Lutécio (Lu): obtenção, aplicações, história - Brasil Escola
Lutécio é um metal terra-rara ou, como outros preferem, um lantanídeo. É um metal de poucos usos e de difícil produção.
O lutécio é um metal com escassas aplicações.
O lutécio, símbolo Lu e número atômico 71, é um elemento químico da Tabela Periódica pertencente ao grupo dos lantanídeos (conhecidos como metais terras-raras). É um metal de difícil produção e que pode ser obtido como subproduto da mineração de outros lantanídeos ou por meio dos minérios de ítrio. Na sua forma metálica, apresenta coloração branca acinzentada e resiste bem à corrosão. Em solução, como os demais lantanídeos, o lutécio adota o número de oxidação igual a +3.
O lutécio tem esse nome em referência à cidade de Paris, capital francesa. Nos tempos antigos, como nos do Império Romano, a cidade era chamada de Lutécia. Embora os lantanídeos tenham ampla utilização em setores econômicos que estão crescendo bastante, o lutécio ainda tem aplicações restritas, como na fabricação de lasers, instrumentos ópticos, cerâmicas e em tratamentos experimentais para casos graves de câncer.
Veja também: Quais são os elementos de transição interna?
1 - Resumo sobre lutécio
2 - Propriedades do lutécio
3 - Características do lutécio
4 - Onde o lutécio pode ser encontrado?
5 - Obtenção do lutécio
6 - Aplicações do lutécio
7 - História do lutécio
8 - Exercícios resolvidos sobre lutécio
Resumo sobre lutécio
O lutécio é um metal pertencente à classe dos lantanídeos ou metais terras-raras.
Na forma metálica, possui coloração branca acinzentada.
Em solução, seu NOx é sempre +3.
É geralmente obtido como subproduto da mineração de outros lantanídeos ou do ítrio.
Sua produção é dificultada, sendo realizada por redução com cálcio.
Poucos são os usos do lutécio, sendo mais empregado na confecção de lasers, cerâmicas e instrumentos ópticos.
Sua descoberta é creditada ao francês Georges Urbain.
Propriedades do lutécio
Massa atômica: 174,9668 u.m.a
Eletronegatividade: 1,27
Ponto de fusão: 1663 °C
Ponto de ebulição: 3402 °C
Densidade: 9,841 g.cm-3 (a 25 °C)
Configuração eletrônica: [Xe] 6s2 4f14 5d1
Série química: metais terras-raras, lantanídeos
Características do lutécio
Amostra metálica de lutécio, com pureza de 99,95%.
O lutécio é um macio metal de coloração branca acinzentada, estabilizado contra a oxidação por conta da formação de uma fina camada de óxido sobre sua superfície. Em solução e na forma de compostos, o lutécio apresenta número de oxidação igual a +3.
Ele reage com todos os halogênios, contudo, no caso de cloro (Cl2), bromo (Br2) e iodo (I2), a obtenção dos haletos é feita por meio da reação entre o óxido de lutécio (III) com solução aquosa do hidrácido correspondente. Inicialmente o haleto de lutécio (III) é obtido na forma hidratada e depois deve ser desidratado, seja por meio de calor, seja utilizando um agente secante.
Lu2O3 + 6 HCl → 2 LuCl3(OH2)6
LuCl3(OH2)6 → LuCl3 + 6 H2O
O lutécio possui 50 isótopos conhecidos, contudo, apenas dois ocorrem naturalmente, sendo:
176Lu, estável, correspondendo a 97,41% do lutécio natural;
175Lu, radioativo, com meia-vida de 40 bilhões de anos aproximadamente, correspondendo a 2,59% do lutécio natural.
O lutécio está na discussão sobre os elementos que devem estar abaixo do ítrio e escândio no grupo 3 da Tabela Periódica. A dúvida persiste em saber se abaixo do ítrio devem estar lantânio e actínio ou lutécio e laurêncio.
A verdade é que a Iupac deixou a questão ambígua, mesmo tendo formado um grupo de trabalho para trazer uma solução. Assim, na maioria das Tabelas Periódicas, o lutécio está no grupo dos 15 elementos conhecidos como metais terras-raras, que se inicia no lantânio e termina no próprio lutécio.
Onde o lutécio pode ser encontrado?
Eudialita, um mineral silicato que possui lutécio na composição.
Não existe nenhum mineral que tenha o lutécio como principal constituinte. Assim, boa parte da sua produção ocorre como subproduto da mineração do ítrio, principalmente nos minerais bastnasita e monazita. Esses dois minerais têm uma grande quantidade de metais terras-raras em sua composição, contudo o lutécio (na forma de Lu2O3) possui menos de 0,1% em massa neles.
Além disso, destaca-se que os minerais que têm maior quantidade mássica de Lu2O3 são os seguintes:
xenotima, com 0,8% em massa;
eudialita, com 0,3% em massa;
fergusonita, com 0,2% em massa.
Leia também: Cério — outro metal pertencente ao grupo dos lantanídeos
Obtenção do lutécio
A obtenção do lutécio na forma metálica e pura é recente na história da Química. Aliás, acredita-se que seja um dos elementos mais difíceis (se não o mais difícil) de ser obtido. A principal técnica consiste na redução de LuCl3 ou LuF3 anidros utilizando cálcio metálico, em uma reação cuja temperatura chega na faixa dos 1470 °C.
Outro fator dificultante é que tal reação precisa acontecer em condições de pressão rarefeita, na faixa de 10-4 pascal de pressão (só para efeito de comparação, ao nível do mar, a pressão é de 101.325 pascal). A reação do processo é a seguinte:
3 Ca (l) + 2 LuF3 (l) → 3 CaF2 (l) + 2 Lu (l)
A mistura líquida obtida é heterogênea, facilitando a separação do fluoreto de cálcio do lutécio. Após separado, o lutécio é solidificado e então purificado.
Aplicações do lutécio
As aplicações do lutécio ainda são escassas. Sendo o mais caro de todos os lantanídeos, com um preço na faixa de US$ 100/g, o lutécio é utilizado na fabricação de lentes ópticas, cerâmicas e lasers.
O isótopo 177Lu tem sido usado em tratamentos experimentais contra casos severos de câncer. No caso, proteínas se ligam ao lutécio e utilizam sua radiação ionizante para destruir células cancerígenas.
Com o háfnio, o lutécio pode ser utilizado para datação geológica. Tal técnica, aliás, foi utilizada para quantificar metais terras-raras (inclusive o próprio lutécio), nos depósitos minerais de Bou Regreg River, no Marrocos.
História do lutécio
O elemento 71 foi isolado de forma independente, pela primeira vez, no ano de 1907, com base em amostras minerais que continham boa quantidade de óxido de itérbio, um dos últimos lantanídeos. Assim, acredita-se que o lutécio também fez parte da composição dessa amostra mineral. Contudo, dois cientistas se disseram responsáveis pela descoberta do elemento 71.
O primeiro, o francês Georges Urbain, descreveu que o itérbio, descoberto em 1879 por Jean de Marignac, poderia ser separado em dois novos elementos: o itérbio (ou neoitérbio) e o lutécio. Ocorre que esses dois elementos eram idênticos aos elementos aldebarânio e cassiopeio. Estes foram descobertos pelo austríaco Carl Auer von Welsbach.
Em 1909, a Comissão Internacional de Pesos Atômicos bateu o martelo, e foi decidido que Georges Urbain foi o autor da descoberta, mantendo o nome lutécio para o novo elemento.
Ressalta-se que a palavra lutécio faz referência ao termo Lutetia, o antigo nome da cidade de Paris, a capital francesa, visto que, nos tempos antigos, como nos do Império Romano, a cidade era chamada de Lutécia.
Curiosamente, anos depois do cassiopeio de von Welsbach ter ficado para trás, em 2009, a Iupac oficializou a descoberta do elemento 112, cujo nome adotado foi copernício. Inicialmente o símbolo adotado seria Cp, mas, por conta do cassiopeio (que utilizava esse símbolo e ainda se mantinha na língua alemã para designar o lutécio), a Iupac decidiu instituir o símbolo Cn para o elemento 112.
Exercícios resolvidos sobre lutécio
O lutécio, como os demais lantanídeos, apresenta, em solução, o NOx +3. Qual das substâncias a seguir apresenta o elemento com esse estado de oxidação?
A) LuF
B) LuCl2
C) Lu2O3
D) LuBr4
E) Lu2I
O flúor possui NOx igual a -1. Os demais halogênios, na ausência do átomo de oxigênio na fórmula, também ficam com carga igual a -1. Já o oxigênio possui carga igual a -2. Assim, o cálculo do NOx do lutécio em cada substância é dado da seguinte forma:
LuF: x + (–1) = 0 → x = +1; logo, resposta errada.
LuCl2: x + 2(–1) = 0 → x – 2 = 0 → x = +2; logo, resposta errada.
Lu2O3: 2x + 3(–2) = 0 → 2x – 6 = 0 → x = +3; logo, resposta correta.
LuBr4: x + 4(–1) = 0 → x – 4 = 0 → x = +4; logo, resposta errada.
Lu2I: 2x + (–1) = 0 → 2x – 1 = 0 → x = +½; logo, resposta errada.
O 177Lu vem sendo utilizado no tratamento experimental de alguns casos severos de câncer. Ao observar tal isótopo, e sabendo que o número atômico do elemento é igual a 71, qual o número de nêutrons desse isótopo?
O número atômico do Lu é igual a 71. Assim, o número de nêutrons pode ser calculado pela seguinte fórmula:
Em que A é o número de massa atômica, Z é o número atômico, e n é o número de nêutrons. Substituindo os valores, temos:
177 = 71 + n
n = 177 – 71
NOVAIS, Stéfano Araújo. "Lutécio (Lu)"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/lutecio-lu.htm. Acesso em 25 de maio de 2022.