Lutetium – Steckbrief

Stellung im Periodensystem

Zum ganzen Periodensystem

Vorkommen und Gewinnung

Lutetium ist das letzte der fünfzehn Lanthanoide und gehört zu den schweren Seltenen Erden, die bei Lanthan eingeführt werden. In der Erdkruste ist es häufiger als Cadmium oder Antimon, kommt aber nur als winziger Begleiter in Monazit und Xenotim vor. Die Trennung vom Ytterbium ist besonders aufwendig, weil die beiden Nachbarn einander fast bis ins Detail gleichen. Da nur kleine Mengen gebraucht werden, zählt Lutetium zu den teuren Seltenerdmetallen.

Drei Forscher teilten sich ein Jahr. Im Jahr 1907 zeigte der Franzose Georges Urbain in Paris, dass das Ytterbium, das Marignac knapp drei Jahrzehnte zuvor beschrieben hatte, aus zwei Elementen bestand. Das zweite nannte er nach Lutetia Lutecium. Fast gleichzeitig kamen der Österreicher Carl Auer von Welsbach in Wien und der Amerikaner Charles James zum selben Ergebnis. Auer nannte das Element Cassiopeium, und in Deutschland blieb dieser Name eine Zeit lang üblich. Am Ende setzte sich Urbains Name durch, in der Schreibweise Lutetium.

Eigenschaften und Reaktionen

Lutetium ist das fünfzehnte Lanthanoid. In Periode 6 steht links von ihm Ytterbium, und im Hauptteil der Tabelle folgt rechts das Hafnium. Weil die 4f-Unterschale schon gefüllt ist, tritt das nächste Elektron in die 5d-Unterschale. Die Konfiguration [Xe] 4f¹⁴ 5d¹ 6s² ähnelt dadurch der von Scandium und Yttrium. Deshalb diskutiert man, ob Lutetium in der Tabelle besser unter das Yttrium gehört, und manche Tabellen zeigen es dort. Beide Darstellungen sind in Gebrauch.

Mit Lutetium endet die Lanthanoidenkontraktion, die bei Lanthan beschrieben wird. Das Lu³⁺-Ion ist rund ein Sechstel kleiner als das La³⁺-Ion. Die Atome sitzen im Metall dicht gepackt, der Atomradius beträgt 173 pm. Daraus folgen die Höchstwerte der Reihe: eine Dichte von 9,84 g/cm³, ein Schmelzpunkt von 1663 °C und die größte Härte. Der Siedepunkt liegt bei 3402 °C, die Elektronegativität bei 1,27.

Chemisch ist Lutetium ein typisches dreiwertiges Seltenerdmetall. Das Lu³⁺-Ion hat eine vollständig gefüllte 4f-Schale und deshalb farblose Salze, Lutetiumoxid, Lu₂O₃, ist weiß. In trockener Luft ist das Metall recht beständig, in feuchter läuft es an, und mit Wasser reagiert es langsam.

Verwendung in Alltag und Technik

Eine wichtige technische Anwendung steckt in PET-Scannern. Dort arbeiten Szintillatorkristalle aus Lutetium-Yttrium-Oxyorthosilicat, kurz LYSO, die mit etwas Cer dotiert sind. Bei der PET gibt ein Tracer Positronen ab, die mit Elektronen zerstrahlen und zwei Gammaquanten in entgegengesetzte Richtungen senden. Der dichte Kristall bremst diese Strahlung zuverlässig und wandelt sie in einen sehr kurzen Lichtblitz um, den Lichtsensoren registrieren. Aus Ort und Zeit der Blitze entsteht ein Bild vom Stoffwechsel im Körper.

In der Krebsmedizin nutzt man das Isotop Lutetium-177. Es entsteht im Kernreaktor, hat eine Halbwertszeit von rund einer Woche und sendet Betastrahlung kurzer Reichweite aus, im Gewebe höchstens etwa zwei Millimeter, dazu etwas Gammastrahlung für Bilder. Bei der Radioligandentherapie koppelt man das Isotop an ein Molekül, das gezielt an Tumorzellen bindet: beim fortgeschrittenen, gestreuten Prostatakrebs an ein Eiweiß namens PSMA, bei neuroendokrinen Tumoren an Rezeptoren für das Hormon Somatostatin. Die Strahlung wirkt dann vor allem am Tumor. Wie jede Strahlentherapie hat das Verfahren Nebenwirkungen, es wird nur in der Nuklearmedizin unter Strahlenschutz eingesetzt.

Natürliches Lutetium besteht zu knapp drei Prozent aus Lutetium-176. Dieses Isotop ist schwach radioaktiv, seine Halbwertszeit von rund 37 Milliarden Jahren übertrifft das Alter des Universums bei Weitem. Es zerfällt zu Hafnium-176, und aus dem Verhältnis beider lässt sich das Alter von Gesteinen und Meteoriten bestimmen.

Kurz gefragt

Welche Ordnungszahl hat Lutetium (Lu)?

Häufige Fragen