằng số vật lý quan trọng của Lu.

Trạng thái vật chất Nhiệt dộ nóng chảy (0C) Nhiệt độ sôi
(oC) Tỉ khối Nhiệt nóng chảy Nhiệt thăng hoa Áp suất hơi
Rắn 1675 2680 9,85 22KJ/mol 410KJ/mol 1906 Pa tại 1K

2. Hóa tính
Lu là kim loại hoạt động chỉ kém kim loại kiềm và kiềm thổ.
Kim loại Lu xỉ trọng trong không khí và dể cháy ở 150oC tạo Lutexi ocid.
4Lu + 3O2 = 2Lu2O3
Lu có khả năng cho điện tử và phản ứng chậm với nước lạnh và khá nhanh với nước nóng.
2Lu + 6H2O = 2Lu(OH)3 + 3H2
Lu không tan trong kiềm kể cả khi đun nóng.
Kim loại Lu phản ứng với các Halogen tạo muối halogenua ,tác dụng với S, P, C, H2, N2,... khi đun nóng.
2 Lu (r) + 3 F2 (k) → 2 LuF3 (r) [trắng]
2 Lu (r) + 3 Cl2 (k) → 2 LuCl3 (r) [trắng]
2 Lu (r) + 3 Br2 (k) → 2 LuBr3 (r)[trắng]
2 Lu (r) + 3 I2 (k) → 2 LuI3 (r)[nâu]
2Ln + 3S = Ln2S3 (t0 = 5000C - 8000C )
Luteti dễ hoà tan trong axit sulfuric loãng tạo thành dung dịch chứa các ion luteti(III) không màu, tồn tại ở dạng phức [Lu(OH2)9]3+:
2 Lu (r) + 3 H2SO4 (dd) → 2 Lu3+ (dd) + 3 SO4 (dd) + 3 H2 (k)
Ở nhiệt cao, Lutexi có thể khử được oxit của nhiều kim loại : sắt, mangan...
2Lu + Fe2O3 =
3. Ứng dụng và phương pháp điều chế.
a. Ứng dụng.
- Do hiếm và giá cao, Lu có rất ít ứng dụng thương mại. Tuy nhiên, Lu không phóng xạ có thể được dùng làm chất xúc tác trong cracking dầu mỏ, trong lọc dầu và cũng có thể được sử dụng trong alkyl hóa, hydro hóa và polyme hóa.
- Một số ứng dụng khác của Lu:
+ Lutexi 176 được dùng để định tuổi thiên thạch.
+ Lutexi 177 được dùng làm hạt nhân phóng xạ bị bắn phá trong thí nghiệm điều trị các khối u thần kinh nội tiết.
+ Ứng dụng làm nguồn phát tia beta, dùng Lu để kích hoạt neutron. Một số lượng nhỏ Lu được cho thêm vào gado lini gavi garnet (GGG) ở dạng tạp chất, chất này được dùng trong các bộ nhớ bọt từ.
b. Điều chế.
Lu được điều chế bằng phương pháp nhiệt kim loại. Những chất khử có thể dùng là Ca, Mg, Na... Thường sử dụng nhất là Ca.
2LnF3 + 3Ca = 2Ln + 3CaF2
Quá trình được thực hiện trong nồi làm bằng Tantan và trong khí quyển Aron.
III. Các hợp chất của Lutexi.
Trong tất cả các hợp chất, Lu thể hiện số oxi hóa +3. Các dung dịch của hầu hết các muối đều không màu và hình thành tinh thể màu trắng khi khô.
1. Lutexi oxit.
La2O3 là chất rắn màu trắng, khó nóng chảy, có tính chất giống CaO, hấp thụ CO2 , H2O trong không khí tạo cacbonat bazơ; La2O3 hấp thụ H2O toả nhiều nhiệt:
La2O3 + 3CO2 = La2 (CO3)3
La2O3 + 3H2O = 2La(OH)3 H0 = - 154 KJ
La2O3 được dùng để chế tạo loại thuỷ tinh làm kính bảo hộ (ngăn ngừa tia tử ngoại).
La2O3 không tan trong kiềm nhưng tan trong kiềm nóng chảy.
Lu2O3 + Na2CO3 = 2NaLuO2 + CO2
Ln2O3được điều chế bằng cách nhiệt phân hidroxit, nitrat, oxalat, cacbonat tương ứng:
2Ln(OH)3 = Ln2O3 + 3H2O
2. Lutexi hydroxit
La(OH)3 là chất kết tủa vô định hình, màu trắng, thực tế khong tan trong nước. La(OH)3 là bazơ mạnh (tương đương với Ca(OH)2), hấp thụ CO2 trong khí quyển, tác dụng với muối amoni giải phóng NH3, bị mất H2O khi nung nóng tạo oxit:
2La(OH)3 + 3CO2 = La2(CO3)3+3H2O
La(OH)3 + 3NH4Cl = LaCl3 + 3NH3 + 3H2O
2La(OH)3 = La2O3 + 3H2O
3. Muối của Lutexi.
LuX3(X: halogen): là những chất rắn màu trắng, LuF3 khó nóng chảy (t0nc= 1450  1550 0C). LuX3 (X = Cl, I, Br) có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn (t0nc = 800  900 0C), hút ẩm, tan trong nước và bị thuỷ phân tạo polime oxohalogenua LuOX:
LuX3 + H2O = LuOX + 2HX
Lu2(SO4)3, Lu(NO3)3 đều tan, kết tinh từ dung dịch ở dạng hiđrat, hút ẩm chảy rữa trong không khí và bị nhiệt phân huỷ tạo oxit bền.
Lu2(C2O4)3, Lu2(CO3)3 ít tan , khi đun nóng trong nước tạo muối cacbonat bazơ.
Các muối Ln3+ cũng giống các muối M2+ của kim loại kiềm thổ, có khả năng hình thành muối kép với muối của kim loại kiềm và NH+4 như: Lu2(SO4)3.3Na2(SO4).12H2O, Na2Lu(NO3)5, NaLu(CO3)2.6H2O, NaLu(C2O4)2.v.v...
VD:
Lu2(CO3)3 + Na2CO3 + 12H2O = Na2Lu2(CO3)4.12H2O
4. Khả năng tạo phức của Lutexi
Lu3+ có khả năng tạo phức với những phối tử vô cơ thông thường như: NH¬3, Cl-, CN-, NO3-, SO42-,... những phức kém bền.
Lu3+ có khả năng tạo phức tương đối bền với những phối tử đa càng, những phối tử hữu cơ như: C2O42-, _ đixetonat, EDTA, DTPA, IMDA,.v.v..