Els empèdocles moderns – Georges Urbain (1906) i l’element 71 (Lu) – luteci (nilseptuni, Nsu)

Id est oppidum Parisiorum, positum in insula fluminis Sequanae”. Així ens introdueix Juli Cèsar a “Lutetia”, la ciutat dels parisis, situada en una illa del riu Sena (De Bello Gallico, VII, LVII). El text continua fins relatar-nos la batalla de Lutècia (any 52 a.e.c.) que confronta les tropes gal•les de Camulogè amb les forces romanes de T. Labienus. La victòria romana precipitarà la formació d’una coalició gal•la més àmplia, amb Vercingetòrix com a “imperator”. Aquesta “unificació” segellarà en darrer terme la conquesta de les Gàl•lies per Cèsar, base indispensable per transformar la República Romana en Imperi. Però tornem a Lutècia. Estrabó l’anomena Λoυκoτοκία i Ptolomeu la refereix com a Λευκοτεκία. La forma Lucotècia devia ser derivada i, al seu torn, Lutècia podria derivar del radical “lut-”, que voldria dir marjal (com el gaèlic loth o el llatí lutum). Aquesta etimologia es compartida per altres topònims, i potser això explica que darrera de “Lutetia” calgués sistemàticament afegir “oppidum Parisiorum”. En efecte, els parisis (que forniren un contingent de 8.000 guerres a Vercingetòrix) tenien en Lutècia el seu principal emplaçament. La força dels parisis era el control del riu Sena, en una de les illes de les quals es trobava precisament Lutècia. Sota la dominació romana, Lutetia (alternativament, Lutecia) va arribar als 5.000-6.000 habitants, una xifra modesta si la comparem amb l’autèntica capital de les Gàl•lies, Lugdunum, de 50.000-80.000 habitants. Com en l’època celta, Lutècia era un node rellevant en la ruta fluvial de la Sequana (Sena). És probable que ja en el segle IV e.c., la vila fos coneguda ja predominantment com a París, per bé que el topònim oficial de Lutetia quedaria cristal•litzat en les cròniques. El trànsit de la Gàl•lia a la França fou el que elevà París a aquest rol de “Nea Roma” que de vegades s’ha pres massa seriosament. En el 508 e.c., Clovis, rex Francorum, establí la seva residència en les antigues termes de Lutècia. Però la capitalitat francesa de París ha estat tan plena de vicissituds en aquests quinze segles com la mateixa noció de “França”. Els reis merovingis en van tindre cura (l’antiga catedral de Saint-Étienne en fou testimoni), però els carolingis se’n despreocuparen. Els Capets foren comtes de París, títol que encara serva el cap del Casal d’Orléans. Tot i amb tot, les coronacions de l’Antic Règim es feren, des del 816 al 1825, a la Catedral de Reims. Crucial fou el desenvolupament de París en el segle XII, centre comercial (blat, peix, drap), que esperonà la formació de la “universitas magistrorum et scholarium Parisiensis” que faria de la ciutat la capital teològica de la Cristiandat llatina. No serà fins a la consolidació de la monarquia autoritària, més centralitzada, sobretot a partir de Francesc I (que fixa la residència oficial a París en el 1528), que s’assenyala la capitalitat d’un estat com va més centralitzat. París, a desgrat d’algunes formulacions republicanes, serà quelcom més que “un departament més” de la “Nació”. Centre revolucionari per excel•lència, “City of Lights” (ville lumière) des dels anys 1830, del 18 de març al 28 de maig del 1871, la Commune de Paris esdevindrà la primera experiència d’autogestió proletària. Hem vist en aquesta sèrie com París, i no tan sols a través de Lavoisier, fou crucial en el desenvolupament de la química moderna. “We’ll always have Paris”, li deia Rick a Ilsa a Casablanca. I nosaltres arribem així al nombre 71 del nostre periple.

L’antiga Lutetia (Lutèce) s’erigia a l’Île de la Cité. El nom de París l’adquirí de “Parisiis”, datiu local plural de “Parisius”, individu del poble gal de la contrada. París, oficialment, és alhora una comuna i un departament de la República Francesa, amb 105,4 km2 de superfície i 2.241.346 persones, repartides en 20 arrondissements, i dels quals poc més d’un miler tenen la residència oficial a la citada illa. París, juntament amb els set departaments que l’envolten (Essonne, Hauts-de-Seine, Seine-Saint Denis, Seine-et-Marne, Val-de-Marne, Val-d’Oise, Yvelines) constitueix la regió de l’Île-de-France, o Regió Parisina, de 12.012 km2 i més de 12 milions d’habitants. L’anomenada “Aire urbaine de Paris” engloba la pràctica totalitat de l’Île-de-France, i encara arrossega una part de comunes de les regions limítrofes de Bourgogne, Centre, Champagne-Ardenne, Haute-Normandie i Picardie, fins a arribar 17.175 km2, amb un total de 1798 comunes. París és considerada una ciutat global, només depassada per Londres, la Ciutat de Nova York i Hong Kong.

Georges Urbain i la descoberta del luteci

Georges Urbain

Georges Urbain va nàixer a París el 12 d’abril del 1872. Es formà a l’École supérieure de physique et de chimie industrielles (ESPCI) de la ville de Paris, dins de la novena promoció d’aquest centre (fundat el 1882), esdevenint enginyer diplomat. Continuà després estudis de química, i es doctorà en el 1899 amb una tesi sobre les terres rares.

Poc després entrà a treballar en la Compagnie Générale de l’Électricité. Retornat a l’ESPCI, esdevingué responsable de recerca en electroquímica, sota la direcció de Pierre Curie (1859-1906). En el 1906 passà al laboratori de Jean Perrin.

Urbain havia mantingut el seu interès sobre la recerca de les terres rares. En el 1905, havia perfeccionat el mètode de purificació de nitrats de terres rares mitjançant cristal•lització diferencial. Gràcies a això, va poder aconseguir alguns compostos d’elements de terres rares amb un grau de puresa elevat. Per exemple, va aconseguir 50 grams de nitrat d’iterbi, amb un nivell molt baix d’impureses (d’altres compostos de terres rares, particularment d’itri, erbi i tuli). Aquesta major puresa havia de servir per caracteritzar millor les propietats físiques i químiques de l’iterbi i d’altres lantànids. En valorar el pes atòmic, però, Urbain detectà unes discrepàncies que podien ser explicades si l’iterbi, tal com l’havien definit Jean Charles Galissard de Marignac i Lars Fredrik Nilson en el 1878-1879, era en realitat una barreja de dos elements. El gros d’aquestes recerques el va fer en el 1907 (fins a 15.000 cicles de cristal•lització fraccionada), i va donar lloc a un article a Comptes Rendus, comunicat el 4 de novembre, amb el títol de “Un nouvel element: le lutécium, resultant du dédoublement de l’ytterbium de Marignac”. Urbain proposava, efectiva, desdoblar l’iterbi (Yb) en dos elements químics reals: el neoiterbi (neoytterbium, Ny) i el luteci (lutecium, Lu). No cal dir que aquest segon nom homenatjava la ciutat de la llum.

Carl Auer

Carl Auer von Welsbach (1858-1929) havia arribat a unes conclusions similars. L’iterbi no era un veritable element químic, sinó la barreja de dos. Per a denominar-los, proposà una terminologia astronòmica: l’aldebarani (aldebaranium, Ad) i el cassiopeiï (cassiopeium, Cp). Si el primer homenatjava l’estel α Tauri (= 87 Tauri), el segon ho feia a la famosa constel•lació de la reina d’Etiòpia reclinada en forma de M.

Encara un tercer autor, Charles James (1880-1928) arribava també a les mateixes conclusions, aparentment de manera paral•lela.

Urbain, Auer i James havien tret profit de millores en el coneixement teòric de les terres rares i en la tecnologia de separació per cristal•lització fraccional. Esclatà, però, una dura polèmica sobre la prioritat entre els dos primers investigadors, amb agres acusacions mútues de plagi. Urbain defensà el seu punt de mira en un article titulat “Lutetium und Neoytterbium oder Cassiopeium und Aldebaranium”. La qüestió de la prioritat era la que havia de decidir la terminologia. I, naturalment, el fet que un dels dos elements dugués el nom de la capital francesa, desencadenà una mena de pugna nacional entre francesos i alemanys (entre llatins i germànics).

No hi havia cap autoritat centralitzada per resoldre el conflicte. Però el criteri de la “Comissió sobre la Massa Atòmica”, pronunciat en el 1909, fou crucial. Ara bé, Urbain era membre d’aquesta comissió de tres persones. La Comissió resolgué que els dos elements havien de denominar-se iterbi (és a dir, mantenir el nom d’ytterbium i el símbol Yb, bo i esmentant la proposta d’Urbain) i luteci (és a dir, acceptant la denominació d’Urbain i el símbol Lu). En el món germànic hom acceptà oblidar el nom d’aldebarani i retindre el d’iterbi. Però costà més de pair la qüestió del “luteci”. Hom acceptà amb el temps el símbol Lu, però en molts textos es retenia el nom de “cassiopeium”.

Per tal d’estudiar el luteci, Urbain va processar mostres de gadolinita i d’altres minerals de terres rares. Les purificacions el van fer pensar en la presència d’un element addicional, associat al luteci i a l’escandi. En el 1911, a les pàgines de Comptes Rendus, proposava designar aquest element amb el nom de celti (celtium, nou homenatge nacional) i el símbol Ct.

Paral•lelament a Urbain, Vladimir Vernadsky descrigué un element químic en l’ortita aparentment coincident amb el celti. Però aquesta vegada no hi hagué pugna terminològica. Senzillament, el celti no fou acceptat més que com a element químic hipotètic.

En el 1914, Henry Moseley, gràcies als seus estudis d’espectrometria de raigs X, proposava un concepte material de “nombre atòmic”. A cada element químic li corresponia un nombre natural, que explicava el seu ordenament en la taula periòdica. Moseley postulà que eren encara per descobrir, si més no, sis elements químics: l’element 43, l’element 61, l’element 72, l’element 75, l’element 85 i l’element 87. El luteci fou acceptat com a element 71. I hom pensà que l’hipotètic celti era l’element 72. Tots dos eren considerats “elements de terres rares”.

Urbain havia estat nombrat professor de química de minerals a la Facultat de Ciències de la Universitat de París en el 1908. En els anys següents treballà en la teoria d’enllaços químics, i en aspectes de complexos químics, però era conegut sobretot per la feina en química mineralògica. En el 1922, reprengué la identificació del celti amb l’element 72. Aquesta reivindicació li fou contestada, entre d’altres, per Niels Bohr i Charles R. Bury, que sostenien que l’element 72 no podia ser un element de terra rara, sinó un metall de transició, amb propietats similars al titani i al zirconi. Dirk Coster i Georg von Hevesy, a Copenhagen, treballaren amb aquesta idea, bo i explorant minerals de zirconi. Finalment hi trobaren l’element 72, i foren ells qui el batejaren amb el nom de hafni (ciutat per ciutat).

Urbain, professor de química general, assumí la direcció de l’École national supérieure de chimie de Paris el 1928, així com la de l’Institut Rockefeller de physico-chimie biològiques à Paris. En el 1935 obtingué gadolini metàl•lic de gran puresa. Es va morir a París el 5 de novembre del 1938, públicament reconegut com el descobridor del luteci.

La polèmica sobre la descoberta del luteci continuava oberta. Charles James havia aconseguit possiblement les quantitats més elevades de luteci de puresa acceptable. La revisió de les dades i de les mostres d’Urbain i d’Auer indiquen dues coses. La primera, que Urbain en el 1907 havia denominat com a “luteci” unes mostres de terres rares relativament pobres en “l’element 71”; en canvi, allò que ell havia denominat “celti” en el 1911 era “l’element 71” de gran puresa. La segona, que Auer sí havia arribat a purificar “l’element 71” sota el nom de cassiopeiï. Aquestes observacions convidaven a promoure el nom de “cassiopeium” o “cassiopium”, i fins i tot a demanar que el símbol Cp desplacés a Lu.

En el 1949, la IUPAC tan sols acceptà una esmena a Urbain. Redenominar l’element 71 com a “lutetium” i no pas “lutecium”, ja que la primera forma era la més propera al nom llatí (Lutetia), mentre que Urbain havia tingut en ment la forma francesa (Lutèce). En francès, hom ha retingut de totes maneres el nom “Lutécium”, i amb les adaptacions corresponents és així com apareix en les altres llengües romàniques. Fins els anys 1950, en algunes publicacions alemanyes encara apareixia el nom “cassiopium” (simbolitzat, no obstant, com a Lu), però de llavors ençà s’ha generalitzat “Lutetium”. Les altres llengües, per norma general, fan l’adaptació des de “lutetium”, per bé que n’hi ha excepcions (en esperanto, “lutecio”).

En el 1953, hom va aconseguir luteci metàl•lic en estat prou pur per primera vegada.

Les aplicacions del luteci han estat sempre limitades. En els anys 1970 hom assajà l’ús de luteci com a dopant en granats magnètics per a memòries electròniques de bombolla (p.ex. Nielsen et al., 1974), com ara en el granat de gadolini gal•li. Les tecnologies de memòria flaix, però, acabaren per arraconar els dispositius de memòria de bombolla.

El luteci: isòtops i abundància

La massa atòmica estàndard del luteci és de 174,9668 uma, que correspon a la mitjana ponderada dels seus dos isòtops naturals, 175Lu i 176Lu. El llistat complet d’isòtops coneguts fa:
– luteci-150 (150Lu; 149,97323 uma). Nucli format per 71 protons i 79 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,043 s. Decau majoritàriament (80%) a iterbi-149 (amb emissió d’un protó) o, alternativament (20%), a iterbi-150 (amb emissió d’un positró). Posseeix un estat metastable (150mLu) a 34 keV, que té una semivida de 8•10-5 s, i que decau a iterbi-149 (amb emissió d’un protó).
– luteci-151 (151Lu). Nucli format per 71 protons i 80 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,0806 s. Decau majoritàriament (63,4%) a iterbi-150 (amb emissió d’un protó) o, alternativament (36,6%), a iterbi-151 (amb emissió d’un positró). Posseeix un estat metastable (151mLu) a 77 keV, que té una semivida de 1,6•10-5 s, i que decau a iterbi-150, amb emissió d’un protó.
– luteci-152 (152Lu; 151,96412 uma). Nucli format per 71 protons i 81 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,65 s. Decau majoritàriament (85%) a iterbi-152 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (15%), a tuli-151 (amb emissió d’un protó i d’un positró).
– luteci-153 (153Lu; 152,95877 uma). Nucli format per 71 protons i 82 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,9 s. Decau majoritàriament (70%) a tuli-149 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (30%), a iterbi-153 (amb emissió d’un positró). Posseeix tres estats metastables, un a 80 keV (153m1Lu; que té una semivida de 1 s, i que decau a l’estat basal), un altre a 2502,5 keV (153m2Lu; que té una semivida de 10-7 s; i que decau a l’estat basal) i un tercer a 2632,9 keV (153m3Lu; que té una semivida de 1,5•10-5 s; i que decau a 153m2Yb).
– luteci-154 (154Lu; 153,95752 uma). Nucli format per 71 protons i 83 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida d’1 s. Decau a iterbi-154, amb emissió d’un positró. Posseeix dos estats metastables, un a 58 keV (154m1Lu; que té una semivida de 1,12 s) i un altre a més de 2562 keV (154m2Lu; que té una semivida de 3,5•10-5 s).
– luteci-155 (155Lu; 154,954316 uma). Nucli format per 71 protons i 84 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,0686 s. Decau majoritàriament (76%) a tuli-151 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (24%), a iterbi-155 (amb emissió d’un positró). Posseeix dos estats metastables, un a 20 keV (155m1Lu; que té una semivida de 0,138 s; i que decau bé a tuli-151 (88%) o a iterbi-155 (12%)) i un altre a 1781,0 keV (155m2Lu; que té una semivida de 0,0027 s).
– luteci-156 (156Lu; 155,95303 uma). Nucli format per 71 protons i 85 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,494 s. Decau majoritàriament (95%) a tuli-152 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (5%), a iterbi-156 (amb emissió d’un positró). Posseeix un estat metastable (156mLu) a 220 keV, que té una semivida de 0,198 s, i que decau bé a tuli-152 (94%) o a iterbi-156 (6%).
– luteci-157 (157Lu; 156,950098 uma). Nucli format per 71 protons i 86 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 6,8 s. Decau a iterbi-157 (amb emissió d’un positró) o a tuli-153 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Posseeix un estat metastable (157mLu) a 21,0 keV, que té una semivida de 4,79 s, i que decau bé a iterbi-157 (94%) o a tuli-153 (6%).
– luteci-158 (158Lu; 157,949313 uma). Nucli format per 71 protons i 87 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 10,6 s. Decau normalment (99,09%) a iterbi-158 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (0,91%) a tuli-154 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– luteci-159 (159Lu; 158,94663 uma). Nucli format per 71 protons i 88 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 12,1 s. Decau normalment (99,96%) a iterbi-159 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (0,04%), a tuli-155 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Posseeix un estat metastable (159mLu) a 100 keV, que té una semivida de 10 s.
– luteci-160 (160Lu; 159,94603 uma). Nucli format per 71 protons i 89 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 36,1 s. Decau normalment a iterbi-160 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (0,0001%) a tuli-156 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Posseeix un estat metastable (160mLu) que té una semivida de 40 s.
– luteci-161 (161Lu; 160,94357 uma). Nucli format per 71 protons i 90 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 77 s. Decau a iterbi-161, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (161mLu) a 166 keV, que té una semivida de 0,0073 s, i que decau a l’estat basal.
– luteci-162 (162Lu; 161,94328 uma). Nucli format per 71 protons i 91 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 82,2 s. Decau a iterbi-162, amb emissió d’un positró. Posseeix dos estats metastables, un a 120 keV (162m1Lu, que té una semivida de 90 s, i que decau normalment a iterbi-162 i, rarament, a l’estat basal) i un altre a 300 keV (162m2Lu; que té una semivida de 110 s).
– luteci-163 (163Lu; 162,94118 uma). Nucli format per 71 protons i 92 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 238 s (4 minuts). Decau a iterbi-163, amb emissió d’un positró.
– luteci-164 (164Lu; 163,94134 uma). Nucli format per 71 protons i 93 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 188 s (3 minuts). Decau a iterbi-164, amb emissió d’un positró.
– luteci-165 (165Lu; 164,939407 uma). Nucli format per 71 protons i 94 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 644,4 s (11 minuts). Decau a iterbi-165, amb emissió d’un positró.
– luteci-166 (166Lu; 165,93986 uma). Nucli format per 71 protons i 95 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 159 s (3 minuts). Decau a iterbi-166, amb emissió d’un positró. Posseeix dos estats metastables, un a 34,37 keV (166m1Lu; que té una semivida de 84,6 s i que decau bé a l’estat basal (42%) o directament (58%; per captura electrònica) a iterbi-166) i un altre a 42,9 keV (166m2Lu; que té una semivida de 127 s).
– luteci-167 (167Lu; 166,93827 uma). Nucli format per 71 protons i 96 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3090 s (52 minuts). Decau a iterbi-167, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (167mLu), que té una semivida de poc més de 60 s.
– luteci-168 (168Lu; 167,93874 uma). Nucli format per 71 protons i 97 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 330 s (6 minuts). Decau a iterbi-168, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (168mLu) a 180 keV, que té una semivida de 400 s i que decau bé a l’estat basal (5%) o directament a iterbi-168 (95%).
– luteci-169 (169Lu; 168,9376751 uma). Nucli format per 71 protons i 98 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,226•105 s (34 hores). Decau a iterbi-169, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (169m2Lu) a 29,0 keV, que té una semivida de 160 s.
– luteci-170 (170Lu; 169,938475 uma). Nucli format per 71 protons i 99 neutrons. És un isòtop metastable, amb una semivida de 1,738•105 s (2 dies). Decau a iterbi-170, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (170mLu) a 92,91 keV, que té una semivida de 0,67 s, i que decau a l’estat basal.
– luteci-171 (171Lu; 170,9379131 uma). Nucli format per 71 protons i 100 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 7,12•105 s (8 dies). Decau a iterbi-171, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (171mLu) a 71,13 keV, que té una semivida de 79 s, i que decau a l’estat basal.
– luteci-172 (172Lu; 171,939086 uma). Nucli format per 71 protons i 101 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 5,79•105 s (7 dies). Decau a iterbi-172, amb emissió d’un positró. Posseeix quatre estats metastable, un a 41,86 keV (172m1Lu; que té una semivida de 220 s, i que decau a l’estat basal), un altre a 65,79 keV (172m2Lu; que té una semivida de 3,32•10-7 s), un tercer a 109,41 keV (172m3Lu; que té una semivida de 4,4•10-4 s) i un quart a 213,57 keV (172m4Lu; que té una semivida de 1,5•10-7 s).
– luteci-173 (173Lu; 172,9389306 uma). Nucli format per 71 protons i 102 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 4,32•107 s (1 any). Decau a iterbi-173, per captura electrònica. Posseeix un estat metastable (173mLu) a 123,672 keV, que té una semivida de 7,42•10-5 s.
– luteci-174 (174Lu; 173,9403375 uma). Nucli format per 71 protons i 103 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,04•108 s (3 anys). Decau a iterbi-174, amb emissió d’un positró. Posseeix tres estats metastables, un a 170,83 keV (174m1Lu; que té una semivida de 1,23•107 s, i que decau bé a a l’estat basal (99,38%) o directament a iterbi-174 (0,62%)), un altre a 240,818 keV (174m2Lu; que té una semivida de 3,95•10-7 s) i un tercer a 365,183 keV (174m3Lu; que té una semivida de 1,45•10-7 s).
– luteci-175 (175Lu; 174,9407718 uma). Nucli format per 71 protons i 104 neutrons. Teòricament, decauria a tuli-171, amb emissió d’un nucli d’heli-4-. Ho faria, però, amb una semivida tan llarga que, a efectes observacionals, és un isòtop estable. És l’isòtop majoritari, amb una freqüència de 97,41%. Posseeix dos estats metastable, un a 353,48 keV (175m2Lu; que té una semivida de 1,49•10-6 s) i un altre a 1392,2 keV (175m1Lu; que té una semivida de 9,84•10-6 s).
– luteci-176 (176Lu; 175,9426863 uma). Nucli format per 71 protons i 105 neutrons. Decau a hafni-176 (amb emissió d’un electró). Ho fa, però, amb una semivida tan llarga, de 1,21•1018 s (38,5 mil milions d’anys), que la Terra manté gairebé tota la dotació primordial. La freqüència és de 2,59%. És utilitzat en la tècnica de datació de luteci-hafni (p.ex. aplicada a meteorits). Posseeix un estat metastable (176mLu) a 122,855 keV, que té una semivida de 1,319•104 s, i que decau bé a iterbi-176 (0,095%; per captura electrònica) o fa hafni-176 (99,9%).
– luteci-177 (177Lu; 176,9437581 uma). Nucli format per 71 protons i 106 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 5,7434•105 s (7 dies). Decau a hafni-177, amb emissió d’un electró. Se l’obté sintèticament per a aplicacions mèdiques. Posseeix quatre estats metastables, un a 150,3967 keV (177m1Lu; que té una semivida de 1,3•10-7 s), un altre a 569,7068 keV (177m2Lu; que té una semivida de 1,55•10-4 s), un tercer a 970,175 keV (177m3Lu; que té una semivida de 1,3862•107 s; i que decau bé a l’estat basal (21,7%) bé directament (78,3%) a hafni-177) i un quart a 3900 keV (177m4Lu; que té una semivida de 400 s).
– luteci-178 (178Lu; 177,945955 uma). Nucli format per 71 protons i 107 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1700 s (28 minuts). Decau a hafni-178, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (178mLu) a 123,8 keV, que té una semivida de 1390 s i que decau a hafni-178.
– luteci-179 (179Lu; 178,947327 uma). Nucli format per 71 protons i 108 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,65•104 s (5 hores). Decau a hafni-179, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (179mLu), que té una semivida de 0,0031 s, i que decau a l’estat basal.
– luteci-180 (180Lu; 179,94988 uma). Nucli format per 71 protons i 109 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 340 s (6 minuts). Decau a hafni-180, amb emissió d’un electró. Posseeix dos estats metastable, un a 13,9 keV (180m1Lu; que té una semivida de 1 s, i que decau a l’estat basal) i un altre a 624 keV (180m2Lu; que té una semivida de poc més de 0,001 s).
– luteci-181 (181Lu; 180,95197 uma). Nucli format per 71 protons i 110 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 210 s (4 minuts). Decau a hafni-181, amb emissió d’un electró.
– luteci-182 (182Lu; 181,95504 uma). Nucli format per 71 protons i 111 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 120 s. Decau a hafni-182, amb emissió d’un electró.
– luteci-183 (183Lu; 182,95757 uma). Nucli format per 71 protons i 112 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 58 s. Decau a hafni-183, amb emissió d’un electró.
– luteci-184 (184Lu; 183,96091 uma). Nucli format per 71 protons i 113 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 20 s. Decau a hafni-184, amb emissió d’un electró.

L’àtom neutre de luteci conté 71 electrons, amb una configuració basal d’escorça de 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d16s2. Això el situa com a element del sisè període del grup 3 (el grup de l’escandi), dins del bloc d (metalls de transició). No obstant, com també l’escandi i l’itri, és comptat entre els “elements de terra rara”, criteri segons el qual seria el darrer dels lantànids. Entre els lantànids, faria part del “grup de l’itri” (lantànids pesants). D’acord amb aquesta duplicitat, en els dissenys d’algunes taules periòdiques apareix en el bloc f de lantànids i actínids; en altres dissenys, hom el col•loca sota la casella de l’itri, dins del bloc d. L’estat d’oxidació més habitual és +3 (cessió dels electrons de 5d i 6s), per bé que també el podem trobar amb +2, +1 i 0. El radi atòmic és de 1,74•10-10 m.

Peces de luteci sublimat-dendrític de 99,995% de puresa (respecte al total de metall de terra rara), juntament amb una peça cúbica refosa en arc d’argó (99,9%).

En condicions estàndards de pressió i de temperatura, el luteci es presenta com un sòlid metàl•lic, amb una densitat de 9841 kg•m-3. Entre els lantànids, seria el més dens i el més dur, però com hem dit aquestes i altres propietats encaixen millor amb considerar-lo entre els metalls de transició més pesants. L’al•lòtrop més estable en condicions estàndards segueix una estructura cristal•lina hexagonal estretament empacada.

En condicions estàndards de pressió, el luteci elemental fon a 1925 K (la temperatura més elevada entre els lantànids). El luteci líquid en el punt de fusió té una densitat de 9300 kg•m-3.

En condicions estàndards de pressió, el luteci element bull a 3675 K.

El luteci metàl•lic és lleugerament inestable en condicions estàndards. A 423 K, l’oxidació esdevé molt ràpida. La capacitat d’absorció de H2O i de CO2 per Lu2O3 pot ajudar a l’estabilitat del luteci metàl•lic en atmosferes tancades.

El luteci metàl•lic reaccionar amb l’aigua, més ràpidament com més elevada sigui la temperatura, donat lloc a Lu(OH)3. És també atacable per àcids, fins i tot diluïts. En solucions aquoses, els cations Lu3+ solen ser incolors, i apareixen coordinats en [Lu(H2O)8,2]3+.

La majoria de compostos de luteci són de luteci (III) i incolors. Podem citar:
– òxids: Lu2O3 (sòlid blanc, insoluble en aigua).
– hidròxid: Lu(OH)3 (sòlid blanc, insoluble en aigua).
– halurs: LuF3 (sòlid blanc; insoluble en aigua), LuCl3 (sòlid blanc), LuBr3 (sòlid blanc), LuI3 (sòlid).
– carbonat (sòlid blanc, insoluble en aigua).
– nitrat: Lu(NO3)3 (sòlid blanc, soluble en aigua).
– fosfat (sòlid blanc, insoluble en aigua).
– sulfat (sòlid blanc, soluble en aigua).
– acetat (sòlid blanc, soluble en aigua).
– oxalat (sòlid blanc, insoluble en aigua).

L’abundància atòmica del luteci en l’univers és condicionada pels processos de nucleosíntesi en supernoves, per les rutes de desintegració d’elements més pesants i per l’estabilitat dels seus isòtops. Com correspon a elements de Z senar, aquest darrer factor juga en contra de l’abundància del luteci, que és superat pels dos elements que el flanquegen en la taula periòdic, l’iterbi i el hafni. De fet, entre els elements més lleugers, el luteci tan sols supera en abundància atòmic el tecneci i el prometi. I és llarga la llista d’elements més pesants que en són més abundants: a banda del hafni, el tungstè, el reni, l’osmi, l’iridi, el platí, l’or, el mercuri, el tal•li, el plom, el bismut i el tori.

En el planeta Terra, l’abundància global del luteci és de 0,05 ppm en termes de massa (0,007 ppm en termes atòmics). Com a element litòfil, és més concentrat en l’escorça terrestre, on arriba a 0,5 ppm, en termes de massa. Tot i així, entre els elements de terres rares, és el menys abundant. En la monazita ((Ce,La,etc.)PO4) assoleix una concentració típica de 10 ppm.

La concentració de luteci en la hidrosfera depèn del context geològic, però és molt limitada degut a la insolubilitat d’alguns dels seus compostos (òxid, fosfat). En l’oceà, la concentració típica és de 150 ng•m-3.

En l’atmosfera, el luteci amb prou feines és present en forma de traça.

El luteci no és bioelement per cap organisme. És present en la biosfera, però, de forma passiva. En el cos humà tendeix a concentrar-se en els ossos i, en menor mesura, en fetge i ronyons. Però les quantitats globalment són negligibles, i hi és de fet el lantànid menys abundant (excepció feta del prometi). La ingesta normal de luteci no deu depassar d’uns pocs micrograms anuals, gairebé tota procedent d’aliments vegetals.

Les sals insolubles de luteci, generalment, no són tòxiques, però sí ho són les solubles. El LuF3 és irritant per via tòpica i perillós per inhalació. La pols de Lu2O3 és tòxica per inhalació i ingesta. El nitrat de luteci és perillós sobretot pel fet que, si s’escalfa, pot fer una ignició explosiva.

Aplicacions del luteci

La producció mundial d’òxid de luteci és de l’ordre de 10 tones anuals, sobretot procedents de Xina i, en menor grau, d’altres països asiàtics, d’Austràlia i de les Amèriques.

Les fonts minerals (monazita) emprades són esmicolades (quan no es tracta directament d’argiles) i exposades a àcid sulfúric concentrat calent. S’hi formen sulfats solubles, alhora que precipita l’hidròxid de tori. La solució es tractada amb oxalat d’amoni, generant-hi oxalats insolubles que, per anellament, són convertits a òxids. Els òxids són dissolts en àcid nítric, amb la precipitació consegüent de la cèria. El luteci es pot separar per cristal•lització fraccional amb nitrat d’amoni. El més habitual, però, és l’extracció per bescanvi iònic, amb ús de resines amb d’ions H+, NH4+ o Cu2+, i d’agents acomplexadors específics per a les sals de luteci.

A partir de LuCl3 i LuF3 s’obté luteci metàl•lic per reducció amb un metall alcalí o alcalino-terri (com ara, el calci).

La dificultat d’aquestes passes fa que el luteci metàl•lic pur sigui considerablement car en comparació amb altres lantàndis, amb un preu de 10.000 $/kg. Aquest cost ha desencoratjat les aplicacions comercials de luteci.

Entre les aplicacions de relativa rellevància quantitativa podem esmentar:
– l’ús com a catalitzador del luteci estable en refineries en el craqueig del petroli.
– l’ús en la indústria química com a catalitzador en reaccions d’alquilació, hidrogenació o polimerització.

L’òxid de luteci (lutècia) és utilitzat com a additiu en la confecció de vidre especialitzat.

L’oxiortosilicat de luteci (LSO) dopat amb ceri és emprat en detectors de tomografia d’emissions de positrons (PET). Compostos de luteci són emprats com a fòsfors en díodes d’emissió de llum (LED).

Altres compostos de luteci tenen propietats prometedores:
– el granat d’alumini i de luteci (Al5Lu3O12; LuAG) té interès com a material de lents en litografia d’immersió d’alt índex refractiu. Aquesta tècnica litogràfica és utilitzada en la fabricació de circuits integrats. El LuAG dopat amb ceri té aplicacions com a escintil•lador en la detecció de fotons d’alta energia.
– el tantalat de luteci (LuTaO4) és el material blanc no-radioactiu més dens conegut (9810 kg•m-3), la qual cosa el faria aprofitable en fòsfors de raigs X.

El luteci-177 té interès en radioteràpia anticancerosa (tumors neuroendocrins, tumors ossis). En aquest sentit s’utilitza el 177Lu-DOTA-TATE, combinació en la qual l’octreotat vehicula el 177Lu cap a cèl•lules sensibles a la somatostatina.

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: