ルテチウム

ルテチウムは化学元素であり、記号 はLu、原子番号は71です。銀白色の金属で、乾燥した空気中では腐食に強いですが、湿った空気中では腐食に弱いです。ルテチウムはランタノイド系列の最後の元素であり、伝統的に希土類元素に分類されています。また、第6周期遷移金属の最初の元素として分類することもできます。^{[ 8 ]}

ルテチウムは、1907 年にフランスの科学者ジョルジュ・ウルバン、オーストリアの鉱物学者カール・アウアー・フォン・ウェルスバッハ男爵 、アメリカの化学者チャールズ・ジェームズによって独立して発見されました。^{[ 9 ]}これらの研究者は全員、イッテルビウムの不純物としてルテチウムを発見しました。発見の優先権をめぐる論争はその後すぐに起こり、ウルバンとウェルスバッハは互いに相手の発表した研究に影響を受けた結果を発表したと非難し合いました。命名の栄誉は、ウルバンが先に結果を発表していたため、ウルバンに与えられました。彼はパリのラテン語名であるルテティアにちなんで、新しい元素にルテシウムという名前を選びました。^{[ 10 ]} 1949 年に綴りがlutetiumに変更されました。1909 年に、優先権は最終的にウルバンに与えられ、彼の名前が公式に採用されました。しかし、ウェルスバッハが提案した元素71の名称カシオペイウム（後にカシオピウム）は、1950年代まで多くのドイツ人科学者によって使用されました。^{[ 11 ]}

ルテチウムは、地殻中では銀よりはるかに多く存在するものの、特に豊富に存在する元素ではありません。具体的な用途はほとんどありません。ルテチウム176は、半減期が約380億年の比較的豊富（2.6%）な放射性同位体で、鉱物や隕石の年代測定に使用されます。ルテチウムは通常、イットリウムと共存しており^{[ 12 ]}、金属合金や様々な化学反応の触媒として使用されることがあります^。177Lu -DOTA-TATEは、神経内分泌腫瘍に対する放射性核種療法（核医学を参照）に使用されます。ルテチウムは、ランタニドの中で最も高いブリネル硬度（890～1300 MPa ）を持っています。^{[ 13 ]}

ルテチウムの発見には、フランスの科学者ジョルジュ・ウルバン^{[ 29 ]}、オーストリアの鉱物学者カール・アウアー・フォン・ウェルスバッハ男爵^{[30]、アメリカの化学者チャールズ・ジェームズ[31][ 32]}の^3人の科学者が関わっていた。^{彼らは、スイスの化学者}ジャン・シャルル・ガリサール・ド・マリニャックがイッテルビウムのみで構成されていると考えていたイッテルビアの不純物としてルテチウムを発見した。3人のうち、ウルバンが最初に発表し、ウェルスバッハがそれに続いた。ジェームズは発表しようとしていたが、ウルバンの研究を知り、その後、主張を放棄して発表しなかった^{[ 33 ]} 。優先権論争には関わらなかったものの、ジェームズははるかに大規模な研究を行い、当時最大のルテチウムの供給源を所有していた^{[ 34 ] 。}

ウルバンとウェルスバッハは異なる名前を提案した。ウルバンはイッテルビウムにネオイッテルビウム、新元素にルテシウムを選んだ。 ^{[ 35 ]}ウェルスバッハはアルデバランとカシオペイアにちなんでアルデバランとカシオペイアを 選んだ。両著者は、相手が自分の研究に基づいて結果を発表したと非難した。^{[ 36 ] [ 37 ]}当時新元素名の命名を担当していた国際原子量委員会は 、 1909年にウルバンに優先権を与え、ラテン語のルテティア（パリ）に由来する彼の名前を採用することでこの論争を解決した。 ^{[ 38 ]}この決定は、マリニャックのイッテルビウムからルテチウムを分離したことを最初に記述したのはウルバンであったという事実に基づいていた。^{[ 10 ] [ 30 ]} ウェルスバッハはウルバンより先に分離を達成していたが、ウルバンは44日早く発表していた。ウルバンが決定を下した委員会の一員であったため、その客観性には疑問が呈された。さらに、ウェルスバッハはウルバンのスペクトル証拠は弱いと抗議し、ライバルのルテチウムは非常に不純であると主張したが、無駄だった。^{[ 33 ]}ウルバンの名前が認められた後、ネオイッテルビウムはイッテルビウムに戻された。^{[ 39 ]}

1910 年以降、論争は沈静化したが、元素 72 の発見によって再び火がついた。ウルバンは 1911 年に、セルチウムという名の新しい希土類元素を発見し、それを元素 72 であると特定したと主張した。しかし、ニールス・ボーアは量子論から、元素 72 は希土類元素ではなく第 4 族元素でなければならないことを証明しており、フリッツ・パネトの考えに基づき、ボーアの友人であるジョージ・ド・ヘヴェシーはディルク・コスターとジルコニウム鉱物中にそれを探すことに成功した。彼らはこれに成功し、 1923 年にハフニウムを発見した。この発見の発表は、ウルバンのセルチウムと直接矛盾していたため、1920 年代を通じて元素 72 をめぐる論争が巻き起こった。ウルバンのセルチウムはハフニウムと同じではなかったため、その結果として行われたセルチウムの性質に関する調査により、元素 71 の問題が再び取り上げられることになった。^{[ 40 ]}

ボーアのコペンハーゲン研究所の物理学者ハンス・M・ハンセンとスヴェン・ヴェルナーは、1923年に、ウェルスバッハの1907年のカシオペイウムのサンプルは純粋な元素71であったのに対し、ウルバンの1907年のルテチウムのサンプルには元素71の痕跡しか含まれておらず、1911年にセルチウムと特定されたサンプルは実際には純粋な元素71であったことを発見し、ウェルスバッハの批判を裏付けた。^{[ 33 ] [ 40 ]}コペンハーゲンの物理学者たちは、元素71の優先権をウェルスバッハに再付与し、ルテチウムという名前をカシオペイウムに変更するための運動を開始し、1923年にウェルスバッハにその意向を手紙で伝えた。このキャンペーンは物理学の文献では成功を収めたが、ドイツとスカンジナビア諸国がカシオペヤウムを強く支持したにもかかわらず、ルテチウムはほとんどの化学文献に定着したままであり、1930年の国際原子量委員会は元素72がハフニウムであることを認めたが、元素71にはルテチウムを使用した。^{[ 33 ]}

1949年、国際純正・応用化学連合は、当時カシオペイウムという名称はドイツ語と時折オランダ語でしか使われておらず、他の言語に適応させるのが困難であったため、ルテチウムという名称を推奨することを決定した。ただし、これは優先権を主張するものではないことが明確にされた。ウルバンの綴り「lutecium」は、フランス語の「Lutèce」ではなくラテン語の「Lutetia」に由来するように「lutetium」に変更された。^{[ 41 ]}純粋なルテチウム金属は1953年に初めて製造された。^{[ 34 ]}

ルテチウムはほとんどすべての他の希土類金属と共存するが、単独では存在せず、他の元素から分離するのは非常に困難である。主な商業的供給源は、希土類リン酸塩鉱物モナザイト（Ce、La、…）P Oの処理による副産物である。_{4 は}、元素の濃度がわずか 0.0001% であり、 ^{[ 24 ]}地殻中のルテチウムの存在量である約 0.5 mg/kg とそれほど変わらない。現在、ルテチウムを主成分とする鉱物は知られていない。 ^{[ 42 ]}主な採掘地域は、中国、米国、ブラジル、インド、スリランカ、オーストラリアである。ルテチウムの世界生産量 (酸化物の形態) は、年間約 10 トンである。 ^{[ 34 ]}純粋なルテチウム金属の製造は非常に困難である。ルテチウムは、最も希少で高価な希土類金属の 1 つであり、価格は 1 キログラムあたり約 10,000 米ドル、つまり金の約 4 分の 1 である。 ^{[ 43 ] [ 44 ]}

粉砕した鉱物を高温の濃硫酸で処理して、希土類の水溶性硫酸塩を生成する。トリウムは水酸化物として溶液から沈殿し、除去される。その後、溶液をシュウ酸アンモニウムで処理して、希土類を不溶性のシュウ酸塩に変換する。シュウ酸塩はアニーリングによって酸化物に変換される。酸化物は硝酸に溶解されるが、主要成分の1つであるセリウムは硝酸に不溶性であるため、硝酸に溶解されない_{。ルテチウムを含むいくつかの希土類金属は、}硝酸アンモニウムとの複塩として結晶化によって分離される。ルテチウムはイオン交換によって分離される。このプロセスでは、希土類イオンは、樹脂中に存在する水素イオン、アンモニウムイオン、または銅イオンとの交換によって、適切なイオン交換樹脂に吸着される。その後、ルテチウム塩は適切な錯化剤によって選択的に洗い流される。ルテチウム金属は_、無水LuCl3または_LuF3をアルカリ金属またはアルカリ土類金属で還元することによって得られる。^{[ 23 ]}

2LuCl3 + _3Ca →2Lu+ _3CaCl2

^{177Luは、 176Lu}の中性子活性化、または^176Ybの中性子活性化とその後のベータ崩壊によって間接的に生成される。半減期が6.693日であるため、生産炉から使用地点まで輸送しても放射能の著しい損失はない。^{[ 45 ]}

天然ルテチウムに特化した商業用途は少なく、いずれも少量しか使用されない。

他の希土類金属と同様に、ルテチウムは毒性が低いと考えられていますが、その化合物はそれでも注意して取り扱う必要があります。たとえば、フッ化ルテチウムの吸入は危険であり、この化合物は皮膚を刺激します。^{[ 24 ]}硝酸ルテチウムは加熱すると爆発して燃える可能性があるため危険です。酸化ルテチウム粉末も吸入または摂取すると有毒です。^{[ 24 ]}

他の希土類金属と同様に、ルテチウムには既知の生物学的役割はありませんが、人体にも存在し、骨に多く、肝臓や腎臓にも少量存在します。^{[ 34 ]}ルテチウム塩は、自然界で他のランタニド塩と共に存在することが知られています。この元素は、すべてのランタニドの中で人体における存在量が最も少ない元素です。^{[ 34 ]}人間の食事におけるルテチウム含有量は監視されていないため、平均的な人間がどれだけ摂取しているかは不明ですが、推定では、その量は年間わずか数マイクログラム程度であり、すべて植物によって吸収される微量に由来するとされています。可溶性のルテチウム塩は軽度の毒性がありますが、不溶性のものは毒性がありません。^{[ 34 ]}