Susipažinkime su elementais

Paskutinis iš lantanoidų

Ar galėjo kada keltai pamanyti, kad jų gyvenvietės ant Senos kranto garbei bus pavadintas metalas, paskutinis iš lantanoidų?! O ar galėjo jo atradėjai įsivaizduoti, kaip jį galima panaudoti?! Tačiau senovės Liutecija vėliau tapo šiuolaikiniu Paryžiumi, o tyrinėtojai rado pritaikymą vienam iš neįprasčiausių cheminių elementų...

Lutecį 1907 m. nepriklausomai vienas nuo kito atrado prancūzas Žoržas Urbenas1), austras Karlas Aueris fon Velsbachas2) ir amerikietis Čarlzas Džeimsas3). Vis tik prioritetas atiteko prancūzui, ką ir liudija jam suteiktas senovinis Paryžiaus pavadinimas (austras siūlė vadinti kasiopėjumi - mitinės Etiopijos karalienės Kasiopėjos garbei). Tiesa, nė vienas jų neišskyrė visiškai švaraus lutecio, tačiau Č. Džeimso išskyrimas buvo gana aukštos kokybės. Grynas lutecis

Lantanidai daugiausia yra reti elementai (bent taip laikyta 19 a.), tad jiems ir prilipo pavadinimas „retieji žemės elementai“. Didžiausiu jų suradimo sunkumu vis tik buvo ne jų retumas, o tai, kad jie labai panašūs cheminėmis savybėmis – tiek, kad tai tarsi reikėtų atskirti du gamyklinį konvejerį paliekančius automobilius.

Dabar vienas lutecio junginių (ceriu dopiruotas lutecio oksiortosilikatas) naudojamas medicininėje diagnostikoje – positroninės emisijos tomografijoje (PET). Iš pavadinimo galima spėti, kad čia kažkaip įsipainioję pozitronai, tačiau šie yra antimaterijos dalelės. Jie gali susidaryti skylant kai kuriems izotopams, pvz., deguonies-15 ar fluoro-18. Jų skilimo pusperiodis yra nuo kelių minučių iki kelių valandų. Šiuos izotopus gauna el. dalelių greitintuvuose, tad ir naudoja, aišku, kol jie dar „karšti“, t.y. greta kokio nors ciklotrono.

Reikia iškart sintetinti biologiškai aktyvią medžiagą su tais izotopais, ją įvesti į paciento organizmą, o šį guldyti į tomografą. Ta medžiaga kaupiasi tam tikruose organizmo audiniuose, izotopai skyla išleisdami pozitronus, šie anihiliuojasi su elektronais, gama kvantai išsilaksto į įvairias puses – ir čia scenoje pasirodo lutecio oksiortosilikatas. Mat gama kvantų registracijai naudoja ypatingus kristalus, - ir kuo šie jautresni, tuo tikslesnis bus organo ar audinių 3D vaizdas. Ir vienu geriausių yra minėto junginio su kitų retų elementų priemaišomis kristalai.

Ir dar lutecis naudojamas uolienų ar kitų objektų geochronologijai. Mat lutecio-176 skilimo pusperiodis apie 37 mlrd. m. (t.y. beveik triskart ilgesnis nei Visatos amžius). Matuojant jo ir iš jo susidariusio hafnio (Hf) koncentracijas, galima nustatyti šio mastelio uolienų ar meteoritų amžių.

Lutecis (Lu) – sidabriškai baltos spalvos metalas, lengvai mechaniškai apdorojamas. Jo lydimosi temperatūra 1663oC. Visiškai grynas lutecis buvo pagamintas tik 1953 m. Kambario temperatūroje pasidengia tvirta oksido plėvele. Įdomu, kad lutecio kaina tik maždaug 4 k. mažesnė už aukso: 1 kg 90% grynumo lutecio kainuoja apie 5-5,5 tūkst. USD.

Taip pat lutecio aliuminio granatas (Al5Lu3O12) naudojamas galinguose lazeriuose – ypač skirtuose kariniams tikslams bei medicinai. Įeina ir į labai stiprių magnetų lydinius. Branduolinėje technikoje šiek tiek naudojamas neutronų sugėrimui. Luteciu dopinuoti ferogranatai (pvz., GGG) naudojami informacijos laikmenų cilindrinių magnetinių domenų (bubble memory) pagrindu gamyboje.

Trumpos biografijos

1) Žoržas Urbenas (Georges Urbain, 1872-1938) – prancūzų chemikas, Paryžiaus un-to rektorius (1908), Chemijos inst-to direktorius (nuo 1928 m.). Pagrindine mokslinių tyrinėjimų sritimi buvo retieji žemės metalai. Patobulinino elementų atskyrimo technologiją. 1907 m. jis įrodė, kad iterbis yra iš tikro dviejų elementų mišinys – vienam jų buvo paliktis iterbio pavadinimas, o kitas pavadintas luteciu. 1911 m. izoliavo dar vieną elementą, jį pavadinęs keltiju, tačiau sutrukdė tyrimus. Apie jį paskelbė tik 1922 m., klaidingai identifikavęs kaip „retąjį žemės elementą“ – iš tikro tai buvo hafnis (Hf). Nuo 1912 m. pradėjo užsiimti sudėtinių junginių chemija, o nuo 1925 m. – molekulių sandara, valentingumo teorija. Be chemijos, buvo kompozitoriumi ir skulptoriumi.

2) Aueris fon Velsbachas (Carl Auer von Welsbach, 1858-1929) – austrų chemikas tyrinėjęs retuosius žemės elementus. 1885 m. įrodė, kad didimas yra dviejų elementų mišinys – juos pavadino praezodimu ir neodimu. Nuo 1900 m. vadovavo metalurgijos gamyklai Traibache, kur įrengė didelę chemijos laboratoriją. Turėjo gabumų ne tik moksliniams pasiekimams, bet ir jų komerciniam pritaikymui. Pvz., jis sukūrė ferocerijaus „titnagus“, naudojamus šiuolaikiniuose žiebtuvėliuose. 1885 m. užpatentavo tinklelį, padidinantį dujinių žibintų šviesumą. 1900 m. jis pasiūlė elektros lemputėse vietoj anglies siūlo naudoti osmį – tik dėl osmio brangumo tai neišplito. 1907 m. išskyrė lutecį, sukeldamas ilgai trukusį ginčą dėl jo atradimo prioriteto (vokiečių kalba net iki 6-o deųitm. Buvo sutinkamas Vesbacho pasiūlytas pavadinimas kasiopėjus).

3) Čarlzas Džeimsas (Charles James, 1880-1928) – britų kilmės amerikiečių chemikas. Sukūrė jo vardu vadinamą retųjų žemės elementų išskyrimo ir identifikavimo metodą, naudojant dalinį nusodinimą ir kristalizaciją, pateikdamas išskirtus elementus tyrinėtojams visame pasaulyje. Buvo vienu lutecio atradėjų (dar 1906 m. sukaupęs žymų jo kiekį), tačiau neskelbė atradimo ir negavo prioriteto. Vis tik 1999-ais Amerikos chemikų draugija pripažino jo nuopelnus cheminio atskyrimo srityje. Jis nustatė, kad tulis (Tm), laikytas trijų element mišiniu, iš tikro yra vienuu element ir 1911 m. pirmasis išskyrė beveik gryną tulį.

Superlaidumas
Augalai - chemikai
Talis ir samaris
Metalinis vandenilis
Šaltoji branduolių sintezė
Galvaninės teorijos pradžia
Vilniaus Universiteto chemikai
Kodėl chemikai nemėgsta J ir Q
VU 19 a. pradžios kultūrinės idėjos
Celuloidas – plastmasių prosenelis
Kelionė po cheminių elementų lentelę
Kvantinė chemija – ateities mokslas?
Mokslo riboženkliai: 1867-ieji – kartų kaita
Šiuolaikinė fizika – į tiesą panašus mitas?
Chemikai: Nobelio premijos laureatai
Amžinas judėjimas laiko kristaluose
8 alternatyvūs energijos šaltiniai
Elektra, kol dar nebuvo vartotojų
3-iojo tūkstantmečio mokslas
Mažosios saulės mįslės
Garo tramdytojas
Kvantinis chaosas
Vartiklis