Ацетат лютеция

Ацетат лютеция — соль редкоземельного металла лютеция и уксусной кислоты. Второе название вещества, принятое в отечественной химической литературе, — уксуснокислый лютеций. Применяется как прекурсор в производстве лазерных кристаллов и люминофоров, а также в качестве химического реактива высокой степени чистоты.

Химическая формула и физические свойства

Химическая формула ацетата лютеция: Lu(CH₃COO)₃. Молярная масса — 352 г/моль. Вещество представляет собой бесцветные кристаллы, растворимые в воде. При кристаллизации из водных растворов образует кристаллогидраты состава Lu(CH₃COO)₃·nH₂O, где n = 1 или 4; кристаллогидраты также бесцветны (белые). Кристаллы слабо гигроскопичны.

Термически нестабилен: при нагревании разлагается без перехода в расплав. Температура начала термического разложения — около 430 °С; конечный продукт разложения — оксид лютеция Lu₂O₃. В природе ацетат лютеция не встречается.

Химические свойства

Ацетат лютеция умеренно растворим в воде, хорошо растворим в спиртах. Реагирует с минеральными кислотами и щелочами; с большинством других классов соединений реакционная активность мала. Характерные реакции с участием Lu(CH₃COO)₃:

• С фторидом аммония — образуется нерастворимый фторид лютеция LuF₃;
• С фосфорной кислотой — осадок фосфата лютеция LuPO₄;
• С гидрофторидами (в т. ч. при гидролизе фторборатов) — осаждение LuF₃.

Ионы Lu³⁺ в растворе и в кристаллической форме бесцветны: у лютеция полностью заполнена 4f-оболочка (4f¹⁴), d-d и f-f электронных переходов нет.

Получение ацетата лютеция

Синтез проводится растворением оксида или гидроксида лютеция в водном растворе уксусной кислоты (~50%) при нагревании:

Lu₂O₃ + 6 CH₃COOH → 2 Lu(CH₃COO)₃ + 3 H₂O

Lu(OH)₃ + 3 CH₃COOH → Lu(CH₃COO)₃ + 3 H₂O

Реакция экзотермическая. После растворения раствор упаривают при ~75 °С, охлаждают, выпавший кристаллогидрат отфильтровывают и высушивают. Безводную соль получают досушкой кристаллогидрата в вакуумном сушильном шкафу.

Применение ацетата лютеция

Ацетат лютеция используется в нескольких направлениях, обусловленных высокой стоимостью лютеция и его редкостью в природе (содержание в земной коре ~0,5 ppm).

Прекурсор лазерных кристаллов и сцинтилляторов

Один из основных путей применения — синтез лютецийсодержащих оксидных материалов: алюмолютециевого граната (LuAG) и других фаз, используемых в сцинтилляционных детекторах и лазерных средах. Ацетат лютеция служит удобным водорастворимым исходным реагентом при соосаждении или золь-гель-синтезе таких материалов.

Люминофоры и оптическая керамика

Ацетат лютеция применяется как исходное соединение при получении нанофосфоров на основе оксида лютеция, легированных редкоземельными активаторами (Eu, Tb и др.). Оксидная матрица Lu₂O₃ обладает высоким показателем преломления и химической стабильностью, что делает лютециевые люминофоры востребованными в оптических и медицинских системах визуализации.

Каталитические применения

Соединения лютеция, включая ацетат, используются как прекурсоры катализаторов в нефтепереработке (каталитический крекинг), а также в органическом синтезе — реакциях алкилирования, гидрирования и полимеризации.

Синтез металлического лютеция и химический реактив

Ацетат лютеция служит исходным веществом для получения металлического лютеция. В аналитической химии используется как стандарт и реактив при определении производных органических и неорганических кислот.

Меры безопасности при работе

Ацетат лютеция не относится к высокоопасным веществам, однако требует соблюдения стандартных мер предосторожности при работе с солями редкоземельных металлов. По данным GHS: вызывает раздражение кожи (H315), серьёзное раздражение глаз (H318), может раздражать дыхательные пути при вдыхании пыли (H335). Работать в перчатках, защитных очках, при необходимости — в респираторе. При попадании на кожу — смыть водой с мылом; при попадании в глаза — немедленно промыть проточной водой, при сохранении симптомов обратиться к врачу.

Формы поставки, квалификация и хранение

Ацетат лютеция поставляется в виде кристаллического порошка. Стандартные квалификации: чистый (Ч, от 99,0%), химически чистый (ХЧ, от 99,9%), особо чистый (от 99,99% и выше). Конкретная квалификация согласовывается при оформлении заявки. Фасовка и объём партии — по договорённости.

Хранят в плотно закрытой таре в сухом помещении, защищённом от влаги; слабая гигроскопичность требует герметичного хранения при длительном сроке.

Другие соединения лютеция, применяемые в химическом синтезе и аналитике: карбонат лютеция и сульфат лютеция 8-водный.