Nguyên tố hóa học Europi 63 samari ← europi → gadolini Eu ↓ Am Tổng quát Tên, Ký pot

Nguyên tố hóa học Europi
63

samari ← europi → gadolini

Eu

↓

Am


Tổng quát
Tên, Ký hiệu, Số europi, Eu, 63
Phân loại nhóm Lantan
Nhóm, Chu kỳ, Khối 3, 6, f
Khối lượng riêng, Độ cứng

5.264 kg/m³, ?
Bề ngoài trắng bạc
Tính chất nguyên tử
Khối lượng nguyên tử 151,964(1) đ.v.C
Bán kính nguyên tử (calc.) 185 (231) pm
Bán kính cộng hoá trị ? pm
Bán kính van der Waals ? pm
Cấu hình electron [Xe]4f
7
6s
2

e

-
trên mức năng lượng 2, 8, 18, 25, 8, 2
Trạng thái ôxi hóa (Ôxít) 3, 2 (bazơ nhẹ)
Cấu trúc tinh thể lập phương tâm khối
Tính chất vật lý
Trạng thái vật chất rắn
Điểm nóng chảy 1.099 K (1.519 °F)
Điểm sôi 1.802 K (2.784 °F)
Trạng thái trật tự từ không dữ liệu
Thể tích phân tử 28,97 ×10
-6
m³/mol
Nhiệt bay hơi 176 kJ/mol
Nhiệt nóng chảy 9,21 kJ/mol
Áp suất hơi 100 k Pa tại 1.796 K
Vận tốc âm thanh ? m/s tại 293,15 K
Thông tin khác
Độ âm điện 1,2 (thang Pauling)
Nhiệt dung riêng 182,02 J/(kg·K)
Độ dẫn điện 1,111x10
6
/Ω·m
Độ dẫn nhiệt 13,9 W/(m·K)
Năng lượng ion hóa 1. 547,1 kJ/mol
2. 1.085,0 kJ/mol

3. 2.404,0 kJ/mol

Chất đồng vị ổn định nhất
Bản mẫu:Đồng vị Eu

Đơn vị SI và STP được dùng trừ khi có ghi chú.

Europi (tên La tinh: Europium) là một nguyên tố hóa học với ký hiệu Eu và số
nguyên tử bằng 63. Tên gọi của nó có nguồn gốc từ tên gọi của châu Âu trong một
số ngôn ngữ phương Tây (Europe, Europa v.v).
Đặc trưng

Một mẩu Europi cách ly với môi trường tinh khiết 99.998%
Europi là hoạt động nhất trong số các nguyên tố đất hiếm; nó bị ôxi hóa nhanh
chóng trong không khí, và tương tự như canxi trong phản ứng của nó với nước;
các mẫu vật europi trong dạng rắn, ngay cả khi được che phủ bằng một lớp dầu
khoáng bảo vệ cũng hiếm khi có bề mặt sáng bóng. Europi tự bắt cháy trong
không khí ở khoảng từ 150 tới 180 °C. Nó có độ cứng chỉ khoảng như chì và rất
dễ uốn.
Ứng dụng

Europi là một trong số các nguyên tố được sử dụng để làm màu đỏ trong các ống
tia âm cực của tivi.
Có nhiều ứng dụng thương mại của europi kim loại. Nó từng được sử dụng làm
chất kích thích cho một số loại thủy tinh để làm laser, cũng như để chiếu chụp cho
hội chứng Down và một số bệnh di truyền khác. Do khả năng kỳ diệu của nó trong
hấp thụ nơtron, nó cũng được nghiên cứu để sử dụng trong các lò phản ứng hạt
nhân. Ôxít europi (Eu
2
O
3
) được sử dụng rộng rãi như là chất lân quang màu đỏ
trong ống tia âm cực và đèn huỳnh quang, cũng như trong vai trò của chất hoạt
hóa cho các chất lân quang trên cơ sở yttri. Trong khi europi hóa trị 3 là chất lân
quang màu đỏ thì europi hóa trị 2 là chất lân quang màu xanh lam. Hai lớp chất lân

quang europi, kết hợp với các chất lân quang vàng/lục của terbi tạo ra ánh sáng
"trắng", nhiệt độ màu của nó có thể dao động bằng cách biến đổi tỷ lệ của các
thành phần cụ thể của từng chất lân quang riêng rẽ. Đây là hệ thống lân quang
thường bắt gặp trong các bóng đè huỳnh quang xoắn ốc. Kết hợp cùng ba lớp chất
lân quang này thành một tạo ra các hệ thống ba màu trong các màn hình tivi và
máy tính. Nó cũng được sử dụng như là tác nhân sản xuất thủy tinh huỳnh quang.
Sự phát huỳnh quang của europi được sử dụng để theo dõi các tương tác sinh học
phân tử trong các chiếu chụp nhằm phát minh dược phẩm. Nó cũng được dùng
trong chất lân quang chống làm tiền giả trong các tờ tiền euro
[1]
.
Europi cũng thường được đưa vào trong các nghiên cứu nguyên tố dấu vết trong
địa hóa học và thạch học để hiểu các quá trình hình thành nên đá lửa (các loại đá
do macma hay dung nham nguội đi hình thành nên). Bản chất của sự hình thành dị
thường europi được sử dụng để hỗ trợ tái tạo các mối quan hệ trong phạm vi một
hệ đá lửa.
Lịch sử
Europi lần đầu tiên được Paul Émile Lecoq de Boisbaudran phát hiện năm 1890,
khi ông thu được một phần có tính bazơ từ các cô đặc samari-gadolini có các vạch
quang phổ không khứp với cả samari lẫn gadolini. Tuy nhiên, phát hiện ra europi
nói chung thường được coi là công lao của nhà hóa học người Pháp là Eugène-
Anatole Demarçay, người đã nghi ngờ các mẫu của nguyên tố mới phát hiện gần
thời gian đó là samari có chứa nguyên tố chưa biết năm 1896 và cũng là người đã
cô lập được europi vào năm 1901.
Khi chất lân quang đỏ orthovanadat yttri kích thích bằng europi được phát hiện
trong đầu thập niên 1960, và được hiểu như là sẽ làm một cuộc cách mạng trong
công nghiệp sản xuất tivi màu thì đã diễn ra một cuộc tranh cướp điên rồ vì nguồn
cung europi hạn chế từ các nhà máy xử lý monazit do thông thường hàm lượng
europi trong monazit chỉ khoảng 0,05%. Tuy nhiên, Molycorp, với mỏ bastnasit
của mình tại Mountain Pass (California), mà trong đó hàm lượng europi là "giàu"

hơn, tới 0,1%, đã cung cấp đủ lượng europi để duy trì ngành công nghiệp này.
Trước khi có europi, lân quang đỏ của tivi màu là rất yếu và các màu từ các chất
lân quang khác buộc phải chặn lại để duy trì sự cân bằng màu. Với lân quang
europi đỏ tươi, đã không cần thiết phải ngăn chặn các màu khác và hình ảnh tivi
màu tươi hơn là kết quả của nó. Europi vẫn tiếp tục được sử dụng trong công
nghiệp sản xuất tivi kể từ đó, và tất nhiên, cũng trong sản xuất màn hình máy tính.
Bastnasit ở California hiện nay bị cạnh tranh từ mỏ tại Bayan Obo (Nội Mông,
Trung Quốc), với hàm lượng europi thậm chí còn "giàu hơn", tới 0,2%.
F. H. Spedding (1902-1984), trong kỷ niệm về phát triển công nghệ trao đổi ion
của ông, một công nghệ đã tạo ra một cuộc cách mạng trong công nghiệp đất hiếm
vào giữa thập niên 1950, từng kể lại câu chuyện về việc trong thập niên 1930, khi
ông đang giảng về các loại đất hiếm thì một người đàn ông cao tuổi tới gần ông và
đề nghị tặng ông vài pao ôxít europi. Điều này là một lượng chưa từng nghe thấy
bao giờ vào thời gian đó và Spedding đã không để tâm tới lời đề nghị đó. Tuy
nhiên, một gói quà đã được gửi tới theo đường bưu điện và chứa vài pao ôxít
europi thật sự. Người đàn ông đứng tuổi đó hóa ra là giáo sư, tiến sĩ Herbert
Newby McCoy (1870-1945)
[2]
, người đã phát triển phương pháp tinh chế europi
bằng phản ứng ôxi hóa-khử với kẽm
[3][4]
.
Phổ biến
Europi không được tìm thấy ở dạng tự do trong thiên nhiên; tuy nhiên có nhiều
khoáng vật chứa europi, với các nguồn quan trọng nhất là bastnasit và monazit.
Europi cũng được nhận dạng là có trong quang phổ Mặt Trời và một số ngôi sao.
Sự suy kiệt hay sự giàu thêm của europi khi so sánh với các nguyên tố đất hiếm
khác có trong các khoáng vật được biết đến như là dị thường europi.
Europi hóa trị 2 ở lượng nhỏ đóng vai trò như là chất hoạt hóa sự phát huỳnh
quang màu lam tươi của một số mẫu khoáng vật fluorit (diflorua canxi). Các mẫu

đáng chú ý nhất của điều này có nguồn gốc xung quanh Weardale và các phần cận
kề ở miền bắc Anh và trên thực tế từ tên gọi của loại fluorit này mà người ta có
thuật ngữ để chỉ hiện tượng huỳnh quang trong tiếng Anh (George Gabriel Stokes
là người nghĩ ra từ fluorescence (huỳnh quang) vào năm 1852 khi miêu tả tính
chất của khoáng vật fluorit), mặc dù mãi sau này người ta mới phát hiện ra europi
mới là nguyên nhân gây ra hiện tượng đó trong khoáng vật fluorit ở vùng này.
Hợp chất
Trong trạng thái ô xi hóa thịnh hành hơn của mình (+3), europi giống như một kim
loại đất hiếm điển hình, tạo ra một loạt các muối nói chung có màu hồng nhạt. Ion
Eu
3+
là thuận từ do sự hiện diện của các electron không bắt cặp. Europi là nguyên
tố dễ được sản xuất nhất và có trạng thái ôxi hóa +2 ổn định nhất trong số các
nguyên tố đất hiếm. Các dung dịch Eu
3+
có thể bị khử bởi kẽm kim loại và axít
clohiđríc thành Eu
2+
trong dung dịch; ion này là ổn định trong axít clohiđríc loãng
nếu ôxy hay không khí không có mặt. Một loạt các muối của Eu
2+
có màu từ trắng
tới vàng nhạt hay xanh lục đã được biết đến, chẳng hạn như sulfat, clorua,
hydroxit và cacbonat europi (II). Các halua có thể được điều chế bằng cách khử
bằng hiđrô đối với các halua hóa trị 3 khan.
Chính trạng thái hóa trị +2 dễ bị tác động của europi làm cho nó trở thành một
trong số các nguyên tố nhóm Lantan dễ được tách ra và dễ tinh chế nhất, ngay cả
khi nó hiện diện với hàm lượng nhỏ.
Các tính chất hóa học của europi (II) rất giống với các tính chất hóa học của bari,
do chúng có bán kính ion gần như nhau. Europi hóa trị +2 là tác nhân khử nhẹ, vì

thế trong điều kiện ngoài khí quyển thì các dạng hóa trị +3 là thịnh hành hơn
nhưng trong tự nhiên, các hợp chất europi (II) có xu hướng thịnh hành hơn, ngược
lại so với phần lớn các nguyên tố nhóm Lantan khác (chủ yếu có các hợp chất với
trạng thái ôxi hóa +3) vì trong điều kiện yếm khí, và cụ thể là trong các điều kiện
địa nhiệt, thì các dạng hóa trị 2 là đủ ổn định, vì thế nó có xu hướng hợp nhất vào
trong các khoáng vật của canxi và các kim loại kiềm thổ khác. Đây chính là
nguyên nhân của "dị thường europi âm", làm suy kiệt europi do nó bị hợp nhất vào
các khoáng vật thường là chứa các nguyên tố nhẹ trong nhóm Lantan như monazit,
có liên quan tới độ phổ biến của chondrit. Bastnasit có xu hướng thể hiện dị
thường europi âm ít hơn so với monazit và vì vậy nó mới là nguồn chính cung cấp
europi ngày nay.
Một vài hợp chất của europi bao gồm:
 Các florua: EuF
2
, EuF
3

 Các clorua: EuCl
2
, EuCl
3

 Các bromua: EuBr
2
, EuBr
3

 Các iodua: EuI
2
, EuI

3

 Các ôxít: EuO, Eu
2
O
3
và Eu
3
O
4

 Các sulfua: EuS
 Các selenua: EuSe
 Các telurua: EuTe
 Các nitrua: EuN
Xem thêm Hợp chất europi.
Đồng vị
Europi phổ biến trong tự nhiên là hỗn hợp của 2 đồng vị là Eu
151
và Eu
153
, với
Eu
153
là phổ biến nhất (52,2% độ phổ biến trong tự nhiên). Trong khi Eu
153
là ổn
định thì Eu
151
gần đây được phát hiện là không ổn định với phân rã alpha có chu

kỳ bán rã khoảng năm
[5]
, phù hợp tương đối hợp lý với các dự đoán
lý thuyết. Bên cạnh đồng vị phóng xạ tự nhiên Eu
151
còn có 35 đồng vị phóng xạ
nhân tạo khác đã được miêu tả, với các đồng vị ổn định nhất là Eu
150
có chu kỳ
bán rã 36,9 năm, Eu
152
có chu kỳ bán rã 13,516 năm và Eu
154
có chu kỳ bán rã
8,593 năm. Tất cả các đồng vị phóng xạ còn lại có chu kỳ bán rã dưới 4,7612 năm
và phần lớn trong số này có chu kỳ bán rã dưới 12,2 giây. Nguyên tố này cũng có
8 trạng thái giả ổn định, với ổn định nhất là Eu
150m
(t
½
12,8 giờ), Eu
152m1
(t
½
9,3116
giờ) và Eu
152m2
(t
½
96 phút).

Phương thức phân rã chủ yếu trước đồng vị phổ biến nhất, Eu
153
, là bắt điện tử còn
phương thức phân rã chủ yếu sau nó là phân rã beta trừ. Sản phẩm phân rã chủ yếu
trước Eu
153
là các đồng vị của samari (Sm) còn sản phẩm phân rã chủ yếu sau nó
là các đồng vị của gadolini (Gd).
Sản phẩm phân hạch hạt nhân
Tiết diện bắt nơtron nhiệt
Đồng vị
Eu
151

Eu
152
Eu
153

Eu
154

Eu
155

Năng suất

~10 thấp 1.580

>2,5 330

Barn
5.900

12.800

312 1.340

3.950

Sản phẩm phân hạch
tuổi thọ trung bình
Tc:

Đơn vị:

t
½

a
Hiệu suất

%
Q *

KeV

βγ

*

Europi được sinh ra bằng phân hạch hạt nhân,
nhưng hiệu suất sản phẩm phân hạch của các
đồng vị europi là thấp gần với đỉnh của
khoảng khối lượng cho các sản phẩm phân
hạch.
Giống như các nguyên tố khác trong nhóm
Lantan, nhiều đồng vị, đặc biệt là các đồng vị
với số khối lượng lẻ và các đồng vị nghèo
nơtron như Eu
152
, có tiết diện bắt nơtron cao,
thường cao đủ để trở thành các chất độc hạt
nhân.
Eu
151
là sản phẩm phân rã beta của Sm
151
,
nhưng do nó có chu kỳ bán rã dài và thời gian
trung bình ngắn để hấp thụ nơtron, nên phần
lớn Sm
151
thay vì thế sẽ kết thúc như là Sm
152
.
Eu
152
(chu kỳ bán rã 13,516 năm) và Eu
154

(chu kỳ bán rã 8,593 năm) không thể là các sản phẩm của phân rã beta do Sm
152
và
Sm
154
là không phóng xạ, nhưng Eu
154
là nuclide "khiên" tuổi thọ cao duy nhất,
ngoài Cs
134
, có hiệu suất phân hạch trên 2,5 ppm các phân hạch
[6]
. Mọt lượng lớn
hơn của Eu
154
sẽ được sinh ra bởi hoạt hóa nơtron của một tỷ lệ đáng kể Eu
153

không phóng xạ; tuy nhiên, phần lớn của nó sẽ chuyển hóa tiếp thành Eu
155
.
Eu
155
(chu kỳ bán rã 4,7612 năm) có hiệu suất phân hạch 330 ppm đối với U
235
và
các nơtron nhiệt. Phần lớn sẽ được biến đổi thành Gd
156
không phóng xạ và không
hấp thụ vào cuối của chu trình cháy kiệt của nhiên liệu.

Tổng thể, europi bị lu mờ bởi Cs
137
và Sr
90
như là các nguồn nguy hiểm về bức xạ
và bởi samari cùng một số nguyên tố khác như là chất độc nơtron.
Eu
155

4.76

0,0803

252

βγ

Kr
85

10.76

0,2180

687

βγ

Cd
113m

14.1 0,0008

316

β
Sr
90

28,9 4,505

2.826

β
Cs
137

30,23

6,337

1176

βγ

Sn
121m

43,9 0,00005

390

βγ

Sm
151

90 0,5314

77

β
Phòng ngừa
Độc tính của các hợp chất europi vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ, nhưng hiện
tại không có các chỉ thị rõ ràng rằng europi có độc tính cao khi so sánh với các
kim loại nặng khác. Bụi kim loại có nguy hiểm cháy và nổ cao. Europi không
đóng một vai trò sinh học nào đã biết.
Cô lập europi
Europi kim loại có sẵn ở quy mô thương mại, vì thế không cần thiết phải điều chế
nó trong phòng thí nghiệm, một phần là do nó rất khó để tinh chế thành kim loại
nguyên chất. Điều này chủ yếu là do cách thức mà nó được tìm thấy trong tự
nhiên, trong đó các nguyên tố nhóm Lantan được tìm thấy trong một loạt các
khoáng vật. Quan trọng nhất trong số các khoáng vật chứa các nguyên tố nhóm
Lantan là xenotim, monazit và bastnasit. Hai khoáng vật đầu là các khoáng vật
orthophotphat LnPO
4
(với Ln ở đây là ký hiệu chỉ hỗn hợp tất cả các nguyên tố
nhóm Lantan, ngoại trừ promethi là nguyên tố cực hiếm do nó chỉ có các đồng vị
phóng xạ) và khoáng vật thứ ba là dạng khoáng vật florua cacbonat LnCO
3

F. Các
nguyên tố nhóm Lantan với số nguyên tử chẵn nói chung là phổ biến hơn. Theo
trật tự độ phổ biến giảm dần thì các nguyên tố nhóm Lantan trong các khoáng vật
sẽ là xeri, lantan, neodymi, praseodymi. Monazit cũng chứa thori và yttri, điều này
làm cho việc xử lý khó khăn hơ do thori và các sản phẩm phân ly của nó có tính
phóng xạ.
Đối với nhiều mục đích cụ thể, không cần thiết phải tách riêng các kim loại này,
nhưng nếu việc chia tách thành các kim loại riêng rẽ là cần thiết thì quy trình là
cực kỳ phức tạp. Ban đầu, các kim loại được chiết tách như là các muối từ quặng
bằng chiết tách với axít sulfuric (H
2
SO
4
), axít clohiđríc (HCl) và hydroxit natri
(NaOH). Các kỹ thuật tinh chế hiện đại cho hỗn hợp các muối nhóm Lantan này là
khéo léo và bao gồm các kỹ thuật phức chất hóa chọn lọc, chiết dung môi và phép
ghi sắc trao đổi ion.
Europi tinh khiết thu được nhờ điện phân hỗn hợp EuCl
3
và NaCl (hay CaCl
2
)
nóng chảy trong các buồng dùng graphit làm anôt còn chúng làm catôt. Phụ phẩm
thu được là khí clo. Nó cũng có thể điều chế bằng cách khử ôxít của nó bởi lantan
kim loại sau đó chưng cất.
Tham khảo và ghi chú
1. ^ Europium and the Euro
2. ^ Kasimir Fajans, David W. Stewart, Các khoa Hóa và Lý, Đại học
Michigan, Ann Arbor, Michigan Induced Radioactivity in Europium, pdf
file, Physical Review, Quyển 56, trang 625-628, 1-10-1939, DOI:

10.1103/PhysRev.56.625
3. ^ Herbert N. McCoy, The separation of europium from other rare earths, J.
Am. Chem. Soc., tháng 9 năm 1935, 57 (9), trang 1756, DOI:
10.1021/ja01312a506
4. ^ S. A. Sayeda, K. A. Rabieb, I. E. Salama, Studies on europium separation
from a middle rare earth concentrate by in situ zinc reduction technique, có
sẵn trực tuyến 18-7-2005, doi:10.1016/j.seppur.2005.05.006
5. ^ Search for α decay of natural Europium, P. Belli, R. Bernabei, F. Cappell,
R. Cerulli, C.J. Dai, F.A. Danevich, A. d'Angelo, A. Incicchitti, V.V.
Kobychev, S.S. Nagorny, S. Nisi, F. Nozzoli, D. Prosperi, V. I. Tretyak, S.
S. Yurchenko, Nucl. Phys. A 789, 15 (2007)
DOI:10.1016/j.nuclphysa.2007.03.001
6. ^ ORNL, Table of the Nuclides