Lutetium ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Lu und der Ordnungszahl 71. Im Periodensystem steht es in der Gruppe der Lanthanoide und zählt damit auch zu den Metallen der Seltenen Erden. Wie die anderen Lanthanoide ist Lutetium ein silberglänzendes Schwermetall. Wegen der Lanthanoidenkontraktion hat Lutetium den kleinsten Atomradius sowie die höchste Dichte und den höchsten Schmelz- und Siedepunkt aller Lanthanoide.
Das Element wurde 1907 nahezu gleichzeitig, aber unabhängig voneinander von Georges Urbain, Carl Auer von Welsbach und Charles James entdeckt. Obwohl 1909 entschieden wurde, dass Urbain die Entdeckung zusteht und damit auch der von ihm vorgeschlagene Name Lutetium festgelegt wurde, war besonders im deutschsprachigen Raum die von Carl Auer von Welsbach vorgeschlagene Bezeichnung Cassiopeium (Cp) lange verbreitet.
Lutetium zählt zu den seltensten Seltenerdmetallen und wird darum und infolge der schwierigen Abtrennung von den anderen Lanthanoiden nur in geringem Umfang wirtschaftlich genutzt. Zu den wichtigsten Anwendungen des Elements zählt die Verwendung von Lutetiumoxyorthosilicat als Bestandteil für den Bau von Detektoren von PET-CT-Geräten.
Geschichte mini|links|hochkant=0.8|Carl Auer von Welsbach Lutetium wurde 1907 als vorletztes Lanthanoid (nur das radioaktive und damit instabile Promethium wurde später entdeckt) annähernd gleichzeitig und unabhängig voneinander durch drei Chemiker entdeckt. Sowohl der Franzose Georges Urbain, der Österreicher Carl Auer von Welsbach als auch der Amerikaner Charles James untersuchten das 1878 von Jean Charles Galissard de Marignac entdeckte Ytterbium genauer. Urbain berichtete am 4. November 1907 in der Pariser Académie des sciences, dass er durch 800fache Fraktionierung von Ytterbiumnitraten, die er aus Xenotim gewonnen hatte, aus dem Ytterbium von Marignac zwei Elemente erhalten habe. Diese nannte er Neo-ytterbium und Lutecium nach dem alten Namen von Paris, Lutetia.M. G. Urbain: Un nouvel élément, le lutécium, résultant du dédoublement de l'ytterbium de Marignac. In: Comptes rendus. 145, 1908, S. 759–762 ().Helge Kragh: Elements No. 70, 71, 72: Discoveries and controversies In: C.H. Evans (Hrsg.): Episodes from the History of the Rare Earth Elements. Band 15, Kluwer Academic Publishers 1996, ISBN 978-94-009-0287-9, S. 71–85.
Kurze Zeit später, am 19. Dezember 1907, gab Carl Auer von Welsbach als Ergebnis von Forschungen, die er seit 1905 durchführte, bekannt, dass er aus den Funkenspektren verschiedener Proben, die er durch fraktionierte Kristallisation von Ytterbium-Ammoniumoxalat gewonnen hatte, geschlossen habe, dass dieses aus zwei verschiedenen Elementen bestehen müsse. Diese nannte er Cassiopeium (Cp, nach dem Sternbild Cassiopeia, entspricht Lutetium) und Aldebaranium (Ab, nach dem Stern Aldebaran, entspricht Ytterbium). Er konnte jedoch keine Reinstoffe gewinnen.C. Auer v. Welsbach: Die Zerlegung des Ytterbiums in seine Elemente. In: Monatshefte für Chemie. 29, 1908, S. 181–225, doi:10.1007/BF01558944.
Auch Charles James arbeitete an der Trennung von Ytterbium mit Hilfe von Ytterbium-Magnesiumnitrat-Salzen und erhielt 1907 größere Mengen der reinen Salze. Nachdem er von der Entdeckung Urbains erfahren hatte, verzichtete er jedoch auf eventuelle Ansprüche auf die Entdeckung des neuen Elements.
In der folgenden Zeit kam es zwischen Urbain und Welsbach zu einigen – durch die politischen Gegensätze zwischen Frankreich und Österreich-Ungarn verstärkten – Auseinandersetzungen um die Anerkennung als rechtmäßiger Entdecker des neuen Elements und damit auch um das Recht, den Namen des Elements festzulegen.G. Urbain: Lutetium und Neoytterbium oder Cassiopeium und Aldebaranium. In: Monatshefte für Chemie. 31, 1910, S. I–VI, doi:10.1007/BF01530262. Der internationale Atomgewichts-Ausschuss, bestehend aus Frank Wigglesworth Clarke, Wilhelm Ostwald, Thomas Edward Thorpe und Georges Urbain, entschied sich 1909 schließlich für Urbain und seine Elementnamen. Allerdings wurde der Name Neo-ytterbium zu Ytterbium geändert.F. W. Clarke, W. Ostwald, T. E. Thorpe, G. Urbain: Bericht des Internationalen Atomgewichts-Ausschusses für 1909. In: Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. 42, 1909, S. 11–17, doi:10.1002/cber.19090420104. Endgültig wurde der Name Lutetium für das Element 1949 von der IUPAC festgelegt.W. H. Koppenol: Naming of new elements (IUPAC Recommendations 2002). In: Pure and Applied Chemistry. 74, 2002, S. 787–791, doi:10.1351/pac200274050787. Bis dahin hatten vor allem viele deutsche Chemiker an der Bezeichnung Cassiopeium festgehalten.
1911 behauptete Georges Urbain, ein weiteres, dem Lutetium ähnliches Element gefunden zu haben, das er Celtium nannte. Er konnte zwar spektroskopische Untersuchungen durchführen, aber kein reines Celtium gewinnen.G. Urbain: Sur un nouvel élément qui accompagne le lutécium et le scandium dans le terrre de gadolinite: le celtium. In: Comptes rendus. 1911, 152, S. 141–143 (). Dies stellte sich jedoch nach der Entdeckung des Hafniums als falsch heraus, die von Urbain beobachteten Spektrallinien gehörten zum Lutetium.G. Urbain: Sur le celtium, élément de numéro atomique 72. In: Comptes rendus. 1923, 176, S. 469–470 ().
Durch Thulium verunreinigtes metallisches Lutetium wurde erstmals 1936 von Wilhelm Klemm und Heinrich Bommer erhalten. Sie gewannen das Metall durch Reduktion von Lutetium(III)-chlorid mit Kalium bei 250 °C. Weiterhin bestimmten sie die Kristallstruktur des Metalls.W. Klemm, H. Bommer: Zur Kenntnis der Metalle der seltenen Erden. In: Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 231, 1937, S. 138–171, doi:10.1002/zaac.19372310115. Reines Lutetium wurde schließlich 1953 von Frank Harold Spedding durch Reduktion von Lutetiumfluorid mit Calcium dargestellt.F.H. Spedding, A.H. Daane: Production of rare earth metals in quantity allows testing of physical properties. In: JOM. Band 6, 1954, S. 504–510, .
Vorkommen mini|links|Xenotim Lutetium ist auf der Erde ein seltenes Element, seine Häufigkeit in der kontinentalen Erdkruste beträgt etwa 0,8 ppm. Von den Lanthanoiden sind nur Thulium und das radioaktive Promethium seltener. Unter den Seltenen Erden wird es mit Yttrium und den Elementen von Gadolinium bis Ytterbium zu den schweren Seltenen Erden (Heavy Rare Earth Elements, HREE) gezählt.
Wie alle Seltenen Erden ist Lutetium lithophil und daher vor allem in der kontinentalen Erdkruste zu finden, nur wenig im Erdmantel und nicht im Erdkern. Seltene Erden werden zudem zu den inkompatiblen Elementen gezählt, jedoch ist es bei verschiedenen Gesteinen und Lanthanoiden unterschiedlich ausgeprägt. Während leichte Lanthanoide stark inkompatibel sind, ist dies bei schweren weniger der Fall. Vor allem in Granat werden HREE wie Lutetium bevorzugt eingebaut.Martin Okrusch, Hartwig E. Frimmel: Mineralogie. 10. Auflage, Springer, 2022, ISBN 978-3-662-64064-7, S. 765–769.
Es sind keine Lutetiumminerale bekannt, das Element kommt stets vergesellschaftet mit anderen schweren Seltenerdelementen in Erzen vor. Die wichtigsten lutetiumhaltigen Minerale sind Xenotim, Gadolinit-(Y), Bastnäsit, Allanit und Britholit.Scott M. McLennan: Lutetium. In: William White (Hrsg.): Encyclopedia of Geochemistry. Springer, 2018, ISBN 978-3-319-39311-7, S. 839–840. Der Lutetiumgehalt von Xenotim liegt je nach Probe bei bis zu 0,87 %Xenotim. In: John W. Anthony, Richard A. Bideaux, Kenneth W. Bladh, Monte C. Nichols (Hrsg.): Handbook of Mineralogy, Mineralogical Society of America. 2001 (handbookofmineralogy.org [PDF; 67 kB; abgerufen am 5. November 2025]).
Die kommerziell wichtigste Quelle für Lutetium sind ionenadsorbierende Tonminerale (Regolith-hosted ion-adsorption deposits, IADs). Diese entstehen bei der Verwitterung von Muttergesteinen vor allem in den Subtropen und adsorbieren die in den Ausgangsgesteinen enthaltenen Seltenerdmetalle. IAD-Vorkommen besitzen zwar nur einen relativ geringen Anteil an Seltenerdelementen von 0,05 bis 0,2 %, diese lassen sich jedoch relativ einfach durch Auslaugen aus den Tonmineralen lösen.Charles D. Beard, Eva Marquis, Martin P. Smith, Martin Yan Hei Li, Guillaume Estrade, Kathryn M. Goodenough: Ion Adsorption Mineralisation in Regolith-Hosted REE Deposits. In: Rob J. Bowell, Charles R. M. Butt (Hrsg.): Geology, Geochemistry and Formation of Supergene Mineral Deposits in Deeply Weathered Terrain. Springer, 2025, ISBN 978-3-031-75732-7, S. 365–367.
Die wichtigsten Vorkommen von ionenadsorbierenden Tonmineralen liegen im Süden Chinas, aber auch in Myanmar, Vietnam, Malawi, Brasilien, den Philippinen und den Vereinigten Staaten sind Vorkommen bekannt. Kommerziell ausgebeutet werden vor allem die Vorkommen in Südchina und Myanmar.A. Borst, Martin Smith, Adrian A. Finch, Guillaume Estrade, Cristina Villanova-de-Benavent, Peter Nason, Eva Marquis, Nicola J. Horsburgh, Kathryn Goodenough, Cheng Xu, Jindřích Kynický, Kalotina Geraki: Adsorption of rare earth elements in regolith-hosted clay deposits. In: Nature Communications. 2020, Band 11, Nr. 1, Artikel 4386, . Die chinesischen Tonmineral-Vorkommen enthalten etwa 0,3 ppm Lutetium, es sind noch einige Vorkommen mit höheren Gehalten von bis zu 6 ppm in einer kleinen, sehr HREE-reichen Lagerstätte in Penco, Chile bekannt.Kenneth D. Collerson, Roussos Dimitrakopoulos, Guy Greville: A Meaningful metric to compare the value and Prospectivity of Clay-Hosted regolith rare earth element deposits. In: Ore Geology Reviews. Band 180, 2025, Artikel 106582, .
Gewinnung und Darstellung mini|Lutetium, sublimiert, dendritisch, Reinheit des Metalls: 99,995 % (Würfel 1 cm3) Die Gewinnung von Lutetium ist vor allem durch die schwierige Trennung der Lanthanoide kompliziert und langwierig. Die Ausgangsminerale wie Monazit oder Xenotim werden zunächst mit Säuren oder Laugen aufgeschlossen und in Lösung gebracht. Die Trennung des Lutetiums von den anderen Lanthanoiden ist dann durch verschiedene Methoden möglich, wobei die Trennung durch Ionenaustausch die technisch wichtigste Methode für Lutetium darstellt, sowie auch für andere seltene Lanthanoide. Dabei wird die Lösung mit den seltenen Erden auf ein geeignetes Harz aufgetragen, an das die einzelnen Lanthanoid-Ionen unterschiedlich stark binden. Anschließend werden sie in einer Trennsäule mit Hilfe von Komplexbildnern wie EDTA, DTPA oder HEDTA vom Harz gelöst, durch die unterschiedlich starke Bindung an das Harz erzielt man somit die Trennung der einzelnen Lanthanoide.Ian McGill: Rear Earth Elements. In: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH, Weinheim 2005, doi:10.1002/14356007.a22_607.V. M. Gelis, E. A. Chuveleva, L. A. Firsova, E. A. Kozlitin, I. R. Barabanov: Optimization of Separation of Ytterbium and Lutetium by Displacement Complexing Chromatography. In: Russian Journal of Applied Chemistry. 78, 2005, S. 1420–1426, doi:10.1007/s11167-005-0530-6.
Eine Gewinnung von Lutetiummetall ist durch Reduktion von Lutetiumfluorid mit Calcium bei 1500 bis 1600 °C möglich.
Aufgrund der schwierigen Gewinnung wird es nur in geringen Mengen hergestellt und eingesetzt und besitzt einen hohen Preis. Aufgrund der geringen Nachfrage wird die Versorgung mit Lutetium nicht als kritisch angesehen.Harald Elsner: Kritische Versorgungslage mit schweren Seltenen Erden – Entwicklung „Grüner Technologien“ gefährdet? In: Commodity Top News. Nr. 36, 2011, Gordon B. Haxel, James B. Hedrick, Greta J. Orris: Rare Earth Elements—Critical Resources for High Technology. (= U.S. Geological Survey Fact Sheet 087-02, 2002). (pdf)
Eigenschaften Physikalische Eigenschaften mini|Kristallstruktur von Lutetium, a = 351,6 pm, c = 557,3 pm Lutetium ist ein weiches, silberglänzendes Schwermetall. Die Lanthanoidenkontraktion bewirkt, dass Lutetium als das Lanthanoid mit der höchsten Ordnungszahl mit 175 pm den kleinsten Atomradius besitzt. In der Folge besitzt es auch mit 9,84 g/cm3 die höchste Dichte und den höchsten Schmelz- (1652 °C) und Siedepunkt (3330 °C) aller Lanthanoide.