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71Lu

루테튬

루테튬은 원자번호 71, 원소 기호 Lu인 화학 원소다. 주기율표에서 6주기, 3족, d 블록에 위치한다. 실온에서의 기준 상태는 고체이며 전자 배치는 [Xe] 4f14 5d1 6s2이다.

원자번호71

표준 원자량174.96669(5)

족3

주기6

블록d

전자 배치[Xe] 4f14 5d1 6s2

전자 구조

화학적 성질을 결정하는 요인

란타넘족은 4f 부분껍질이 채워져 가는 원소들이다. 화학에서는 +3 산화 상태가 지배적인 경우가 많고, 부분적으로 채워진 f 오비탈 때문에 여러 원소가 유용한 자기적·광학적 성질을 보인다.

4f 전자는 비교적 안쪽에 가려져 있어 서로 이웃한 란타넘족 원소의 화학적 성질이 매우 비슷하다. 그래서 서로 다른 주족 원소를 분리하는 것보다 란타넘족끼리 분리하는 일이 훨씬 어렵다.

화학적 형태

화합물, 이온과 물질

란타넘족은 주로 +3 산화 상태의 이온을 만들며 산화물, 할로젠화물과 배위 화합물이 흔하다. 서로 비슷한 이온 크기와 화학적 성질 때문에 분리와 정제가 까다롭다.

물리적 거동

상태와 상전이

실온에서의 기준 상태는 고체이다. 제시된 밀도는 9.841 g/cm³이다. 녹는점은 1 950 K (1 677 °C), 끓는점은 3 675 K (3 402 °C)이다. 압력, 순도와 결정 구조에 따라 실제 측정되는 물리적 성질은 달라질 수 있다.

존재와 활용

루테튬은 어디에서 발견되고 어떻게 쓰이는가

실제 활용에서 루테튬은 촉매 · 의료 영상 장비 · 과학 연구 같은 분야와 관련된다. 어떤 경우에는 원소 자체가 아니라 특정 화합물, 합금 또는 동위원소의 성질을 이용한다.

실제 활용

실제 사용 사례

촉매

루테튬은 전체 반응에서 소모되지 않으면서 화학 반응을 빠르게 하는 촉매로 사용된다.

의료 영상 장비

루테튬은 영상 조영 물질, 검출 재료 또는 의료 영상 장비의 고자기장 자석과 특수 부품에 활용된다.

과학 연구

루테튬은 대량 상업 용도보다는 원자 구조, 핵 특성과 주기율 경향을 연구하기 위해 생성·분리·측정된다.

주기율표상의 위치

이웃 원소가 알려 주는 것

루테튬은 6주기 3족에 있다. 여기 표시된 주변 원소에는 툴륨, 이터븀, 하프늄, 탄탈럼 등이 있다. 이 위치 관계를 이용하면 원자 크기, 이온화 에너지와 결합 성향이 주기율표에서 어떻게 변하는지 비교할 수 있다.

참고 데이터

물리적·원자적 성질

분류란타넘족

실온에서의 상태고체

전자 껍질2 · 8 · 18 · 32 · 9 · 2

밀도9.841 g/cm³

녹는점1 950 K (1 677 °C)

끓는점3 675 K (3 402 °C)

폴링 전기음성도1.27

1차 이온화 에너지523.5 kJ/mol

전자 친화도33.4 kJ/mol

값은 해당되는 경우 원소 자체 또는 중성 원자를 기준으로 한다. 물리적 데이터는 동소체, 압력과 측정 조건에 따라 달라질 수 있다.

역사

발견과 확인

루테튬의 발견은 Georges Urbain와 관련되어 있다. 원소의 인식, 순수한 시료의 분리, 현대적인 원자번호의 부여는 반드시 같은 시기에 이루어진 것은 아니다.

동위원소와 원자량

동위원소 조성이 수치에 미치는 영향

표준 원자량은 174.96669(5)이다. 이 값은 자연계 물질의 동위원소 조성을 반영한 평균값이며 특정 원자 하나의 질량을 뜻하지 않는다.

루테튬은 적어도 하나의 안정 동위원소가 있다. 동위원소는 양성자 수가 같아 같은 원소이지만 중성자 수와 원자 질량이 서로 다르다.

안전

취급과 노출

루테튬의 위험성은 화학적 형태, 노출량과 노출 경로에 따라 달라진다. 순수한 원소, 이온과 화합물은 생물학적·환경적 영향이 크게 다를 수 있으므로 실제 취급 물질의 안전 자료를 확인해야 한다.