Europio, Eu, ordinal 63

Información general sobre europio

El europio es un elemento químico con el símbolo del elemento Eu y el número atómico 63. En la tabla periódica pertenece al grupo de los lantánidos y, por lo tanto, también pertenece a los metales de las tierras raras. Europium está al lado del americio, el único que lleva el nombre de un elemento continente. Americum, es artificial. transurano radiactivo de actínidos, que es irrelevante para nuestras consideraciones sobre metales.

Paul Emile Lecoq de Boisbaudran descubrió 1890 en un concentrado de samario-gadolinio de líneas espectrales desconocidas. El descubrimiento del elemento es otorgado a Eugene Anatole Demarcay, quien sospechaba que 1896 en el samario recién descubierto era otro elemento. 1901 lo sucedió en la separación del europio.

El europio metálico no se produjo hasta años después. El europio solo se encuentra en compuestos. Está contenido en muchos minerales; se detectó en el espectro del sol y algunas estrellas. Los minerales monacita y bastnasita son técnicamente importantes. Recientemente, se han encontrado indicios de que un isótopo de europio es un alphastraler. El límite inferior para la vida media se da como 1,7 billones de años.

Historia del europio

La primera referencia al elemento más tarde llamado europio fue encontrada por William Crookes en 1885. Al examinar los espectros de fluorescencia de las mezclas de samario-itrio, pudo medir las señales de una inusual línea espectral de color naranja que era más fuerte en las mezclas de los elementos que en las sustancias puras. Llamó a esta línea espectral, que apunta a un elemento desconocido, "línea anómala", el elemento hipotético Sδ. Otro descubrimiento en el camino hacia el elemento desconocido fue realizado en 1892 por Paul Émile Lecoq de Boisbaudran, cuando descubrió tres líneas espectrales azules previamente desconocidas en el espectro de chispas de Samario además de la línea anormal de Crookes. En 1896, Eugène-Anatole Demarçay postuló la existencia de un elemento previamente desconocido entre el samario y el gadolinio basado en espectros ultravioleta, y en 1900 se dio cuenta de que este elemento debía ser el mismo que el de Crookes y Boisbaudran. En 1901, Demarçay logró aislar esto mediante cristalización fraccionada de las sales dobles de nitrato de magnesio de samario / europio. Llamó al elemento Europio en honor al continente europeo. En analogía con el europio, Glenn T. Seaborg, Ralph A. James y Leon O. Morgan nombraron al actinoide, que se encuentra directamente debajo del europio en la tabla periódica, también después de un continente americio.

La primera aplicación técnica importante del elemento fue la producción de vanadato de itrio dopado con europio. Este fósforo rojo, descubierto en 1964 por Albert K. Levine y Frank C. Palilla, pronto jugó un papel importante en el desarrollo de la televisión en color. Para esta aplicación, se amplió considerablemente la primera mina para la extracción de tierras raras, que había estado en operación en California Mountain Pass desde 1954.

Extracción de europio

A partir de la monazita o la bastnasita, se produce la separación de las tierras raras mediante intercambio iónico, extracción con solventes o deposición electroquímica. En una etapa final del proceso, el óxido de europio de alta pureza se reduce con metal lantano al metal y se sublima.

Características

El europio es uno de los metales de tierras raras más reactivos. En el aire, el metal plateado brillante comienza de inmediato. A temperaturas superiores a 150 ° C se enciende y arde con una llama roja al sesquióxido Eu2O3. En el agua, reacciona con la evolución del hidrógeno al hidróxido. Con una densidad de 5,244 g / cm3 Europium es el metal pesado más ligero, el siguiente titanio más ligero (4,507 g / cm3) ya es uno de los metales ligeros.

Si bien 153Eu es estable, en 2007 se encontró evidencia de que 151Eu es un emisor alfa. El límite inferior para la vida media se da como 1,7 billones de años. El europio y los compuestos de europio deben considerarse tóxicos. Los polvos metálicos son inflamables y explosivos.

Europio en la tabla periódica.

Aparición de europio

El europio es un elemento raro en la tierra, su abundancia en la corteza continental es de alrededor de 2 ppm.

El europio se presenta como un componente menor en varios minerales lantánidos, se desconocen los minerales con europio como componente principal. El elemento está contenido en tierras ceritas como monacita y bastnesita así como en tierras itres como xenotima, la proporción de europio suele estar entre 0,1 y 0,2%. El depósito más importante para la extracción de europio fue el mineral Bastnäsite en Mountain Pass, California hasta 1985, después de lo cual las minas chinas, especialmente el depósito de mineral en Bayan Obo, cobraron gran importancia.

En algunas rocas ígneas, la concentración de europio es mayor o menor de lo que cabría esperar a partir de la relación de abundancia relativa de metales de tierras raras determinada utilizando condritas como estándar. Este fenómeno se conoce como anomalía del europio y se basa en el hecho de que Eu3 + puede reducirse a Eu2 + en condiciones reductoras en el magma. Este tiene un radio iónico más grande que el europio trivalente y, por lo tanto, se incorpora fácilmente a ciertos minerales, por ejemplo, en lugar del estroncio o el calcio en el feldespato y la plagioclasa de potasio, que por lo tanto tienen una anomalía positiva del europio. Estos minerales cristalizan a partir de la masa fundida de magma y, por lo tanto, se separan, mientras que el europio trivalente permanece disuelto en la masa fundida residual. Por el contrario, el ion Eu2 + es demasiado grande para su instalación en rocas máficas como piroxeno y olivino en lugar de hierro, magnesio y calcio y se produce una anomalía negativa del europio. Además de la cristalización de la plagioclasa, también puede surgir una anomalía del europio cuando las rocas se derriten. Dado que el coeficiente de distribución entre el cristal y la masa fundida es aproximadamente 10 veces mayor que para los otros elementos de tierras raras, solo una pequeña cantidad de europio se libera en la masa fundida cuando una roca rica en plagioclasa se derrite parcialmente y una roca con una anomalía de europio negativa. resultados cuando se solidifica. La anomalía del europio es un indicador del grado de fraccionamiento de la roca ígnea.

Se encontró una anomalía pronunciada del europio en las rocas lunares, con las rocas ricas en plagioclasa de las tierras altas lunares mostrando una anomalía positiva (aumento del contenido de europio), las rocas de basalto encontradas en los cráteres y María una anomalía de europio negativa. Esto permite sacar conclusiones sobre la historia geológica de la luna. Se supone que las tierras altas con sus anortositas se diferenciaron del manto lunar hace unos 4,6 a 4,4 millones de años y que están formadas por rocas de olivino-piroxeno empobrecidas en europio. Los basaltos más jóvenes del Maria, que consisten en derretimientos parciales basálticos de este manto, son por lo tanto tan pobres en europio.

Extracción y preparación de europio

Debido a la similitud con los metales acompañantes y la baja concentración en los minerales, la separación de los otros lantánidos es difícil, pero al mismo tiempo es técnicamente particularmente importante debido al uso del elemento. Después de la digestión de los materiales de partida tales como monacita o bastnasita con ácido sulfúrico o solución de hidróxido de sodio, son posibles varias formas de separación. Además del intercambio iónico, se utiliza principalmente un proceso basado en la extracción líquido-líquido y la reducción de Eu3 + a Eu2 +. En el caso de bastnäsita como material de partida, el cerio se separa primero en forma de óxido de cerio (IV) y las tierras raras restantes se disuelven en ácido clorhídrico. Luego, con la ayuda de una mezcla de DEHPA (ácido di (2-etilhexil) fosfórico) y queroseno en la extracción líquido-líquido, el europio, el gadolinio y el samario se separan de los demás metales de las tierras raras. Estos tres elementos se separan reduciendo el europio a Eu2 + y precipitándolo como sulfato de europio (II) poco soluble, mientras que los otros iones permanecen en solución.

El europio metálico se puede obtener haciendo reaccionar el óxido de europio (III) con lantano o mischmetal. Si esta reacción se lleva a cabo en vacío, el europio se elimina por destilación y, por lo tanto, puede separarse de otros metales e impurezas.

En 2010 se produjeron alrededor de 600 toneladas de europio y se consumieron 500 toneladas (cada una calculada como óxido de europio). Sin embargo, debido a la creciente demanda de europio, es de temer que a medio plazo la demanda supere a la oferta y que haya escasez. Por lo tanto, estamos trabajando para expandir la producción de europio, en particular abriendo minas adicionales como la de Mount Weld, Australia, y reabriendo la mina Mountain Pass. Debido a la alta demanda de europio, el precio del elemento también ha aumentado considerablemente. En 2002 todavía estaba en 240 dólares el kilogramo, en 2011 subió a 1830 dólares el kilogramo (99% de pureza en cada caso).

Propiedades físicas del europio

Como los otros lantánidos, el europio es un metal pesado blando y plateado. Tiene una densidad inusualmente baja de 5,245 g / cm3, que es significativamente más baja que la de los lantánidos vecinos como el samario o el gadolinio y más baja que la del lantano. Lo mismo se aplica al punto de fusión relativamente bajo de 826 ° C y al punto de ebullición de 1440 ° C (gadolinio: punto de fusión 1312 ° C, punto de ebullición 3000 ° C). Estos valores se oponen a la contracción del lantánido aplicable de otro modo y son causados ​​por la configuración electrónica del europio. Debido a la capa f medio llena, solo los dos electrones de valencia están disponibles para los enlaces metálicos; por lo tanto, hay fuerzas de unión más bajas y un radio de átomo de metal significativamente mayor. Algo similar también se puede observar con el iterbio. Con este elemento, debido a una capa f completamente llena, solo dos electrones de valencia están disponibles para enlaces metálicos.

El europio cristaliza en condiciones normales en una red cúbica centrada en el cuerpo con el parámetro de red a = 455 pm. Además de esta estructura, se conocen otras dos modificaciones a alta presión. Al igual que con el iterbio, la secuencia de modificaciones al aumentar la presión no se corresponde con la de los otros lantanoides. No se conoce una modificación de europio en una estructura de doble hexágono ni en una estructura de samario. La primera transición de fase en el metal tiene lugar a 12,5 GPa, por encima de esta presión el europio cristaliza en una estructura hexagonal más densa con los parámetros de red a = 241 pm yc = 545 pm. Por encima de 18 GPa, se encontró que Eu-III era otra estructura similar al empaque de esferas hexagonal más cercano.

A altas presiones de al menos 34 GPa, la configuración electrónica del europio en el metal cambia de bivalente a trivalente. Esto también permite una superconductividad del elemento, que se produce a una presión de aproximadamente 80 GPa y una temperatura de aproximadamente 1,8 K.

Los iones de europio incorporados en las redes adecuadas del hospedador muestran una fluorescencia pronunciada. La longitud de onda emitida depende del nivel de oxidación. Eu3 + presenta fluorescencia en gran medida independientemente de la red del hospedador entre 613 y 618 nm, lo que corresponde a un color rojo intenso. El máximo de la emisión de Eu2 +, por otro lado, depende más de la red del anfitrión y es, por ejemplo, 447 nm en el rango espectral azul para aluminato de magnesio y bario, y en el rango espectral verde para aluminato de estroncio (SrAl2O4 : Eu2 +) a 520 nm.

Propiedades químicas del europio

El europio es un metal base típico y reacciona con la mayoría de los no metales. Es el más reactivo de los lantánidos y reacciona rápidamente con el oxígeno. Si se calienta a unos 180 ° C, se enciende espontáneamente en el aire y se quema para formar óxido de europio (III).

El europio también reacciona con los halógenos flúor, cloro, bromo y yodo para formar trihaluros. En la reacción con hidrógeno, se forman fases de hidruro no estequiométricas, con el hidrógeno entrando en los huecos del empaque esférico del metal.

El europio se disuelve lentamente en agua y rápidamente en ácidos con la formación de hidrógeno y el ion Eu3 + incoloro. El ion Eu2 + igualmente incoloro se puede obtener mediante reducción electrolítica sobre cátodos en una solución acuosa. Es el único ion lantánido divalente que es estable en solución acuosa. El europio se disuelve en amoníaco, formando una solución azul, como ocurre con los metales alcalinos, en la que hay electrones solvatados.

Además de Sm3 +, Tb3 + y Dy3 +, el catión Eu3 + pertenece a los cationes lantánidos, que en un complejo adecuado pueden emitir luz en el rango visible cuando se absorben determinadas longitudes de onda. El catión europio trivalente es incoloro en una solución acuosa, pero si los ligandos orgánicos se coordinan con un sistema extenso de electrones π, el efecto de antena asegura que las propiedades luminiscentes de la partícula central aumenten drásticamente. Los electrones π del ligando conducen la energía absorbida de la luz incidente (aprox. 355 nm) a los electrones 5d del Eu3 +, por lo que estos entran en el orbital 4f y cuando retroceden la luz en el rango visible (en aprox.610 nm) emiten.

Isótopos de europio

Se conocen un total de 38 isótopos y otros 13 isómeros centrales de europio entre 130Eu y 167Eu. De estos, uno, 153Eu, es estable, otro, 151Eu, se ha considerado estable durante mucho tiempo; En 2007, sin embargo, se encontraron indicios de que se desintegra como un emisor alfa con una vida media de al menos 1,7 billones de años. Estos dos isótopos se encuentran en la naturaleza, siendo 153Eu el más común con una participación del 52,2% de la composición isotópica natural, la proporción de 151Eu es, en consecuencia, del 47,8%.

Varios isótopos de europio como 152Eu, 154Eu y 155Eu se forman durante la fisión nuclear de uranio y plutonio. Con una participación de aproximadamente el 155% de la cantidad total de productos de fisión, 0,03Eu es el isótopo de europio más común entre los productos de fisión. Se pudo detectar en el atolón de Rongelap tres años después de la contaminación por la prueba de armas nucleares de Castle Bravo.

Uso de europio

El europio se utiliza principalmente como dopante para la producción de fósforos, que se utilizan, por ejemplo, en pantallas de tubos de rayos catódicos, que antes se utilizaban principalmente para pantallas de ordenadores y televisores, así como para instrumentos de aviación y en lámparas fluorescentes compactas. Los fósforos con europio bivalente y trivalente se utilizan para diferentes colores. Para los fósforos rojos, se usa principalmente óxido de itrio dopado con europio (Y2O3: Eu3 +); oxisulfuro de itrio o, como primer fósforo rojo importante, vanadato de itrio: Eu3 + también se usaban en el pasado. Eu2 + se utiliza principalmente como fósforo azul en compuestos como el clorofosfato de estroncio (Sr5 (PO4) 3Cl: Eu2 +, cloroapatito de estroncio SCAP) y aluminato de bario y magnesio (BaMgAl11O17: Eu2 +, BAM).

Las pantallas de imágenes de plasma requieren fósforos que convierten la radiación VUV emitida por el plasma de gas noble en luz visible. Para ello, se utilizan fósforos dopados con europio tanto para el espectro azul como para el rojo: BAM para la luz azul, BO3: Eu3 + para el rojo (Y, Gd).

En las lámparas de mercurio de alta presión, como las que se utilizan en el alumbrado público, se aplica vanadato de itrio dopado con europio al vidrio para que la luz parezca blanca y más natural.

Debido a su absorción de neutrones, el europio se puede utilizar en barras de control para reactores nucleares. Se probaron barras de control que contenían europio en varios reactores de prueba soviéticos, como BOR-60 y BN-600.

Como EuropiumHexaBorid, también se ofrece como recubrimiento para la producción de cátodos de óxido para emisión luminosa.

La fluorescencia de europio se utiliza para prevenir la falsificación de billetes en euros.

Esta propiedad también se puede utilizar en espectroscopía de fluorescencia. Para ello, el europio se une en un complejo adecuado, por ejemplo, que reacciona preferentemente en el lugar deseado, por ejemplo con una determinada proteína, y se acumula allí.

Importancia biológica y toxicidad del europio

El europio se encuentra solo en cantidades mínimas en el cuerpo y no tiene importancia biológica. El elemento tampoco puede ser absorbido por las raíces de las plantas.

Los compuestos de europio solubles son ligeramente tóxicos; Se determinó un valor LD50 de 550 mg / kg para la administración intraperitoneal y 5000 mg / kg para la administración oral a ratones para el cloruro de europio (III). No se pudo determinar la toxicidad crónica, que puede estar relacionada con la baja absorción de europio en el intestino y la rápida conversión de cloruro de europio soluble en óxido de europio insoluble en condiciones básicas. Los compuestos de europio insolubles son en gran parte no tóxicos, como se determinó en un estudio con nanopartículas de hidróxido de europio (III) en ratones.

Se encontró un efecto proangiogénico con nanopartículas de hidróxido de europio (III) (pero no con hidróxido de europio (III) amorfo); promueven la proliferación celular de células endoteliales in vitro, y se observó una mayor formación de vasos sanguíneos pequeños en huevos de gallina in vivo . Un posible mecanismo para esta observación es la formación de especies reactivas de oxígeno y la activación de MAP quinasas por estas nanopartículas.

Conexiones desde europio

Se conocen compuestos en los estados de oxidación +2 y +3, por lo que, como con todos los lantánidos, aunque el estado trivalente es el más estable, el estado divalente también es inusualmente estable y por lo tanto existe un gran número de compuestos de Eu (II). Los radios iónicos difieren según el estado de oxidación, siendo los iones Eu2 + más grandes que los iones Eu3 +. Con la coordinación número seis, son 131 pm para Eu2 + y 108,7 pm para Eu3 +. El radio de iones efectivo (que utiliza un ión de O140 que es 14 pm más grande en 2 pm como referencia) es, en consecuencia, 117 pm o 94,7 pm para el número de coordinación seis. En números de coordinación más altos, los radios iónicos son más grandes, por lo que para Eu2 + en el número de coordinación ocho es 139 pm.

Compuestos oxigenados del europio

El óxido de europio (III), Eu2O3, es el compuesto de europio técnicamente más importante y sirve como material de partida para la producción de otros compuestos de europio y como dopante para colorantes fluorescentes como Y2O3: Eu3 +, que tiene una fluorescencia roja particularmente intensa con muestra un contenido de óxido de europio (III) de alrededor del 10%. Al igual que los otros óxidos de lantanoides, cristaliza en la estructura C cúbica de lantanoides.

El óxido de europio (II), EuO, es un sólido ferromagnético púrpura-negro con una temperatura de Curie de 70 K que cristaliza en una estructura de cloruro de sodio. Puede obtenerse reduciendo el óxido de europio (III) con europio y es el único óxido divalente de los lantanoides que es estable en condiciones normales. Además de estos dos óxidos, también se conoce el óxido de europio (II, III) de valencia mixta, Eu3O4.

Otros compuestos de europio

Los calcogenuros de Eu (es decir, sulfuros, seleniuros y telururos) y sus aleaciones desordenadas tienen propiedades similares a las de EuO. Eu1-xSrxS es, por ejemplo, B. para x = 0 un ferromaimán, que para x≅0.5x se convierte en un vidrio giratorio aislante, que es particularmente adecuado para simulaciones por computadora debido a su comportamiento no metálico.

El europio reacciona con los halógenos flúor, cloro, bromo y yodo para formar los trihaluros. Estos se descomponen cuando se calientan a los dihaluros y halógenos elementales.

El cromato de europio (III) también se puede crear en una solución equimolar de acetato de europio (III) y óxido de cromo (VI).

El europio forma compuestos organometálicos. Sin embargo, a diferencia de los otros lantánidos, no se puede sintetizar ningún compuesto de ciclopentadienilo de europio trivalente. Se conoce un compuesto que contiene tres moléculas de ciclopentadienilo y una molécula de tetrahidrofurano, pero este está fuertemente unido al europio y no se puede eliminar por calentamiento o en vacío, ya que el compuesto se descompone de antemano. Por el contrario, el europio diciclopentadienil (Cp) 2Eu (II) y otros derivados conocidos son estables. También se conocen compuestos de alquinil europio del europio divalente.

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Utilizar

1. Sulfuro de óxido de itrio dopado con europio (III) Y2O2S: Eu3 + forma el fósforo rojo (luminóforo) en tubos de imagen en color.
2. Europio (II) fluorobromuro de bario dopado BaFBr: Eu2 + se utiliza para la luminiscencia fotostimulada (PSL)
3. Los sólidos dopados Eu3 + generalmente muestran una luminiscencia roja, Eu2 + puede emitir dependiendo de la red del huésped en todo el rango espectral óptico (UV a rojo).
4. Elemento antidopaje en fósforos para fuentes de luz como lámparas de mercurio de alta presión y lámparas de bajo consumo.
5. Material de dopaje en cristales de centelleo (como activador).
6. Compuestos orgánicos como reactivo de cambio en espectroscopía de RMN.
7. Complejos de europio-tetraciclina en espectroscopía de fluorescencia para la detección de peróxido de hidrógeno
8. TRFIA = fluoroinmunoensayo con resolución temporal. Los iones Eu3 + fluorescen solo brevemente en agua. Por lo tanto, uno usa agentes quelantes, que se acumulan alrededor de los iones Eu3 + en un entorno hidrofóbico. Esto conduce a una mayor duración de la fluorescencia. Esto permite distinguirlo de todas las demás fluorescencias de vida más corta que pueden ocurrir en mezclas orgánicas.

Precios del europio

Precios del europio -> precios de las tierras raras

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