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El lutecio o lutecio es un elemento químico, que se presenta como un metal gris plateado, dúctil y blando. Su símbolo químico es Lu y su número atómico, 71. Pertenece al grupo 3 y se clasifica en el 6o período de la tabla periódica. Sus electrones por nivel de energía son 2, 8, 18, 32, 9, 2. El lutecio es el último de la familia de los lantánidos, formando parte de las tierras raras.
El nombre lutecio proviene de lutecia (lutetia en latín), en honor a la ciudad de París donde fue descubierto. En 1949, la grafía del nuevo elemento fue cambiada por la IUPAC. Aunque lutecio es más común, la variante ortográfica lutecio es aceptada en español. Este elemento también había sido llamado durante mucho tiempo “casiopeio” en los países de habla alemana. Esta denominación se debe a las discusiones sobre su descubrimiento. Su símbolo era Cp. Actualmente, esta práctica ha sido abandonada.
Entre los lantánidos, el lutecio es el penúltimo en haber sido descrito. El prometio, a la vez radiactivo e inestable, sigue siendo el único desconocido. Tres químicos descubrieron el lutecio de forma independiente y simultánea, en 1907. Se trata del estadounidense Charles James, del austriaco Carl Auer von Welsbach y del francés Georges Urbain. Cada uno de ellos estudiaba la iterbina que había sido descubierta por Jean Charles Galissard de Marignac en 1878. Este último elemento estaría compuesto de óxido de iterbio puro.
El 4 de noviembre de 1907, Urbain muestra la composición de la iterbina de Marignac a la Academia de Ciencias de París. En realidad, ésta está compuesta por dos elementos diferentes. Para evitar confundir el antiguo elemento de Marignac con el lutecio, Urbain propone llamarlos neo-iterbio. Von Welsbach había trabajado en la cristalización fraccionada de las sales de iterbio desde 1905. El 19 de diciembre de 1907, anuncia que estos trabajos muestran espectros que evidencian la existencia de dos elementos distintos.
Urbain propone los nombres aldebaranium (por la estrella Aldebarán) y casiopeium (según la constelación Casiopea). Aldebaranium reemplaza al iterbio, mientras que casiopeium está dedicado al lutecio.
Paralelamente, durante el verano de 1907, Charles James había podido aislar una gran cantidad de los compañeros del iterbio en la Universidad de New Hampshire. Cuando se enteró del anuncio hecho por Georges Urbain, abandonó la idea de reclamar la paternidad del nuevo elemento. Sin embargo, entre estos tres científicos, Charles James realizaba las investigaciones más avanzadas.
Durante los años siguientes, Von Welsbach y Georges Urbain tuvieron disputas sobre la paternidad del descubrimiento. Las tensiones políticas entre Austria-Hungría y Francia intensificaron su conflicto. En 1909, la Comisión Internacional de Pesos Atómicos otorgó finalmente la precedencia al lutecio de Georges Urbain, reescrito lutetium. El nombre iterbio del segundo elemento siempre se ha mantenido. Sin embargo, muchos químicos de habla alemana continuaron utilizando el término casiopeium hasta los años 1950.
El lutecio tiene el número atómico más elevado. Sin embargo, el fenómeno de contracción de los lantánidos lo sitúa como el elemento más pequeño de esta familia. Su radio atómico es de 175 pm. De todos los lantánidos, su densidad, su punto de fusión y su punto de ebullición son también los más elevados. Son respectivamente de 9,841 g·cm-3, de 1.663 °C y de 3.402 °C. El lutecio y los metales de transición, en particular el itrio y el escandio, tienen propiedades estructurales y físicas similares. A pesar de estas características, el lantano se encuentra bajo el itrio en la tabla periódica. En efecto, este último se sitúa a la cabeza del bloque d y el lutecio es el último elemento del bloque f. Un error de apreciación de la configuración electrónica de estos elementos es la causa. Según los recientes estudios espectroscópicos, los 71 electrones del lutecio están efectivamente clasificados siguiendo la configuración [Xe] 4f145d16s2. Durante una reacción química, el átomo del lutecio pierde los tres electrones de las orbitales s y d. Este fenómeno es inusual, ya que las reacciones de la mayoría de los lantánidos implican los electrones de la orbital f. Actualmente, de común acuerdo, el lutecio, y no el lantano, comienza el bloque d. Aquí otras propiedades del lutecio:
Este elemento, con N° CAS 7439-94-3 y N° ECHA 100.028.275, tiene una masa atómica de 174,966 8 ± 0,000 1 u. Su radio atómico y su radio de covalencia son respectivamente de 175 pm (217 pm) y de 187 ± 8 pm. El estado de oxidación de su átomo es 3. En la escala de Pauling, su electronegatividad es 1,27. El óxido de lutecio es considerado como un compuesto básico.
El lutecio dispone de cinco energías de ionización. La primera es de 5,425 86 eV y la segunda se eleva a 13,9 eV. La tercera, la cuarta y la quinta energía de ionización son sucesivamente 20,959 4 eV, 45,25 eV y 66,8 eV.
El lutecio reacciona particularmente con la mayoría de los no metales, a temperaturas elevadas. Se modifica por el oxígeno: lentamente en condiciones normales y más rápidamente en presencia de humedad. El lutecio arde a partir de 150 °C y forma óxidos. Este metal se descompone fácilmente en los ácidos débiles y forma soluciones incoloras que contienen iones trivalentes.
Se encuentra el elemento en estado de oxidación +3 en los compuestos de lutecio. La mayoría de las sales de lutecio tienen soluciones incoloras. Con la notable excepción del yoduro, forman sólidos cristalinos blancos, después de la desecación. Durante la cristalización, las sales solubles como el acetato, el nitrato y el sulfato forman hidratos. El carbonato, el fluoruro, el hidróxido, el oxalato, el óxido y el fosfato son insolubles en agua.
El único isótopo estable de este elemento químico es el lutecio 175. Los Lu 176, 177 y 178 son los más inestables. Se obtiene el isótopo 177Lu, de período 6,7 días, por una activación neutrónica de 176Lu. Este isótopo 177Lu emite una radiación β−. En la medicina nuclear, es utilizado para tratar ciertos tumores neuroendocrinos. El Instituto Laue-Langevin lo produce para una empresa privada.
Los diferentes isótopos tienen cada uno sus propias características. El isótopo 173Lu es radiactivo y se desintegra en otro isótopo con un período de semivida de 1,37 años. Su modo de desintegración ε representa la emisión de un positrón. Su energía de desintegración es de 0,671 MeV y el producto obtenido es el 173Yb. El período de semivida del 174Lu dura 3,31 años. Su modo de desintegración es ε. Su energía de desintegración que permite obtener 173Yb es de 1,374 MeV. El 175Lu, con 104 neutrones, no sufre desintegración radiactiva. La proporción natural estable de este isótopo en la naturaleza es del 97,41%. El porcentaje 2,59% y 3,78×1010 años definen respectivamente la proporción natural y el período de semivida del isótopo 176Lu. Su modo de desintegración β- corresponde a la emisión de un electrón. Su energía de desintegración se eleva a 1,193 MeV. El 176Hf es el isótopo producido durante su desintegración radiactiva.
Junto con el tulio, el lutecio es el lantánido más raro. Está presente en la corteza terrestre, a razón de 0,5 partes por millón. Sin embargo, es más común que ciertos metales como la plata, el bismuto y el mercurio. El lutecio se encuentra a menudo con la mayoría de las otras tierras raras. Sin embargo, este elemento nunca está puro. Además, es difícil separarlo de los otros elementos. La monacita, de fórmula aproximada (Ce,La,Th)PO4, constituye el principal mineral comercial del lutecio. Contiene 0,003%. Las principales minas se encuentran en Australia, Brasil, Estados Unidos, India, República Popular China y Sri Lanka. El lutecio puro no fue aislado hasta el siglo XX. Sigue siendo muy difícil de obtener, ya que forma parte de las tierras raras más caras. El lutecio es producido en el mundo en una cantidad de 10 toneladas.
Debido a su alto precio, el uso del lutecio es muy limitado en comparación con otros lantánidos. Sin embargo, encuentra aplicaciones en algunos campos. Se utiliza como catalizador durante la polimerización, el craqueo y la hidrogenación. Conviene señalar que su disponibilidad y su precio pueden variar en función de la demanda del mercado. Esta demanda ha aumentado en los últimos años debido a su uso en diversas aplicaciones tecnológicas. Puede servir como imanes permanentes para aerogeneradores, vehículos eléctricos, láseres, vidrios ópticos y dispositivos médicos.
Hasta la fecha, los escasos estudios realizados sobre el lutecio no han mostrado efectos tóxicos significativos. Sin embargo, como para cualquier producto químico, la exposición a fuertes concentraciones de este elemento es perjudicial para la salud. La inhalación de sus partículas puede provocar irritaciones de las vías respiratorias y los ojos. La manipulación de sus compuestos puede causar irritación cutánea o quemaduras. La ingestión de cantidades importantes de lutecio también puede producir una irritación gastrointestinal y una alteración del metabolismo del calcio.
Siempre es importante tomar precauciones durante la manipulación de este elemento químico para reducir los riesgos para la salud. Los trabajadores industriales y los investigadores deben seguir procedimientos de seguridad apropiados, incluyendo el uso de equipo de protección individual.
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