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ELM Élément n° 71 sur 118

Lutécium (Lu)

Dernier lanthanide identifié en 1907, le lutécium est rare dans les minerais et difficile à isoler. Ses applications industrielles restent limitées, mais certains composés et isotopes ont des usages spécialisés.

Par Claire Delmas · Mis à jour le

Fiche d’identité du lutécium

Numéro atomique (Z)
71
Symbole
Lu
Masse atomique
174,96669 u
Masse molaire
174,96669 g/mol
Famille
Lanthanides
Période · groupe · bloc
6 · aucun (bloc f) · f
Configuration électronique
[Xe] 6s² 4f¹⁴ 5d¹
État à 20 °C
solide
Température de fusion
1 662,85 °C (1 936 K)
Température d’ébullition
3 401,85 °C (3 675 K)
Masse volumique
9,84 g/cm³
Électronégativité (Pauling)
1,27
Rayon atomique (van der Waals)
221 pm
1re énergie d’ionisation
5,426 eV
Affinité électronique
non mesuré
États d’oxydation
+3
Découverte
1907, par Carl Auer von Welsbach, Georges Urbain
Nom tiré de
Lutèce
Abondance dans la croûte terrestre
0,8 mg/kg
Abondance dans l’eau de mer
1,5 × 10⁻⁷ mg/L
Numéro CAS
7439-94-3
Lutécium : période 6, ligne des lanthanides, famille des lanthanides.
Lu
Électrons par couche : 2 · 8 · 18 · 32 · 9 · 2

Avec le symbole Lu et le numéro atomique 71, le lutécium appartient aux métaux de la famille des lanthanides. Son nom vient de Lutèce, l’ancien nom de Paris. On le rencontre rarement seul dans la nature : il accompagne d’autres terres rares dans certains minerais, dont la monazite. La difficulté de séparation explique en partie pourquoi ses usages restent plus spécialisés que ceux de lanthanides plus abondants.

Où trouve-t-on le lutécium et comment l’isole-t-on ?

Le lutécium est présent en faibles proportions dans des minéraux contenant des terres rares. La fiche du Los Alamos National Laboratory signale notamment la monazite, où sa teneur est d’environ 0,003 %. Cette concentration modeste ne signifie pas qu’il est absent des minerais, mais qu’il faut le séparer d’éléments chimiquement proches.

L’extraction se fait d’abord à partir d’un mélange de terres rares. Selon l’Institut UTINAM du CNRS, la séparation peut combiner échange d’ions et extraction par solvant. Ces procédés permettent d’obtenir des sels de lutécium. Pour préparer le métal, le fluorure de lutécium peut ensuite être réduit par le calcium sous atmosphère protectrice. La production du métal pur est ainsi une opération distincte, qui s’ajoute à la séparation déjà complexe du minerai.

Pourquoi ses propriétés intéressent-elles les chimistes ?

Comme les autres lanthanides, le lutécium forme principalement des composés à l’état d’oxydation +3. Cela signifie que ses atomes perdent habituellement trois électrons lors de la formation de nombreux sels. Dans le tableau périodique, il se distingue par sa couche 4f complète, indiquée dans sa configuration électronique. Cette structure contribue à le différencier des éléments voisins, mais ne le rend pas pour autant facile à extraire : les lanthanides partagent des propriétés chimiques suffisamment proches pour compliquer leur séparation.

À température ambiante, le lutécium est un métal solide. Sa masse atomique standard est de 174,96669 u, valeur publiée par la Commission des abondances isotopiques et des poids atomiques de l’IUPAC. La fiche d’identité donne également une masse volumique de 9,84 g/cm³ et un point de fusion de 1 662,8 °C. Ces valeurs décrivent le métal pur ; elles ne doivent pas être confondues avec les propriétés d’un minerai ou d’un composé de lutécium.

Quels sont ses usages concrets ?

Les applications commerciales du lutécium restent peu nombreuses. Le Jefferson Lab décrit notamment des usages catalytiques : un catalyseur accélère une réaction chimique sans être consommé de la même manière que les réactifs. Des composés du lutécium peuvent intervenir dans des procédés liés au raffinage des hydrocarbures et dans certaines réactions d’hydrogénation ou de polymérisation. Ces emplois ne signifient pas que le métal soit un ingrédient courant de tous ces procédés : les usages dépendent du composé et du procédé considérés.

Il faut aussi distinguer le lutécium naturel de l’isotope lutécium-177. Un isotope est une forme d’un même élément dont le noyau contient un nombre différent de neutrons. Le lutécium-177 est radioactif et a des applications médicales spécialisées, notamment dans des traitements radiopharmaceutiques. Ce n’est pas un usage du métal ordinaire, ni une indication que le lutécium naturel aurait un rôle biologique établi.

Que sait-on de sa découverte et de sa sécurité ?

En 1907, Georges Urbain et Carl Auer von Welsbach ont identifié indépendamment le nouvel élément dans des fractions alors considérées comme de l’ytterbium. Le nom proposé par Urbain renvoie à Lutèce. Les récits historiques peuvent attribuer différemment la priorité de l’identification ou de la publication ; la date et les deux noms figurent dans la fiche d’identité fournie.

La prudence reste de mise avec le métal et ses composés, en particulier dans un contexte de laboratoire ou de fabrication. La fiche du laboratoire de Los Alamos indique une toxicité considérée faible pour les terres rares, tout en recommandant de les manipuler avec soin faute d’informations complètes. Le risque concret dépend notamment de la forme chimique, de la voie d’exposition et des conditions de travail.

Isotopes naturels du lutécium

IsotopeMasse (u)Abondance naturelleStabilité
¹⁷⁵Lu174,9407752(20)97,401 %stable
¹⁷⁶Lu175,9426897(20)2,599 %radioactif

88 isotopes du lutécium sont connus, dont 1 stable. Données : NIST et AMDC (AIEA), via PubChem.

Questions fréquentes

Quelle est la masse molaire du lutécium ?

La masse molaire du lutécium est de 174,96669 g/mol, d’après la masse atomique standard de 174,96669 u retenue par l’IUPAC (CIAAW). Une mole d’atomes de lutécium pèse donc environ 174,96669 grammes.

Quel est le numéro atomique du lutécium ?

Le numéro atomique du lutécium est 71 : son noyau compte 71 protons, et l’atome neutre autant d’électrons. Son symbole chimique est Lu.

Quelle est la configuration électronique du lutécium ?

La configuration électronique du lutécium est [Xe] 6s² 4f¹⁴ 5d¹, soit 2, 8, 18, 32, 9, 2 électrons répartis de la première à la dernière couche. Le lutécium appartient au bloc f du tableau périodique.

Le lutécium est-il vraiment un élément rare ?

Il est rare dans le sens où il est présent en faibles concentrations dans les minerais et difficile à séparer des autres terres rares. Il n’est toutefois pas nécessairement absent des roches : on le trouve en petites quantités dans certains minéraux, notamment la monazite. La rareté pertinente pour son extraction tient donc aussi à sa dispersion et à la complexité de sa récupération.

Le lutécium naturel est-il radioactif ?

Le lutécium naturel comprend principalement le lutécium-175, ainsi qu’une petite proportion de lutécium-176, un isotope radioactif à très longue durée de vie. La fiche d’identité indique qu’un seul isotope naturel est stable. Cela ne signifie pas que le métal naturel se comporte comme une source radioactive intense ; il faut distinguer sa composition isotopique de celle d’isotopes radioactifs produits ou utilisés spécifiquement.

Le lutécium a-t-il un rôle dans le corps humain ?

Aucun rôle biologique naturel établi n’est attribué au lutécium. Son isotope lutécium-177 peut être employé dans des médicaments radiopharmaceutiques ciblés, mais cet usage médical spécialisé ne constitue pas un rôle physiologique de l’élément dans l’organisme.

Sources des données

Valeurs relevées le 3 octobre 2026. Températures et masses volumiques à pression atmosphérique ; une valeur « non mesuré » n’est pas connue expérimentalement.