Lutecio: estructura, propiedades, usos, obtención
El lutecio es un metal lantánido, de las tierras raras o bloque f de la tabla periódica, cuyo símbolo químico es Lu. Es el más denso, pesado, escaso, costoso y duro de los lantánidos, pues se encuentra al final de su serie. Estas características se deben a que sus átomos son más pequeños, al igual que sus iones Lu3+, a causa de la contracción lantánida.
Pese a que sus propiedades físicas puede que sean sobresalientes, lo cierto es que químicamente es muy parecido al resto de sus homólogos lantánidos. Una consecuencia de esto es que el lutecio fue el último de los lantánidos en ser descubierto, aislado y producido.
El año de su descubrimiento se remonta a 1907, producto de los trabajos independientes de tres científicos: el francés Georges Urbain, el austríaco Carl Welsbach, y estadounidense Charles James. Sin embargo, el mayor crédito se le atribuye a Georges Urbain, quien bautizó este metal con el nombre ‘lutecio’ de ‘lutetia’, el nombre latino de París. No fue sino hasta 1953 que se obtuvo la primera muestra pura de lutecio metálico.
Las aplicaciones del lutecio hoy en día siguen en desarrollo, encontrando sitio como dopante para varios materiales, y como agente activo en el tratamiento contra el cáncer.
Índice del artículo
- 1 Estructura
- 2 Configuración electrónica
- 3 Propiedades del lutecio
- 4 Usos
- 5 Obtención
- 6 Isótopos
- 7 Referencias
Los átomos de lutecio se mantienen unidos gracias a su enlace metálico. Como producto de sus interacciones, sus radios atómicos y el orden de su empaquetamiento, el lutecio termina adoptando una estructura cristalina hexagonal compacta (hcp).
La estructura hcp es la única que se le conoce al lutecio a presión ambiente. Se dice por lo tanto que es un metal monofórmico, es decir, que carece de polimorfos y transiciones de fase bajo otras temperaturas.
La configuración electrónica del lutecio es la siguiente:
[Xe] 4f14 5d1 6s2
Nótese que sus orbitales 4f están completamente llenos de electrones. El lutecio participa en las reacciones químicas utilizando sus electrones de valencia, rondando por los orbitales 5d y 6s.
Esta configuración recuerda un poco a la del lantano ([Xe] 5d1 6s2), metal d, y debido a eso hay quienes consideran que el lutecio comparte una química más afín a los metales de transición que a los lantánidos. Electrónicamente, el lutecio es una versión más pequeña del lantano, la cual tiene además todos sus orbitales 4f llenos.
Cuando el lutecio reacciona pierde los tres electrones de valencia de sus orbitales 5d1 y 6s2, transformándose en el catión Lu3+.
Metal blanco plateado, que se oscurece cuando se oxida lentamente. Se caracteriza por ser muy denso y duro.
71
174.97 g/mol
1652 ºC
3402 ºC
A temperatura ambiente: 9.841 g/cm3
Justo en el punto de fusión: 9.3 g/cm3
22 kJ/mol
414 kJ/mol
26.86 kJ/mol·K
El lutecio es capaz de formar compuestos con los siguientes estados de oxidación: 0, +1 (Lu+), +2 (Lu2+) y +3 (Lu3+), siendo este último por lejos el más común y estable de todos. Por lo tanto, casi todos los compuestos de lutecio contienen al catión Lu3+, ya sea formando complejos, o interaccionando electrostáticamente con otros aniones.
1.27 en la escala de Pauling.
Primera: 523.5 kJ/mol
Segunda: 1340 kJ/mol
Tercera: 2022.3 kJ/mol
Paramagnético. Se vuelve sin embargo superconductor a una temperatura de 0.022 K, y bajo una presión de 45 kilobares.
Químicamente, el lutecio guarda estrecha semejanza con el escandio y el itrio, formando cationes Lu3+ cuyos compuestos sólidos y soluciones son, en su mayoría, incoloros. Esta particularidad contradice al resto de los lantánidos, que por lo general producen soluciones muy coloridas y fluorescentes.
La reactividad del lutecio puede compararse también a la del calcio y magnesio, por lo que se disuelve fácilmente en ácidos diluidos; tales como el ácido clorhídrico, para producir el cloruro de lutecio, LuCl3.
El óxido de lutecio, Lu2O3, es un buen absorbente de la humedad y del dióxido de carbono, por lo que su polvo se usa para remover estos gases de algunos compartimientos.
El Lu2O3 se utiliza para preparar catalizadores que aceleren el craqueo de los hidrocarburos del petróleo.
El triflato de lutecio se usa en síntesis orgánicas como catalizador en medios acuosos, teniendo la ventaja de prescindir de los solventes orgánicos, y haciendo que las reacciones sean más ecológicas.
El Lu2O3 y los iones Lu3+ se utilizan como dopantes para vidrios, cerámicas, granates y aleaciones. Por ejemplo, el granate de aluminio y lutecio (LuAG) se usa como fósforo azul en las bombillas LED, y el granate de lutecio, aluminio y gadolinio se utiliza en dispositivos de memoria de burbuja.
Por el lado de las cerámicas, el oxyortosilicato de lutecio (LSO) se usa en los detectores de las tomografías por emisión de positrones. Gracias a este material es posible obtener imágenes 3D de la actividad celular de los pacientes sometidos a estos análisis.
El decaimiento radiactivo del isótopo 176Lu se utiliza para datar meteoritos presentes en la Tierra.
El isótopo radiactivo 177Lu, preparado mediante el bombardeo de neutrones a partir del 176Lu, se coordina a una molécula orgánica (177Lu-DOTATATE) para focalizar su acción radiactiva sobre los tumores neuroendocrinos, o en el tratamiento del cáncer de próstata. Esta es quizás la aplicación más prometedora para el lutecio.
El lutecio es el menos abundante de los lantánidos. No existe ningún mineral que contengan una concentración por encima del 0.1% para este metal. Es por eso que se extrae de muchos minerales de tierras raras, tales como la euxenita, xenotima, las arcillas lateríticas y la monacita, siendo un producto secundario del procesamiento de los otros lantánidos.
Estos minerales se disuelven en ácido sulfúrico, cuya disolución es tratada seguidamente con oxalato de amonio para precipitar varios oxalatos, los cuales se calientan para que se transformen en sus óxidos metálicos. Luego, los óxidos se disuelven con ácido nítrico, dejando por fuera el óxido de cerio, el cual es insoluble en este ácido.
La nueva disolución se mezcla con nitrato de amonio para formar un conjunto de sales dobles, para finalmente refinarse y separarse mediante técnicas de cromatografía por intercambio iónico o cristalizaciones fraccionadas empleando varios solventes. Así, se separan los iones Lu3+ como haluros anhidros.
El lutecio se obtiene reduciendo sus haluros con calcio:
2 LuCl3 + 3 Ca → 2 Lu + 3 CaCl2
El lutecio se presenta en la naturaleza como dos isótopos: 175Lu y 176Lu, cuyas respectivas abundancias son 97.4% y 2.6%. El 176Lu es radiactivo, pero su t1/2 es de 3.76·1010 años, por lo que sus emisiones beta son inofensivas para quienes laboran con muestras o sales de lutecio.
El lutecio, aparte del 176Lu, tiene otros 33 radioisótopos artificiales, de los cuales el 177Lu es el más famoso y útil, y el 150Lu el más inestable, con un t1/2 de apenas unos 45 milisegundos. Las masas atómicas de estos radioisótopos se encuentran entre 150 y 184 u.
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