Lutetium is synthesized in stars mainly through the s-过程 (slow neutron capture) occurring in AGB stars (asymptotic giant branch) of low to medium mass. As the last stable lanthanide and the heaviest element in the series, it represents the endpoint of rare earth production via neutron capture. Lutetium shows a very low contribution from the r-process (rapid neutron capture), estimated at less than 5-10% of its solar abundance, making it, along with ytterbium, one of the purest tracers of the s-process.
镥在宇宙中的丰度（按原子数量计）约为氢的3.5×10⁻¹³倍，使其成为最稀有的稀土元素之一，与铥相当，但比镱约少2.3倍。其极端稀有性由多重因素导致：根据奥多-哈金斯规则，其原子序数为奇数（Lu, Z=71）；位于中子俘获链末端，俘获截面逐渐减弱；且作为最重的稳定镧系元素（下一个元素钷具有放射性）。
镥是慢中子过程的重要示踪元素，尤其适用于研究中子俘获核合成的最后阶段。恒星中镥/铕（Lu/Eu）比值对慢中子过程的贡献极为敏感，因为铕主要来源于快中子过程。高Lu/Eu比值是富含慢中子过程元素恒星的典型特征。此外，镥的某些谱线对温度敏感，使该元素可作为"温度计"用于测定特定恒星的大气温度。
由于镥在恒星大气中含量稀少，其探测难度较大，但借助现代高分辨率光谱仪已在多颗恒星中实现。其中Lu II离子谱线应用最为广泛。在地球化学领域，镥的放射性同位素Lu-176（半衰期378亿年）可用于岩石定年（Lu-Hf体系）。该定年系统对研究地壳早期形成及地幔演化具有特殊价值，因为镥和铪在岩浆作用过程中表现出截然不同的地球化学行为。
Lutetium takes its name from 吕泰西亚, the Latin name for the city of Paris. This name was chosen by the French chemist Georges Urbain, who discovered the element, to honor his hometown. It is one of the few elements named after Paris, along with francium (also discovered in Paris). The use of the Latin name Lutetia recalls the historical origins of the city, founded by the Parisii, a Gallic people.
Lutetium was discovered almost simultaneously and independently by three researchers in 1907. The French chemist 乔治·于尔班 (1872-1938) succeeded in separating Marignac's ytterbia into two oxides: neo-ytterbium (which ultimately retained the name ytterbium) and lutetium. Almost at the same time, the Austrian chemist 卡尔·奥尔·冯·韦尔斯巴赫 (1858-1929), inventor of the incandescent mantle, separated the same oxides and named them aldebaranium and cassiopeium. Meanwhile, the American chemist 查尔斯·詹姆斯 (1880-1928), working at the University of New Hampshire, also achieved the separation. After a controversy, the name "lutetium" proposed by Urbain was finally adopted internationally, although the spelling "lutetium" is used in some English-speaking countries.
镥与镱的分离是稀土化学中最具挑战性的分析难题之一，因为它们的化学性质极为相似。三位发现者采用了极其繁复的分步结晶法，需要重复数千次。乌尔班主要使用硝酸盐的分步结晶，而冯·韦尔斯巴赫则采用溴酸盐的分步结晶。直到20世纪50年代离子交换技术发展后，高纯度镥才变得相对容易获取。
镥在地壳中的平均浓度约为0.5 ppm（百万分之一），是最稀有的稀土元素之一，与铥和钷（但后者因具有放射性而几乎不存在）相当。其丰度约为镱的六分之一。含镥的主要矿物有独居石（(Ce,La,Nd,Lu,Th)PO₄）和氟碳铈矿（(Ce,La,Nd,Lu)CO₃F），其中镥通常占稀土总含量的0.003%至0.01%；而在磷钇矿（YPO₄）中，其浓度可能略高。此外，镥也存在于黑稀金矿和硅铍钇矿中。
全球氧化镥（Lu₂O₃）的年产量约为10至20吨，使其成为产量最少的稀土元素之一。由于其极度稀缺性以及高度专业化、高附加值的应用领域，镥是最昂贵的稀土之一，氧化镥的典型价格为每公斤5000至15000美元（高纯度等级价格更高）。中国主导着镥的生产，但即便在中国，镥的产量也极为微小。
镥金属主要通过金属钙在惰性氩气气氛下对氟化镥（LuF₃）进行金属热还原生产。全球镥金属的年产量仅有数百公斤。由于使用量极小且从复杂成品中回收难度极大，镥的回收几乎不存在。
镥（符号Lu，原子序数71）是镧系元素中的第十五个也是最后一个元素，终结了元素周期表f区块的稀土元素。其原子含有71个质子，通常有104个中子（对应最丰富的稳定同位素\(\,^{175}\mathrm{Lu}\)），以及71个电子，电子构型为[Xe] 4f¹⁴ 5d¹ 6s²。这一构型具有完全填满的4f亚层（14个电子）和5d亚层中的一个电子，这使得镥区别于其他镧系元素，并在化学性质上更接近第3族元素（钪、钇）。
镥是一种银白色、有光泽、相对坚硬且密度高的金属。在镧系元素中，它是硬度最高、密度最大（9.84 g/cm³）的金属之一。室温下，镥具有六方密排（HCP）晶体结构，这与具有面心立方结构的镱不同。由于5d亚层中存在未配对电子，镥在室温下具有顺磁性。在所有镧系元素中，镥的熔点和沸点最高。
Lutetium melts at 1663 °C (1936 K) and boils at 3402 °C (3675 K). These exceptionally high melting and boiling points make it the most refractory lanthanide. Lutetium undergoes an allotropic transformation at 1675 °C where its crystal structure changes from hexagonal close-packed (HCP) to body-centered cubic (BCC). Its electrical conductivity is poor, about 20 times lower than that of copper. Lutetium is a good heat conductor for a lanthanide.
镥在室温干燥空气中相对稳定，但会缓慢氧化生成Lu₂O₃。加热时氧化速度加快，燃烧生成氧化物：4Lu + 3O₂ → 2Lu₂O₃。镥与冷水反应缓慢，与热水反应较快，生成氢氧化镥Lu(OH)₃并释放氢气。它易溶于稀无机酸。该金属必须储存在矿物油中或惰性气氛下。
Melting point of lutetium: 1936 K (1663 °C) - the highest of the lanthanides.
Boiling point of lutetium: 3675 K (3402 °C) - the highest of the lanthanides.
Density: 9.84 g/cm³ - one of the densest lanthanides.
Crystal structure at room temperature: Hexagonal close-packed (HCP).
Hardness: Relatively hard among lanthanides.
| 同位素 / 符号 | 质子（Z） | 中子（N） | 原子质量（u） | 天然丰度 | 半衰期/稳定性 | 衰变/备注 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 镥-175 — \(\,^{175}\mathrm{Lu}\,\) | 71 | 104 | 174.940771 u | ≈ 97.41% | 稳定的 | 天然镥的主要稳定同位素。 |
| 镥-176 — \(\,^{176}\mathrm{Lu}\,\) | 71 | 105 | 175.942686 u | ≈ 2.59% | 3.78×10¹⁰年 | β-放射性，半衰期极长。用于地质年代学（Lu-Hf体系）。 |
| 镥-177 — \(\,^{177}\mathrm{Lu}\,\) | 71 | 106 | 176.943758 u | 合成 | ≈ 6.65 天 | 放射性（β⁻）。用于靶向放疗（诊疗一体化）的主要医用同位素。 |
| 镥-177m — \(\,^{177m}\mathrm{Lu}\,\) | 71 | 106 | 176.943758 u | 合成 | ≈ 160.4 天 | 镥-177的亚稳态核同质异能素。用于研究和校准的伽马发射体。 |
注：:
Electron shells: 电子如何围绕原子核组织.
镥有71个电子，分布在六个电子壳层上。其电子构型为[Xe] 4f¹⁴ 5d¹ 6s²，其中4f亚层完全填满（14个电子），5d亚层有一个电子。该构型也可表示为：K(2) L(8) M(18) N(18) O(32) P(3)，或完整形式：1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s² 5p⁶ 5d¹ 6s²。
K壳层 (n=1): contains 2 electrons in the 1s subshell. This inner shell is complete and very stable.
L层（n=2）: contains 8 electrons distributed as 2s² 2p⁶. This shell is complete, forming a noble gas configuration (neon).
M壳层（n=3）: contains 18 electrons distributed as 3s² 3p⁶ 3d¹⁰. This complete shell contributes to the electronic screening.
N壳层（n=4）: contains 18 electrons distributed as 4s² 4p⁶ 4d¹⁰. This shell forms a stable structure.
O壳层（n=5）: contains 32 electrons distributed as 5s² 5p⁶ 4f¹⁴ 5d¹. The completely filled 4f subshell and the presence of a 5d electron characterize the chemistry of lutetium.
P壳层（n=6）: contains 3 electrons in the 6s² and 5d¹ subshells (although 5d belongs to the n=5 shell, it is energetically close to 6s).
Lutetium effectively has 17 价电子: fourteen 4f¹⁴ electrons, two 6s² electrons, and one 5d¹ electron. However, lutetium almost exclusively exhibits the +3 oxidation state in its stable compounds. In this state, lutetium loses its two 6s electrons and its 5d electron to form the Lu³⁺ ion with the electronic configuration [Xe] 4f¹⁴. This ion has a completely filled 4f subshell and is diamagnetic, which is unique among trivalent lanthanide ions (all others are paramagnetic).
与铕或镱等一些镧系元素不同，镥在正常条件下不会形成稳定的+2氧化态。少数镥(II)化合物已在极端条件下合成，但极不稳定。因此，+3态是唯一具有化学意义的氧化态。这种+3态的独特稳定性，加上Lu³⁺离子半径小（配位数为8时半径为100.1 pm，是所有镧系元素中最小的），使得镥的化学性质独特，更接近钇和钪，而非其他镧系元素。
因此，镥的化学性质以+3价态为主导。Lu³⁺离子在水溶液中通常形成无色配合物（4f→4f跃迁被禁止且非常微弱）。其盐类具有抗磁性。Lu³⁺较小的离子半径赋予其高电荷密度，这导致其配位化学倾向于氧供体配体，并易形成高配位数的配合物。
镥金属在室温干燥空气中相对稳定，会形成一层薄薄的Lu₂O₃保护层。在高温（超过200°C）下，它会迅速氧化并燃烧生成氧化物：4Lu + 3O₂ → 2Lu₂O₃。氧化镥(III)是一种白色固体，具有立方C型稀土结构。呈细粉状时，镥具有自燃性，可在空气中自发燃烧。
镥与冷水反应缓慢，与热水反应较快，生成氢氧化镥Lu(OH)₃并释放氢气：2Lu + 6H₂O → 2Lu(OH)₃ + 3H₂↑。该氢氧化物以溶解度较低的凝胶状白色固体形式沉淀。与其他镧系元素类似，该反应并不剧烈，但长期观察可见。
镥与所有卤素反应生成相应的三卤化物：2Lu + 3F₂ → 2LuF₃（白色氟化物）；2Lu + 3Cl₂ → 2LuCl₃（白色氯化物）。镥易溶于稀无机酸（盐酸、硫酸、硝酸），释放氢气并生成相应的Lu³⁺盐：2Lu + 6HCl → 2LuCl₃ + 3H₂↑。
镥在中等温度（300-400 °C）下与氢反应生成LuH₂，在更高温度下生成LuH₃。与硫反应形成硫化物Lu₂S₃。在高温（>1000 °C）下与氮反应生成氮化物LuN，与碳反应生成碳化物LuC₂。镥还能与有机配体形成多种配位络合物，但由于其成本高昂，这方面的化学研究不如其他一些镧系元素深入。
镥最显著的特性是其Lu³⁺离子体积小且稳定性高。离子半径仅为100.1 pm（配位数为8时），Lu³⁺是所有稀土元素中体积最小的三价离子。这种小尺寸与高电荷相结合，使Lu³⁺具有极高的电荷密度。这导致强配体极化、对硬配体（氧供体原子）的高亲和力，以及形成更高配位数配合物的倾向。这些特性被应用于催化和先进材料领域。
Theranostics is a medical approach that combines therapy and diagnosis using the same or similar agents. 镥-177 (¹⁷⁷Lu) is an ideal radioactive isotope for this approach. It emits medium-energy beta particles (β⁻) (max 497 keV, average 133 keV) that are therapeutic, and low-energy gamma rays (113 keV and 208 keV) that allow imaging (scintigraphy). Thus, the same Lu-177-labeled molecule can both treat the tumor (therapy) and visualize its location (diagnosis).
Lu-177最成熟的应用是治疗神经内分泌肿瘤（NETs），尤其是胃肠胰肿瘤。该疗法通常使用与螯合剂（DOTA）结合的生长抑素类似物（如DOTATATE或DOTATOC），DOTA能牢固结合Lu-177。这种分子靶向于神经内分泌肿瘤细胞表面过度表达的生长抑素受体。注射后，该化合物与肿瘤细胞结合，在局部释放高剂量辐射，同时保护健康组织。
Lu-177也用于治疗转移性去势抵抗性前列腺癌（mCRPC）。在这种情况下，它与PSMA（前列腺特异性膜抗原）结合，这是一种在前列腺癌细胞表面过度表达的蛋白质。¹⁷⁷Lu-PSMA-617在治疗失败的患者中显示出令人鼓舞的效果，可提高生存率和生活质量。
Lu-177正在被研究用于治疗其他癌症，包括小细胞肺癌、胶质母细胞瘤、卵巢癌和淋巴瘤。新的分子靶点和载体正在开发中，以扩大适应症范围。
镥-177主要通过核反应堆中子辐照镱-176（¹⁷⁶Yb(n,γ)¹⁷⁷Yb → ¹⁷⁷Lu）生产，或从辐照后的镱-176靶材中分离获得。另一种方法采用直接辐照镥-176（¹⁷⁶Lu(n,γ)¹⁷⁷Lu），但会产生含放射性杂质的镥-177。镥-177日益增长的需求导致供应紧张，并推动了新产能的开发。
镥用作流化催化裂化（FCC）催化剂的促进剂，该催化剂将重质石油馏分转化为更轻、更有价值的产品（汽油、柴油、石化产品）。作为FCC催化剂主要成分的Y型沸石，常通过稀土改性以提高其热稳定性和水热稳定性，并增强其催化活性。镥因其离子半径小、电荷高，在稳定沸石结构和调节其酸性方面尤为有效。
Lu³⁺离子取代了沸石可交换位点中的钠离子。其较小的离子半径与高电荷在沸石内部产生强静电场，使烃类分子极化，从而促进裂化反应。此外，镥元素能增强沸石在高温水蒸气环境下的抗失活能力——这在流化催化裂化装置的严苛工况中至关重要。即使在极低浓度下（通常低于催化剂总质量的0.1%），镥仍可显著提升催化性能。
镥对FCC催化剂活性和选择性的提升，可提高汽油产率、减少不良副产物生成并延长催化剂寿命，从而为炼油厂带来显著经济效益。尽管镥价格昂贵，但其用量极小，在大型炼油厂中使用仍具有经济合理性。
闪烁体是一种在受到电离辐射照射时会发光的材料。镥是多种高性能闪烁体的组成成分之一。
掺杂活性离子（如铈Ce³⁺或镨Pr³⁺）的LuAG（镥铝石榴石）晶体被用作高性能激光器的增益介质。这类激光器在精密加工、医学和研究领域的应用正在被研究。
氧化镥（Lu₂O₃）被掺入某些特殊光学玻璃中，以提高其折射率和色散率。这些玻璃用于高端相机镜头、显微镜及其他精密光学仪器，对减少色差至关重要。
镥-176/铪-176同位素体系（¹⁷⁶Lu → ¹⁷⁶Hf，半衰期378亿年）用于测定古老地质事件，特别是地壳与地幔的早期分化过程。由于镥和铪具有不同的地球化学行为（镥在地幔矿物中的相容性高于铪），二者比值在地壳和地幔中的演化存在差异，从而可追溯大陆地壳的形成历史。
镥及其化合物的化学毒性较低，与其他镧系元素相当。尚未发现严重的急性毒性或致癌效应。与其他稀土元素类似，其毒性主要与高剂量暴露时干扰钙代谢有关。镥目前已知无任何生物作用。
若发生暴露，镥的行为与其他镧系元素相似：主要蓄积于肝脏和骨骼中，且清除速度极慢。由于该元素极为稀有且应用高度专业化，普通人群的暴露水平极低，几乎为零。
用于核医学的Lu-177同位素，在生产、放射性药物制备、患者给药及废物管理过程中，必须采取严格的辐射防护措施。医务人员需遵循β/γ辐射源的防护规程。接受Lu-177治疗的患者会释放辐射，注射后数日内有时需采取特殊防护措施（限制与亲属接触、管理排泄物）。
由于镥的产量极小，其相关的环境影响可忽略不计。镥的回收几乎不存在。含有Lu-177的医疗废物作为放射性废物处理，并储存至完全衰变（6.65天的半衰期意味着约10个半衰期，即67天后，放射性活度降至初始活度的0.1%以下）。由于成本过高，从医疗或工业废物中开发镥回收方法的可能性极低。
职业暴露仅限于极少数参与镥化合物生产、Lu-177放射性药物制造以及这些产品医疗使用的工人。需遵循金属粉尘（针对稳定镥）和辐射防护（针对Lu-177）的标准预防措施。暴露人数极低。
原子的各种形态：从古代直觉到量子力学 
