Lütesyum Nedir, Özellikleri Nelerdir?

Lütesyum, en ağır ve en pahalı elementlerden biridir. Tıpta kullanımı giderek yaygınlaşan lütesyumun elde edilmesi çok zor bir süreç gerektirir.

Lütesyum, kanser tedavisi ve meteor yaşlarının tespiti gibi sınırlı alanda kullanılan nadir toprak elementidir yani lantanittir. En ağır, en yoğun, en nadir ve en pahalı lantanit üyesidir. Üç farklı bilim adamı tarafından aynı yıllarda bağımsız olarak keşfedilen ve adı konusunda kâşifleri arasında tartışmalar yaşanan bir elementtir. Mineralinden ayrıştırılması çok zordur ve bu sebeple değerlidir. Saf metalik formu keşfinden bu yana son yıllarda izole edilebilmiştir. Tıp alanındaki kullanımı giderek yaygınlaşan önemli elementler arasındadır. Devamı makalemizde…

Tarihçesi

Lütesyum metali, 1907 yılında Fransız kimyager Georges Urbain, Avustralyalı mineralog Baron Carol Auer von Welsbach ve Amerikalı kimyager Charles James tarafından bağımsız olarak keşfedilmiştir. Sadece iterbiyumdan oluştuğu düşünülen itterbia mineralinde bulunmuştur.

Urbain, itterbia mineralinde yaptığı çalışmada, nitrik asit çözeltisinden iterbiyum nitratın bir seri fraksiyonel kristalleştirilmesiyle minerali iki bileşene ayırdı ve iki nadir toprak metali oksidini elde etti. Birini neoitterbium, diğerini de lutecium olarak adlandırdı. Welsbach da aynı yöntemle lütesyumu izole etti. James ise, New Hampshire’de mineralden nadir toprak metallerini izole etmek için bir bromat fraksiyonel kristalleştirme işlemini uyguladı. Fraksiyonel kristalleşme süreci, 1940’lı yıllarda uygulanan iyon değişim teknikleri keşfedilinceye kadar nadir toprak elementleri ayırmakta kullanılan en iyi ayrıştırma yöntemiydi.

“Lütesyum” kelimesi, Paris’in Roma dönemindeki adı “Lutetia”den esinlenerek türetilen bir sözcüktür. İsmi sebebiyle kâşifleri arasında tartışmalar yaşanmıştır. Lütesyumu keşfederek özelliklerini ilk kez ilan eden Urbain, doğduğu kent Paris’in eski adı “Lutetia”dan esinlenerek “lutecium” adını önerdi. Lütesyumu bağımsız olarak keşfeden diğer isim Welsbach ise, Cassiopeia takımyıldızından esinlenerek “cassiopeium” önerisini sundu. Sonunda lütesyumun keşfinin sonuçlarını ilk kez açıklayan Urbain’in önerisi kabul edildi. 1949 yılında adı “lutetium” olarak değiştirildi. Welsbach’ın önerisi olan “cassiopeium” ismi ise Alman bilim dünyası tarafından “cassiopium” 1950’li yıllara kadar kullanıldı.

Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri

Lütesyumun kimyasal simgesi “Lu”, atom numarası 71, atom ağırlığı 174,96, yoğunluğu 9,84 şeklindedir. Erime noktası 1652 derece, kaynama noktası 3402 derecedir. Periyodik cetvelin 3-B grubunda, geçiş metalleri element serisinde yer alır. Nadir toprak metalleri olan lantanit serisinin son elementidir. Bazen 6. evre geçiş metallerinin ilk elementi olarak da kabul edilir. Saf lütesyum, florür bileşiğinin metal kalsiyum ile indirgenmesi sonucu elde edilir. Saf lütesyumun elde edilmesi oldukça zor bir süreç gerektirir. Grubundaki en ağır ve en yoğun elementtir. Boyut olarak itriyum ve skandiyuma daha yakındır. Sünektir, yani ince tellere çekilebilir.

Lütesyum, iterbiyumun çözünmesi sonucu renksiz tuzlar verir. Luteetil tuzlarının sulu solüsyonları renksizdir. Tuzları çözeltide 3 değerlikli iyon verir. Havada korozyona dayanıklıdır. Nemli havada gümüşî beyaz bir metaldir. Zayıf asitlerde kolayca çözünür. Metal formu normal şartlar altında havada hafif kararsızdır; ancak lütesyum oksit oluşturmak için 150 derecede kolayca yanar. Hidroflorik asit haricinde seyreltilik içinde çözünür. Trihalojenürleri oluşturmak için en hafif dört halojenle reaksiyona girer. Florür haricindekiler su içinde çözünür. Lütesyum nitratın patlayıcı özelliği vardır.

Doğada nadir bulunan elementler arasındadır. Ancak gümüş, iyot ve cıvadan daha yaygındır. Yerkabuğunda bulunma oranı kilogramda 0,5 miligramdır ya da milyonda 0,8 ila 1,7 parça arasındaki oranlarda bulunur. Lütesyum, lantanoid mineralleri içinde diğer nadir toprak metalleriyle birlikte bulunur. En çok bulunduğu mineraller; xenotim, monazit ve bastnaesittir. Xenotim ve monazit; ortofosfat mineralleridir ve prometyum harici bütün nadir toprak elementlerini içerirler. Bastnaesit, fluorür karbonat mineralidir ve lütesyum dışında seryum, lantan, neodimyum ve praseodimyum da içerir. Monazit minerali yüzde 0,003 oranında lütesyum içerir. Monazit, toryum ve iterbiyum da içerir. Toryumdan dolayı bozunma ürünleri radyoaktiftir. Bu üç önemli lütesyum mineralinin içeriklerindeki diğer elementler dolayısıyla ayrıştırılması çok güçtür. Bazı nükleer fisyon ürünleri de lütesyum üretebilir.

Lütesyum, doğada iki izotopun karışımından oluşur. Bu izotoplar Lu-175 (% 97,4) ve Lu-176’dır (% 2,6). Sadece Lu-175 kararlıdır ve monoizotopiktir. En kararlı izotopu Lu-176, radyoaktiftir, doğal beta bozunması sonucu oluşur ve doğal lütesyumun yüzde 2,6’sını oluşturur. Yarılanma ömrü 38 milyar yıldır. Lütesyumun 32 yapay radyoizotopu vardır. Bu izotopların yarılanma ömürleri bilinmektedir ve atom kütle numaraları 150 ila 184 arasında değişmektedir. Bu izotoplar Lu-174’ün yarılanma ömrü 3,3 yıl, Lu-173’ün yarılanma ömrü 1,3 yıldır. Diğer bazı radyoaktif izotoplarının yarılanma ömürleri 9 günden daha az; çoğunluğu da yarım saatten daha kısadır. Ağır izotopları beta çürümesi ile bozunarak hafniyum izotopları üretir. Lütesyum ayrıca 150, 151, 153, 162, 166, 180 kütleli 42 adet nükleer izomer içerir. Bunlar arasındaki en kararlı izomer Lu-177m’nin yarılanma ömrü 160 gün, Lu-174m’nin yarılanma ömrü 142 gündür. En az kararlı Lu-150 izotopu, 45 milisaniyelik yarılanma ömrüne sahiptir. Bir lütesyum atomu 71 elektrona sahiptir. Lütesyum bileşikleri daima +3 oksidasyon durumu sergiler.

Hangi Alanlarda Kullanılır?

Lütesyumun kullanım alanları sınırlı düzeydedir. Çok önemli miktarda ve nitelikte kullanımı yoktur. Bunun sebebi üretim zorluğu ve fiyatının pahalı olmasıdır. Ticari olarak nötron aktivasyonuna maruz bırakılmış lütesyumun saf bir beta emitör olarak kullanımı yaygındır. Lütesyum alüminyum garnet, litografide lens malzemesi olarak kullanılabilir.

Radyoaktif izotoplardan Lütesyum-176, göktaşlarının yaşını belirlemek için kullanılır. Bazı alaşımlarda ve çeşitli kimyasal reaksiyonlarda katalizör görevi görür. Petrol rafinerilerinde hidrokarbonların ayrıştırılması için iyi bir katalizördür. Lu-177 izotopu, nükleer tıpta nöroendokrin tümörlerde radyonüklid tedavisinde kullanılır. Nöroendokrin tümör terapisinde ve kemik ağrısı palyasyonunda radyonüklid olarak kullanımı yaygınlaşmaktadır. Prostat kanseri tedavisinde de yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu izotopun tıp alanındaki uygulamaları giderek artmaktadır. Lütesyum tantalat, en yoğun ve stabil beyaz materyal olarak x ışını fosforları için ideal bir malzemedir. Lütesyum oksiortosilikat, poiztron emisyon tomografisindeki dedektörlerde kullanılmaktadır. Bu dedektör, vücudun hücresel aktivitelerinin üç boyutlu görüntüsünü veren tıbbi tarama cihazıdır.

Lütesyum ve bileşiklerinin kullanıldığı bazı ürünler şunlardır; bellek cihazları, sabit diskler, tomografi cihazları, LED ampuller, petrol rafinerileri, sondaj uygulamaları…

Bunları Biliyor Musunuz?

• Lütesyumun toksitesi düşüktür, tuzları ve bileşikleri tehlikeli olabilir. Lütesyum oksit ve lütesyum nitrat, en tehlikeli bileşiklerinden ikisidir. Metal tozunun patlama riski vardır.
  
• Lütesyumun bilinen bir biyolojik rolü bulunmuyor. Bitkiler ve hayvanlar için çevresel bir tehdit oluşturmaz. İnsan vücudunda çok az bulunur. Kemikler, karaciğer ve böbreklerde yılda birkaç mikrogram besin yoluyla vücuda alındığı tahmin ediliyor.
  
• Lütesyum gibi nadir toprak elementlerinin minerallerden ayrılması oldukça zor bir süreç gerektirir. 1946 yılından itibaren geliştirilen iyon değişimi ve solvent özütleme teknikleri üretim maliyetlerini düşürmüştür.
  
• Lütesyum da içeren minerallerde 9 farklı element bulunur. Saf metalik lütesyum, minerallerdeki fazla miktardaki element sebebiyle son yıllarda izole edilebilmiştir.
  
• Lütesyum madenciliği Çin, ABD, Malezya, Brezilya, Hindistan, Sri Lanka ve Avustralya’da yapılmaktadır. En yaygın rezervler de bu ülkelerdedir.
  
• Dünyada toplam 200 bin ton lütesyum rezervi olduğu tahmin edilmektedir.
  
• Dünyada oksit formunda yıllık lütesyum üretimi yaklaşık 10 tondur.
  
• Nadir toprak metalleri arasında en nadir bulunan ve en pahalı olan element lütesyumdur. Kilogramının fiyatı 10 bin dolardır.
  
• Türkiye’de ekonomik lütesyum rezervi bulunmamaktadır ve madenciliği yapılmamaktadır.