Последний редкоземельный элемент цериевой подгруппы - европий - так же, как и его соседи по таблице Менделеева, входит в число наиболее сильных поглотителей тепловых нейтронов. На этом базируется его применение в атомной технике и технике защиты от излучений.
В качестве материала противонейтронной защиты элемент № 63 интересен тем, что его природные изотопы 151 Eu и 153 Eu, поглощая нейтроны, превращаются в изотопы, у которых почти так же велико сечение захвата тепловых нейтронов.
Радиоактивный европий, полученный в атомных реакторах, использовали при лечении некоторых форм рака.
Важное значение приобрел европий как активатор люминофоров. В частности, окись, оксисулъфид и ортованадат иттрия YV0 4 , используемые для получения красного цвета на телевизионных экранах, активируются микро-примесями европия. Имеют практическое значение и другие люминофоры, активированные европием. Основу их составляют сульфиды цинка и стронция, фториды натрия и кальция, силикаты кальция и бария .
Известно, что европием, отделенным от других лантаноидов, пытались легировать некоторые специальные сплавы, в частности сплавы на основе циркония.
Элемент № 63 не во всем подобен другим редкоземельным элементам. - самый легкий из лантаноидов, его плотность всего 5,245 г/см 3 . У европия же наибольшие из всех лантаноидов атомный радиус и атомный объем. С этими «аномалиями» свойств элемента № 63 некоторые исследователи связывают и тот факт, что из всех редкоземельных элементов европий - наименее устойчивый к корродирующему действию влажного воздуха и воды.
Реагируя с водой, европий образует растворимое соединение Eu(0Н) 2 *2Н 2 0. Оно желтого цвета, но при хранении постепенно белеет. По-видимому, здесь происходит дальнейшее окисление кислородом воздуха до Eu 2 0 3 .
Как мы уже знаем, в соединениях европий бывает двух- и трехвалентным. Большинство его соединений - белого цвета обычнее с кремовым, розоватым или светло- оранжевым оттенком. Соединения европия с хлором и бромом светочувствительны.
Как известно, трехвалентные ионы многих лантаноидов могут быть использованы, подобно иону Сг 3+ в рубине , для возбуждения лазерного излучения. Но из всех их только ион Eu 3+ дает излучение в воспринимаемой человеческим глазом части спектра. Луч европиевого лазера - оранжевый.
Откуда происходит название элемента № 63, понять нетрудно. Что же до истории открытия, то открывали его трудно и долго.
В 1886 г. французский химик Демарсэ выделил из самарпевой земли новый элемент, который был, поводимому, не чистым европием. Но его опыт воспроизвести не удалось. В том же году англичанин Крукс обнаружил новую линию в спектре самарскита. С подобным же сообщением выступил через шесть лет Лекок де Буабодран. Но все данные о новом элементе были в какой-то мере шаткими.
Демарсэ проявил характер. Он потратил на выделение нового элемента из самариевой земли несколько лет и, приготовив, наконец (это было уже в 1896 г.), чистый препарат, ясно увидел спектральную линию нового элемента. Первоначально он обозначил новый элемент греческой заглавной буквой «сигма» - 2. В 1901 г. после серии контрольных экспериментов этот элемент получил свое нынешнее название.
Металлический европий впервые был получен лишь в 1937 г
.
Металлический европий получают восстановлением Eu 2 O 3 в вакууме лантаном или углеродом, а также электролизом расплава EuCl 3 .
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.
Европий в чистом виде представляет собой, как и другие лантаноиды , мягкий серебристо-белый металл . Он имеет необычно низкие 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 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 .
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) .
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).
4 E u + 3 O 2 ⟶ 2 E u 2 O 3 {\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 сольватированных электронов.
«Europeum»
Выполнила: студентка группы ЯФ-42
Жарлгапова Аида
Проверил: Жумадилов К.Ш.
Астана, 2015
История открытия
Открытие европия связано с ранними спектроскопическими работами Крукса и Лекока де Буабодрана. В 1886 г. Крукс, исследуя спектр фосфоресценции минерала самарскита, обнаружил полосу в области длины волн 609 А. Эту же полосу он наблюдал при анализе смеси иттербиевой и самариевой земель. Крукс не дал названия подозревавшемуся элементу и временно обозначил его индексом Я. В 1892 г. Лекок де Буабодран получил от Клеве 3 г очищенной самариевой земли и произвел ее дробную кристаллизацию. Спектроскопировав полученные фракции, он обнаружил ряд новых линий и обозначил предполагаемый новый элемент индексами Z(эпсилон), и Z(дзетта). Четыре года спустя Демарсэ в результате длительной кропотливой работы по выделению из самариевой земли искомого элемента отчетливо увидел спектроскопическую полосу неизвестной земли; он дал ей индекс "E". Позднее было доказано, что Z(эпсилон), и Z(дзетта) Лекок де Буабодрана, "E" Демарсэ и аномальные полосы спектра, наблюдавшиеся Круксом, относятся к одному и тому же элементу, названному Демарсэ в 1901 г. европием (Europium) в честь континента Европы.
ЕВРОПИЙ (Europium), Eu - хим. элемент III группы периодич. системы элементов, ат. номер 63, ат. масса 151,96, входит в семейство лантаноидов. Природный Е. состоит из изотопов с массовыми числами 151 (47,82%) и 153 (52,18%). Электронная конфигурация трёх внеш. оболочек 4s 2 p 6 d 10 f 7 5s 2 p 6 6s 2 . Энергии иоследоват. ионизации равны 5,664, 11,25 и 24,7 эВ. Кристаллохим. радиус атома Еu 0,202 нм (наибольший среди лантаноидов), радиус иона Еu 3+ 0,097 нм. Значение электроотрицательности 1,01. В свободном виде - серебристо-белый металл, кристаллическая решётка объёмноцентрированная кубическая с постоянной решётки а= 0,45720 нм. Плотн. 5,245 кг/дм 3 , t пл =822 °С, t кип =1597 °С. Теплота плавления 9,2 кДж/моль, теплота испарения 146 кДж/моль, уд. теплоёмкость 27,6 Дж/моль.К, уд. сопротивление 8,13.10 -5 Ом.см (при 25 °С). Парамагнитен, магн. восприимчивость 22.10 -8 . В хим. соединениях проявляет степени окисления +2 и +3. Природные изотопы Е. обладают высокими сечениями захвата тепловых нейтронов, поэтому Е. используют как эфф. поглотитель нейтронов. Еu служит активатором в разл. люминофорах на основе соединений Y, Zn и др. Лазеры на основе рубина, активированного Еu 3+ , дают излучение в видимой области спектра. Из радионуклидов наиб. значение имеют (b - -радиоактивные 152 Еu (T 1/2 = 13,33 г.) и 154 Еu (T 1/2 =8,8 г.), применяемые в g-дефектоскопии и др. целях.
Для библиотеки РОСФОНД требовалось отобрать нейтронные данные для 12-ти стабильных и долгоживущих изотопов европия. Данные для всех этих изотопов содержатся в библиотеке ФОНД-2.2. Однако, как будет видно далее, нейтронные данные для ряда изотопов было бы целесообразно заменить на оценки более современные и полные, выполненные в последние годы. Рассмотрим результаты деятельности по переоценке данных для изотопов европия, проведенной в последние годы в сравнении с оценками, содержащимися в ФОНД-2.2. При этом главное внимание будем обращать на результаты оценки сечения захвата. Все экспериментальные данные, используемые при сравнении с оцененными сечениями, были взяты из базы данных EXFOR-CINDA (версия 1.81, июнь 2005). Рекомендованные значения Мухабхаба приводятся согласно работе “Thermal Neutron Capture Cross Sections, Resonance Integrals and G-factors”, INDC(NDS)-440, 2003. Радиоактивные изотопы. Для 6-ти долгоживущих изотопов диспрозия –145Eu, 146Eu, 147Eu, 148Eu, 149Eu и 150Eu полных наборов нейтронных данных нет. В библиотеке ФОНД-2.2 нейтронные данные для них были приняты из EAF-3. В версии библиотеки EAF-2003 данные по радиоактивному захвату нейтронов в большинстве своем практически не изменились, однако остальные сечения были пересмотрены с учетом расчетов по программам, реализующих новые теоретические модели. Отдельно следует отметить долгоживущие изотопы 152Eu, 154Eu, 155Eu и 156Eu, для которых имелись полные наборы нейтронных данных. Для этих изотопов характерны большое сечений радиационного захвата и большое время жизни. Они являются продуктами деления, которые дают заметный суммарный вклад в полное сечение поглощения всех продуктов деления. Стабильные изотопы. Данные для стабильных изотопов европия в библиотеке ФОНД-2.2 были взяты из библиотеки JENDL-3.3 с небольшой корректировкой данных (март 1990). Изменения коснулись пересмотра сечений для пороговых реакций. В библиотеке JEF-3.1 для Eu-151 используется оценка, выполненная для JEF-2.2 (~ENDF/B-V). Для Eu-153 - оценка, выполненная для японской библиотеки нейтронных данных JENDL-3.2. В библиотеке JENDL-3.3 нейтронные данные не пересматривались по сравнению с версией JENDL-3.2 (март 1990). В ENDF.B-VII (betha 1.2 версия, ноябрь 2005) принята оценка, выполненная в рамках проекта по созданию международной библиотеки продуктов деления. Авторы оценки: Мухабхаб (S.Mughabghab, BNL) - (резонансная область); Обложинский (P. Oblozinsky, BNL), Рохман (D.Rochman, BNL) и Херман (M.Herman, BNL) - (область более высоких энергий. При анализе нейтронных данных для отдельных изотопов мы будем исходить из той общей информации, которая изложена выше. Европий-152 Изотоп Eu-152 образуется путем выгорания стабильного изотопа Eu-151. Он имеет три изомерных состояния. В основном состоянии - период полураспада Т1\2=13.516 лет. Из которого изотоп, с ~70% вероятностью испытывая β-распад превращается в стабильный изотоп Gd-150 (α-активный), и с ~30% вероятностью в результате позитронного распада превращается в Sm-152. В первом изомерном состоянии - период полураспада составляет 9.31 часа. Цепочка распада аналогичная основному состоянию, с той лишь разницей, что поменялись местами вероятности процессов распада. Вероятность изомерного перехода ничтожно мала. Во втором изомерном состоянии (Т1\2=96 мин.) испытывает изомерный переход в основное состояние с испусканием γ-кванта. В ФОНД-2.2 – оценка J.Kopecky, D.Nierop, 1992 (EAF-3). В JEFF-3.1 – оценка, выполненная для JENDL-3.2. В JENDL-3.3 – оценка, выполненная для JENDL-3.2 с незначительными изменениями, 1990. В ENDF/B-VII b1.2 – оценка R.Wright и JNDC FPND W.G. (2005) для международной библиотеки продуктов деления. В области разрешенных резонансов (1.Е-5 эВ – 62.07 эВ) использована оценка ENDF/B, выше – оценка JENDL-3.3. Некоторые характеристики для области резонансных энергий приведены в таблице 2. Они получены с помощью программы INTER из комплекса программ ENDF UTILITY CODES (release 6.13, July 2002). Из приведенной в таблице 2 информации видно, что и оценка ENDF/B и оценка JENDL согласуется с экспериментальным значением сечения захвата. Отметим, имеется сильное расхождение между рекомендованным Мухабхабом (BNL-325, 1981) значением резонансного интеграла и величинами, полученными на основе оцененных сечений. Из табличных данных видно также, что оценка, принятая в ФОНД, нуждается в пересмотре. На рисунке 10 приводится сравнение оцененных сечений радиационного захвата нейтронов в резонансной области энергий. Из приведенного на рисунке 10 сравнения видно, что оценка ENDF/B существенно расширяет область разрешенных резонансов. При описании резонансов в районе 2 эВ оценка ENDF/B выше оценки JENDL, что и обуславливает небольшие расхождения в величине резонансного интеграла между этими оценками.
Область применения европия
Европий металлический, обозначение согласно российским стандартам ЕвМ-1 по ту 48-2-217-72, слитках, химической чистотой 99.9% и более. Относятся к редкоземельным элементам (цериевая подгруппа лантаноидов). Расположен в группе 111 в,в 6 периоде периодической системы Европий- самый легкий из лантаноидов. он же саамы неустойчивый среди редкоземельных элементов- в присутствии кислорода воздуха и влаги быстро окисляется (корродирует). Европий является самым активным и одним из самых дорогих лантанидов. Применяется как финансовый инструмент. Техническое применение европия следующее:
1. Ядерная энергетика: европий используется в качестве поглотителя нейтронов в атомных реакторах, самым активным в отношении захвата нейтронов является европий-151. это обеспечивает высокоэффективную защиту от жесткого излучения в широком спектре волн.
2. Атомно- водородная энергетика: Оксид Европия применяется при термохимическом разложении воды в атомно-водородной энергетике (Европий- стронций –йодидный цикл).
3. Лазерные материалы: Ионы Европия служат для генерации лазерного излучения в видимой области спектра (оранжевые лучи), поэтому оксид европия используется для создания твердотельных, жидкостных лазеров.。
4. Электроника: Европий является легирующей примесью в моносульфиде самария(термоэлектрогенераторы), а также как как легирующий компонент для синтеза алмазоподобного (сверхтвердого) нитрида углерода. Силицид Европия в виде тонких пленок находит применение в интегральной микроэлектронике.
5. Моноокись Европия применяются в виде тонких пленок в качестве магнитных полупроводниковых материалов для стремительно развивающейся функциональной электроники, и в частности МДП – электроники
6. Люминофоры: Вольфрамат Европия- люминофор, используемый в микроэлектронике и телевидении. Легированный Европием борат стронция и используется как люминофор в лампах чёрного света.
7. Европий в медицине: катионы Европия и успешно используются в медицине в качестве флуоресцентных зондов. Радиоактивные изотопы Европия применяются при лечении некоторых форм рака.
8. Другие сферы применения европия: светочувствительные соединения европия с бромом, хлором и йодом интенсивно изучаются. Европий-154 обладает большой мощностью тепловыделения при радиоактивном распаде и предложен в качестве топлива в радиоизотопных источниках энергии. Европием, отделенным от других лантаноидов, легируют некоторые специальные сплавы, в частности сплавы на основе циркония.
Похожая информация.
Электронная структура атома европия Eu I содержит 63 электрона, которые заполнили 13 оболочек. Основной терм - октет 8 S 7/2 конфигурации 4f 7 6s 2 . При возбуждении s -электрона возникают различные термы конфигураций 4f 7 6snl, 4f 7 5dnl и 4f 7 nl 2 с высокой мультиплетностью (6,8,10) в LS- связи, которые и формируют спектр. Впервые оптический спектр атома Eu I исследовали Russell H. и King A. (1934). Выше первой границы ионизации (45734,9 см -1) имеются уровни конфигурации 4f 7 5dnp, выше второй (47404,1 см -1) - неклассифицированные уровни. К настоящему времени степень изученности Eu I мала, имеется много неклассифицированных уровней и переходов.
Коточигова С.А. и др.// ОиС - 1983 - Т. 55, № 3 - С. 422-429; Т. 54, № 3 - С. 415-420.
Комаровский В.А. и др. // ОиС - 1991 - Т. 71, № 4 - С.559-592; 1984 - Т. 57, № 5 - С. 803-807.
Karner C. et al. // Astron. and Astrophys. - 1982 - Vol. 107, № 1 - P. 161-165.
Головачев Н.В. и др. // ОиС - 1978 - Т. 44, № 1 - С. 28-30.
Bhattacharyya S. et al. // Phys. Rev. A - 2006 - Vol. 73, № 6 - P. 062506; 2007 - Vol. 76, № 1 A - P. 012502; Spectrochim. Acta B - 2003 - Vol. 58, № 3 - P. 469-478.
Смирнов Ю.М. // ТВТ - 2003 - Т. 41, № 3 - С. 353-360.
Nakhate S. et al. // J. Phys. B - 1996 - Vol. 29, № 8 - P. 1439-1450.
Xie J. et al. // J. Phys. B - 2011 - Vol. 44, № 1 - P. 015003.
Wang Xi et al. // J. Phys. B - 2012 - Vol. 45 - P. 165001.
Den Hartog E. et al. // Astrophys. J., suppl. ser. - 2002 - Vol. 141 - P. 255-265.
Elantkowska M. et al. // Z. Phys. D - 1993 - Vol. 27 - P. 103-109.
Европий — 63
Европий (Eu)-редкоземельный металл
, атомный номер 63, атомная масса 152,0, температура плавления 826ОС, плотность 5,166 г/см3.
Название элемента—европий, который в чистом виде, был открыт в 1901 году, не нуждается в объяснении происхождения этого названия. В природе не существует минералов с достаточно большим содержанием европия, он сильно распылён (в монацитовом песке содержится 0,002% этого элемента), но, вместе с тем, европия в земной коре больше чем серебра в два раза, а золота-в 250 раз.
Выделить соединения европия из минералов, содержащих смеси солей различных лантаноидов, удалось только в 1940 году, после длительных исследований. Сырьём для получения европия являются минералы и техногенные соединения: лопарит (0,08%), эвдиалит (0,95%), хибинский апатит (0,7%), фосфогипс из хибинского апатита (0,6%), природный концентрат Томтора (0,6%) (процентное содержание указано от общего содержания в сырье).
Европий редкоземельный металл
Европий-металл серебристо -белого цвета, самый лёгкий из лантаноидов, его плотность в 1,5 раза менее чем у железа. Этот металл —мягкий, по твёрдости похож на свинец, легко обрабатывается давлением в инертной атмосфере.
Европий реагирует с водородом и с водой, взаимодействует с кислотами, а со щелочами не реагирует. На воздухе хорошо окисляется, с образованием плёнки оксида.
Из радиоактивных изотопов европия, хорошо изучен европий-155 (период полураспада около двух лет).
Для выделения европия из смеси РЗМ в минералах применяются методы хроматографии и экстракции, с получением либо кальций-фторида, либо магний-фторида европия, из которого, затем, получают металлический европий.
Европий в металлическом виде получают также восстановлением его окиси Eu2O3, в вакууме с помощью лантана или углерода, или электролизом расплава хлористого европия EuCl3.
Дефектоскопия. Радиоактивный изотоп европия применяется в лёгких портативных аппаратах для просвечивания и проверки качества тонкостенных металлических сосудов. Гамма-дефектоскопия на основе изотопов европия, гораздо более чувствительна, чем дефектоскопия на основе изотопов цезия и кобальта. Для анализа минералов содержащих европий, применяются соли европия флюоресцирующие от ультрафиолетовых излучений. Этим способом обнаруживают ничтожные доли европия в исследуемом минерале.
