Carte d'identité du Lutécium

Le Lutécium est un élément chimique, de symbole atomique Lu et de numéro atomique Z = 71.

Sa structure électronique est donc la suivante : (K)2(L)8(M)18(N)32(O)9(P)2  soit 71 électrons répartis dans les différentes couches.

Dans le tableau périodique, il est situé sous les métaux pauvres, sur la sixième période. Le Lutécium est dans la tableau périodique le dernier élément de la famille des Lanthanides. Il appartient donc également à la famille des terres rares.

Le Lutécium a une masse molaire égale à 175,0 g/mol.

Le tableau ci-dessous résume l'ensemble de ces informations :

Symbole atomique: Lu
Numéro atomique
: Z= 71
Principal isotope: A = 175
Structure électronique:
(K)2(L)8(M)18(N)30(O)9(P)2
Configuration électronique: 1s22s22p63s23p63d104s24p44d104f145s25p65d16s2     
Période: 6
Groupe: /
Famille:
lanthanides, terres rares
Electronégativité: 1,27
Masse molaire atomique: 175,0 g/mol
Symbole
symbole de l'atome de lutécium
Localisation dans la classification
Le lutécium dans la classification périodique
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Histoire du Lutécium

Origine du mot Lutécium

Le mot "Lutécium" est un dérivé de "Lutèce" (ou encore Lutetia en latin),  ancien nom de Paris. Il a été proposé par son découvreur, le chimiste français Georges Urbain, en hommage à la ville de Paris.

A noter que le nom officiellement adopté par l'UPAC est "Lutetium" avec un t à la place du c. En français, l'appellation Lutécium semble néanmoins plus courante.

Quelle est cette ville qui a donné son nom à l'élément 71 ?
Le nom de l'élément (aussi appelé Lutétium) a été choisi en hommage à la ville de Paris, d'ancien nom Lutèce

Remarque : le nom de Cassiopéium avait également été évoqué (surtout dans les pays pratiquant l'allemand).

La découverte du Lutécium : un peu d'histoire

En 1907, trois scientifiques menant des travaux chacun de leur côté ont découvert le Lutécium.

Tout d'abord, le chimiste français Georges Urbain a montré que les mineraux d'Ytterbium contenaient en réalité deux éléments différents dont l'un est très minoritaire. Il avait alors proposé de les nommer néo-ytterbium et Lutécium.

La même année, le minéralogiste autrichien Carl Auer Von Welsbach identifie également des impuretées dans ces minéraux d'Ytterbium, dans le cadre de travaux menés depuis 1905. Il propose de les nommer Cassiopéium (pour ce qui est devenu le Lutécium) et Aldebaranium.

Enfin, Charles James aux Etats-Unis, avait de son côté réussi à isoler l'élément 71 pendant l'été de l'année 1907. A la suite de l'annonce de Georges Urbain, et bien qu'il ait été très avancé dans ses recherches, il s'est effacé et n'a pas souhaité revendiquer la découverte du Lutécium.

Georges Urbain et Carl Auer Von Welsbach se sont longtemps disputé cette découverte. C'est finalement à Georges Urbain qu'a été attribuée la découverte et le nom Lutécium a été retenu. Cependant, dans les pays germaniques, le nom Cassiopéium a encore longtemps été utilisé. On relate les utilisations jusque dans les années 1950, soit plus de 40 ans après l'annonce de la découverte.

Les principaux isotopes du Lutécium

Isotopes présents dans la nature

Le Lutécium possède deux isotopes présents dans la nature :

  • L'isotope de nombre de masse A = 175. Il est de loin le plus abondant des deux puisqu'il représente 97,4% du Lutécium existant naturellement. Il est stable.
  • L'isotope de nombre de masse A = 176, est lui radioactif, et possède un temps de demi-vie environ égal à 4*1010 ans.

Les tableaux ci-dessous synthétisent ces informations :

Z = 71 - A = 175
Symbole
du noyau
isotope lutecium 175
Composition
du noyau
71 protons
104 neutrons
Proportion sur Terre 97,41 %
Z = 71 - A = 176
Symbole
du noyau
isotope lutecium 176
Composition
du noyau
71 protons
105 neutrons
Proportion sur Terre 2,59 %
Période radiaoactive 3,78. 1010 ans
Type de radioactivité Bêta moins

Isotopes radioactifs

En plus de l'isotope 176 présent dans la nature, 32 autres isotopes radioactifs du Lutécium ont pu être synthétisés.

Parmi eux, certains sont relativement stables puisqu'ils ont des temps de demi-vie entre une et trois années. Mais la plupart des autres radioisotopes ont des temps de demi-vie qui s'estiment en jours, voire même à moins d'une heure.

Le Lutécium sous ses différentes formes

Le Lutécium sous forme de corps simple

Généralités à propos du Lutétium métallique

Le Lutécium sous forme de corps simple est un métal gris argenté, mou et ductile.

Parmi les éléments chimiques appartenant à la famille des lanthanides, c'est le plus rare. Cependant, cette considération est à relativiser car il est par exemple plus abondant que certaines espèces chimiques bien connues comme le Mercure ou encore l'Argent.

Le Lutécium, en plus d'être rare, et également difficile à obtenir pur. Ces éléments font de lui un produit très cher, et donc avec peu d'applications.

Parmi les applications connues, il peut notamment être utilisé comme catalyseur pendant les différentes étapes de transformation des produits pétroliers. L'isotope 177 fait également l'objet d'études pour une utilisation en médecine nucléaire afin de traiter certaines tumeurs.

Quelles sont les applications du Lutécium ?
L'élément peut notamment être utilisé en médecine nucléaire pour soigner des tumeurs.

La production mondiale est estimée à environ dix tonnes par an, avec des mines d'extraction principalement situées en Chine, au Brésil, en Inde, aux USA ou encore en Australie.

Comment extrait-on des mines le Lutécium ?
La monazite (en photo ci-dessus) est le minerai principal pour l'extraction du Lutécium.

Réactivité du Lutécium

En présence de dioxygène peut s'oxyder pour former de l'Oxyde de lutécium.

Cette oxydation peut être soit une lente corrosion, soit une réaction beaucoup plus vive en présence d'humidité.

Les oxydes sont particulièrement facilement formés quand le Lutécium est chauffé à une température supérieure à 150°C.

Il réagit aussi avec l'eau ainsi qu'avec les acides, les bases et les dihalogènes. Il se dissout notamment lorsqu'il est en présence d'acides, et forme des solutions incolores contenant des ions Lu3+.

Les ions du Lutécium en solution aqueuse

L'ion lutécium III,de formule Lu3+, est l'ion stable du Lutécium.

C'est un cation monoatomique incolore qui présente un défut de trois électrons. Il peut par exemple se former par réaction chimique entre le Lutécium avec un acide.

Composés à base de Lutécium

Dans les composés à base de Lutécium, celui-ci est toujours présent dans son état d'oxydation +III.

L'Oxyde de Lutécium

L'Oxyde de Lutécium a la formule suivante :  Lu2O3. On peut facilement vérifier qu'il contient du Lutécium dans son état d'oxydation +III. En effet, l'Oxygène étant à l'état -II, trois oxygènes sont à -VI. Pour équilibrer, deux atomes de Lutécium sont à +VI, et donc un atome de Lutécium est à +III.

Comme expliqué plus haut, il peut se former au cours d'une réaction d'oxydation du Lutécium métallique par le dioxygène.

Sels de Lutécium

Enfin, le Lutécium peut également former des sels se présentant sous la forme de solides blancs cristallins, tels que le Sulfate de Lutécium, ou encore le Nitrate, le Carbonate, le Phosphate.

Certains d'entre-eux sont solubles dans l'eau (Sulfate, Nitrate) alors que d'autres ne le sont pas (Photsphate, Carbonate).

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Yann

Fondateur de Superprof et ingénieur, nous essayons de rendre disponible la plus grande base de savoir.
Passionné par la physique-chimie et passé par la filière scientifique au lycée, je partage mes cours (après les avoir mis à jour selon le programme de l’Éducation Nationale).