европий, символ — Eu, а атомный номер — 63. Как типичный член класса лантаноидов, европий обычно имеет валентность +3, но валентность кислорода +2 также распространена. Существует меньше соединений европия с валентностью +2. По сравнению с другими тяжелыми металлами европий не оказывает значительного биологического воздействия и относительно нетоксичен. Большинство применений европия используют эффект фосфоресценции соединений европия. Европий — один из наименее распространенных элементов во Вселенной; во Вселенной его всего около 5 × 10-8% вещества.
Европий содержится в монаците
Открытие европия
История начинается в конце 19 века: в то время выдающиеся ученые начали систематически заполнять оставшиеся вакансии в периодической таблице Менделеева, анализируя спектр атомной эмиссии. На сегодняшний день эта работа несложная, и ее может выполнить студент-бакалавриат; Но в то время ученые имели только приборы с низкой точностью и образцы, которые было трудно очищать. Поэтому за всю историю открытия лантаноидов все «квази»-первооткрыватели продолжали делать ложные заявления и спорить друг с другом.
В 1885 году сэр Уильям Крукс обнаружил первый, но не очень четкий сигнал элемента 63: он наблюдал специфическую красную спектральную линию (609 нм) в образце самария. Между 1892 и 1893 годами первооткрыватель галлия, самария и диспрозия Поль Э. Лекок де Буабодран подтвердил эту полосу и открыл еще одну зеленую полосу (535 нм).
Затем, в 1896 году, Эжен Анатоль Демар терпеливо отделил оксид самария и подтвердил открытие нового редкоземельного элемента, расположенного между самарием и гадолинием. Он успешно отделил этот элемент в 1901 году, ознаменовав конец пути открытий: «Я надеюсь назвать этот новый элемент европием, с символом Eu и атомной массой около 151».
Электронная конфигурация
Электронная конфигурация:
1с2 2с2 2п6 3с2 3п6 4с2 3д10 4п6 5с2 4д10 5п66с2 4f7
Хотя европий обычно трехвалентен, он склонен к образованию двухвалентных соединений. Это явление отличается от образования соединений с валентностью +3 большинством лантаноидов. Двухвалентный европий имеет электронную конфигурацию 4f7, поскольку полузаполненная f-оболочка обеспечивает большую стабильность, а европий (II) и барий (II) похожи. Двухвалентный европий является мягким восстановителем, который окисляется на воздухе с образованием соединения европия (III). В анаэробных условиях, особенно в условиях нагрева, двухвалентный европий достаточно стабилен и имеет тенденцию включаться в кальций и другие щелочноземельные минералы. Этот процесс ионного обмена является основой «отрицательной аномалии европия», то есть, по сравнению с обилием хондрита, многие минералы лантаноидов, такие как монацит, имеют низкое содержание европия. По сравнению с монацитом, бастнезит часто демонстрирует меньше отрицательных аномалий европия, поэтому бастнезит также является основным источником европия.
Европий — металл железно-серого цвета с температурой плавления 822 °C, температурой кипения 1597 °C и плотностью 5,2434 г/см³. Это наименее плотный, самый мягкий и самый летучий элемент среди редкоземельных элементов. Европий — самый активный металл среди редкоземельных элементов: при комнатной температуре он немедленно теряет металлический блеск на воздухе и быстро окисляется в порошок; Бурно реагирует с холодной водой с образованием газообразного водорода; Европий может реагировать с бором, углеродом, серой, фосфором, водородом, азотом и т. д.
Применение европия
Сульфат европия излучает красную флуоресценцию под действием ультрафиолетового света
Жорж Урбен, молодой выдающийся химик, унаследовал спектроскопический прибор Демарсай и в 1906 году обнаружил, что образец оксида иттрия (III), легированный европием, излучает очень яркий красный свет. Это стало началом долгого пути фосфоресцирующих материалов на основе европия, которые использовались не только для излучения красного света, но и синего света, поскольку спектр излучения Eu2+ попадает в этот диапазон.
Люминофор, состоящий из красного Eu3+, зеленого Tb3+ и синего Eu2+ излучателей или их комбинации, может преобразовывать ультрафиолетовый свет в видимый свет. Эти материалы играют важную роль в различных приборах по всему миру: рентгеновских усиливающих экранах, электронно-лучевых трубках или плазменных экранах, а также в современных энергосберегающих люминесцентных лампах и светодиодах.
Эффект флуоресценции трехвалентного европия также может быть сенсибилизирован органическими ароматическими молекулами, и такие комплексы могут применяться в различных ситуациях, требующих высокой чувствительности, например, в чернилах и штрихкодах для защиты от подделок.
С 1980-х годов европий играет ведущую роль в высокочувствительном биофармацевтическом анализе с использованием метода холодной флуоресценции с временным разрешением. В большинстве больниц и медицинских лабораторий такой анализ стал рутинным. В исследованиях в области естественных наук, включая биологическую визуализацию, флуоресцентные биологические зонды из европия и других лантаноидов встречаются повсеместно. К счастью, одного килограмма европия достаточно для проведения приблизительно одного миллиарда анализов — после того, как китайское правительство недавно ограничило экспорт редкоземельных элементов, промышленно развитые страны, запаниковавшие из-за нехватки хранилищ редкоземельных элементов, могут не беспокоиться о подобных угрозах для таких приложений.
Оксид европия используется в качестве фосфора стимулированного излучения в новой рентгеновской медицинской диагностической системе. Оксид европия также может использоваться для изготовления цветных линз и оптоэлектронных фильтров, для устройств хранения магнитных пузырьков, а также в контрольных материалах, защитных материалах и конструкционных материалах атомных реакторов. Поскольку его атомы могут поглощать больше нейтронов, чем любой другой элемент, он обычно используется в качестве материала для поглощения нейтронов в атомных реакторах.
В сегодняшнем быстро расширяющемся мире недавно обнаруженное применение европия может оказать глубокое влияние на сельское хозяйство. Ученые обнаружили, что пластик, легированный двухвалентным европием и одновалентной медью, может эффективно преобразовывать ультрафиолетовую часть солнечного света в видимый свет. Этот процесс довольно зеленый (это дополнительные цвета красного). Использование этого типа пластика для строительства теплицы может позволить растениям поглощать больше видимого света и повысить урожайность примерно на 10%.
Европий также может применяться в чипах квантовой памяти, которые могут надежно хранить информацию в течение нескольких дней подряд. Они могут позволить хранить конфиденциальные квантовые данные в устройстве, похожем на жесткий диск, и отправлять их по всей стране.
Время публикации: 27 июня 2023 г.