Quelltext der Seite Lutetium

{{Dieser Artikel|beschäftigt sich mit dem chemischen Element ''Lutetium''; zur geologischen Stufe Lutetium siehe [[Lutetium (Geologie)]].}}

{{Infobox Chemisches Element
<!--- Periodensystem --->
| Name         = Lutetium
| Symbol       = Lu
| Ordnungszahl = 71
| Serie        = La
| Gruppe       = La
| Periode      = 6
| Block        = f
<!--- Allgemein --->
| Aussehen     = silbrig weiß
| CAS          = {{CASRN|7439-94-3}}
| EG-Nummer    = 231-103-0
| ECHA-ID      = 100.028.275
| Massenanteil = 0,7&nbsp;ppm (60. Rang)<ref name="Harry H. Binder">Harry H. Binder: ''Lexikon der chemischen Elemente''. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.</ref>
<!--- Atomar --->
| Hauptquelle = <ref>Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus [http://www.webelements.com/lutetium/ www.webelements.com (Lutetium)] entnommen.</ref>
| Atommasse = 174,9668(1)<ref name="CIAAW">[http://www.ciaaw.org/atomic-weights.htm CIAAW, Standard Atomic Weights Revised 2013].</ref>
| Atomradius = 175
| AtomradiusBerechnet = 217
| KovalenterRadius = 187
| VanDerWaalsRadius = 
| Elektronenkonfiguration = &#x5B;[[Xenon|Xe]]&#x5D; 4[[F-Orbital|f]]<sup>14</sup> 5[[D-Orbital|d]]<sup>1</sup> 6[[S-Orbital|s]]<sup>2</sup>
| Austrittsarbeit = <!--3,3 eV-->
| Ionisierungsenergie_1 = {{ZahlExp|5,425871|suffix=(12)|post=[[Elektronenvolt|eV]]<ref name="NIST-ASD-lutetium">{{NIST-ASD|lutetium|Abruf=2020-06-13}}</ref>}} ≈ {{ZahlExp|523,52|post=[[Joule|kJ]]/[[mol]]<ref name="Webelements-lutetium">{{Webelements|lutetium|atoms|Abruf=2020-06-13}}</ref>}}
| Ionisierungsenergie_2 = {{ZahlExp|14,13|suffix=(5)|post=eV<ref name="NIST-ASD-lutetium" />}} ≈ {{ZahlExp|1363|post=kJ/mol<ref name="Webelements-lutetium" />}}
| Ionisierungsenergie_3 = {{ZahlExp|20,9594|suffix=(12)|post=eV<ref name="NIST-ASD-lutetium" />}} ≈ {{ZahlExp|2022,27|post=kJ/mol<ref name="Webelements-lutetium" />}}
| Ionisierungsenergie_4 = {{ZahlExp|45,249|suffix=(25)|post=eV<ref name="NIST-ASD-lutetium" />}} ≈ {{ZahlExp|4365,9|post=kJ/mol<ref name="Webelements-lutetium" />}}
| Ionisierungsenergie_5 = {{ZahlExp|66,8|suffix=(3)|post=eV<ref name="NIST-ASD-lutetium" />}} ≈ {{ZahlExp|6450|post=kJ/mol<ref name="Webelements-lutetium" />}}
<!--- Physikalisch --->
| Aggregatzustand = fest
| Modifikationen = 
| Kristallstruktur = [[Hexagonales Kristallsystem|hexagonal]]
| Dichte = 9,84 g/cm<sup>3</sup> (25 [[Grad Celsius|°C]])<ref name="Greenwood">N. N. Greenwood, A. Earnshaw: ''Chemie der Elemente.'' 1. Auflage. VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9, S.&nbsp;1579.</ref>
| Mohshärte = 
| Magnetismus = [[Paramagnetismus|paramagnetisch]] ([[Magnetische Suszeptibilität|''χ<sub>m</sub>'']] > 0)<ref>Robert C. Weast (Hrsg.): ''CRC Handbook of Chemistry and Physics''. CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990, ISBN 0-8493-0470-9, S. E-129 bis E-145. Werte dort sind auf g/mol bezogen und in cgs-Einheiten angegeben. Der hier angegebene Wert ist der daraus berechnete maßeinheitslose SI-Wert.</ref>
| Schmelzpunkt_K = 1925
| Schmelzpunkt_C = 1652
| Siedepunkt_K = 3603 K<ref name="Zhang">Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang: ''Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks.'' In: ''[[Journal of Chemical & Engineering Data]].'' 56, 2011, S.&nbsp;328–337, [[doi:10.1021/je1011086]].</ref>
| Siedepunkt_C = 3330
| MolaresVolumen = 17,78 · 10<sup>−6</sup>
| Verdampfungswärme = 414 kJ·mol<sup>−1</sup><ref name="Zhang" />
| Schmelzwärme = 22
| Dampfdruck = 
| RefTempDampfdruck_K = 
| Schallgeschwindigkeit = 
| RefTempSchallgeschwindigkeit_K = 
| SpezifischeWärmekapazität = <!--150-->
| RefTempSpezifischeWärmekapazität_K = 
| ElektrischeLeitfähigkeit = 1,72 · 10<sup>6</sup>
| RefTempElektrischeLeitfähigkeit_K = 
| Wärmeleitfähigkeit = 16
| RefTempWärmeleitfähigkeit_K = 
<!--- Chemisch --->
| Oxidationszustände = +3
| Normalpotential = −2,30 [[Volt|V]] (Lu<sup>3+</sup> + 3&nbsp;e<sup>−</sup> → Lu)
| Elektronegativität = 1,27
| Quelle GHS-Kz   = <ref name="Sigma">{{Sigma-Aldrich|ALDRICH|261149|Name=Lutetium|Abruf=2017-04-26}}</ref>
| GHS-Piktogramme = Pulver{{GHS-Piktogramme|02}}
| GHS-Signalwort  = Gefahr
| H               = {{H-Sätze|228}}
| EUH             = {{EUH-Sätze|-}}
| P               = {{P-Sätze|210}}
| Quelle P        = <ref name="Sigma" />
<!--- Isotope --->
| Isotope = 
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| AnzahlZerfallstypen = 1
| Symbol = Lu
| Massenzahl = 173
| NH = 0
| Halbwertszeit = 1,37 [[Jahr|a]]
| Zerfallstyp1ZM = [[Elektronen-Einfang|ε]]
| Zerfallstyp1ZE = 0,671
| Zerfallstyp1ZP = [[Ytterbium|<sup>173</sup>Yb]]
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| AnzahlZerfallstypen = 1
| Symbol = Lu
| Massenzahl = 174
| NH = 0
| Halbwertszeit = 3,31 [[Jahr|a]]
| Zerfallstyp1ZM = [[Elektronen-Einfang|ε]]
| Zerfallstyp1ZE = 1,374
| Zerfallstyp1ZP = [[Ytterbium|<sup>174</sup>Yb]]
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| AnzahlZerfallstypen = 2
| Symbol = Lu
| Massenzahl = 174[[Isomer (Kernphysik)|m]]
| NH = 0
| Halbwertszeit = 142 [[Tag|d]]
| Zerfallstyp1ZM = [[Isomerie-Übergang|IT]]
| Zerfallstyp1ZE = 0,171
| Zerfallstyp1ZP = <sup>174</sup>Lu
| Zerfallstyp2ZM = [[Elektronen-Einfang|ε]]
| Zerfallstyp2ZE = 1,545
| Zerfallstyp2ZP = [[Ytterbium|<sup>174</sup>Yb]]
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| AnzahlZerfallstypen = 0
| Symbol = Lu
| Massenzahl = 175
| NH = '''97,41'''
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| AnzahlZerfallstypen = 1
| Symbol = Lu
| Massenzahl = 176
| NH = 2,59
| Halbwertszeit = 3,78 · 10<sup>10</sup> [[Jahr|a]]
| Zerfallstyp1ZM = [[Betastrahlung|β<sup>−</sup>]]
| Zerfallstyp1ZE = 1,192
| Zerfallstyp1ZP = [[Hafnium|<sup>176</sup>Hf]]
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| AnzahlZerfallstypen = 2
| Symbol = Lu
| Massenzahl = 176[[Isomer (Kernphysik)|m]]
| NH = 0
| Halbwertszeit = 3,6832 [[Stunde|h]]
| Zerfallstyp1ZM = [[Betastrahlung|β<sup>−</sup>]]
| Zerfallstyp1ZE = 1,315
| Zerfallstyp1ZP = [[Hafnium|<sup>176</sup>Hf]]
| Zerfallstyp2ZM = [[Elektronen-Einfang|ε]]
| Zerfallstyp2ZE = 0,229
| Zerfallstyp2ZP = [[Ytterbium|<sup>176</sup>Yb]]
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| AnzahlZerfallstypen = 1
| Symbol = Lu
| Massenzahl = 177
| NH = 0
| Halbwertszeit = 6,734 [[Tag|d]]
| Zerfallstyp1ZM = [[Betastrahlung|β<sup>−</sup>]]
| Zerfallstyp1ZE = 0,498
| Zerfallstyp1ZP = [[Hafnium|<sup>177</sup>Hf]]
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| AnzahlZerfallstypen = 2
| Symbol = Lu
| Massenzahl = 177[[Isomer (Kernphysik)|m]]
| NH = 0
| Halbwertszeit = 160,4 [[Tag|d]]
| Zerfallstyp1ZM = [[Betastrahlung|β<sup>−</sup>]]
| Zerfallstyp1ZE = 1,468
| Zerfallstyp1ZP = [[Hafnium|<sup>177</sup>Hf]]
| Zerfallstyp2ZM = [[Isomerie-Übergang|IT]]
| Zerfallstyp2ZE = 0,970
| Zerfallstyp2ZP = <sup>177</sup>Lu
}}
| NMREigenschaften = 
<!----
{{Infobox Chemisches Element/NMR
| Symbol = Lu
| Massenzahl_1 =
| Kernspin_1 =
| Gamma_1 =
| Empfindlichkeit_1 =
| Larmorfrequenz_1 =
}}
---->
}}

'''Lutetium''' ist ein [[chemisches Element]] mit dem [[Elementsymbol]] Lu und der [[Ordnungszahl]] 71. Im [[Periodensystem]] steht es in der Gruppe der [[Lanthanoide]] und zählt damit auch zu den [[Metalle der Seltenen Erden|Metallen der Seltenen Erden]]. Wie die anderen Lanthanoide ist Lutetium ein silberglänzendes [[Schwermetall]]. Wegen der [[Lanthanoidenkontraktion]] besitzen Lutetiumatome den kleinsten [[Atomradius]], außerdem hat das Element die höchste Dichte und den höchsten Schmelz- und Siedepunkt aller Lanthanoide.

Das Element wurde 1907 nahezu gleichzeitig, aber unabhängig voneinander von [[Georges Urbain]], [[Carl Auer von Welsbach]] und [[Charles James (Chemiker)|Charles James]] entdeckt. Obwohl 1909 entschieden wurde, dass Urbain die Entdeckung zusteht und damit auch der von ihm vorgeschlagene Name ''Lutetium'' festgelegt wurde, war besonders im deutschsprachigen Raum die von Carl Auer von Welsbach vorgeschlagene Bezeichnung ''Cassiopeium'' (Cp) lange verbreitet.

Lutetium zählt zu den seltensten Seltenerdmetallen und wird darum und infolge der schwierigen Abtrennung von den anderen Lanthanoiden nur in geringem Umfang wirtschaftlich genutzt. Zu den wichtigsten Anwendungen des Elements zählt die Verwendung von [[Lutetiumoxyorthosilicat]] als Bestandteil für den Bau von Detektoren von [[Positronen-Emissions-Tomographie|PET-CT]]-Geräten.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.siemens-healthineers.com/molecular-imaging/pet-ct/lso-detector |titel=Digital LSO-based detector—Set the standard in PET/CT |sprache=en |abruf=2023-11-08}}</ref>

== Geschichte ==
[[Datei:Auer von Welsbach.jpg|mini|Carl Auer von Welsbach]]
Lutetium wurde 1907 als vorletztes Lanthanoid (nur das [[Radioaktivität|radioaktive]] und damit instabile [[Promethium]] wurde später entdeckt) annähernd gleichzeitig und unabhängig voneinander durch drei Chemiker entdeckt. Sowohl der Franzose [[Georges Urbain]], der Österreicher [[Carl Auer von Welsbach]] als auch der Amerikaner [[Charles James (Chemiker)|Charles James]] untersuchten das 1878 von [[Jean Charles Galissard de Marignac]] entdeckte [[Ytterbium]] genauer. Urbain berichtete am 4.&nbsp;November 1907 in der Pariser [[Académie des sciences]], dass er durch 800fache Fraktionierung von Ytterbiumnitraten, die er aus [[Xenotim]] gewonnen hatte, aus dem Ytterbium von Marignac zwei Elemente erhalten habe. Diese nannte er ''Neo-ytterbium'' und ''Lutecium'' nach dem alten Namen von Paris, [[Lutetia]].<ref>M. G. Urbain: ''Un nouvel élément, le lutécium, résultant du dédoublement de l'ytterbium de Marignac.'' In: ''Comptes rendus.'' 145, 1908, S.&nbsp;759–762 ({{Gallica |ID=bpt6k3099v |Seite=759}}).</ref><ref name="Enghag">Per Enghag: ''Encyclopedia of the elements: technical data, history, processing, applications.'' John Wiley & Sons, 2004, ISBN 3-527-30666-8, S.&nbsp;456–458 ({{Google Buch |BuchID=aff7sEea39EC |Seite=456}}).</ref>

Kurze Zeit später, am 19. Dezember 1907, gab Carl Auer von Welsbach als Ergebnis von Forschungen, die er seit 1905 durchführte, bekannt, dass er aus den [[Funkenspektrum|Funkenspektren]] verschiedener Proben, die er durch [[Fraktionierte Kristallisation (Chemie)|fraktionierte Kristallisation]] von Ytterbium-Ammoniumoxalat gewonnen hatte, geschlossen habe, dass dieses aus zwei verschiedenen Elementen bestehen müsse. Diese nannte er ''Cassiopeium'' (Cp, nach dem Sternbild [[Kassiopeia (Sternbild)|Cassiopeia]], entspricht Lutetium) und ''Aldebaranium'' (Ab, nach dem Stern [[Aldebaran]], entspricht Ytterbium). Er konnte jedoch keine Reinstoffe gewinnen.<ref>C. Auer v. Welsbach: ''Die Zerlegung des Ytterbiums in seine Elemente.'' In: ''Monatshefte für Chemie.'' 29, 1908, S.&nbsp;181–225, [[doi:10.1007/BF01558944]].</ref><ref name="Enghag" />

Auch Charles James arbeitete an der Trennung von Ytterbium mit Hilfe von Ytterbium-Magnesiumnitrat-Salzen und erhielt 1907 größere Mengen der reinen Salze. Nachdem er von der Entdeckung Urbains erfahren hatte, verzichtete er jedoch auf eventuelle Ansprüche auf die Entdeckung des neuen Elements.<ref name="Enghag" />

In der folgenden Zeit kam es zwischen Urbain und Welsbach zu einigen – durch die politischen Gegensätze zwischen [[Frankreich]] und [[Österreich-Ungarn]] verstärkten – Auseinandersetzungen um die Anerkennung als rechtmäßiger Entdecker des neuen Elements und damit auch um das Recht, den Namen des Elements festzulegen.<ref>G. Urbain: ''Lutetium und Neoytterbium oder Cassiopeium und Aldebaranium.'' In: ''Monatshefte für Chemie.'' 31, 1910, S.&nbsp;I–VI, [[doi:10.1007/BF01530262]].</ref> Der internationale Atomgewichts-Ausschuss, bestehend aus [[Frank Wigglesworth Clarke]], [[Wilhelm Ostwald]], [[Thomas Edward Thorpe]] und Georges Urbain, entschied sich 1909 schließlich für Urbain und seine Elementnamen. Allerdings wurde der Name Neo-ytterbium zu Ytterbium geändert.<ref>F. W. Clarke, W. Ostwald, T. E. Thorpe, G. Urbain: ''Bericht des Internationalen Atomgewichts-Ausschusses für 1909.'' In: ''Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft.'' 42, 1909, S.&nbsp;11–17, [[doi:10.1002/cber.19090420104]].</ref> Endgültig wurde der Name Lutetium für das Element 1949 von der [[IUPAC]] festgelegt.<ref>W. H. Koppenol: ''Naming of new elements (IUPAC Recommendations 2002).'' In: ''[[Pure and Applied Chemistry]].'' 74, 2002, S.&nbsp;787–791, [[doi:10.1351/pac200274050787]].</ref> Bis dahin hatten vor allem viele deutsche Chemiker an der Bezeichnung Cassiopeium festgehalten.<ref name="Emsley">John Emsley: ''Nature's building blocks: an A-Z guide to the elements.'' Oxford University Press, 2001, ISBN 0-19-850341-5, S.&nbsp;240–242 ({{Google Buch |BuchID=Yhi5X7OwuGkC |Seite=240}}).</ref>

Das exakte Atomgewicht wurde 1911 von [[Theodore William Richards]] anhand [[Lutetium(III)-bromid]] bestimmt, das in 15.000 [[Fraktionierte Kristallisation (Chemie)|fraktionierten Kristallisationen]] gereinigt wurde.<ref name="Enghag" /> Metallisches Lutetium wurde erstmals 1953 hergestellt.<ref name="Emsley" />

== Vorkommen ==
[[Datei:Xenotim mineralogisches museum bonn.jpg|mini|links|Xenotim]]
Lutetium ist auf der Erde ein seltenes Element, seine [[Liste der Häufigkeiten chemischer Elemente|Häufigkeit]] in der [[Kontinentale Erdkruste|kontinentalen Erdkruste]] beträgt etwa 0,8&nbsp;[[Parts per million|ppm]].<ref name="CRC">{{CRC Handbook |Auflage=90 |Titel=Geophysics, Astronomy, and Acoustics; Abundance of Elements in the Earth's Crust and in the Sea |Kapitel=14 |Startseite=18 |Endseite= }}</ref> Es ist das seltenste Lanthanoid nach dem instabilen [[Promethium]] und [[Thulium]], aber häufiger als Elemente wie [[Silber]] (0,079&nbsp;ppm), [[Quecksilber]] oder [[Bismut]].

Es sind keine Lutetiumminerale bekannt, das Element kommt immer als Beimengung in anderen Seltenerd-Mineralen, vor allem solchen des [[Yttrium]]s und der schwereren Lanthanoide, wie [[Xenotim]] oder [[Gadolinit]], vor. So enthält Xenotim aus [[Malaysia]] neben Yttrium, [[Dysprosium]], [[Erbium]] und [[Ytterbium]] auch 0,4 % Lutetium. [[Bastnäsit]] als Mineral der leichteren Ceriterden enthält dagegen nur Spuren des Elements, [[Monazit]] bis zu 0,1 %.<ref name="Ullmann">Ian McGill: ''Rear Earth Elements.'' In: ''[[Ullmanns Enzyklopädie der Technischen Chemie|Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry]].'' Wiley-VCH, Weinheim 2005, [[doi:10.1002/14356007.a22_607]].</ref>

Wichtige Quellen für Lutetium sind die Xenotimvorkommen in Malaysia (dort als Begleitmineral von [[Kassiterit]]), sowie ionenadsorbierende [[Laterit|lateritische]] [[Tonminerale]] in den [[Volksrepublik China|südchinesischen]] Provinzen [[Jiangxi]] und [[Guangdong]]. Aufgrund der schwierigen Gewinnung wird es nur in geringen Mengen hergestellt und eingesetzt und besitzt einen hohen Preis. Aufgrund der geringen Nachfrage wird die Versorgung mit Lutetium nicht als kritisch angesehen.<ref>Harald Elsner: ''Kritische Versorgungslage mit schweren Seltenen Erden – Entwicklung „Grüner Technologien“ gefährdet?'' In: ''Commodity Top News.'' Nr. 36, 2011, [http://www.bgr.bund.de/DE/Gemeinsames/Produkte/Downloads/Commodity_Top_News/Rohstoffwirtschaft/36_kritische-versorgungslage.pdf?__blob=publicationFile&v=4 (pdf)]</ref><ref>Gordon B. Haxel, James B. Hedrick, Greta J. Orris: ''Rare Earth Elements—Critical Resources for High Technology.'' (= [[U.S. Geological Survey]] Fact Sheet 087-02, 2002). [http://pubs.usgs.gov/fs/2002/fs087-02/fs087-02.pdf (pdf)]</ref>

== Gewinnung und Darstellung ==
[[Datei:Lutetium sublimed dendritic and 1cm3 cube.jpg|mini|links|Lutetium, sublimiert, dendritisch, Reinheit des Metalls: 99,995 % (Würfel 1 cm<sup>3</sup>)]]
Die Gewinnung von Lutetium ist vor allem durch die schwierige Trennung der Lanthanoide kompliziert und langwierig. Die Ausgangsminerale wie Monazit oder Xenotim werden zunächst mit Säuren oder Laugen aufgeschlossen und in Lösung gebracht. Die Trennung des Lutetiums von den anderen Lanthanoiden ist dann durch verschiedene Methoden möglich, wobei die Trennung durch [[Ionenaustausch]] die technisch wichtigste Methode für Lutetium darstellt, sowie auch für andere seltene Lanthanoide. Dabei wird die Lösung mit den seltenen Erden auf ein geeignetes [[Harz (Material)|Harz]] aufgetragen, an das die einzelnen Lanthanoid-Ionen unterschiedlich stark binden. Anschließend werden sie in einer [[Trennsäule]] mit Hilfe von [[Komplexbildner]]n wie [[Ethylendiamintetraessigsäure|EDTA]], [[DTPA]] oder [[HEDTA]] vom Harz gelöst, durch die unterschiedlich starke Bindung an das Harz erzielt man somit die Trennung der einzelnen Lanthanoide.<ref name="Ullmann" /><ref>V. M. Gelis, E. A. Chuveleva, L. A. Firsova, E. A. Kozlitin, I. R. Barabanov: ''Optimization of Separation of Ytterbium and Lutetium by Displacement Complexing Chromatography.'' In: ''Russian Journal of Applied Chemistry.'' 78, 2005, S.&nbsp;1420–1426, [[doi:10.1007/s11167-005-0530-6]].</ref>

Eine Gewinnung von Lutetiummetall ist durch [[Reduktion (Chemie)|Reduktion]] von [[Lutetiumfluorid]] mit [[Calcium]] bei 1500 bis 1600&nbsp;°C möglich.<ref name="Ullmann" />

== Eigenschaften ==
=== Physikalische Eigenschaften ===
[[Datei:Hexagonal dichteste Kugelpackung.svg|mini|links|Kristallstruktur von Lutetium, a&nbsp;=&nbsp;351,6&nbsp;pm, c&nbsp;=&nbsp;557,3&nbsp;pm]]
Lutetium ist ein weiches, silberglänzendes Schwermetall. Die [[Lanthanoidenkontraktion]] bewirkt, dass Lutetium als das Lanthanoid mit der höchsten [[Ordnungszahl]] mit 175&nbsp;pm den kleinsten [[Atomradius]] besitzt. In der Folge besitzt es auch mit 9,84&nbsp;g/cm<sup>3</sup> die höchste Dichte und den höchsten Schmelz- (1652&nbsp;°C) und Siedepunkt (3330&nbsp;°C) aller Lanthanoide.

Unter [[Standardbedingungen]] kristallisiert Lutetium in einer [[Hexagonales Kristallsystem|hexagonal-dichtesten Kugelpackung]] mit den [[Gitterparameter]]n a&nbsp;=&nbsp;351,6&nbsp;[[Pikometer|pm]] und c&nbsp;=&nbsp;557,3&nbsp;pm. Neben dieser Struktur sind auch mehrere [[Hochdruckmodifikation]]en bekannt. Ab einem Druck von 32&nbsp;[[Pascal (Einheit)#Gigapascal|GPa]] kristallisiert Lutetium in einer Struktur vom [[Samarium]]-Typ, einer kompliziert aufgebauten, [[Trigonales Kristallsystem|trigonalen]] Kristallstruktur, mit den Gitterparametern a&nbsp;=&nbsp;317,6&nbsp;pm und c&nbsp;=&nbsp;2177&nbsp;pm. Beim [[Phasenübergang]] kommt es zu einem Volumenverlust von 1,6 %.<ref>L. Liu: ''Lutetium: High pressure polymorph and compression.'' In: ''[[Journal of Physics and Chemistry of Solids]].'' 36, 1975, S.&nbsp;31–35, [[doi:10.1016/0022-3697(75)90127-4]].</ref> Weitere Phasenübergänge gibt es bei einem Druck von 45&nbsp;GPa, ab dem eine doppelt-hexagonal-dichteste Struktur am stabilsten ist, und bei 88&nbsp;GPa mit einem Übergang zu einer verzerrten kubisch-dichtesten Struktur (''h''R24).<ref>Gary Chesnut, Yogesh Vohra: ''Phase transformation in lutetium metal at 88 GPa.'' In: ''Physical Review B.'' 57, 1998, S.&nbsp;10221–10223, [[doi:10.1103/PhysRevB.57.10221]].</ref>

Unterhalb von 0,1&nbsp;[[Kelvin|K]], bei einem Druck von 18&nbsp;GPa unterhalb von 1,2&nbsp;K, wird Lutetium zum [[Supraleiter]].<ref>Cristina Buzea, Kevin Robbie: ''Assembling the puzzle of superconducting elements: a review.'' In: ''Superconductor Science and Technology.'' 18, 2005, S.&nbsp;R1–R8, [[doi:10.1088/0953-2048/18/1/R01]].</ref>

Ein aktuelles Experiment zeigt, dass ein Stickstoff-dotiertes Lutetium-[[Hydride|Hydrid]] unter Druck von 10 kbar und einer Temperatur von bis zu 21 °C supraleitend wird.<ref name="lutetium_hydride" /> Diese Entdeckung ist noch nicht abschließend bestätigt worden.

=== Chemische Eigenschaften ===
Lutetium ist ein typisches unedles Metall, das, vor allem bei höheren Temperaturen, mit den meisten [[Nichtmetalle]]n reagiert. Mit [[Sauerstoff]] reagiert es bei Standardbedingungen an trockener Luft langsam, schneller bei Anwesenheit von Feuchtigkeit. Metallisches Lutetium ist wie andere unedle Metalle, vor allem bei großer Oberfläche, brennbar.<ref name="Sigma" /> Die Reaktion von Lutetium und [[Wasserstoff]] ist nicht vollständig, der Wasserstoff tritt stattdessen in die [[Oktaederlücke]]n der Metallstruktur ein, und es bilden sich nicht-[[Stöchiometrie|stöchiometrische]] [[Hydrid]]phasen aus, wobei die genaue Zusammensetzung von der Temperatur und dem Wasserstoffdruck abhängt.<ref name="HoWi1938">{{Holleman-Wiberg |Auflage=102 |Startseite=1938 |Endseite=1941}}</ref><ref name="Ullmann" />

In Wasser löst sich Lutetium nur langsam, in Säuren schneller unter Wasserstoffbildung. In Lösung liegen immer dreiwertige, farblose Lutetiumionen vor.<ref name="HoWi1938" />

== Isotope ==
Es sind insgesamt 34 [[Isotop]]e (<sup>150</sup>Lu bis <sup>184</sup>Lu) und 35 [[Kernisomer]]e des Lutetiums bekannt. Von diesen ist nur <sup>175</sup>Lu stabil, und <sup>176</sup>Lu ist mit einer [[Halbwertszeit]] von 3,8&nbsp;·&nbsp;10<sup>10</sup>&nbsp;Jahren das langlebigste. Diese beiden Isotope kommen natürlich vor, wobei <sup>175</sup>Lu mit einem Anteil von 97,41 % in der natürlichen Isotopenzusammensetzung überwiegt. Daher hat ein Gramm natürliches Lutetium eine geringe Eigenstrahlung von 51,8 [[Becquerel (Einheit)|Bq]]. Alle weiteren Isotope besitzen nur kurze Halbwertszeiten, mit einem Maximum von 3,31 Jahren bei <sup>174</sup>Lu.<ref name="nubase">G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, A. H. Wapstra: ''The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties.'' In: ''Nuclear Physics.'' Band A 729, 2003, S.&nbsp;3–128. [[doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001]]. ([http://amdc.in2p3.fr/nubase/nubase2003/Nubase2003.pdf PDF]; 1,0&nbsp;MB).</ref>

Der langsame Zerfall von <sup>176</sup>Lu zu <sup>176</sup>Hf kann zur [[Geochronologie|Altersbestimmung]] sehr alter [[Gestein]]e verwendet werden. Dabei werden die unterschiedlichen Verhältnisse der Isotope <sup>176</sup>Hf und <sup>177</sup>Hf bestimmt, und mit dem Verhältnis in Gesteinen bekannten Alters verglichen.<ref>Attila Vértes, Sándor Nagy, Zoltán Klencsár: ''Handbook of Nuclear Chemistry.'' Band 2, Springer, 2003, ISBN 1-4020-1305-1, S.&nbsp;169–170 ({{Google Buch |BuchID=8F--jAdDGywC |Seite=169}}).</ref> Mit dieser Methode gelang eine Altersbestimmung des ältesten bekannten [[Marsmeteorit]]en [[ALH84001]] auf 4,091 Milliarden Jahre.<ref>T. J. Lapen, M. Righter, A. D. Brandon, V. Debaille, B. L. Beard, J. T. Shafer, A. H. Peslier: ''A Younger Age for ALH84001 and Its Geochemical Link to Shergottite Sources in Mars.'' In: ''Science.'' 328, 2010, S.&nbsp;347–351, [[doi:10.1126/science.1185395]].</ref>

== Verwendung ==
Als Legierung ist das Element wie die anderen Lanthanoide Bestandteil von [[Mischmetall]].<ref name="Römpp">{{RömppOnline |ID=RD-12-01809 |Name=Lutetium |Abruf=2012-02-01}}</ref>

In Verbindungen kann Lutetium als [[Katalysator]] für das [[Cracken]] von Erdöl und für [[Polymerisation]]sreaktionen,<ref name="Enghag" /> in Form von [[Lutetiumoxyorthosilicat]] als [[Szintillator]]material in der [[Positronen-Emissions-Tomographie]]<ref name="Saha">Gopal B. Saha: ''Physics and radiobiology of nuclear medicine.'' 3. Auflage. Springer, 2006, ISBN 0-387-30754-0, S.&nbsp;84 ({{Google Buch |BuchID=5ozvy5X35D8C |Seite=84}}).</ref> oder als [[Dotierung]]smittel für [[Magnetblasenspeicher]] aus [[Gadolinium-Gallium-Granat]] genutzt werden.<ref>J. W. Nielsen, S. L. Blank, D. H. Smith, G. P. Vella-Coleiro, F. B. Hagedorn, R. L. Barns, W. A. Biolsi: ''Three garnet compositions for bubble domain memories.'' In: ''Journal of Electronic Materials.'' 3, 1974, S.&nbsp;693–707, [[doi:10.1007/BF02655293]].</ref> 

Das [[Radionuklid]] <sup>177</sup>Lu wird – [[Komplexchemie|komplexiert]] mit Liganden wie [[DOTA]] – als kurzreichweitiger [[Betastrahlung|Betastrahler]] in der Therapie gegen [[Neuroendokriner Tumor|neuroendokrine Tumoren]] und [[Prostatakrebs]] verwendet.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.dkfz.de/de/presse/pressemitteilungen/2022/dkfz-pm-22-21-FDA-Zulassung-fuer-Therapeutikum-gegen-metastasierten-Prostatakrebs.php |titel=FDA-Zulassung für Therapeutikum gegen metastasierten Prostatakrebs (Lu-177) |werk=Deutsches Krebsforschungszentrum |datum=2021-04-01 |sprache=de |abruf=2023-05-07}}</ref><ref>Magdy M. Khalil: ''Basic Sciences of Nuclear Medicine.'' Springer, 2010, ISBN 978-3-540-85961-1, S.&nbsp;37 ({{Google Buch |BuchID=GrYH6zb7xzkC |Seite=37}}).</ref>

== Biologische Bedeutung und Toxizität ==
Lutetium besitzt keine biologische Bedeutung und ist nur in äußerst geringen Mengen im menschlichen Körper enthalten.<ref name="Emsley" /> Es wurde bei Versuchen an [[Ratten]] festgestellt, dass aufgenommenes Lutetium vor allem in der [[Leber]], in geringeren Mengen auch in [[Knochen]] und [[Milz]] gespeichert wird.<ref>Artur Palasz, Piotr Czekaj: ''Toxicological and cytophysiological aspects of lanthanides action.'' In: ''Acta Biochemica Polonica.'' 47, 2000, S.&nbsp;1107–1114 ([http://www.actabp.pl/pdf/4_2000/1107.pdf Volltext, pdf]).</ref>

Über toxische Effekte von Lutetium und seinen Verbindungen auf Lebewesen ist wenig bekannt. Bei Ratten wurde für [[Lutetiumchlorid]] eine akute Toxizität mit einem [[LD50|LD<sub>50</sub>-Wert]] von 315&nbsp;mg/kg bei [[intraperitoneal]]er Gabe und 7100&nbsp;mg/kg für [[Peroral|orale]] Gabe über jeweils sieben Tage bestimmt. Eine chronische Toxizität konnte nicht festgestellt werden.<ref>Thomas J. Haley, N. Komesu, M. Efros, L. Koste, H. C. Upham: ''Pharmacology and toxicology of lutetium chloride.'' In: ''[[Journal of Pharmaceutical Sciences]].'' 53, 1964, S.&nbsp;1186–1188, [[doi:10.1002/jps.2600531011]].</ref> Gelöste Lutetiumionen wirken toxisch für [[Bakterien]] wie ''[[Aliivibrio fischeri]]''. Lu<sup>3+</sup>-Ionen besitzen einen [[EC50|EC<sub>50</sub>-Wert]] von 1,57&nbsp;μM und sind damit in der Bakterientoxizität toxischer als [[Zink]]- oder [[Cadmium]]ionen und vergleichbar mit [[Kupfer]]ionen.<ref>Lennart Weltje, Lars R. C. W. Verhoof, Wilko Verweij, Timo Hamers: ''Lutetium Speciation and Toxicity in a Microbial Bioassay: Testing the Free-Ion Model for Lanthanides.'' In: ''Environmental Science & Technology.'' 38, 2004, S.&nbsp;6597–6604, [[doi:10.1021/es049916m]].</ref>

== Verbindungen ==
In Verbindungen kommt Lutetium stets in der [[Oxidationsstufe]] +3 vor.

=== Halogenide ===
Mit den Halogenen [[Fluor]], [[Chlor]], [[Brom]] und [[Iod]] bildet Lutetium jeweils ein Halogenid mit der [[Verhältnisformel]] LuX<sub>3</sub>. Es handelt sich dabei um typische Salze mit Schmelzpunkten zwischen 892&nbsp;°C ([[Lutetium(III)-chlorid]]) und 1184&nbsp;°C ([[Lutetium(III)-fluorid]]). Mit Ausnahme von Lutetiumfluorid, das in einer [[Terbium(III)-chlorid]]-Raumstruktur kristallisiert, bilden die Lutetiumhalogenide eine [[Aluminiumchlorid]]-Schichtstruktur.<ref name="HoWi1941">{{Holleman-Wiberg |Auflage=102 |Startseite=1941 |Endseite=1943}}</ref>

=== Metallorganische Verbindungen ===
Es sind eine Reihe von [[Metallorganische Chemie|metallorganischen]] Verbindungen bekannt. Verbindungen mit einer direkten Bindung zwischen Lutetium und Kohlenstoff sind nur in geringem Umfang bekannt, da es bei diesen wie bei vielen Übergangsmetallen leicht zu Folgereaktionen wie [[β-Hydrideliminierung]]en kommt. Sie sind daher mit sterisch anspruchsvollen [[Rest (Chemie)|Resten]] wie der [[Butylgruppe|''tert''-Butylgruppe]] oder einer größeren Zahl kleiner Reste wie in einem Hexamethyllutetat-Komplex [Lu(CH<sub>3</sub>)<sub>6</sub>]<sup>3+</sup> stabil. Die wichtigsten Liganden des Lutetiums sind [[Cyclopentadien]]yl (Cp) und dessen Derivate. Ein [[Sandwichkomplex]] des Lutetiums ist jedoch nicht bekannt, die wichtigsten Klassen sind solche mit den Formeln CpLuX<sub>2</sub>, Cp<sub>2</sub>LuX und Cp<sub>3</sub>Lu (X kann dabei ein Halogenid, Hydrid, Alkoxid oder weiteres sein). Bei drei Cyclopentadienyl-Liganden werden zwei Liganden [[Haptizität|η<sup>5</sup>]], einer η<sup>1</sup> als Brücke zu einem weiteren Lutetiumatom gebunden.<ref>[[Christoph Elschenbroich]]: ''Organometallchemie.'' 6. Auflage. Teubner, Wiesbaden 2008, ISBN 978-3-8351-0167-8, S.&nbsp;573–583.</ref>

=== Weitere Verbindungen ===
Mit Sauerstoff reagiert Lutetium zu [[Lutetium(III)-oxid]], Lu<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, das wie die anderen dreiwertigen Oxide der schwereren Lanthanoide in der kubischen Lanthanoid-C-Struktur kristallisiert.<ref name="HoWi1941" />

Die technisch wichtigste Lutetiumverbindung ist [[Lutetiumoxyorthosilicat]]. Diese ist, mit [[Cer]] dotiert, ein [[Szintillator]] und wird in [[Szintillationszähler]]n in der [[Positronen-Emissions-Tomographie]] eingesetzt. Aufgrund der sehr kurzen Abklingzeit von 40&nbsp;ns hat es dort andere Materialien wie [[Bismutgermanat]] teilweise verdrängt.<ref name="Saha" />

[[Lutetium-Aluminium-Granat]] (LuAG), beispielsweise mit [[Europium]] dotiert, wird unter anderem in [[Infrarot]]-[[Laser]]n<ref>L. Yi-kun, J. Dan-yu, S. Jian-lin: ''Transparent lutetium aluminum garnet sintered from carbonate coprecipitated powders.'' In: ''Materials Letters.'' Band 59, Nummer 28, Dezember 2005, S.&nbsp;3724–3727, [[doi:10.1016/j.matlet.2005.07.006]].</ref> und als [[Leuchtstoff]] in [[Leuchtdiode#Weiße LED|weißen Leuchtdioden]] und [[Feldemissionsbildschirm]]en verwendet.<ref>D. Uhlicha, P. Huppertzb u. a.: ''Preparation and characterization of nanoscale lutetium aluminium garnet (LuAG) powders doped by Eu3+.'' In: ''Optical Materials.'' Band 29, Nummer 11, Juli 2007, S.&nbsp;1505–1509, [[doi:10.1016/j.optmat.2006.07.013]].</ref>

Eine Übersicht über Lutetiumverbindungen bietet die [[:Kategorie:Lutetiumverbindung]].

== Literatur ==
* {{Literatur
   |Autor=Ian McGill
   |Titel=Rare Earth Elements
   |Sammelwerk=[[Ullmanns Enzyklopädie der Technischen Chemie|Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry]]
   |Verlag=Wiley-VCH
   |Ort=Weinheim
   |Datum=2005
   |DOI=10.1002/14356007.a22_607}}

== Weblinks ==
{{Wiktionary}}
{{Commonscat}}
* {{RömppOnline |ID=RD-12-01809 |Name=Lutetium |Abruf=2012-02-01}}

== Einzelnachweise ==
<references>
<ref name="lutetium_hydride">
{{Literatur
 |Autor=Dasenbrock-Gammon, N., Snider, E., McBride, R. et al.
 |Hrsg=
 |Titel=Evidence of near-ambient superconductivity in a N-doped lutetium hydride
 |Sammelwerk=[[Nature]]
 |Band=615
 |Datum=2023-03-08
 |Seiten=244–250
 |DOI=10.1038/s41586-023-05742-0}}
</ref>
</references>

{{Navigationsleiste Periodensystem}}

{{Exzellent|3. März 2012|99976269}}

{{Normdaten|TYP=s|GND=4168341-9|LCCN=sh85078994}}

[[Kategorie:Hexagonales Kristallsystem]]