Europium

europium
←  Samaří | Gadolinium  →
63 Eu ↓ Dopoledne 63 Eu
Vzhled jednoduché látky
Čištěné europium (~300 g, 99,998% čistota)
Vlastnosti atomu
Jméno, symbol, číslo	Europium / Europium (Eu), 63
Skupina , období , blok	3 (zastaralé 3), 6, f-prvek
atomová hmotnost ( molární hmotnost )	151.964(1) [1]  a. e. m.  ( g / mol )
Elektronická konfigurace	[Xe] 6s 2 4f 7
Poloměr atomu	199 hodin
Chemické vlastnosti
kovalentní poloměr	185  hodin
Poloměr iontů	(+3e) 95 (+2e) 109  hodin
Elektronegativita	1,2 (Paulingova stupnice)
Elektrodový potenciál	Eu←Eu 3+ -1,99V Eu←Eu 2+ -2,80V
Oxidační stavy	+2, +3
Ionizační energie (první elektron)	546,9 (5,67)  kJ / mol  ( eV )
Termodynamické vlastnosti jednoduché látky
Hustota (v n.a. )	5,243 g/cm³
Teplota tání	1099 K (826 °C)
Teplota varu	1802 K (1529 °C)
Oud. teplo tání	9,21 kJ/mol
Oud. výparné teplo	176 kJ/mol
Molární tepelná kapacita	27,656 [2]  J/(K mol)
Molární objem	28,9  cm³ / mol
Krystalová mřížka jednoduché látky
Příhradová konstrukce	Krychlové tělo centrované
Parametry mřížky	4,581 Å  _
Další vlastnosti
Tepelná vodivost	(300 K) 13,9 W/(m K)
Číslo CAS	7440-53-1

Europium ( chemická značka  - Eu , z lat.  Europium ) je chemický prvek 3. skupiny (podle zastaralé klasifikace  - vedlejší podskupina třetí skupiny, IIIB) šesté periody periodického systému chemických prvků D. I. Mendělejev s atomovým číslem 63.

Patří do rodiny Lanthanide .

Jednoduchá látka europium je měkký , stříbřitě bílý kov vzácných zemin , který na vzduchu snadno oxiduje .

Historie

První spektrální čáry připisované později europiu pozorovali Crookes ( 1886 ) a Lecoq de Boisbaudran ( 1892 ). Demarcet objevil pás spektra prvku v zemi samaria v roce 1896 a v roce 1901 byl schopen prvek izolovat, popsal ho a pojmenoval po Europě [3] .

Být v přírodě

Vklady

Europium je součástí lanthanoidů , které se často vyskytují v Rusku , Kazachstánu , USA , Austrálii , Brazílii , Indii , Skandinávii . Největší světové naleziště europia se nachází v Keni [4] . V hlubinném ložisku nerostů vzácných zemin poblíž tichomořského ostrova Minamitori ve výlučné ekonomické zóně Japonska jsou značné zásoby [5] .

Fyzikální vlastnosti

Kompletní elektronová konfigurace atomu europia je: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 7

Europium (ve své čisté formě) je měkký, stříbřitě bílý kov . Má neobvykle nízkou hustotu (5,243 g/cm3), bod tání (826 °C) a bod varu (1440 °C) ve srovnání se svými sousedy v periodické tabulce prvků gadolinium a samarium . Tyto hodnoty jsou v rozporu s fenoménem kontrakce lanthanoidů v důsledku vlivu elektronové konfigurace atomu europia [Xe] 4f 7 6s 2 na jeho vlastnosti. Vzhledem k tomu, že elektronový obal f atomu europia je z poloviny vyplněn, jsou k vytvoření kovové vazby poskytnuty pouze dva elektrony , jejichž přitažlivost k jádru je oslabena a vede k výraznému zvětšení poloměru atomu. Podobný jev je také pozorován pro atom ytterbia . Za normálních podmínek má europium krystalovou mřížku centrovanou na krychlové tělo s mřížkovou konstantou 4,581 Á . Při krystalizaci za vysokého tlaku tvoří europium další dvě modifikace krystalové mřížky. V tomto případě se sekvence modifikací se zvyšujícím se tlakem liší od takové sekvence u jiných lanthanoidů, což je také pozorováno u ytterbia . K prvnímu fázovému přechodu dochází při tlaku nad 12,5 GPa, zatímco europium tvoří hexagonální krystalovou mřížku s parametry a = 2,41 Å a c = 5,45 Å. Při tlacích nad 18 GPa tvoří europium podobnou hexagonální krystalovou mřížku s hustším balením. Europiové ionty vložené do krystalové mřížky některých sloučenin jsou schopny produkovat intenzivní fluorescenci s vlnovou délkou vyzařovaného světla v závislosti na oxidačním stavu europiových iontů . Eu 3+ prakticky bez ohledu na látku v jejíž krystalové mřížce je zasazen, vyzařuje světlo o vlnové délce 613 a 618 nm, což odpovídá intenzivní červené barvě. Naopak maximální emise Eu 2+ silně závisí na struktuře krystalové mřížky hostitelské látky a např. u hlinitanu barya-hořečnatého je vlnová délka emitovaného světla 447 nm a je v modrá část spektra a v případě hlinitanu strontnatého (SrAl 2 O 4 :Eu 2+ ) vlnová délka je 520 nm a je v zelené části spektra viditelného světla. Při tlaku 80 GPa [6] a teplotě 1,8 K získává europium supravodivé vlastnosti .

Izotopy

Přírodní europium se skládá ze dvou izotopů, 151 Eu a 153 Eu, v poměru přibližně 1:1. Europium-153 má přirozený výskyt 52,2 % a je stabilní. Izotop europia-151 tvoří 47,8 % přírodního europia. Nedávno [7] byla objevena jeho slabá alfa radioaktivita s poločasem rozpadu asi 5×10 18 let , což odpovídá asi 1 rozpadu za 2 minuty v kilogramu přírodního europia. Kromě tohoto přírodního radioizotopu bylo vytvořeno a studováno 35 umělých radioizotopů europia, z nichž 150 Eu (poločas rozpadu 36,9 let), 152 Eu (13,516 let) a 154 Eu (8,593 let) jsou nejstabilnější. Bylo také nalezeno 8 metastabilních excitovaných stavů , z nichž nejstabilnější jsou 150 m Eu (12,8 hodin), 152 m1 Eu ( 9,3116 hodin) a 152 m2 Eu (96 minut) [8] .

Chemické vlastnosti

Europium je typický aktivní kov a reaguje s většinou nekovů. Nejvyšší reaktivitu má europium ve skupině lanthanoidů. Na vzduchu rychle oxiduje, na povrchu kovu je vždy oxidový film. Skladuje se ve sklenicích nebo ampulích pod vrstvou tekutého parafínu nebo v petroleji . Při zahřátí na vzduchu na teplotu 180 °C se vznítí a hoří za vzniku oxidu europia (III).

Velmi aktivní, dokáže vytěsnit téměř všechny kovy ze solných roztoků. Ve sloučeninách, jako většina prvků vzácných zemin , vykazuje převážně oxidační stav +3, za určitých podmínek (například elektrochemická redukce, redukce zinkového amalgámu atd.) lze dosáhnout oxidačního stavu +2. Také při změně redoxních podmínek je možné získat oxidační stav +2 a +3, což odpovídá oxidu s chemickým vzorcem Eu 3 O 4 . Europium tvoří s vodíkem nestechiometrické fáze, ve kterých jsou atomy vodíku umístěny v mezerách krystalové mřížky mezi atomy europia. Europium se rozpouští v amoniaku za vzniku modrého roztoku, což je způsobeno, stejně jako u podobných roztoků alkalických kovů, tvorbou solvatovaných elektronů .

Získání

Kovové europium se získává redukcí Eu 2 O 3 ve vakuu lanthanem nebo uhlíkem a také elektrolýzou taveniny EuCl 3 .

Aplikace

Jaderná energie

Europium se používá v jaderné energetice jako absorbér neutronů (hlavně oxid europia , hexaborid europia a boritan europia ) v jaderných reaktorech , ale oxid postupně „vyhoří“ a je 1,5krát horší než karbid boru z hlediska životnosti (i když má výhodu téměř úplné absence vývoje plynu a bobtnání v silném toku neutronů, například reaktor BN-600 ). Průřez pro záchyt tepelných neutronů pro europium (přirozená směs izotopů) je asi 4500 barn , přičemž europium-151 je nejaktivnější z hlediska zachycování neutronů ( 9200 barn ).

Atomová vodíková energie

Oxid europia se používá při termochemickém rozkladu vody v jaderně-vodíkové energii (cyklus europium-stroncium-jodid).

Laserové materiály

Europiové ionty se používají ke generování laserového záření ve viditelné oblasti spektra s vlnovou délkou 0,61 mikronu (oranžové paprsky), proto se oxid europia používá k vytváření pevnolátkových a méně běžných kapalných laserů.

Elektronika

Europium je dopant v monosulfidu samaria (termoelektrické generátory) a také jako legující složka pro syntézu diamantu podobného (supertvrdého) nitridu uhlíku .

Silicid europia ve formě tenkých vrstev nachází uplatnění v integrované mikroelektronice .

Oxid europium , stejně jako slitina oxidu europia a samarium monoxidu , se používají ve formě tenkých vrstev jako magnetické polovodičové materiály pro funkční elektroniku a zejména elektroniku MIS.

Fosfory

• Europium je nepostradatelná složka luminoforů používaných v katodových a plazmových barevných obrazovkách.
• Eurobankovky jsou odolné proti padělání s fosfory na bázi europia.
• Europium wolframan  je fosfor používaný v mikroelektronice.
• Stroncium borát dopovaný europiem se používá jako fosfor v lampách pro černé světlo .

Medicína

Europiové kationty se používají v lékařské diagnostice jako fluorescenční sondy. Radioaktivní izotopy europia se používají při léčbě určitých forem rakoviny .

Další použití

• Intenzivně se studují světlocitlivé sloučeniny europia s bromem, chlorem a jodem.
• Europium-154 má vysokou rychlost uvolňování tepla během radioaktivního rozpadu a bylo navrženo jako zdroj v radioizotopových zdrojích energie .

Vliv na kvalitu vody

Při reakcích s vodou se europium chová chemicky jako vápník. Při hodnotách pH pod 6 je europium schopno migrovat ve vodě v iontové formě. Při vyšších hodnotách pH tvoří europium špatně rozpustné a v důsledku toho méně pohyblivé hydroxidy. Při kontaktu se vzdušným kyslíkem dochází k další oxidaci na Eu 2 O 3 . Maximální pozorované koncentrace europia v přírodních nízkomineralizovaných vodách jsou nižší než 1 μg/l (v mořské vodě - 1,1⋅10 −6 mg/l ). Vliv na kvalitu vody při těchto koncentracích se zdá být zanedbatelný. Maximální přípustná koncentrace (MPC) ve vodě je standardizována pouze ruskými normami a rovná se (pro pitnou vodu) 0,3 mg/l .

Cesty vstupu do těla

Pravděpodobnost vstupu europia do lidského těla se zdá být zanedbatelná. Možná vstup europia do těla s vodou v mikroskopických množstvích. Nelze vyloučit možnost jiných cest vstupu do organismu u lidí, kteří přijdou do styku se sloučeninami europia v práci.

Potenciální ohrožení zdraví

Europium je málo toxický prvek. Neexistují žádné informace o účincích expozice europiu na lidské tělo.

Fyziologický význam

V současné době neexistují žádné důkazy o jakékoli biologické roli europia v lidském těle.

Ceny

Europium je jedním z nejdražších lanthanoidů [9] . V roce 2014 se cena kovového europia EBM-1 pohybovala od 800 do 2000 amerických dolarů za kg a oxidu europia o čistotě 99,9 % - asi 500 dolarů za kg.

Poznámky

1. ↑ Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg , Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Atomové hmotnosti prvků 2011 (IUPAC Technical Report  )  // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Sv. 85 , č. 5 . - S. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
2. ↑ Editorial: Knunyants I. L. (šéfredaktor). Chemická encyklopedie: v 5 svazcích - Moskva: Sovětská encyklopedie, 1990. - T. 2. - S. 126. - 671 s. — 100 000 výtisků.
3. ↑ Europium // Encyklopedický slovník Brockhause a Efrona  : v 86 svazcích (82 svazcích a 4 dodatečné). - Petrohrad. , 1890-1907.
4. ↑ Minerály Keni . Datum přístupu: 16. listopadu 2015. Archivováno z originálu 17. listopadu 2015. (neurčitý)
5. ↑ Obrovský potenciál hlubinného bahna jako zdroje prvků vzácných zemin . Staženo 1. 1. 2019. Archivováno z originálu 23. 1. 2019. (neurčitý)
6. ↑ Kompulentní  (nepřístupný odkaz)
7. ↑ Belli P., Bernabei R., Cappella F., Cerulli R., Dai C., Danevich F., Dangelo A., Incicchitti A., Kobychev V., Nagorny SS, Nisi S., Nozzoli F., Prosperi D ., Tretyak VI, Yurchenko SS Hledání α rozpadu přirozeného europia  (anglicky)  // Nuclear Physics A  : journal. - 2007. - Sv. 789 . - str. 15-29 . - doi : 10.1016/j.nuclphysa.2007.03.001 . - .
8. ↑ Nukleonika. Nucleonica: Univerzální nuklidový graf . Nucleonica: Univerzální nuklidový graf . Nucleonica (2007–2011). Získáno 22. července 2011. Archivováno z originálu 19. února 2017. (neurčitý)
9. ↑ Periodická tabulka prvků - Europium . Získáno 26. května 2010. Archivováno z originálu dne 17. března 2010. (neurčitý)

Odkazy

• Data Europium na WebElements Archivována 19. listopadu 2015 na Wayback Machine .
• Sinha SP Europium. / Springer-Verlag New York Inc., 1967. - 164 s. - (Anorganische und allgemeine Chemie in Einzeldarstellungen. Herausgegeben von Margot Becke-Goehring. Band VIII).

Slovníky a encyklopedie	Velká dánština Velká Katalánština Skvělý norský Velký Rus Brockhaus a Efron Malý Brockhaus a Efron Britannica (online) Treccani Universalis
V bibliografických katalozích	GND : 4153210-7 J9U : 987007560305105171 LCCN : sh85045863