镥

金属元素

镥是一种金属元素，化学符号为Lu，镥元素对应的单质为银白色金属，是稀土元素中最硬和最致密的金属；熔点1663℃，沸点3395℃，密度9.8404。镥在空气中比较稳定；氧化镥为无色晶体，溶于酸生成相应的无色盐。镥主要用于研究工作，其它用途很少，溶于稀酸，能与水缓慢作用。盐类无色，氧化物白色。天然存在的同位素有：175Lu和半衰期为2.1×10^10年的β发射体176Lu。自然界储量极少，价格较贵，由氟化镥LuF3·2H2O用钙还原而制得，用于原子能工业。

发现简史

发现人：乌尔班（G.Urbain）发现年代：

发现过程：镥是1906年法国化学家乌尔班从镱中分离出来的，也是20世纪初发现并肯定的稀土元素。镥的拉丁名称来自法国巴黎的古名，也就是乌尔班的出生地。镥和另一个稀土元素铕的发现就完成了自然界中存在的所有稀土元素的发现。它们俩的发现可以认为是打开了稀土元素发现的第四座大门，完成了稀土元素发现的第四阶段。

镥是稀土金属之一。稀土是历史遗留的名称，从18世纪末叶开始被陆续发现。当时人们惯于把不溶于水的固体氧化物称作土，例如把氧化铝叫做陶土，氧化镁叫苦土。稀土是以氧化物状态分离出来，很稀少，因而得名稀土，稀土元素的原子序数是21（Sc）、39（Y）、57（La）至71（Lu）。它们的化学性质很相似，这是由于核外电子结构特点所决定的。它们一般均生成三价化合物。钪的化学性质与其它稀土差别明显，一般稀土矿物中不含钪。钷是从铀反应堆裂变产物中获得，放射性元素147Pm半衰期2.7年。过去认为钷在自然界中不存在，直到1965年，荷兰的一个磷酸盐工厂在处理磷灰石中，才发现了钷的痕量成分。

2024年2月20日消息，美国、日本和韩国的研究人员组成的国际科研团队，创造出5种新同位素，分别是钚-182、钚-183、镱-186、镱-187和镥-190。

理化性质

物理性质

镥的稀土金属是光泽介于银和铁之间。杂质含量对它们的性质影响很大，因而载于文献中物理性质常有明显差异。镧在6°K时是超导体。大多数稀土金属呈现顺磁性，钆在0℃时比铁具有更强的铁磁性。铽、镝、钬、铒等在低温下也呈现铁磁性。镧、铈的低熔点和钐、铕、镱的高蒸气压表现出稀土金属的物理性质有极大差异。钐、铕、钆的热中子吸收截面比广泛用于核反应堆控制材料的镉、硼还大。稀土金属具有可塑性，以钐和镱为最好。除镱外，钇组稀土较铈组稀土具有更高的硬度。

化学性质

稀土金属的化学活性很强。当和氧作用时，生成稳定性很高的R2O3型氧化物（R表示稀土金属）。铈、镨、铽还生成CeO2、Pr6O11、TbO2型氧化物。它们的标准生成热和标准自由焓负值比钙、铝、镁氧化物的值还大。稀土氧化物的熔点在2000℃以上，铕的原子半径最大，性质最活泼，在室温下暴露于空气中立即失去光泽，很快氧化成粉末。镧、铈、镨、钕也易于氧化，在表面生成氧化物薄膜。金属钇、钆、镥的抗腐蚀性强，能较长时间地保持其金属光泽。稀土金属能以不同速率与水反应。铕与冷水剧烈反应释放出氢。铈组稀土金属在室温下与水反应缓慢，温度增高则反应加快。钇组稀土金属则较为稳定。稀土金属在高温下与卤素反应生成+2、+3、+4价的卤化物。无水卤化物吸水性很强，很容易水解生成ROX（X表示卤素）型卤氧化合物。稀土金属还能和硼、碳、硫、氢、氮反应生成相应的化合物。

金属镥在空气中会慢慢失去光泽。镥可以在空气中迅速燃烧，生成氧化镥（Ⅲ）（Lu2O3）。

银白色的金属镥的电负性相当低，能与冷水发生反应，并与热水迅速反应，生成氢氧化镥和氢气。

金属镥可以与所有的卤素单质发生反应生成三卤化物。金属镥可与氟气（F2）、氯气（Cl2）、溴单质（Br2）、碘单质（I2）反应，生成氟化镥（Ⅲ）（LuF3）、氯化镥（Ⅲ）（LuCl3）、溴化镥（Ⅲ）（LuBr3）和碘化镥（Ⅲ）（LuI3）。

金属镥可以迅速溶于硫酸中，生成含有水合Lu（Ⅲ）离子的黄色溶液和氢气（H2）。Lu3+（aq）极有可能是以配离子Lu（H2O）93+的形式存在的。

制备方法

镥可以实现工业化生产，所以通常无需在实验室中制备它。把镥同其他元素分离，并得到纯净的金属镥比较困难。这在很大程度上取决于它在自然界中的存在形式。在自然界中有多种稀土矿，其中以磷钇矿、独居石和氟碳铈矿最为重要，前两种矿物都是正磷酸盐矿LnPO4（Ln表示除非常稀少的钷以外所有镧系元素组成的集合），而氟碳铈矿则是由氟化物和碳酸盐形成的复盐矿LnCO3F。原子序数为偶数的的镧系元素比较常见。上述矿物中最常见的镧系元素主要依次为铈、镧、钕和镨。独居石中还含有钍（锕系元素）和钇。钍及其衰变产物有放射性，这使得它变得更加难以处理。

在很多时候并不需要把各种金属都分离开，但是如果需要那么做，其过程会非常复杂。分离时用硫酸（H2SO4）、盐酸（HCl）和氢氧化钠（NaOH）把稀土金属以盐的形式浸取出来。分离纯化这些盐时，现在常用的方法包括选择性配位技术、萃取技术和离子交换树脂。

用金属钙还原LuF3，可以得到纯净的镥。

这步反应也可以用其他卤化镥，但在所选用的反应条件下（在氩气中加热至高于金属熔点50℃），生成的氟化钙会比其他卤化物更易于处理。可在真空条件下把过量的钙从反应混合物中除去。

应用领域

稀土金属及其合金在炼钢中起脱氧脱硫作用，能使两者的含量降低到0.001%以下，并改变夹杂物的形态，细化晶粒，从而改善钢的加工性能，提高强度、韧性、耐腐蚀性和抗氧化性等。稀土金属及其合金用于制造球墨铸铁、高强灰铸铁和蠕墨铸铁，能改变铸铁中石墨的形态，改善铸造工艺，提高铸铁的机械性能。在青铜和黄铜冶炼中添加少量的稀土金属能提高合金的强度、延伸率、耐热性和导电性。在铸造铝硅合金中添加1%～1.5%的稀土金属，可以提高高温强度。在铝合金导线中添加稀土金属，能提高抗张强度和耐腐蚀性。Fe-Cr-Al电热合金中添加0.3%的稀土金属，能提高抗氧化能力，增加电阻率和高温强度。在钛及其合金中添加稀土金属能细化晶粒，降低蠕变率，改善高温抗腐蚀性能。用铈族混合稀土氯化物和富镧稀土氯化物制备的微球分子筛，用于石油催化裂化过程。稀土金属和过渡金属复合氧化物催化剂用于氧化净化，能使一氧化碳和碳氢化物转化为二氧化碳和水。镨钕环烷—烷基铝—氯化烷基铝三元体系催化剂用于合成橡胶。

稀土抛光粉用于各种玻璃器件的抛光。单一的高纯稀土氧化物用于合成各种荧光体，如彩色电视红色荧光粉、投影电视白色荧光粉等荧光材料。稀土金属碘化物用于制造金属卤素灯，代替碳精棒电弧灯作照明光源。用稀土金属制备的稀土—钴硬磁合金，具有高剩磁、高矫顽力的优点。钇铁石榴石铁氧体是用高纯Y2O3和氧化铁制成单晶或多晶的铁磁材料。它们用于微波器件。高纯Gd2O3用于制备钇镓石榴石，它的单晶用作磁泡的基片。金属镧和镍制成的LaNi5贮氢材料，吸氢和放氢速度快，每摩尔LaNi5可贮存6.5～6.7摩尔氢。在原子能工业中，利用铕和钆的同位素的中子吸收截面大的特性，作轻水堆和快中子增殖堆的控制棒和中子吸收剂。稀土元素作为微量化肥，对农作物有增产效果。打火石是稀土发火合金的传统用途，如今仍是铈组稀土金属的重要用途。

分布情况

在自然界中不存在镥的单质。独居石（LnPO4）和氟碳铈矿（LnCO3F）中含有镥。

当今世界上已知的稀土矿物及含有稀土元素的矿物有250多种，稀土元素含量较高的矿物有60多种，有工业价值的不到10种。中国稀土资源极其丰富，其特点可概括为：储量大、品种全、有价值的元素含量高、分布广。中国稀土的工业储量（按氧化物计）是国外稀土工业储量的2.2倍。国外稀土资源集中在美国、印度、巴西、澳大利亚和俄罗斯等国，工业储量（按氧化物计）为701.11万吨。

注意事项

像其他稀土金属中镥被认为是低程度的毒性，但它的化合物应小心处理，例如氟镥吸入是很危险的和化合物易刺激皮肤。硝酸镥也是危险的因为它可能会发生爆炸和燃烧。氧化物镥粉末是有毒物质，如果经吸入或食入会很危险。镥盐与其他3组的元素和镧系元素反应，镥已知没有生物学作用，但它发现在人类里，主要集中在骨骼中，并较小程度影响在肝脏和肾脏。人类饮食没有控制镥多寡，所以不知道镥盐已发生与其他稀土盐;所有镧系元素在人体内的含量最少。人类的平均需要多少，但估计量是每年大约要有几个微克，都来自微量的植物。可溶性镥盐是温和毒性，但为不溶性。

保护措施

2024年6月，公布《稀土管理条例》，自2024年10月1日起施行。

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