Lutécio: estrutura, propriedades, usos, obtenção - Ciência - 2023

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o lutécio é um metal lantanídeo, terra rara ou bloco F da tabela periódica, cujo símbolo químico é Lu. É o mais denso, pesado, raro, caro e duro dos lantanídeos, pois está no final de sua série. Essas características se devem ao fato de seus átomos serem menores, assim como seus íons Lu.³⁺, por causa da contração dos lantanídeos.

Embora suas propriedades físicas possam ser excelentes, a verdade é que quimicamente é muito semelhante ao resto de suas contrapartes lantanídeos. Uma consequência disso é que o lutécio foi o último dos lantanídeos a ser descoberto, isolado e produzido.

O ano de sua descoberta remonta a 1907, fruto do trabalho independente de três cientistas: o francês Georges Urbain, o austríaco Carl Welsbach e o americano Charles James. No entanto, o maior crédito vai para Georges Urbain, que batizou este metal com o nome de ‘lutetium’ de ‘lutetia’, o nome latino para Paris. Somente em 1953 foi obtida a primeira amostra de lutécio metálico puro.

As aplicações do lutécio hoje ainda estão em desenvolvimento, encontrando lugar como dopante para vários materiais e como agente ativo no tratamento do câncer.

Estrutura

Os átomos de lutécio são mantidos juntos graças à sua ligação metálica. Como produto de suas interações, de seus raios atômicos e da ordem de seu empacotamento, o lutécio acaba adotando uma estrutura cristalina hexagonal compacta (hcp).

A estrutura hcp é o único lutécio conhecido à pressão ambiente. É, portanto, considerado um metal monoformado, ou seja, carece de polimorfos e transições de fase em outras temperaturas.

Configuração eletronica

A configuração eletrônica do lutécio é a seguinte:

[Xe] 4f¹⁴ 5 d¹ 6s²

Observe que seus orbitais 4f estão completamente preenchidos com elétrons. O lutécio participa de reações químicas usando seus elétrons de valência, pairando em torno dos orbitais 5d e 6s.

Esta configuração lembra um pouco o lantânio ([Xe] 5d¹ 6s²), metal de por isso há quem considere que o lutécio compartilha uma química mais semelhante aos metais de transição do que aos lantanídeos. Eletronicamente, o lutécio é uma versão menor do lantânio, que também tem todos os seus orbitais 4f preenchidos.

Quando o lutécio reage, ele perde os três elétrons de valência de seus orbitais 5d¹ e 6s², transformando-se no Lu cation³⁺.

Propriedades do lutécio

Aparência física

Metal branco prateado, que escurece quando oxidado lentamente. É caracterizado por ser muito denso e duro.

Número atômico

Massa molar

174,97 g / mol

Ponto de fusão

1652 ºC

Ponto de ebulição

3402 ºC

Densidade

À temperatura ambiente: 9,841 g / cm³

Bem no ponto de fusão: 9,3 g / cm³

Calor de fusão

22 kJ / mol

Calor da vaporização

414 kJ / mol

Capacidade calórica molar

26,86 kJ / mol K

Estados de oxidação

Lutécio é capaz de formar compostos com os seguintes estados de oxidação: 0, +1 (Lu⁺), +2 (Lu²⁺) e +3 (Lu³⁺), sendo o último de longe o mais comum e estável de todos. Portanto, quase todos os compostos de lutécio contêm o cátion Lu.³⁺, formando complexos ou interagindo eletrostaticamente com outros ânions.

Eletro-negatividade

1,27 na escala de Pauling.

Energias de ionização

Primeiro: 523,5 kJ / mol

Segundo: 1340 kJ / mol

Terceiro: 2022,3 kJ / mol

Ordem magnética

Paramagnético. No entanto, torna-se supercondutor a uma temperatura de 0,022 K e sob uma pressão de 45 quilobares.

Reatividade

Quimicamente, o lutécio se assemelha muito ao escândio e ao ítrio, formando cátions Lu³⁺ cujos compostos sólidos e soluções são, em sua maioria, incolores. Esta peculiaridade contradiz o resto dos lantanídeos, que geralmente produzem soluções muito coloridas e fluorescentes.

A reatividade do lutécio também pode ser comparada à do cálcio e do magnésio, por isso se dissolve facilmente em ácidos diluídos; como o ácido clorídrico, para produzir cloreto de lutécio, LuCl₃.

Formulários

Removedor de gás

Óxido de lutécio, Lu₂OU₃, é um bom absorvedor de umidade e dióxido de carbono, por isso seu pó é usado para remover esses gases de alguns compartimentos.

Catálise de óleo

O lu₂OU₃ É usado para preparar catalisadores que aceleram o craqueamento de hidrocarbonetos de petróleo.

Catálise orgânica

O triflato de lutécio é utilizado em síntese orgânica como catalisador em meio aquoso, tendo a vantagem de dispensar solventes orgânicos, tornando as reações mais ecológicas.

Dopante

O lu₂OU₃ e íons Lu³⁺ eles são usados como dopantes para vidros, cerâmicas, granadas e ligas. Por exemplo, Lutetium Alumínio Garnet (LuAG) é usado como um fósforo azul em lâmpadas LED, e Lutetium Alumínio Gadolínio Garnet é usado em dispositivos de memória de bolha.

Do lado da cerâmica, o oxiortossilicato de lutécio (LSO) é usado nos detectores de tomografia por emissão de pósitrons. Graças a esse material é possível obter imagens 3D da atividade celular dos pacientes submetidos a essas análises.

Namoro

O decaimento radioativo do isótopo ¹⁷⁶Lu é usado para datar meteoritos presentes na Terra.

Remédio

O isótopo radioativo ¹⁷⁷Lu, preparado por bombardeio de nêutrons do ¹⁷⁶Lu, coordena para uma molécula orgânica (¹⁷⁷Lu-DOTATATE) para direcionar sua ação radioativa em tumores neuroendócrinos, ou no tratamento do câncer de próstata. Este é talvez o aplicativo mais promissor para lutécio.

Obtendo

Lutécio é o menos abundante dos lantanídeos. Não existe nenhum mineral que contenha concentração acima de 0,1% para este metal. Por isso é extraído de diversos minerais de terras raras, como euxenita, xenotima, argilas lateríticas e monazita, sendo um subproduto do processamento dos demais lantanídeos.

Esses minerais se dissolvem em ácido sulfúrico, cuja solução é então tratada com oxalato de amônio para precipitar vários oxalatos, que são aquecidos para se transformar em seus óxidos metálicos. Os óxidos são então dissolvidos com ácido nítrico, deixando de fora o óxido de cério, que é insolúvel neste ácido.

A nova solução é misturada com nitrato de amônio para formar um conjunto de sais duplos, para ser finalmente refinado e separado por meio de técnicas de cromatografia de troca iônica ou cristalizações fracionadas usando vários solventes. Assim, os íons Lu são separados³⁺ como haletos anidros.

O lutécio é obtido reduzindo seus haletos com cálcio:

2 LuCl₃ + 3 Ca → 2 Lu + 3 CaCl₂

Isótopos

O lutécio ocorre na natureza como dois isótopos: ¹⁷⁵Lu e ¹⁷⁶Lu, cujas respectivas abundâncias são 97,4% e 2,6%. o ¹⁷⁶Lu é radioativo, mas seu t_1/2 é 3,76 · 10¹⁰ anos, então suas emissões beta são inofensivas para quem trabalha com amostras ou sais de lutécio.

Lutécio, além de ¹⁷⁶Lu, tem 33 outros radioisótopos artificiais, dos quais o ¹⁷⁷Lu é o mais famoso e útil, e o ¹⁵⁰Lu o mais instável, com um t_1/2tão pouco quanto 45 milissegundos. As massas atômicas desses radioisótopos estão entre 150 e 184 u.

Referências

Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica. (quarta edição). Mc Graw Hill.
Wikipedia. (2020). Lutécio. Recuperado de: en.wikipedia.org
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