લ્યુટેટિયમ (Lu) - JEE/NEET અને CBSE માટે સ્ટડી ગાઇડ

પરિચય

લ્યુટેટિયમ (Lu) એ લેન્થેનાઇડ શ્રેણીનું છેલ્લું અને સૌથી ભારે તત્વ છે, જે તત્વોના સમૂહને ઘણીવાર “દુર્લભ પૃથ્વી તત્વો” તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. નામ હોવા છતાં, લ્યુટેટિયમ પૃથ્વીના પોપડામાં મધ્યમ માત્રામાં વિપુલ છે. તેના અનન્ય ગુણધર્મો, જે તેની સંપૂર્ણ ભરાયેલી 4f સબશેલમાંથી ઉદ્ભવે છે, તે મુખ્યત્વે ઉચ્ચ-ટેકનોલોજી ક્ષેત્રો, તબીબી ઇમેજિંગ અને લક્ષિત રેડિયોન્યુક્લાઇડ થેરાપીમાં વિશિષ્ટ એપ્લિકેશનો તરફ દોરી જાય છે. લ્યુટેટિયમના રાસાયણિક વર્તનને સમજવું અદ્યતન રસાયણશાસ્ત્રના અભ્યાસ માટે મહત્વપૂર્ણ છે.

CBSE/JEE ક્વિક રિવિઝન નોટ્સ

• પ્રતીક: Lu
• પરમાણુ ક્રમાંક (Z): 71
• પરમાણુ દળ: 174.967 u (આશરે 175 g/mol)
• બ્લોક: f-બ્લોક (લેન્થેનાઇડ તરીકે વર્ગીકૃત, જોકે તેની ગ્રાઉન્ડ સ્ટેટ ઇલેક્ટ્રોન રચનામાં 5d ઇલેક્ટ્રોન હોય છે)
• સમૂહ: મુખ્ય 1-18 સિસ્ટમમાં ઔપચારિક રીતે કોઈ સમૂહ નંબર સોંપવામાં આવ્યો નથી; સમૂહ 3 ની અંદર લેન્થેનાઇડ શ્રેણીનો ભાગ માનવામાં આવે છે.
• આવર્ત: 6
• સંયોજકતા/સૌથી સામાન્ય ઓક્સિડેશન સ્થિતિ: +3 ( 4f¹⁴ રચનાને કારણે અત્યંત સ્થિર)
• STP પર ભૌતિક સ્થિતિ: ઘન
• દેખાવ: ચાંદી-સફેદ, ચમકદાર ધાતુ
• ઘનતા: 9.84 g/cm³
• ગલનબિંદુ: 1663 °C
• ઉત્કલનબિંદુ: 3402 °C
• પ્રકૃતિ: અત્યંત ઇલેક્ટ્રોપોઝિટિવ, પ્રતિક્રિયાશીલ ધાતુ.

ઇલેક્ટ્રોન રચના અને બોન્ડિંગ વર્તન

• ગ્રાઉન્ડ સ્ટેટ ઇલેક્ટ્રોન રચના: [Xe] 4f¹⁴ 5d¹ 6s²
  • વધારાના 4f ઇલેક્ટ્રોન ને બદલે 5d¹ ઇલેક્ટ્રોનની હાજરી લ્યુટેટિયમને એક રસપ્રદ કિસ્સો બનાવે છે જેના વર્ગીકરણ અંગે ઘણીવાર ચર્ચા થાય છે. જો કે, અન્ય લેન્થેનાઇડ્સ સાથેની તેની રાસાયણિક સમાનતા, 4f સબશેલનું પૂર્ણ થવું અને યટર્બિયમ (Yb, 4f¹⁴ 6s²) પછી તરત જ તેની સ્થિતિને કારણે તેને પરંપરાગત રીતે f-બ્લોક તત્વો સાથે જૂથબદ્ધ કરવામાં આવે છે.
• આયનીકરણ: લ્યુટેટિયમ સામાન્ય રીતે તેના 6s² ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવે છે, ત્યારબાદ 5d¹ ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવીને અત્યંત સ્થિર +3 ઓક્સિડેશન સ્થિતિ પ્રાપ્ત કરે છે.
  • Lu → Lu³⁺ + 3e⁻
  • Lu³⁺ ની ઇલેક્ટ્રોનિક રચના: [Xe] 4f¹⁴ (સંપૂર્ણ ભરાયેલ 4f સબશેલ, જે નોંધપાત્ર સ્થિરતા પ્રદાન કરે છે).
• બોન્ડિંગ: તેની ઉચ્ચ ઇલેક્ટ્રોપોઝિટિવિટી અને સ્થિર Lu³⁺ આયનને કારણે મુખ્યત્વે આયનીય સંયોજનો બનાવે છે.
• લેન્થેનાઇડ સંકોચન: લેન્થેનાઇડ શ્રેણીના છેલ્લા તત્વ તરીકે, લ્યુટેટિયમ લેન્થેનાઇડ સંકોચનની સૌથી વધુ સ્પષ્ટ અસર દર્શાવે છે. Lu³⁺ ની આયનીય ત્રિજ્યા લેન્થેનાઇડ આયનોમાં સૌથી નાની છે, જે પછીના 5d સંક્રમણ તત્વો (દા.ત., હેફનિયમ, Hf) ના ગુણધર્મો પર નોંધપાત્ર અસર કરે છે.

મહત્વપૂર્ણ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ

લ્યુટેટિયમ એક પ્રતિક્રિયાશીલ ધાતુ છે અને તેનું રાસાયણિક વર્તન ઇલેક્ટ્રોપોઝિટિવ લેન્થેનાઇડની લાક્ષણિકતા છે, મુખ્યત્વે +3 ઓક્સિડેશન સ્થિતિના સંયોજનો બનાવે છે.

1. હવા/ઓક્સિજન સાથે પ્રતિક્રિયા: ભેજવાળી હવામાં લ્યુટેટિયમ ધીમે ધીમે ઝાંખું પડે છે પરંતુ જ્યારે ઓક્સિજનમાં ગરમ ​​કરવામાં આવે ત્યારે લ્યુટેટિયમ(III) ઓક્સાઇડ બનાવવા માટે સહેલાઈથી બળે છે. 4 Lu(s) + 3 O₂(g) → 2 Lu₂O₃(s)

2. પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા: ઠંડા પાણી સાથે ધીમે ધીમે પ્રતિક્રિયા આપે છે અને ગરમ પાણી સાથે વધુ જોરશોરથી પ્રતિક્રિયા આપીને લ્યુટેટિયમ(III) હાઇડ્રોક્સાઇડ અને હાઇડ્રોજન ગેસ બનાવે છે. 2 Lu(s) + 6 H₂O(l) → 2 Lu(OH)₃(aq) + 3 H₂(g)

3. એસિડ સાથે પ્રતિક્રિયા: મોટાભાગના મંદ ખનિજ એસિડ (હાઇડ્રોફ્લોરિક એસિડ, HF, અદ્રાવ્ય ફ્લોરાઇડ બનવાને કારણે સિવાય) સાથે સહેલાઈથી પ્રતિક્રિયા આપીને લ્યુટેટિયમ(III) ક્ષાર અને હાઇડ્રોજન ગેસ બનાવે છે. 2 Lu(s) + 6 HCl(aq) → 2 LuCl₃(aq) + 3 H₂(g) 2 Lu(s) + 3 H₂SO₄(aq) → Lu₂(SO₄)₃(aq) + 3 H₂(g)

4. હેલોજન સાથે પ્રતિક્રિયા: લ્યુટેટિયમ તમામ હેલોજન સાથે જોરશોરથી પ્રતિક્રિયા આપીને લ્યુટેટિયમ(III) હેલાઇડ્સ બનાવે છે. 2 Lu(s) + 3 Cl₂(g) → 2 LuCl₃(s)

ઔદ્યોગિક અને જૈવિક મહત્વ

ઔદ્યોગિક મહત્વ

• ઉત્પ્રેરણ: લ્યુટેટિયમ સંયોજનો પેટ્રોલિયમ ક્રેકીંગ, આલ્કિલેશન, હાઇડ્રોજનેશન અને પોલિમરાઇઝેશન સહિત વિવિધ કાર્બનિક સંશ્લેષણ પ્રતિક્રિયાઓમાં ઉત્પ્રેરક તરીકે સેવા આપે છે.
• તબીબી ઇમેજિંગ (PET સ્કેનર્સ): લ્યુટેટિયમ ઓક્સીઓર્થોસિલિકેટ (LSO) અને લ્યુટેટિયમ-યટર્બિયમ ઓક્સીઓર્થોસિલિકેટ (LYSO) સ્ફટિકો, જે ઘણીવાર સેરીયમ સાથે ડોપ કરવામાં આવે છે, તે પોઝિટ્રોન એમિશન ટોમોગ્રાફી (PET) સ્કેનર્સમાં મહત્વપૂર્ણ સિન્ટિલેટર સામગ્રી છે. તેમની ઉચ્ચ ઘનતા, ઉચ્ચ પ્રકાશ ઉપજ અને ઝડપી ક્ષય સમય ઉત્તમ અવકાશી રીઝોલ્યુશન અને શોધ કાર્યક્ષમતા પ્રદાન કરે છે.
• પરમાણુ દવા: રેડિયોઆઇસોટોપ લ્યુટેટિયમ-177 (¹⁷⁷Lu) એ બીટા-ઉત્સર્જન કરતું રેડિયોન્યુક્લાઇડ છે જે ચોક્કસ કેન્સર, ખાસ કરીને ન્યુરોએન્ડોક્રાઇન ગાંઠો માટે લક્ષિત રેડિયોન્યુક્લાઇડ થેરાપી (TRT) માં ઉપયોગમાં લેવાય છે, જેમ કે ¹⁷⁷Lu-DOTATATE ફોર્મ્યુલેશનમાં. આ ઉપચાર સીધા ગાંઠના કોષોમાં રેડિયેશન પહોંચાડે છે, જેનાથી તંદુરસ્ત પેશીઓને નુકસાન ઓછું થાય છે.
• લેસરો: લ્યુટેટિયમ એલ્યુમિનિયમ ગાર્નેટ (LuAG) અને લ્યુટેટિયમ ગેલિયમ ગાર્નેટ (LGG) નો ઉપયોગ તેમની ઉત્તમ થર્મલ અને ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મોને કારણે સોલિડ-સ્ટેટ લેસર માટે હોસ્ટ સામગ્રી તરીકે થાય છે.
• હાઇ-રિફ્રેક્ટિવ-ઇન્ડેક્સ ગ્લાસ: લ્યુટેટિયમ સંયોજનોને ઓપ્ટિક્સમાં ઉપયોગમાં લેવાતા વિશિષ્ટ ગ્લાસમાં સામેલ કરવામાં આવે છે.

જૈવિક મહત્વ

• લ્યુટેટિયમનો સજીવ જીવોમાં કોઈ જાણીતો આવશ્યક જૈવિક રોલ નથી.
• તેના બિન-રેડિયોએક્ટિવ સ્વરૂપોમાં, તત્વ લ્યુટેટિયમ અને તેના સંયોજનોને સામાન્ય રીતે ઓછી ઝેરી અસર ધરાવતા માનવામાં આવે છે.
• લ્યુટેટિયમની પ્રાથમિક જૈવિક ક્રિયા તેના રેડિયોઆઇસોટોપ ¹⁷⁷Lu દ્વારા તબીબી નિદાન અને ઉપચારાત્મક એપ્લિકેશનોમાં થાય છે, જ્યાં તેની રેડિયોએક્ટિવિટીનો ખાસ ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.