લ્યૂટેશિયમ : આવર્તક કોષ્ટકના ત્રીજા (અગાઉના III A) સમૂહમાં આવેલ લૅન્થેનાઇડ શ્રેણી તરીકે ઓળખાતાં તત્વો પૈકીનું છેલ્લું ધાત્વિક તત્વ. સંજ્ઞા Lu. 1907માં જી. ઉર્બેઇને યટર્બિયા (ytterbia) નામના પદાર્થમાંથી બે અંશો (fractions) અલગ પાડ્યા અને તેમને લ્યૂટેશિયા (lutecia) અને નિયોયટર્બિયા નામ આપ્યાં. આ જ સમયે સી. એફ. એ. વૉન વેલ્સબાખે પણ આવું જ અલગીકરણ કર્યું અને નવાં તત્વોને કેસિયોપિયમ (cassiopeium) અને આલ્ડિબેરેનિયમ (aldebaranium) નામ આપ્યાં. (1950 સુધી જર્મનીમાં આ તત્વ કેસિયોપિયમ તરીકે જ ઓળખાતું રહેલું.) આ જ ગાળામાં ન્યૂ હૅમ્પશાયરના સી. જેમ્સે પણ લ્યૂટેશિયા અલગ પાડેલ. ઉર્બેઇનના વતન પૅરિસ માટેના જૂના લૅટિન નામ ‘Lutetia’ પરથી આ તત્વને ‘લ્યૂટેશિયમ’ નામ આપવામાં આવ્યું છે અને ઘણા દેશોએ તે સ્વીકારેલ છે. કુદરતી રીતે મળતી વિરલ મૃદાઓ (rare earths) પૈકી તે સૌથી દુર્લભ (વિરલ, rare) છે. જોકે પૃથ્વીના પોપડામાં તેનું પ્રમાણ એક કરોડે આઠ ભાગ જેટલું છે; જે મર્ક્યુરી, આયોડિન, કૅડમિયમ અથવા ઉમદા (noble) ધાતુઓ કરતાં વધુ છે. ઓછી વિપુલતા અને ઓછી માંગને કારણે તે વિરલ મૃદા-તત્વો પૈકી સૌથી વધુ ખર્ચાળ છે.
ઉપસ્થિતિ : લ્યૂટેશિયમ વિરલ મૃદા ધાતુઓની સાથે અલ્પ પ્રમાણમાં મળી આવે છે. આવાં ખનિજોમાં ઝેનોટાઇમ (xenotime), ગેડોલિનાઇટ, સમર્સ્કાઇટ, ફર્ગ્યુસોનાઇટ અને યુક્ઝોનાઇટ (euxonite)ને ગણાવી શકાય. આમાં તે 0.05થી 1.0 % જેટલું હોય છે, પણ હાલ વ્યાપારી દૃષ્ટિએ તે મૉનેઝાઇટ કે જેમાં તેનું પ્રમાણ 0.003 % જેટલું હોય છે તેમાંથી મેળવવામાં આવે છે. આ ખનિજોનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે સિરિયમ, મિશમેટલ અને થોરિયમ મેળવવા થાય છે. લ્યૂટેશિયમ અને અન્ય વિરલ મૃદા-તત્વો આડપેદાશ રૂપે મળે છે. મૉનેઝાઇટના નિક્ષેપો ભારત, બ્રાઝિલ, આફ્રિકા, ઑસ્ટ્રેલિયા અને યુ.એસ.માં મળી આવે છે. યુ.એસ. ઉપરાંત ચીનમાં પણ 1949 પછી બાસ્ટનીસાઇટ (bastnaesite) ખનિજનો વિરલ મૃદા-ધાતુઓ મેળવવા માટે ઉપયોગ થાય છે. કેન્દ્રીય વિખંડનની નીપજોમાં પણ તે મળી આવે છે.
કેટાયન-વિનિમય રેઝિન દ્વારા વિરલ મૃદા-ધાતુઓનું અલગીકરણ
નિષ્કર્ષણ : 1940ના દાયકાના ઉત્તરાર્ધમાં અને ’50ના દાયકાના પૂર્વાર્ધમાં વિરલ મૃદા-ધાતુઓના અલગીકરણ માટે સ્વચાલિત પ્રભાજન (fractionation) પ્રવિધિઓ વિકસાવાઈ હતી. આ પદ્ધતિઓમાં આયન-વિનિમય રેઝિનોનો ઉપયોગ થાય છે. તેમાં વિરલ મૃદા-તત્વોની કાર્બનિક સંયોજનો સાથે કિલેટ (chelate) સંકીર્ણો બનાવવાની વૃત્તિનો આધાર લેવામાં આવે છે.
આયન-વિનિમય વિધિમાં વિરલ મૃદા-ક્ષારો ધરાવતા દ્રાવણને ઍમ્બરલાઇટ (Amberlite), નેલ્સાઇટ (Nalcite) અથવા ડૉવેક્સ (Dovex) જેવા રેઝિન ભરેલા કાચના કે ધાતુના સ્તંભના મથાળે રેડવામાં આવે છે. રેઝિનમાંના હાઇડ્રોજન આયન (H+) સાથે વિરલ મૃદા કેટાયનોનો વિનિમય થતાં તત્વના કેટાયનો રેઝિન ઉપર જાય છે. કેટાયનની રેઝિનના હાઇડ્રોજન આયન સાથે વિનિમય થવાની વૃત્તિ કેટાયનના પરિમાપ (size) સાથે વધતી જાય છે. વિરલ મૃદા-તત્વોમાં La+3થી Lu3+ તરફ જતાં આયનનું પરિમાપ ઘટતું જતું હોવાથી Lu3+ આયન કે જે કદમાં સૌથી નાનો છે તે રેઝિન સાથે સૌથી ઓછી મજબૂતાઈથી પકડાયેલો રહે છે. કાંઈક અંશે દ્રાવણમાંના Ln3+ (કોઈ પણ ત્રિધનાત્મક લૅન્થેનાઇડ આયન) આયનો અને રેઝિન ઉપરના આયનો વચ્ચે એક પ્રકારનું સમતોલન ઉદભવે છે :
આમ, આયન-વિનિમય સ્તંભની સમગ્ર લંબાઈમાં વિરલ મૃદા આયનો પટ્ટ(bands)ના સ્વરૂપમાં લગભગ સંપૂર્ણપણે અધિશોષાય છે. આમાં ભારે આયનો, સ્તંભના તળિયે, જ્યારે હલકાં આયનો તેના ઉપરના ભાગે હોય છે. આ કેટાયનોને સાઇટ્રિક ઍસિડ અને એમોનિયમ સાઇટ્રેટના દ્રાવણ (pH = 3-7) વડે ધોવાથી તેઓ સંકીર્ણ આયનોના રૂપમાં વિસ્થાપિત થાય છે. આમાં એસિડિક દ્રાવણો તથા સંકીર્ણ બનવા દ્વારા Lu3+ સૌપ્રથમ જ્યારે La3+ છેલ્લું દૂર થાય છે.
દ્રાવણનિષ્કર્ષણપદ્ધતિ દ્વારા પણ વિરલ મૃદા-ધાતુઓનું અલગીકરણ થઈ શકે છે. તેમાં કિલેટકારક HR ધરાવતા કાર્બનિક દ્રાવકને ધાતુના ક્ષારના જલીય દ્રાવણ સાથે હલાવવામાં આવે છે. આને લીધે જો ધાતુ આયન અવીજભારિત સંકીર્ણ MR3 બનાવતો હોય તો તે કાર્બનિક સ્તર અથવા પ્રાવસ્થા(phase)માં જતો રહે છે. સામાન્ય રીતે ધાતુના નાઇટ્રેટ ક્ષારોનું ઈથર અથવા સાઇક્લોપેન્ટેનોન જેવા દ્રાવકો વાપરી નિષ્કર્ષણ કરવામાં આવે છે.
અન્ય ઘટકોથી અલગ કરવામાં આવેલી વિરલ મૃદા-ધાતુ અલગીકરણ માટે વાપરવામાં આવેલ પદ્ધતિ પ્રમાણે તેના હાઇડ્રૉક્સાઇડ, ઑક્સાઇડ, ઑક્ઝેલેટ કે સલ્ફેટ રૂપે મળે છે. ઑક્સાઇડનું સીધું અપચયન થઈ શકે છે. મોટા પાયા પર લ્યૂટેશિયમ ધાતુ મેળવવા માટે નિર્જળ લ્યૂટેશિયમ ક્લોરાઇડ (LuCl3) અથવા ફ્લોરાઇડ(LuF3)નું લોખંડની ક્રુસિબલમાં કાર્બનના વીજધ્રુવો વાપરી વિદ્યુત-વિભાજન કરવામાં આવે છે. ક્લોરાઇડનું ગલનબિંદુ નીચું ઉતારવા તેમાં સોડિયમ કે પોટૅશિયમ ક્લોરાઇડનો થોડો જથ્થો ઉમેરવામાં આવે છે.
ગુણધર્મો : લ્યૂટેશિયમ ચાંદી જેવી સફેદ, નરમ, તન્ય (ductile) અને ચમકતી ધાતુ છે. હવામાં રાખતાં તેનો ચળકાટ ઝાંખો પડે છે. વિરલ ધાતુઓમાં તેનું ગલનબિંદુ સૌથી ઊંચું છે. તેના કેટલાક ભૌતિક ગુણધર્મો નીચે સારણીમાં આપ્યા છે.
સારણી : લ્યૂટેશિયમના કેટલાક ગુણધર્મો
| ગુણધર્મ | મૂલ્ય |
| પરમાણુક્રમાંક | 71 |
| ઇલેક્ટ્રૉનીય સંરચના | [Xe]4f145d16s2 |
| પરમાણુભાર | 174.967 |
| ગલનબિંદુ (° સે.) | 1663 |
| ઉત્કલનબિંદુ (° સે.) | 3402 |
| ઘનતા (25° સે.), (ગ્રા./ઘ.સેમી.) | 9.840 |
| વિદ્યુત-અવરોધકતા (25° સે.) (m ઓહ્મ સેમી.) | 79 |
| કુદરતી સમસ્થાનિકો | 2 |
| EoM+/M (વોલ્ટ) | -2.30 |
| પારમાણ્વિક કદ (ઘ.સેમી./મોલ) | 17.79 |
| Cp (25° સે.) (કૅલરી/મોલ/અંશ) | 6.37 |
કુદરતમાં મળી આવતા લ્યૂટેશિયમના સમસ્થાનિકો પૈકી એક, 175Lu (97.41 %) સ્થાયી છે; જ્યારે બીજો, 176Lu (2.59 %) અસ્થાયી છે. અસ્થાયી સમસ્થાનિક વિકિરણધર્મી છે. (અર્ધઆયુષ્ય = 3 x 1010 વર્ષ) તેનો ઉપયોગ ભૂસ્તરશાસ્ત્રને લગતાં સંશોધનોમાં થાય છે.
લ્યૂટેશિયમ +3 ઉપચયનઅવસ્થા ધરાવતાં વિરલ તત્વોના વિશિષ્ટ ગુણધર્મો ધરાવે છે. Lu3+ના ક્ષારોનાં દ્રાવણો પારજાંબલી કે દૃશ્ય પ્રકાશમાં અવશોષણ-પટ દર્શાવતાં નથી. (4f કવચ સંપૂર્ણ ભરાયેલું હોવાથી) તેનું વિશ્લેષણ ઉત્સર્જન(emission)-વર્ણપટ વડે થાય છે. Lu3+ આયન પ્રતિચુંબકીય (diamagnetic) છે, કારણ કે તેમાં અયુગ્મિત ઇલેક્ટ્રૉન હોતા નથી.
લ્યૂટેશિયમ પાણીમાં અદ્રાવ્ય એવા ફ્લોરાઇડ, હાઇડ્રૉક્સાઇડ, કાર્બોનેટ, ઑક્ઝેલેટ અને ફૉસ્ફેટ બનાવે છે; જ્યારે તેના ક્લોરાઇડ, બ્રોમાઇડ, આયોડાઇડ, નાઇટ્રેટ, સલ્ફેટ અને એસિટેટ દ્રાવ્ય હોય છે. હવામાં બાળવામાં આવે તો તે ઑક્સાઇડ (Lu2O3) બનાવે છે.
લ્યૂટેશિયમ ઠંડા પાણી સાથે ધીમેથી જ્યારે ગરમ પાણી સાથે ઝડપથી પ્રક્રિયા કરી હાઇડ્રોજન મુક્ત કરે છે. મંદ ઍસિડમાં તે દ્રાવ્ય છે અને બધા જ ઍસિડ સાથે પ્રક્રિયા કરી તે હાઇડ્રોજન મુક્ત કરે છે. તે હાઇડ્રોજન સાથે હાઇડ્રાઇડ અને નાઇટ્રોજન સાથે નાઇટ્રાઇડ સંયોજનો બનાવે છે. હેલોજન, સલ્ફર, ફૉસ્ફરસ અને કાર્બન જેવાં અધાતુ તત્વો સાથે સંયોજાઈ તે અનુક્રમે હેલાઇડ, સલ્ફાઇડ, ફોસ્ફાઇડ અને કાર્બાઇડ બનાવે છે.
લ્યૂટેશિયમના [Li(thf)4] [Lu(C6H3Me2)4] જેવાં સંયોજનો પણ બનાવી શકાયાં છે.
નાભિકીય (nuclear) ટૅકનૉલૉજીમાં Lu ધાતુ ઉપયોગી છે.
ચિત્રા સુરેન્દ્ર દેસાઈ