Евро́пий ( химический символ — Eu , от лат. Eu ropium ) — химический элемент 3-й группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы третьей группы, IIIB) шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 63.

Относится к семейству лантаноидов .

Простое вещество европий — это мягкий редкоземельный металл серебристо-белого цвета, легко окисляющийся на воздухе.

История

Первыми спектральные линии, отнесённые впоследствии к европию, наблюдали Крукс ( 1886 ) и Лекок де Буабодран ( 1892 ). Демарсе обнаружил полосу спектра элемента в самариевой земле в 1896 году , а в 1901 году смог выделить элемент, описал его и дал ему название в честь Европы .

Нахождение в природе

Месторождения

Европий входит в состав лантаноидов , которые часто встречаются в России , Казахстанe , США , Австралии , Бразилии , Индии , Скандинавии . Крупнейшее в мире месторождение европия находится в Кении . Значительны запасы в глубоководном месторождении редкоземельных минералов у тихоокеанского острова Минамитори в исключительной экономической зоне Японии .

Физические свойства

Полная электронная конфигурация атома европия: 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

Европий (в чистом виде) представляет собой мягкий серебристо-белый металл . Он имеет необычно низкую плотность (5,243 г/см3), температуру плавления (826 °C) и температуру кипения (1440 °C) по сравнению со своими соседями по периодической системе элементов гадолинием и самарием . Эти величины противоречат явлению лантаноидного сжатия из-за влияния электронной конфигурации атома европия [Xe] 4f ⁷ 6s ² на его свойства. Так как электронная оболочка f атома европия заполнена наполовину, для образования металлической связи предоставлены только два электрона, притяжение которых к ядру ослаблено и приводит к существенному увеличению радиуса атома. Аналогичное явление наблюдается также у атома иттербия . При нормальных условиях европий имеет кубическую объёмно-центрированную кристаллическую решетку с постоянной решетки 4,581 Å. При кристаллизации под высоким давлением европий образует ещё две модификации кристаллической решетки. При этом последовательность модификаций при возрастании давления отличается от такой последовательности у других лантаноидов, что наблюдается также и у иттербия . Первый фазовый переход происходит при давлении свыше 12,5 ГПа, при этом европий образует гексагональную кристаллическую решетку с параметрами a = 2,41 Å и c = 5,45 Å. При давлении свыше 18 ГПа европий образует аналогичную гексагональную кристаллическую решетку с более плотной упаковкой. Ионы европия, встроенные в кристаллическую решетку некоторых соединений, способны вызывать интенсивную флуоресценцию , причем длина волны излучаемого света зависит от степени окисления ионов европия. Eu ³⁺ практически независимо от того вещества, в кристаллическую решетку которого он встроен, испускает свет с длиной волны 613 и 618 нм, что соответствует интенсивному красному цвету. Напротив, максимальная эмиссия Eu ²⁺ сильно зависит от строения кристаллической решетки вещества-хозяина и, например, в случае алюмината бария-магния длина волны испускаемого света составляет 447 нм и находится в синей части спектра, а в случае алюмината стронция (SrAl ₂ O ₄ :Eu ²⁺ ) длина волны составляет 520 нм и находится в зелёной части спектра видимого света. При давлении 80 ГПа и температуре 1,8 К европий приобретает сверхпроводящие свойства .

Изотопы

Природный европий состоит из двух изотопов, ¹⁵¹ Eu и ¹⁵³ Eu, в соотношении примерно 1:1. Европий-153 имеет природную распространённость 52,2 %, он стабилен. Изотоп европий-151 составляет 47,8 % природного европия. Недавно была обнаружена его слабая альфа-радиоактивность с периодом полураспада около 5×10 ¹⁸ лет , что соответствует примерно 1 распаду за 2 минуты в килограмме природного европия. Кроме этого природного радиоизотопа, созданы и исследованы 35 искусственных радиоизотопов европия, среди которых наиболее устойчивы ¹⁵⁰ Eu (период полураспада 36,9 года), ¹⁵² Eu (13,516 года) и ¹⁵⁴ Eu (8,593 года). Обнаружены также 8 метастабильных возбуждённых состояний , среди которых наиболее стабилен ^150m Eu (12,8 часа), ^152m1 Eu (9,3116 часа) и ^152m2 Eu (96 минут) .

Химические свойства

Европий является типичным активным металлом и вступает в реакции с большинством неметаллов. Европий в группе лантаноидов имеет максимальную реакционную способность. На воздухе быстро окисляется, на поверхности металла всегда есть оксидная плёнка. Хранят в банках или ампулах под слоем жидкого парафина или в керосине . При нагревании на воздухе до температуры 180 °C воспламеняется и горит с образованием оксида европия (III).

${\displaystyle \mathrm {4\ Eu+3\ O_{2}\longrightarrow 2\ Eu_{2}O_{3}} }$

Очень активен, может вытеснять из растворов солей почти все металлы. В соединениях, как и большинство РЗЭ , проявляет преимущественно степень окисления +3, при определённых условиях (например, электрохимическим восстановлением, восстановлением амальгамой цинка и др.) можно получить степень окисления +2. Также при изменении окислительно-восстановительных условий возможно получение степени окисления +2 и +3, что соответствует оксиду с химической формулой Eu ₃ O ₄ . С водородом европий образует нестехиометрические фазы, в которых атомы водорода находятся в промежутках кристаллической решетки между атомами европия. Европий растворяется в аммиаке с образованием раствора синего цвета, что обусловлено, как и в подобных растворах щелочных металлов, образованием .

Получение

Металлический европий получают восстановлением Eu ₂ O ₃ в вакууме лантаном или углеродом, а также электролизом расплава EuCl ₃ .

Применение

Ядерная энергетика

Европий используется в ядерной энергетике в качестве поглотителя нейтронов (в основном окись европия , гексаборид и ) в атомных реакторах , но окись постепенно «выгорает», и по срокам эксплуатации уступает карбиду бора в 1,5 раза (хотя имеет преимущество в почти полном отсутствии газовыделения и распухания в мощном потоке нейтронов, например, реактор БН-600 ). Сечение захвата тепловых нейтронов европием (природной смесью изотопов) составляет около 4500 барн , самым активным в отношении захвата нейтронов является европий-151 ( 9200 барн ).

Атомно-водородная энергетика

Оксид европия применяется при термохимическом разложении воды в атомно-водородной энергетике (европий-стронций-йодидный цикл).

Лазерные материалы

Ионы европия служат для генерации лазерного излучения в видимой области спектра с длиной волны 0,61 мкм (оранжевые лучи), поэтому оксид европия используется для создания твердотельных, и менее распространённых жидкостных лазеров.

Электроника

Европий является легирующей примесью в моносульфиде самария (термоэлектрогенераторы), а также как легирующий компонент для синтеза алмазоподобного (сверхтвердого) нитрида углерода .

Силицид европия в виде тонких плёнок находит применение в интегральной микроэлектронике .

Моноокись европия , а также сплав моноокиси европия и моноокиси самария применяются в виде тонких плёнок в качестве магнитных полупроводниковых материалов для функциональной электроники и, в частности, МДП-электроники.

Люминофоры

• Европий — непременная составляющая люминофоров , используемых в электронно-лучевых и плазменных цветных экранах.
• Купюры евро защищены от подделок люминофорами на основе европия.
• — люминофор, используемый в микроэлектронике.
• Легированный европием используется как люминофор в лампах чёрного света .

Медицина

Катионы европия используются в медицинской диагностике в качестве флуоресцентных зондов. Радиоактивные изотопы европия применяются при лечении некоторых форм рака .

Другие сферы применения

• Интенсивно изучаются светочувствительные соединения европия с бромом, хлором и иодом.
• Европий-154 обладает большой мощностью тепловыделения при радиоактивном распаде и предложен в качестве источника в радиоизотопных источниках энергии .

Влияние на качество воды

В реакциях с водой европий химически ведёт себя как кальций. При уровнях рН ниже 6 европий способен мигрировать в воде в ионном виде. При более высоких уровнях рН европий образует плохо растворимые и, соответственно, менее подвижные гидроксиды. При контакте с кислородом воздуха происходит дальнейшее окисление до Eu ₂ O ₃ . Максимально наблюдаемые концентрации европия в природных маломинерализованных водах составляют менее 1 мкг/л (в морской воде — 1,1⋅10 ⁻⁶ мг/л ). Влияние на качество воды при таких концентрациях представляется незначительным. Предельно допустимая концентрация (ПДК) в воде нормируется только российскими нормами и равна (для питьевой воды) 0,3 мг/л .

Пути поступления в организм

Вероятность попадания европия в организм человека представляется незначительной. Возможно поступление европия в организм с водой в микроскопических количествах. Нельзя исключать вероятности и других путей попадания в организм у людей, сталкивающихся с соединениями европия на производстве.

Потенциальная опасность для здоровья

Европий относится к малотоксичным элементам. Нет какой-либо информации о последствиях воздействия европия на организм человека.

Физиологическое значение

На данный момент нет данных о какой-либо биологической роли европия в организме человека.

Цены

Европий является одним из самых дорогих лантаноидов . В 2014 году цена металлического европия ЕВМ-1 составляла от 800 до 2000 долларов США за кг, а оксида европия чистотой 99,9 % — около 500 долларов за кг.

Примечания

Ссылки

• от 19 ноября 2015 на Wayback Machine .
• Sinha S.P. Europium. / Springer-Verlag New York Inc., 1967. — 164 p. — (Anorganische und allgemeine Chemie in Einzeldarstellungen. Herausgegeben von Margot Becke-Goehring. Band VIII).