Пређи на садржај

Европијум

Уреди везе
С Википедије, слободне енциклопедије
Za drugu upotrebu, pogledajte članak Eu (вишезначна одредница).
Европијум
Општа својства
Име, симболевропијум, Eu
Изгледсребрнасто бео, са бледо жутом нијансом;[1] мада ретко без оксидног обезбојења
У периодноме систему
Водоник Хелијум
Литијум Берилијум Бор Угљеник Азот Кисеоник Флуор Неон
Натријум Магнезијум Алуминијум Силицијум Фосфор Сумпор Хлор Аргон
Калијум Калцијум Скандијум Титанијум Ванадијум Хром Манган Гвожђе Кобалт Никл Бакар Цинк Галијум Германијум Арсен Селен Бром Криптон
Рубидијум Стронцијум Итријум Цирконијум Ниобијум Молибден Технецијум Рутенијум Родијум Паладијум Сребро Кадмијум Индијум Калај Антимон Телур Јод Ксенон
Цезијум Баријум Лантан Церијум Празеодијум Неодијум Прометијум Самаријум Европијум Гадолинијум Тербијум Диспрозијум Холмијум Ербијум Тулијум Итербијум Лутецијум Хафнијум Тантал Волфрам Ренијум Осмијум Иридијум Платина Злато Жива Талијум Олово Бизмут Полонијум Астат Радон
Францијум Радијум Актинијум Торијум Протактинијум Уранијум Нептунијум Плутонијум Америцијум Киријум Берклијум Калифорнијум Ајнштајнијум Фермијум Мендељевијум Нобелијум Лоренцијум Радерфордијум Дубнијум Сиборгијум Боријум Хасијум Мајтнеријум Дармштатијум Рендгенијум Коперницијум Нихонијум Флеровијум Московијум Ливерморијум Тенесин Оганесон
–
↑
Eu
↓
Am
самаријум ← европијум → гадолинијум ‍
Атомски број (Z)63
Група, периодагрупа Н/Д, периода 6
Блокf-блок
Категорија  лантаноид
Рел. ат. маса (Ar)151,964(1)[2]
Ел. конфигурација
по љускама
2, 8, 18, 25, 8, 2
Физичка својства
Тачка топљења1099 K ​(826 °‍C, ​1519 °F)
Тачка кључања1802 K ​(1529 °‍C, ​2784 °F)
Густина при с.т.5,264 g/cm3
течно ст., на т.т.5,13 g/cm3
Топлота фузије9,21 kJ/mol
Топлота испаравања176 kJ/mol
Мол. топл. капацитет27,66 J/(mol·K)
Напон паре
P (Pa) 100 101 102
на T (K) 863 957 1072
P (Pa) 103 104 105
на T (K) 1234 1452 1796
Атомска својства
Електронегативност1,2
Енергије јонизације1: 547,1 kJ/mol
2: 1085 kJ/mol
3: 2404 kJ/mol
Атомски радијус180 pm
Ковалентни радијус198±6 pm
Линије боје у спектралном распону
Спектралне линије
Остало
Кристална структура ​унутрашњецентр. кубична (BCC)
Унутрашњецентр. кубична (BCC) кристална структура за европијум
Топл. ширењеполи: 35,0 µm/(m·K) (на с.т.)
Топл. водљивостproc. 13,9 W/(m·K)
Електроотпорностполи: 0,900 µΩ·m (на с.т.)
Магнетни распоредпарамагнетичан[3]
Магнетна сусцептибилност (χmol)+34.000,0·10−6 cm3/mol[4]
Јангов модул18,2 GPa
Модул смицања7,9 GPa
Модул стишљивости8,3 GPa
Поасонов коефицијент0,152
Викерсова тврдоћа165–200 MPa
CAS број7440-53-1
Историја
Именовањепо Европи
Откриће и прва изолацијаЕжен Анатол Демарсе (1896, 1901)
Главни изотопи
изотоп расп. пж. (t1/2) ТР ПР
150Eu syn 36,9 y ε 150Sm
151Eu 47,8% 5×1018 y α 147Pm
152Eu syn 13,54 y ε 152Sm
β− 152Gd
153Eu 52,2% стабилни
154Eu syn 8,59 y β− 154Gd
155Eu syn 4,76 y β− 155Gd
референце • Википодаци

Европијум (Eu, лат. europium), је хемијски елемент из групе лантаноида са масеним бројем 63..[5][6] У периодном систему налази се у групи лантаноида и због тога се убраја у метале ретких земаља. Име је добио по континенту Европа. Само су европијум и америцијум елементи који су названи по континентима.

Као и остали лантаноиди, еуропијум је такође сребрено-сјајни тешки метал. Његове особине не следе контракцију лантаноида. Због његове електронске конфигурације, овај елемент има значајно мању густину као и доста ниже тачке топљења и кључања у односу са суседне елементе из периодног система. Он је хемијски најреактивнији ретки земни метал. Прве назнаке постојања елемента дали су Вилијам Крукс и Пол Емил Лекок де Буабодран 1896. године, а Ежен Анатол Демарсе је касније успео да докаже постојање елемента путем спектроскопије, те да га изолује.

Овај елемент има значајну примену у техници, јер се користи као материјал за израду светлећих тела попут катодних монитора, који су раније кориштени као екрани за рачунаре и телевизоре, затим у сијалицама и ЛЦД мониторима. У тим производима, црвена и плава боја добија се од супстанци које су допиране европијумом, а које на тај начин флуоресцирају у одређеном жељеном спектру.

Историја

[уреди | уреди извор]

Прве назнаке о постојању елемента који је касније назван европијум дао је Вилијам Крукс 1885. године. При испитивању спектра флуоресценције смеше самаријума и итријума забележио је сигнале необичних наранџастих спектралних линија, а које су биле снажније у смеши елемената него када су ти елементи били у чистом стању. Он је схватио је да те линије указују на постојање новог непознатог елемента, те их је назвао „ненормалне линије”, а хипотетички елемент Sδ.[7] Ново откриће које је утрло пут открићу овог елемента направио је Пол Емил Лекок де Буабодран 1892. године, када је поред „ненормалних” Круксових линија, у спектру самаријума открио још три, до тада непознате, плаве спектралне линије.[8] Године 1896. Ежен Анатол Демарсе је претпоставио на основу ултраљубичастог спектра постојање једног новог елемента између самарија и гадолинијума,[9] при чему је 1900. године утврдио, да би тај елемент могао бити исти онај којег су проучавали Крукс и Буабодран. Наредне године Демарсеy је пошло за руком да тај елемент изолује помоћу фракцијске кристализације двоструких соли самаријум/европијум-магнезијум нитрата. Елемент је назвао по имену континента Европа, Европијум.[10][11] Аналогно начину како је европијум добио име, научници Глен Т. Сиборг, Ралф А. Џејмс и Лион О. Морган су 1948. године елемент који се у периодном систему налази директно испод европијума, а који спада у актиноиде такође назвали по једном континенту (Америци), америцијум.[12]

Прва важније техничка употреба овог елемента била је производња европијумом допираног итријум-ванадата. Тај материјал за израду црвених светлећих тела открили су 1964. Алберт К. Левин и Франк Ц. Палила, а касније је одиграо врло важну улогу у развоју телевизије у боји.[13] У те и сличне сврхе, изграђен је и први рудник за добијање руда ретких земаља у калифорнијском Маунтин Пасу,[14] из којег се почев од 1954. интензивно експлоатише руда.[15]

Особине

[уреди | уреди извор]

Физичке

[уреди | уреди извор]

Као и остали лантаноиди, европијум је меки, тешки метал, сребреног сјаја. Има неуобичајено ниску густину од 5,245 g/cm3, што је знатно ниже од њему суседних лантаноида из периодног система, као што су самаријум или гадолинијум, а такође ниже и од лантана. Исто важи и за његову релативно ниску тачку топљења од 826 °C и тачку кључања 1440 °C (код гадолинијума: тачка топљењa је 1312 °C, а кључања 3000 °C). Ове вредности су у супротности са, иначе применљивом, контракцијом лантаноида, а узрок томе је електронска конфигурација европијумa [Xe] 4f7 6s2. Пошто му је f-љуска половично попуњена, само два валентна електрона (6s2) су доступна за креирање металних веза; због тога долази до доста слабије силе везивања и знатно већег атомског радијуса метала. Сличне карактеристике запажене су и код итербијума. Код овог елемента, са две у потпуности попуњене f-љуске такође постоје само два валентна електрона доступна за креирање металних веза.[16]

У нормалним условима, европијум се кристализује у кубичну-просторно центрирану решетку са параметром решетке a=455 pm.[17] Осим ове кристалне структуре, познате су још две модификације на високим притисцима. Редослед модификација при повећању притиска, као што је то случај код итербијума, не одговара редоследу код других лантаноида. Тако, на пример, код европијума није позната модификација у двострукој хексагоналној структури, нити у такозваној структури самаријума. Први фазни прелаз код овог метала одвија се при притиску од 12,5 GPa, а изнад овог притиска европијум се кристализује у хексагоналној, густо пакованој кристалној структури са параметрима решетке a=241 pm и c=545 pm. При притиску изнад 18 GPa, пронађена је још једна структура са Eu-III слична хексагоналној, густо пакованој кугластој структури.[18][19]

При изузетно високом притиску изнад 34 GPa мења се електронска конфигурација европијума из двовалентне у тровалентну. Овим се постиже суперпроводљивост елемента, а која се јавља при притиску од око 80 GPa и температури од око 1,8 K.[20] Јони европијума, који су уграђени у властите основне решетке, показују изразиту флуоресценцију. При томе је емитована таласна дужина зависна од оксидационог стања. Тако на пример јони Eu3+ флуоресцирају готово независно од основне решетке у распону од 613 до 618 nm, што одговара интензивној црвеној боји.[21] За разлику од њега, максимум емисије јона Eu2+ је далеко више зависан од основне решетке те на пример за основну решетку баријум магнезијум-алумината износи 447 nm у плавом делу спектра,[22] док за стронцијум алуминат (SrAl2O4:Eu2+) износи 520 nm у зеленом спектру.[23]

Хемијске

[уреди | уреди извор]
Комад европијума оксидован стајањем на ваздуху, пресвучен жутим европијум(II)-карбонатом

Европијум је типичан неплеменити метал и реагује са већином неметала. Он је један од најреактивнији лантаноида, а са кисеоником реагује најбрже. Ако се загреје на температуру од око 180 °C, спонтано се запали у контакту са ваздухом и сагорева до европијум(III)-оксида.[24]

Европијум такође реагује и са халогеним елементима флуором, хлором, бромом и јодом дајући трихалиде. При реакцији с водоником настају нестехиометријске хидридне фазе, у којим атоми водоника улазе у шупљине унутар кугласте кристалне решетке метала.[16]

Овај метал врло споро се раствара у води, док се у киселинама раствара много брже истискујући из ње водоник и градећи безбојне јоне Eu3+. Такође безбојни јони Eu2+ добијају се електролитичком редукцијом на катоди у воденом раствору. То је једини двовалентни јон неког лантаноида који је стабилан у воденом раствору. Европијум се може растварати у амонијаку, при чему као и код алкалних метала настаје плави раствор у којем се налазе солватизовани електрони.[16]

Катјон Eu3+ спада, поред Sm3+, Tb3+ и Dy3+ међу катјоне лантаноида, који у посебно сачињеним комплексима могу емитовати светлост у видљивом делу спектра услед апсорпције одређених таласних дужина. Тровалентни катјон европијума је један од катјона који је у воденом раствору безбојан, али с којем органски лиганди могу изазвати такозвани ефекат антене са координираним издуженим системом π електрона, при чему централне честице снажно исказују луминесцентне особине. Тако π електрони лиганда проводе апсорбовану енергију улазне светлости (од око 355 nm) до 5d електрона јона Eu3+, чиме он одлази у 4f орбиталу те при повратку у првобитну орбиталу емитује светлост у видљивом делу спектра (око 610 nm таласне дужине).

Изотопи

[уреди | уреди извор]

Постоји укупно 38 изотопа те 13 нуклеарних изомера европијума између 130Eu и 167Eu. Од њих само је 153Eu стабилан, а други, 151Eu, дуго времена је сматран стабилним, све док 2007. године нису пронађене индиције да се распада алфа распадом уз време полураспада од најмање 1,7 трилиона година.[25] Оба ова изотопа налазе се у природи, где изотоп 153Eu има удео од 52,2% у природној смеши изотопа, а изотоп 151Eu 47,8%.[26]

Више изотопа европијума као што су 152Eu, 154Eu и 155Eu настају при разбијању језгара атома уранијума и плутонијума. У том процесу, изотоп 155Eu има удео од око 0,03% од укупне количине производа распада те представља најчешћи изотоп европијума који настане на тај начин.[27] Присуство радиоактивних изотопа европијума потврђено је на атолу Ронгелап три године након контаминације атола у чијој близини је извршен тест атомске бомбе у склопу „операције Касл”.[28]

Референце

[уреди | уреди извор]
  1. ^ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (II изд.). Oxford: Butterworth-Heinemann. стр. 112. ISBN 0080379419. 
  2. ^ Meija, J.; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265—291. doi:10.1515/pac-2015-0305. 
  3. ^ Lide, D. R., ур. (2005). „Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds”. CRC Handbook of Chemistry and Physics (PDF) (86th изд.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5. Архивирано из оригинала 03. 03. 2011. г. Приступљено 12. 01. 2021. 
  4. ^ Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. стр. E110. ISBN 0-8493-0464-4. 
  5. ^ Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga. 
  6. ^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. изд.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6. 
  7. ^ William Crookes (1885). „On Radiant Matter Spectroscopy. Part II. Samarium”. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 176: 691—723. doi:10.1098/rstl.1885.0014. 
  8. ^ Paul Émile Lecoq de Boisbaudran (1892). „Recherches sur le samarium”. Comptes rendus. 114: 575—577. 
  9. ^ Eugène-Anatole Demarçay (1896). „Sur un nouvel élément contenu, dans les terres rares voisines du samarium”. Comptes rendus. 122: 728—730. 
  10. ^ Eugène-Anatole Demarçay (1901). „Sur un nouvel élément, europium”. Comptes rendus. 132: 1484—1486. 
  11. ^ William Crookes (1905). „On the Phosphorescent Spectra of S δ and Europium”. Proceedings of the Royal Society of London. 76 (511). 
  12. ^ G. T. Seaborg, R. A. James, L. O. Morgan: The New Element Americium (Atomic Number 95). u: NNES PPR. (National Nuclear Energy Series, Plutonium Project Record). vol. 14 B The Transuranium Elements: Research Papers. rad br. 22.1, McGraw-Hill Book Co., New York 1949; sažetak; mašinoskript, januar 1948.
  13. ^ Albert K. Levine; Frank C. Palilla (1964). „A new, highly efficient red-emitting cathodoluminiscent phosphor (YVO4:Eu) for color television”. Applied Physics Letters. 5: 118. doi:10.1063/1.1723611. 
  14. ^ Stephen B. Castor (2008). „Rare Earth Deposits of North America”. Resource Geology. 58: 337—347. doi:10.1111/j.1751-3928.2008.00068.x. 
  15. ^ Harald Elsner (2011). „Kritische Versorgungslage mit schweren Seltenen Erden – Entwicklung „Grüner Technologien“ gefährdet?” (PDF) (на језику: немачки). Commodity Top News. 
  16. ^ а б в A. F. Holleman; E. Wiberg; N. Wiberg (2007). Lehrbuch der Anorganischen Chemie (102 изд.). Berlin: de Gruyter. стр. 1938–1944. ISBN 978-3-11-017770-1. 
  17. ^ C. S. Barrett (1956). „Crystal Structure of Barium and Europium at 293, 78, and 5°K”. The Journal of Chemical Physics. 25: 1123. doi:10.1063/1.1743161. 
  18. ^ K. Takemura; K. Syassen (1985). „Pressure-volume relations and polymorphism of europium and ytterbium to 30 GPa”. Journal of Physics F: Metal Physics. 15: 543—559. doi:10.1088/0305-4608/15/3/010. 
  19. ^ W. A. Grosshans; W. B. Holzapfel (1985). „X-ray studies on europium and ytterbium up to 40 GPa”. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 47–48: 295—296. doi:10.1016/0304-8853(85)90420-2. 
  20. ^ M. Debessai; T. Matsuoka; et al. (2009). „Pressure-Induced Superconducting State of Europium Metal at Low Temperatures”. Physical Review Letters. 102: 197002—197005. doi:10.1103/PhysRevLett.102.197002. 
  21. ^ F. W. D. Rost (1995). Fluorescence Microscopy. 2. Cambridge University Press. стр. 291. ISBN 0-521-41088-6. 
  22. ^ Peter Bamfield (2001). Chromic phenomena. Technological applications of colour chemistry. Royal Society of Chemistry. стр. 159. ISBN 0-85404-474-4. 
  23. ^ Arunachalam Lakshmanan (2008). Luminescence and Display Phosphors. Phenomena and Applications. Nova Publishers. стр. 269. ISBN 978-1-60456-018-3. 
  24. ^ John Emsley (2001). Nature’s building blocks. An A–Z guide to the elements. Oxford University Press. стр. 139–141. ISBN 0-19-850341-5. 
  25. ^ P. Belli; R. Bernabei; F. Cappella; R. Cerulli; C. J. Dai; F. A. Danevich; et al. (2007). „Search for α decay of natural Europium”. Nuclear Physics. A 789: 15—29. doi:10.1016/j.nuclphysa.2007.03.001. 
  26. ^ G. Audi, O.; Bersillon, J.; Blachot, A.; H. Wapstra (2003). „The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties” (PDF). Nuclear Physics. A 729: 3—128. Архивирано из оригинала (PDF) 20. 7. 2011. г. Приступљено 5. 9. 2017. 
  27. ^ Argonne National Laboratory: Europium Архивирано 2011-12-16 на сајту Wayback Machine, Human Health Fact Sheet, august 2005.
  28. ^ Ralph F. Palumbo, Frank G. Lowman: The occurence of antimony-125, europium-155, iron-55, and other radionuclides in rongelap atoll soil Архивирано 2016-09-16 на сајту Wayback Machine. Komisija za atomsku energiju SAD, 1958.

Спољашње везе

[уреди | уреди извор]
Европијум на Викимедијиној остави.
Преузето из „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Европијум&oldid=27904535”