Europium, Eu, 63 ordinale

Informazioni generali su europio

Europium è un elemento chimico con l'elemento simbolo Eu e il numero atomico 63. Nella tavola periodica appartiene al gruppo dei lantanidi e quindi appartiene anche ai metalli delle terre rare. L'Europium è accanto all'americano, il cui unico nome deriva da un elemento continente. Americum, è artificiale. transurano radioattivo di attinidi, che è irrilevante per le nostre considerazioni sui metalli.

Paul Emile Lecoq de Boisbaudran ha scoperto 1890 in un concentrato di samario-gadolinio con linee spettrali sconosciute. La scoperta dell'elemento è stata assegnata a Eugene Anatole Demarcay, che sospettava che 1896 nel samarium appena scoperto fosse un altro elemento. 1901 gli successe nella separazione di europium.

L'europio metallico è stato prodotto solo anni dopo. L'europio si trova solo nei composti. È contenuto in molti minerali; è stato rilevato nello spettro del sole e di alcune stelle. I minerali monazite e bastnasite sono tecnicamente importanti. Recentemente, sono state trovate indicazioni che un isotopo europio è un alphastraler. Il limite inferiore per l'emivita è di 1,7 trilioni di anni.

Storia dell'Europio

Il primo riferimento all'elemento in seguito chiamato europio fu trovato da William Crookes nel 1885. Esaminando gli spettri di fluorescenza delle miscele di samario-ittrio, è stato in grado di misurare i segnali di un'insolita linea spettrale di colore arancione che era più forte nelle miscele degli elementi che nelle sostanze pure. Ha chiamato questa linea spettrale, che punta a un elemento sconosciuto, "linea anomala", l'ipotetico elemento Sδ. Un'altra scoperta sulla strada per l'elemento sconosciuto fu fatta nel 1892 da Paul Émile Lecoq de Boisbaudran, quando scoprì tre righe spettrali blu precedentemente sconosciute nello spettro della scintilla di Samario oltre alla riga anormale di Crookes. Nel 1896, Eugène-Anatole Demarçay postulò l'esistenza di un elemento precedentemente sconosciuto tra samario e gadolinio sulla base degli spettri ultravioletti, e nel 1900 riconobbe che questo elemento doveva essere lo stesso di Crookes e Boisbaudran. Nel 1901 Demarçay riuscì a isolarlo mediante cristallizzazione frazionata dei sali doppi di nitrato di magnesio di samario/europio. Ha chiamato l'elemento Europium dopo il continente europeo. In analogia all'europio, Glenn T. Seaborg, Ralph A. James e Leon O. Morgan hanno chiamato l'attinoide, che si trova direttamente sotto l'europio nella tavola periodica, anche dopo un continente americio.

La prima importante applicazione tecnica dell'elemento fu la produzione di ittrio vanadato drogato con europio. Questo fosforo rosso, scoperto nel 1964 da Albert K. Levine e Frank C. Palilla, ebbe presto un ruolo importante nello sviluppo della televisione a colori. Per questa applicazione, la prima miniera per l'estrazione di terre rare, che era in funzione a Mountain Pass, in California, dal 1954, fu notevolmente ampliata.

Estrazione di europio

A partire dalla monazite o dalla bastnaesite, ha luogo la separazione delle terre rare tramite scambio ionico, estrazione con solvente o deposizione elettrochimica. In una fase finale del processo, l'ossido di purezza ad elevata purezza viene ridotto con metallo lantanio al metallo e sublimato.

Particolaritá

Europium è uno dei metalli delle terre rare più reattivi. In aria, il metallo argenteo lucido inizia immediatamente. A temperature superiori a 150 ° C si accende e brucia con fiamma rossa al sesquiossido Eu2O3. In acqua, reagisce con l'evoluzione dell'idrogeno all'idrossido. Con una densità di 5,244 g / cm3 Europium è il metallo pesante più leggero, il titanio più leggero di sempre (4,507 g / cm3) è già uno dei metalli leggeri.

Mentre 153Eu è stabile, nel 2007 è stata trovata la prova che 151Eu è un emettitore alfa. Il limite inferiore per l'emivita è di 1,7 trilioni di anni. I composti dell'europio e dell'europio devono essere considerati tossici. Le polveri metalliche sono infiammabili ed esplosive.

Europium nella tavola periodica

Presenza di europio

L'europio è un elemento raro sulla terra, la sua abbondanza nella crosta continentale è di circa 2 ppm.

L'europio si trova come componente minore in vari minerali lantanidi, i minerali con europio come componente principale sono sconosciuti. L'elemento è contenuto nelle terre di cerite come la monazite e la bastnesite e nelle terre di ittere come lo xenotime, la proporzione di europio è solitamente compresa tra 0,1 e 0,2%. Il giacimento più importante per l'estrazione dell'europio è stato il minerale di Bastnäsite a Mountain Pass, in California, fino al 1985, dopo di che le miniere cinesi, in particolare il giacimento di Bayan Obo, hanno acquisito grande importanza.

In alcune rocce ignee, la concentrazione di europio è maggiore o minore di quanto ci si aspetterebbe dal rapporto di abbondanza relativa dei metalli delle terre rare determinato utilizzando le condriti come standard. Questo fenomeno è noto come anomalia dell'europio e si basa sul fatto che Eu3 + può essere ridotto a Eu2 + in condizioni riducenti nel magma. Questo ha un raggio ionico più grande dell'europio trivalente ed è quindi facilmente incorporato in alcuni minerali, ad esempio al posto dello stronzio o del calcio nel feldspato di potassio e nel plagioclasio, che quindi hanno un'anomalia dell'europio positivo. Questi minerali cristallizzano dal magma fuso e vengono quindi separati, mentre l'europio trivalente rimane disciolto nel fuso residuo. Al contrario, lo ione Eu2 + è troppo grande per l'installazione in rocce mafiche come pirosseno e olivina invece di ferro, magnesio e calcio e si verifica un'anomalia negativa dell'europio. Oltre alla cristallizzazione del plagioclasio, può verificarsi anche un'anomalia dell'europio quando le rocce vengono sciolte. Poiché il coefficiente di distribuzione tra cristallo e fuso è circa 10 volte maggiore rispetto agli altri elementi delle terre rare, solo una piccola quantità di europio viene rilasciata nel fuso quando una roccia ricca di plagioclasio viene parzialmente sciolta e una roccia con anomalia europio negativa risultati quando si solidifica. L'anomalia dell'europio è un indicatore del grado di frazionamento della roccia ignea.

Un'anomalia pronunciata dell'europio è stata trovata nelle rocce lunari, con le rocce ricche di plagioclasio degli altopiani lunari che mostrano un positivo (aumento del contenuto di europio), le rocce basaltiche trovate nei crateri e Maria un'anomalia dell'europio negativa. Ciò consente di trarre conclusioni sulla storia geologica della luna. Si presume che gli altopiani con le loro anortositi si siano differenziati dal mantello lunare circa 4,6-4,4 miliardi di anni fa e che questo sia quindi costituito da rocce olivino-pirossene impoverite dall'europio. I basalti più giovani nella Maria, che consistono in fusi parziali basaltici di questo mantello, sono quindi così poveri di europio.

Estrazione e preparazione di europio

A causa della somiglianza con i metalli di accompagnamento e della bassa concentrazione nei minerali, la separazione dagli altri lantanidi è difficile, ma allo stesso tempo è tecnicamente particolarmente importante a causa dell'uso dell'elemento. Dopo la digestione dei materiali di partenza come monazite o bastnasite con acido solforico o soluzione di idrossido di sodio, sono possibili vari modi di separazione. Oltre allo scambio ionico, viene utilizzato principalmente un processo che si basa sull'estrazione liquido-liquido e sulla riduzione di Eu3+ a Eu2+. Nel caso della bastnäsite come materiale di partenza, il cerio viene prima separato sotto forma di ossido di cerio (IV) e le terre rare rimanenti vengono sciolte in acido cloridrico. Quindi con l'aiuto di una miscela di DEHPA (acido di (2-etilesil) fosforico) e cherosene in estrazione liquido-liquido, europio, gadolinio e samario vengono separati dagli altri metalli delle terre rare. Questi tre elementi vengono separati riducendo l'europio a Eu2 + e precipitandolo come solfato di europio (II) poco solubile, mentre gli altri ioni rimangono in soluzione.

L'europio metallico può essere ottenuto facendo reagire l'ossido di europio (III) con lantanio o mischmetal. Se questa reazione viene condotta sotto vuoto, l'europio viene distillato e può quindi essere separato da altri metalli e impurità.

Nel 2010 sono state prodotte circa 600 tonnellate di europio e consumate 500 tonnellate (ciascuna calcolata come ossido di europio). A causa della crescente domanda di europio, tuttavia, c'è da temere che nel medio termine la domanda supererà l'offerta e si verificherà una carenza. Stiamo quindi lavorando per espandere la produzione di europio, in particolare aprendo ulteriori miniere come quella di Mount Weld, in Australia, e riaprendo la miniera di Mountain Pass. A causa dell'elevata domanda di europio, anche il prezzo dell'elemento è aumentato notevolmente. Nel 2002 era ancora a 240 dollari USA per chilogrammo, nel 2011 è salito a 1830 dollari per chilogrammo (purezza del 99% in ogni caso).

Proprietà fisiche dell'europio

Come gli altri lantanidi, l'europio è un metallo pesante argenteo e morbido. Ha una densità insolitamente bassa di 5,245 g / cm3, che è significativamente inferiore a quella dei lantanidi vicini come il samario o il gadolinio e inferiore a quella del lantanio. Lo stesso vale per il punto di fusione relativamente basso di 826 ° C e il punto di ebollizione di 1440 ° C (gadolinio: punto di fusione 1312 ° C, punto di ebollizione 3000 ° C). Questi valori si oppongono alla contrazione dei lantanidi altrimenti applicabile e sono causati dalla configurazione elettronica dell'europio. A causa del guscio f semipieno, solo i due elettroni di valenza sono disponibili per i legami metallici; quindi, ci sono forze di legame inferiori e un raggio dell'atomo di metallo significativamente più grande. Una cosa simile si può osservare anche con l'itterbio. Con questo elemento, a causa di un guscio f completamente riempito, sono disponibili solo due elettroni di valenza per i legami metallici.

L'europio cristallizza in condizioni normali in un reticolo cubico a corpo centrato con il parametro reticolare a = 455 pm. Oltre a questa struttura, sono note altre due modifiche ad alta pressione. Come per l'itterbio, la sequenza delle modificazioni all'aumentare della pressione non corrisponde a quella degli altri lantanoidi. Non è nota né una modificazione dell'europio in una struttura a doppio esagonale né in una struttura del samario. La prima transizione di fase nel metallo avviene a 12,5 GPa, al di sopra di questa pressione l'europio cristallizza in una struttura esagonale più densa con i parametri reticolari a = 241 pm e c = 545 pm. Sopra 18 GPa, Eu-III è risultato essere un'altra struttura simile all'imballaggio esagonale più vicino delle sfere.

Ad alte pressioni di almeno 34 GPa, la configurazione elettronica dell'europio nel metallo cambia da bivalente a trivalente. Ciò consente anche una superconduttività dell'elemento, che si verifica ad una pressione di circa 80 GPa e una temperatura di circa 1,8K.

Gli ioni di europio incorporati in reticoli ospiti adatti mostrano una fluorescenza pronunciata. La lunghezza d'onda emessa dipende dal livello di ossidazione. Eu3 + emette fluorescenza in gran parte indipendentemente dal reticolo dell'ospite tra 613 e 618 nm, che corrisponde a un colore rosso intenso. Il massimo dell'emissione di Eu2+, invece, è più dipendente dal reticolo ospite ed è, ad esempio, 447 nm nell'intervallo spettrale blu per l'alluminato di bario magnesio, e nell'intervallo spettrale verde per l'alluminato di stronzio (SrAl2O4 : Eu2+) a 520 nm.

Proprietà chimiche dell'europio

L'europio è un tipico metallo di base e reagisce con la maggior parte dei non metalli. È il più reattivo dei lantanidi e reagisce rapidamente con l'ossigeno. Se riscaldato a circa 180 ° C, si accende spontaneamente in aria e brucia per formare ossido di europio (III).

L'europio reagisce anche con gli alogeni fluoro, cloro, bromo e iodio per formare trialogenuri. Nella reazione con l'idrogeno si formano fasi idruriche non stechiometriche, con l'idrogeno che entra negli interstizi dell'impaccamento sferico del metallo.

L'europio si dissolve lentamente in acqua e rapidamente in acidi con formazione di idrogeno e dello ione Eu3+ incolore. Lo ione Eu2+, anch'esso incolore, può essere ottenuto per riduzione elettrolitica su catodi in soluzione acquosa. È l'unico ione lantanide bivalente stabile in soluzione acquosa. L'europio si dissolve in ammoniaca, formando una soluzione blu, come con i metalli alcalini, in cui sono presenti elettroni solvatati.

Oltre a Sm3+, Tb3+ e Dy3+, il catione Eu3+ appartiene ai cationi lantanidi che, in un opportuno complesso, possono emettere luce nel visibile quando vengono assorbite determinate lunghezze d'onda. Il catione europio trivalente è incolore in una soluzione acquosa, ma se i ligandi organici sono coordinati con un ampio sistema di elettroni π, l'effetto antenna assicura che le proprietà luminescenti della particella centrale aumentino bruscamente. Gli elettroni π del ligando conducono l'energia assorbita dalla luce incidente (circa 355 nm) agli elettroni 5d dell'Eu3 +, per cui questi entrano nell'orbitale 4f e quando ricadono luce nel campo visibile (a circa 610 nm) emettono.

Isotopi di Europio

Sono noti un totale di 38 isotopi e altri 13 isomeri core dell'europio tra 130Eu e 167Eu. Di questi, uno, 153Eu, è stabile, un altro, 151Eu, è stato a lungo considerato stabile; Nel 2007, tuttavia, sono state trovate indicazioni che decade come emettitore alfa con un'emivita di almeno 1,7 trilioni di anni. Questi due isotopi si trovano in natura, con 153Eu che è il più comune con una quota del 52,2% della composizione isotopica naturale, la proporzione di 151Eu è di conseguenza del 47,8%.

Diversi isotopi di europio come 152Eu, 154Eu e 155Eu si formano durante la fissione nucleare di uranio e plutonio. Con una quota di circa lo 155% della quantità totale di prodotti di fissione, 0,03Eu è l'isotopo dell'europio più comune tra i prodotti di fissione. Potrebbe essere rilevata nell'atollo di Rongelap tre anni dopo la contaminazione da parte del test delle armi nucleari di Castle Bravo.

Uso dell'europio

L'europio viene utilizzato principalmente come drogante per la produzione di fosfori, che vengono utilizzati, ad esempio, negli schermi a tubo catodico, precedentemente utilizzati principalmente per schermi di computer e televisori, nonché per strumenti aeronautici e lampade fluorescenti compatte. I fosfori con europio sia bivalente che trivalente vengono utilizzati per colori diversi. Per i fosfori rossi si usa principalmente ossido di ittrio drogato con europio (Y2O3: Eu3+); in passato si usava anche ittrio ossisolfuro o, come primo importante fosforo rosso, ittrio vanadato: Eu3+. Eu2 + è principalmente usato come fosforo blu in composti come il clorofosfato di stronzio (Sr5 (PO4) 3Cl: Eu2 +, cloroapatite di stronzio SCAP) e alluminato di bario magnesio (BaMgAl11O17: Eu2 +, BAM).

Gli schermi al plasma richiedono fosfori che convertono la radiazione VUV emessa dal plasma di gas nobile in luce visibile. A tale scopo, vengono utilizzati fosfori drogati con europio sia per lo spettro blu che per quello rosso - BAM per la luce blu, BO3: Eu3 + per il rosso (Y, Gd).

Nelle lampade al mercurio ad alta pressione, come quelle utilizzate nell'illuminazione stradale, al vetro viene applicato il vanadato di ittrio drogato con europio in modo che la luce appaia bianca e più naturale.

A causa del suo assorbimento di neutroni, l'europio può essere utilizzato nelle barre di controllo per i reattori nucleari. Le barre di controllo contenenti europio sono state testate in vari reattori di prova sovietici come BOR-60 e BN-600.

Come EuropiumHexaBorid, viene offerto anche come rivestimento per la produzione di catodi di ossido per l'emissione di bagliore.

La fluorescenza dell'europio viene utilizzata per prevenire la contraffazione delle banconote in euro.

Questa proprietà può essere utilizzata anche nella spettroscopia di fluorescenza. A tale scopo, l'europio è legato ad esempio in un complesso adatto, che reagisce preferenzialmente nella posizione desiderata, ad esempio con una certa proteina, e si accumula lì.

Significato biologico e tossicità dell'europio

L'europio si trova solo in quantità minime nel corpo e non ha alcun significato biologico. L'elemento non può essere assorbito nemmeno dalle radici delle piante.

I composti solubili di europio sono leggermente tossici; per il cloruro di europio (III) è stato determinato un valore LD50 di 550 mg/kg per intraperitoneale e 5000 mg/kg per somministrazione orale ai topi. Non è stato possibile determinare alcuna tossicità cronica, che potrebbe essere correlata al basso assorbimento di europio nell'intestino e alla rapida conversione del cloruro di europio solubile in ossido di europio insolubile in condizioni basiche. I composti insolubili di europio sono in gran parte non tossici, come è stato determinato in uno studio con nanoparticelle di idrossido di europio (III) nei topi.

Un effetto pro-angiogenico è stato trovato con le nanoparticelle di idrossido di europio (III) (ma non con l'idrossido di europio (III) amorfo); esse promuovono la proliferazione cellulare delle cellule endoteliali in vitro e in vivo è stata osservata una maggiore formazione di piccoli vasi sanguigni nelle uova di gallina . Un possibile meccanismo per questa osservazione è la formazione di specie reattive dell'ossigeno e l'attivazione di MAP chinasi da parte di queste nanoparticelle.

Connessioni da europio

Sono noti composti negli stati di ossidazione +2 e +3, per cui, come per tutti i lantanidi, sebbene lo stato trivalente sia il più stabile, anche lo stato bivalente è insolitamente stabile e quindi esiste un gran numero di composti Eu (II). I raggi ionici differiscono a seconda dello stato di ossidazione, con gli ioni Eu2 + che sono più grandi degli ioni Eu3 +. Con il coordinamento numero sei sono le 131 per Eu2+ e le 108,7 per Eu3+. Il raggio ionico effettivo (che utilizza uno ione O140 che è 14 pm più grande di 2 pm come riferimento) è di conseguenza 117 pm o 94,7 pm per il numero di coordinazione sei. I raggi ionici sono maggiori nei numeri di coordinazione più alti; per Eu2 + nel numero di coordinazione otto è 139 pm.

Composti di ossigeno di europio

L'ossido di europio (III), Eu2O3, è il composto di europio tecnicamente più importante e serve come materiale di partenza per la produzione di altri composti di europio e come drogante per coloranti fluorescenti come Y2O3: Eu3 +, che ha una fluorescenza rossa particolarmente intensa con mostra un contenuto di ossido di europio (III) di circa il 10%. Come gli altri ossidi lantanidi, cristallizza nella struttura cubica del lantanide C.

L'ossido di europio (II), EuO, è un solido ferromagnetico viola-nero con una temperatura di Curie di 70 K che cristallizza in una struttura di cloruro di sodio. Può essere ottenuto riducendo l'ossido di europio (III) con europio ed è l'unico ossido bivalente dei lantanoidi che è stabile in condizioni normali. Oltre a questi due ossidi è noto anche l'ossido di valenza mista europio (II, III), Eu3O4.

Altri composti di europio

Eu calcogenuri (cioè solfuri, selenuri e tellururi) e le loro leghe disordinate hanno proprietà simili a EuO. Eu1-xSrxS è ad es. B. per x = 0 un ferromagnete, che per x≅0.5x diventa un vetro di spin isolante, particolarmente adatto per simulazioni al computer per il suo comportamento non metallico.

L'europio reagisce con gli alogeni fluoro, cloro, bromo e iodio per formare i trialogenuri. Questi si decompongono quando riscaldati ai dialogenuri e agli alogeni elementari.

Il cromato di europio (III) può anche essere creato in una soluzione equimolare di acetato di europio (III) e ossido di cromo (VI).

L'europio forma composti organometallici. A differenza degli altri lantanidi, tuttavia, non è possibile sintetizzare alcun composto ciclopentadienilico dell'europio trivalente. È noto un composto che contiene tre molecole di ciclopentadienile e una molecola di tetraidrofurano, ma questo è fortemente legato all'europio e non può essere rimosso mediante riscaldamento o sotto vuoto, poiché il composto si decompone in anticipo. Al contrario, europio diciclopentadienile (Cp) 2Eu (II) e altri derivati ​​noti sono stabili. Sono noti anche composti di alchinil europio dell'europio bivalente.

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Utilizzare

1. Ossido di solfuro di ittrio drogato con Europium (III) Y2O2S: Eu3 + forma il fosforo rosso (luminoforo) in tubi di colore.
2. Fluorobromuro di bario drogato con Europium (II) BaFBr: Eu2 + è usato per la luminescenza fotostimolata (PSL)
3. I solidi drogati Eu3 + di solito mostrano una luminescenza rossa, Eu2 + può emettere in base al reticolo ospite nell'intero intervallo spettrale ottico (da UV a rosso).
4. Elemento drogante in fosfori per sorgenti luminose come lampade al mercurio ad alta pressione e lampade a risparmio energetico.
5. Materiale dopante in cristalli di scintillazione (come attivatore).
6. Composti organici come reagente a turni nella spettroscopia NMR.
7. Complessi di tio-tetraciclina in spettroscopia a fluorescenza per la rilevazione del perossido di idrogeno
8. TRFIA = dosaggio fluoroimmunologico risolto nel tempo. Gli ioni Eu3 + fluiscono solo brevemente in acqua. Pertanto, si usano agenti chelanti, che si formano attorno agli ioni Eu3 + attorno a un ambiente idrofobo. Ciò porta ad una durata più lunga della fluorescenza. Ciò consente di distinguerlo da tutte le altre fluorescenze di breve durata che possono verificarsi in miscele organiche.

Prezzi europei

Prezzi per Europio -> prezzi per terre rare

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