Europio
Antecedentes
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| Europio | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
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63 Eu | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Apariencia | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
blanco plateado, pero rara vez se ve sin decoloración óxido  | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Propiedades generales | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Nombre, símbolo, número | europio, Eu, 63 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Pronunciación | / j ʊ r oʊ p yo ə m / EW- ROH -pee-əm | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Categoría Elemento | lantánidos | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Grupo, período, bloque | n / a, 6, F | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Peso atómico estándar | 151.964 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Configuración electrónica | [ Xe ] 4f 7 6s 2 2, 8, 18, 25, 8, 2  | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Historia | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Descubrimiento | Eugène Demarçay (1896) | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Primer aislamiento | Eugène Demarçay (1901) | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Propiedades físicas | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Fase | sólido | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Densidad (cerca rt) | 5,264 g · cm -3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Líquido densidad en mp | 5,13 g · cm -3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Punto de fusion | 1099 K , 826 ° C, 1519 ° F | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Punto de ebullicion | 1802 K, 1529 ° C, 2784 ° F | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Calor de fusión | 9.21 kJ · mol -1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| El calor de vaporización | 176 kJ · mol -1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Capacidad calorífica molar | 27.66 J · mol -1 · K -1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Presión del vapor | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Propiedades atómicas | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Estados de oxidación | 3, 2, 1 (Levemente óxido básico) | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Electronegatividad | ? 1,2 (escala de Pauling) | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Energías de ionización | Primero: 547.1 kJ · mol -1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Segundo: 1085 kJ · mol -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Tercero: 2404 kJ · mol -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Radio atómico | 180 pm | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Radio covalente | 198 ± 18:00 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Miscelánea | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Estructura cristalina | centrada en el cuerpo cúbico  | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ordenamiento magnético | paramagnético | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| La resistividad eléctrica | ( rt) (poli) 0,900 μΩ · m | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Conductividad térmica | est. 13.9 W · m -1 · K -1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Expansión térmica | ( rt) (poli) 35,0 m / (m · K) | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| El módulo de Young | 18.2 GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Módulo de corte | 7,9 GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Módulo de volumen | 8,3 GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Relación de Poisson | 0,152 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Dureza Vickers | 167 MPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Número de registro del CAS | 7440-53-1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| La mayoría de los isótopos estables | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Artículo principal: Los isótopos de europio | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Europio es un elemento químico con el símbolo de Eu y número atómico 63. Lleva el nombre de el continente de Europa . Es un moderadamente duro, plateado de metal que se oxida fácilmente en el aire y el agua . Siendo un miembro típico de la lantánido serie, europio generalmente asume el estado de oxidación +3, pero el estado de oxidación +2 también es común: todos los compuestos de europio con estado de oxidación +2 son ligeramente reductor. Europio no tiene ninguna función biológica significativa y es relativamente no tóxico en comparación con otros metales pesados. La mayoría de las aplicaciones de europio explotan la fosforescencia de compuestos de europio.
Características
Propiedades físicas
El europio es una metal dúctil con una dureza similar a la del plomo . Se cristaliza en una centrada en el cuerpo red cúbica. Algunas propiedades de europio están fuertemente influenciadas por su medio lleno capa de electrones. Europio tiene el punto de fusión más bajo segundos y la densidad más baja de todos los lantánidos.
El europio se convierte en un superconductor cuando se enfría por debajo de 1,8 K y se comprime por encima de 80 GPa. Esto es porque europio es divalente en el estado metálico, y se convierte en el estado trivalente mediante la presión aplicada. En el estado divalente, el fuerte momento magnético local (J = 7/2) suprime la superconductividad, que es inducida por la eliminación de este momento local (J = 0 en Eu 3+).
Propiedades químicas
El europio es la más reactiva elemento de tierras raras. Se oxida rápidamente en el aire, por lo que la oxidación mayor de una muestra centímetros de tamaño se produce dentro de varios días. Su reactividad con el agua es comparable a la de calcio , y la reacción es
- 2 Eu + 6 H 2 O → 2 Eu (OH) 3 + 3 H 2
Debido a la alta reactividad, muestras de europio sólido rara vez tienen la apariencia brillante del metal fresco, incluso cuando están cubiertas con una capa protectora de aceite mineral. El europio se inflama en el aire a 150 a 180 ° C para formar europio (III) óxido de:
- 4 Eu + 3 O 2 → 2 Eu 2 O 3
El europio se disuelve fácilmente en diluida de ácido sulfúrico para formar soluciones de color rosa pálido del Eu (III) hidratado, que existe como un nonahidrato:
- 2 Eu + 3 H 2 SO 4 + 18 H 2 O → 2 [Eu (H 2 O) 9] 3+ + 3 SO 2-
4 + 3 H 2
Eu (II) vs. Eu (III)
Aunque por lo general trivalente, europio forma fácilmente compuestos divalentes. Este comportamiento es inusual para la mayoría de los lantánidos , que forman casi exclusivamente compuestos con un estado de oxidación de +3. El estado 2 tiene una configuración electrónica 4 f 7 debido a que el medio-lleno f -Shell da más estabilidad. En términos de tamaño y número de coordinación, europio (II) y de bario (II) son similares. Por ejemplo, los sulfatos de bario y tanto europio (II) también son muy insoluble en agua. Europio divalente es un agente reductor suave, oxidando en el aire para formar Eu (III) compuestos. En anaeróbico, y las condiciones particularmente geotérmicos, la forma divalente es suficientemente estable que tiende a ser incorporados en los minerales de calcio y las otras tierras alcalinas. Este proceso de intercambio de iones es la base de la "anomalía europio negativo", el bajo contenido de europio en muchos minerales de lantánidos tales como monacita, con relación a la abundancia condrítico. Bastnäsite tiende a mostrar menos de una anomalía europio negativa que hace monacita, y por lo tanto es la principal fuente de europio hoy. El desarrollo de métodos fáciles de separar europio de los otros lantánidos trivalentes hizo europio accesibles incluso cuando está presente en baja concentración, ya que normalmente es.
Isótopos
Naturalmente europio ocurra se compone de 2 isótopos , 151 y 153 Eu Eu, con 153 Eu siendo el más abundante (52.2% abundancia natural). Mientras que 153 Eu es estable, 151 Eu se ha descubierto recientemente a ser inestable a desintegración alfa con la vida media de 5 11
-3 × 10 18 año, dando aproximadamente 1 desintegración alfa por dos minutos cada kilogramo de europio natural. Este valor está en acuerdo razonable con las predicciones teóricas. Además del radioisótopo natural de 151 Eu, 35 radioisótopos artificiales se han caracterizado, los más estables el 150 Eu con una vida media de 36,9 años, 152 Eu con una vida media de 13,516 años, y 154 Eu con una vida media de 8.593 año. Todos los restantes isótopos radiactivos tienen vidas medias más cortas que 4,7612 años, y la mayoría de ellos tienen una vida media más corta que 12,2 segundos. Este elemento también tiene 8 estados de la meta, con el ser más estable 150m Eu (T ½ = 12,8 horas), 152m1 Eu (T ½ = 9,3116 horas) y 152m2 Eu (T ½ = 96 minutos).
El primario modo de desintegración de los isótopos más ligeros que 153 Eu es captura de electrones, y el principal modo de isótopos más pesados es decaimiento menos beta. El primario productos de desintegración antes de 153 Eu son isótopos de samario (Sm) y los productos primarios después de son isótopos de gadolinio (Gd).
Europio como un producto de la fisión nuclear
| Isótopo | 151 Eu | 152 Eu | 153 Eu | 154 Eu | 155 Eu |
|---|---|---|---|---|---|
| Rendimiento | ~ 10 | bajo | 1580 | > 2,5 | 330 |
| Graneros | 5900 | 12800 | 312 | 1340 | 3950 |
| Prop: Unidad: | t ½ un | Rendimiento % | Q * keV | βγ * |
|---|---|---|---|---|
| 155 Eu | 4.76 | 0.0803 | 252 | βγ |
| 85 Kr | 10.76 | 0.2180 | 687 | βγ |
| 113m Cd | 14.1 | 0.0008 | 316 | β |
| 90 Sr | 28.9 | 4,505 | 2826 | β |
| 137 Cs | 30.23 | 6,337 | 1176 | β γ |
| 121m Sn | 43.9 | 0.00005 | 390 | βγ |
| 151 Sm | 90 | 0.5314 | 77 | β |
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El europio se produce por la fisión nuclear, pero la los rendimientos de los productos de fisión de isótopos de europio son bajos, cerca de la parte superior del rango de masas para productos de fisión.
Al igual que otros lantánidos , muchos isótopos, especialmente los isótopos con números de masa impar y isótopos de neutrones pobres como 152 Eu, tener alta secciones transversales para captura de neutrones, a menudo lo suficientemente alto como para ser venenos neutrónicos.
151 Eu es la producto de la desintegración beta de samario-151, pero puesto que esto tiene una caída larga vida media y tiempo medio corto para la absorción de neutrones, más 151 Sm vez termina como 152 Sm.
152 Eu (vida media 13,516 años) y 154 Eu (vida media de 8,593 años) no pueden ser productos de desintegración beta, ya 152 Sm y Sm 154 son no radiactivo, pero 154 de la UE es la única-vivido "blindado" nucleido, excepto 134 Cs, para tener un rendimiento de fisión de más de 2,5 partes por millón de fisiones. Una cantidad mayor de 154 Eu es producido por activación de neutrones de una parte importante de la no radiactivo 153 Eu; Sin embargo, gran parte de esta se convierte aún más a 155 Eu.
155 Eu (vida media 4,7612 años) tiene un rendimiento de fisión de 330 partes por millón (ppm) de de uranio-235 y neutrones térmicos; la mayor parte se transmuta a no radiactivo y no absorbente gadolinio-156 a finales de combustible quemado.
En general, el europio es eclipsado por cesio-137 y estroncio-90 como un peligro de radiación, y por el samario y otros como un veneno de neutrones.
Aparición
Europio no se encuentra en la naturaleza como un elemento libre. Muchos minerales contienen europio, siendo las más importantes fuentes bastnäsite, monacita, xenotima y loparite.
El agotamiento o enriquecimiento de europio en minerales en relación con otros elementos de tierras raras se conoce como el anomalía europio. Europio se incluye comúnmente en estudios de elementos traza en geoquímica y petrología de entender los procesos que forman las rocas ígneas (rocas que se enfriaron de magma o lava ). La naturaleza de la anomalía europio encontrado ayuda a la reconstrucción de las relaciones dentro de un conjunto de rocas ígneas.
Divalente europio (Eu 2+) en pequeñas cantidades es el activador del azul brillante la fluorescencia de algunas muestras del mineral fluorita (CaF2). La reducción de Eu 3+ a Eu 2+ es inducida por irradiación con partículas energéticas. Los ejemplos más destacados de esta originaron alrededor Weardale y partes adyacentes del norte de Inglaterra; era la fluorita encontrado aquí que fluorescencia fue nombrado después, aunque no fue hasta mucho más tarde que el europio se determinó que la causa.
Producción
El europio se asocia con la otra elementos de tierras raras y por lo tanto se extrae junto con ellos. La separación de los elementos de tierras raras es un paso en el procesamiento posterior. Elementos de tierras raras se encuentran en los minerales bastnäsite, loparite, xenotime, y monacita en cantidades explotables. Los dos primeros son los minerales de ortofosfato LnPO 4 (Ln denota una mezcla de todos los lantánidos excepto prometio ), y el tercero es un fluorocarbonate LnCO 3 F. Monacita también contiene torio y el itrio , lo que complica el manejo porque torio y sus productos de desintegración son radiactivos. Para la extracción del mineral y el aislamiento de los lantánidos individuales, se han desarrollado varios métodos. La elección del método se basa en la concentración y composición del mineral y en la distribución de los lantánidos individuales en el concentrado resultante. Asar el mineral y la posterior lixiviación ácida y básica se utiliza sobre todo para producir un concentrado de los lantánidos. Si cerio es el lantánido dominante, entonces se convierte de cerio (III) a de cerio (IV) y después se precipitó. Además la separación por extracciones con disolvente o cromatografía de intercambio iónico se obtiene una fracción que está enriquecido en europio. Esta fracción se reduce con zinc, zinc / amalgama, la electrólisis u otros métodos de conversión de la europio (III) a europio (II). Europio (II) reacciona de una manera similar a la de metales alcalinotérreos y por lo tanto se puede precipitar como carbonato o es co-precipitado con sulfato de bario. Europio de metal está disponible a través de la electrólisis de una mezcla de EuCl fundido 3 y NaCl (o CaCl 2) en una célula de grafito, que sirve como cátodo, utilizando grafito como ánodo. El otro producto es cloro gas.
Unos pocos depósitos grandes producen o producen una cantidad significativa de la producción mundial. La Bayan Obo yacimiento de hierro contiene cantidades significativas de bastnäsite y monacita y es, con un estimado de 36 millones de toneladas de óxidos de tierras raras, el depósito más grande conocida. Las operaciones mineras en el yacimiento de Bayan Obo convertido a China en el mayor proveedor de elementos de tierras raras en la década de 1990. Sólo el 0,2% de la rara contenido del elemento tierra es europio. La segunda fuente grande para elementos de tierras raras, entre 1965 y su cierre a finales de 1990 era el Paso de montaña mina de tierras raras. El bastnäsite extraían es especialmente rica en los elementos de tierras raras ligeras (La-Di-s, Sc, e Y) y contiene sólo el 0,1% de europio. Otra fuente importante de elementos de tierras raras es la loparite encontrado en la península de Kola. Contiene además niobio, tántalo y titanio hasta un 30% de elementos de tierras raras y es la mayor fuente de estos elementos en Rusia.
Compuestos
Haluros
Europio de metal reacciona con todos los halógenos:
- 2 Eu + 3 X 2 → 2 eux 3 (X = F, Cl, Br, I)
Esta ruta da europio blanco (III) de fluoruro (FUE 3), amarillo (III) cloruro de europio (EuCl 3), europio gris (III) de bromuro de (EuBr 3), y europio incoloro (III) de yoduro de (EUI 3). Europio también forma los dihaluros correspondientes: (II) fluoruro de europio amarillo-verde (FUE 2), (II) cloruro de europio incoloro (EuCl 2), europio incoloro (II) bromuro de (EuBr 2), y europio verde (II) yoduro ( Eui 2).
Calcogenuros y pníctidos
Europio forma compuestos estables con todos los calcógenos, pero los calcógenos más pesados a estabilizar el estado de oxidación inferior. Tres óxidos son conocidos: europio (II) óxido (EuO), europio (III) óxido (Eu 2 O 3), y el óxido mixto (Eu 3 O 4). De lo contrario, los principales calcogenuros son europio (II) sulfuro (USE), europio (II) seleniuro (euse) y europio (II) teluro (EuTe): los tres de éstos son sólidos negros. EuS se prepara mediante la sulfuración del óxido a temperaturas suficientemente altas para descomponer el Eu 2 O 3:
- Eu 2 O 3 + 3 H 2 S → 2 EuS + 3 H 2 O + S
El principal nitruro es europio nitruro (III) (EUN).
Historia
Aunque europio está presente en la mayoría de los minerales que contienen los otros elementos raros, debido a las dificultades para separar los elementos que no fue hasta finales de 1800 que se aisló el elemento. William Crookes observó el espectro fosforescente de los elementos raros y observó las líneas espectrales más tarde asignados a europio.
El europio se encontró por primera Paul Émile Lecoq de Boisbaudran en 1890, que obtuvo fracciones básicas a partir de concentrados-samario gadolinio que tenían líneas espectrales no considerados por el samario o gadolinio . Sin embargo, el descubrimiento de europio se acredita generalmente al Francés químico Eugène Demarçay, quien sospechaba muestras del elemento samario recientemente descubierto estaban contaminados con un elemento desconocido en 1896 y que fue capaz de aislarlo en 1901; luego lo nombró europio.
Cuando el dopado con europio itrio ortovanadato fósforo rojo fue descubierto en la década de 1960, y entiende que es a punto de provocar una revolución en la industria de la televisión en color, hubo una lucha por la limitada oferta de europio en mano entre los procesadores de monacita, como el contenido europio típico en monacita es aproximadamente 0,05%. Sin embargo, el Molycorp depósito bastnäsite en el Mountain Pass mina de tierras raras, California , cuyo lantánidos tenía una inusualmente alto contenido europio del 0,1%, estaba a punto de venir en línea y proporcionar europio suficiente para sostener la industria. Antes de europio, el fósforo color rojo-TV era muy débil, y los otros colores de fósforo tuvo que ser silenciado, para mantener el equilibrio de color. Con la brillante fósforo europio rojo, que ya no era necesario silenciar los otros colores, y una imagen de TV color mucho más brillante fue el resultado. Europio ha continuado en uso en la industria de la televisión desde entonces, y, por supuesto, también en monitores de ordenador. Bastnäsite californiano se enfrenta ahora a una dura competencia de Bayan Obo, China, con una aún más "rica" contenido europio del 0,2%.
Frank Spedding, célebre por su desarrollo de la tecnología de intercambio de iones que revolucionó la industria de tierras raras a mediados de la década de 1950 una vez que relató la historia de cómo se estaba dando una conferencia sobre las tierras raras en la década de 1930, cuando un anciano se le acercó con una oferta de un regalo de varias libras de óxido de europio. Esta fue una cantidad inaudita en el momento, y Spedding no tomó el hombre serio. Sin embargo, un paquete llegó debidamente en el correo, que contiene varias libras de óxido de europio genuino. El anciano había resultado ser Herbert Newby McCoy que había desarrollado un famoso método de purificación europio intervengan la química redox.
Aplicaciones
En relación con la mayoría de los otros elementos, las aplicaciones comerciales para europio son pocos y bastante especializado. Casi invariablemente, explotan su fosforescencia, ya sea en el estado 2 o 3 oxidación.
Es un dopante en algunos tipos de vidrio en los láseres y otros dispositivos optoelectrónicos. Óxido de europio (Eu 2 O 3) se utiliza ampliamente como un rojo Fósforo en aparatos de televisión y lámparas fluorescentes, y como un activador para itrio fósforos basados. Pantallas de televisión en color contienen entre 0,5 y 1 g de europio. Considerando europio trivalente da fósforos de color rojo, la luminiscencia de europio divalente depende de la red huésped, pero tiende a estar en el lado azul. Las dos clases de fósforo a base de europio (rojo y azul), combinados con los de color amarillo / verde terbio fósforos dan "blanco" la luz, la temperatura de color de las cuales se puede variar alterando la proporción o la composición específica de los fósforos individuales. Este sistema de fósforo se encuentra típicamente en las bombillas fluorescentes helicoidales. La combinación de los mismos tres clases es una manera de hacer que los sistemas tricromáticas en las pantallas de televisión y de la computadora. El europio se utiliza también en la fabricación de vidrio fluorescente. Una de las persistentes fósforos más comunes después de iluminarse, además de cobre dopado sulfuro de cinc se dopa europio aluminato de estroncio. Fluorescencia de europio se utiliza para interrogar interacciones biomoleculares en pantallas de descubrimiento de fármacos. También se utiliza en los fósforos de lucha contra la falsificación de euros los billetes de banco.
Una aplicación que casi se ha caído de uso con la introducción de imanes superconductores asequibles es el uso de complejos de europio, tales como Eu (FOD) 3, como reactivos de desplazamiento en Espectroscopía de RMN. Reactivos de desplazamiento quiral, tales como Eu (hfc) 3 todavía se utilizan para determinar pureza enantiomérica.
Precauciones
No hay indicios claros de que el europio es particularmente tóxico en comparación con otros metales pesados. Europio nitrato de cloro y óxido se han probado para la toxicidad: cloruro de europio muestra un LD intraperitoneal aguda toxicidad de 50 550 mg / kg y el LD 50 de toxicidad aguda por vía oral es de 5000 mg / kg. Nitrato de europio muestra una intraperitoneal LD 50 de toxicidad ligeramente mayor de 320 mg / kg, mientras que la toxicidad oral está por encima de 5000 mg / kg. El polvo del metal presenta un peligro de incendio y explosión.
