EuropiumDas Symbol ist Eu, die Ordnungszahl 63. Als typisches Element der Lanthanoide hat Europium üblicherweise eine Valenz von +3, Sauerstoff hingegen eine Valenz von +2. Es gibt weniger Europiumverbindungen mit einer Valenz von +2. Im Vergleich zu anderen Schwermetallen hat Europium keine nennenswerten biologischen Effekte und ist relativ ungiftig. Die meisten Anwendungen von Europium nutzen den Phosphoreszenzeffekt von Europiumverbindungen. Europium ist eines der am wenigsten vorkommenden Elemente im Universum; es gibt nur etwa 5 im Universum × 10-8 % der Substanz sind Europium.
Europium kommt in Monazit vor
Die Entdeckung des Europiums
Die Geschichte beginnt Ende des 19. Jahrhunderts: Damals begannen herausragende Wissenschaftler, die verbleibenden Lücken in Mendelejews Periodensystem systematisch zu füllen, indem sie das Emissionsspektrum der Atome analysierten. Aus heutiger Sicht ist diese Aufgabe nicht schwierig und selbst ein Student kann sie bewältigen. Doch damals verfügten die Wissenschaftler nur über Instrumente mit geringer Präzision und schwer zu reinigende Proben. Daher stellten alle „Quasi-Entdecker“ in der gesamten Geschichte der Lanthanoid-Entdeckung immer wieder falsche Behauptungen auf und stritten miteinander.
Im Jahr 1885 entdeckte Sir William Crookes das erste, wenn auch nicht sehr eindeutige Signal des Elements 63: Er beobachtete eine spezifische rote Spektrallinie (609 nm) in einer Samariumprobe. Zwischen 1892 und 1893 bestätigte der Entdecker von Gallium, Samarium und Dysprosium, Paul émile LeCoq de Boisbaudran, dieses Band und entdeckte ein weiteres grünes Band (535 nm).
Anschließend trennte Eugen Anatole Demar 1896 geduldig Samariumoxid und bestätigte die Entdeckung eines neuen Seltenerdelements zwischen Samarium und Gadolinium. Die Trennung dieses Elements gelang ihm 1901, womit die Entdeckungsreise ihren Abschluss fand: „Ich hoffe, dieses neue Element Europium nennen zu können, mit dem Symbol Eu und einer Atommasse von etwa 151.“
Elektronenkonfiguration
Elektronenkonfiguration:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p66s2 4f7
Obwohl Europium normalerweise dreiwertig ist, neigt es zur Bildung zweiwertiger Verbindungen. Dieses Phänomen unterscheidet sich von der Bildung von Verbindungen mit +3 Valenz bei den meisten Lanthanoiden. Zweiwertiges Europium hat die Elektronenkonfiguration 4f7, da die halbgefüllte f-Schale für mehr Stabilität sorgt und Europium(II) und Barium(II) ähnlich sind. Zweiwertiges Europium ist ein mildes Reduktionsmittel, das in der Luft zu einer Europium(III)-Verbindung oxidiert. Unter anaeroben Bedingungen, insbesondere bei Erwärmung, ist zweiwertiges Europium ausreichend stabil und neigt dazu, in Calcium und andere Erdalkalimineralien eingebaut zu werden. Dieser Ionenaustauschprozess ist die Grundlage der „negativen Europiumanomalie“, d. h. verglichen mit dem Vorkommen von Chondrit haben viele Lanthanoidmineralien wie Monazit einen niedrigen Europiumgehalt. Im Vergleich zu Monazit weist Bastnäsit oft weniger negative Europiumanomalien auf und ist daher auch die Hauptquelle von Europium.
Europium ist ein eisengraues Metall mit einem Schmelzpunkt von 822 °C, einem Siedepunkt von 1597 °C und einer Dichte von 5,2434 g/cm³. Es ist das dünnste, weichste und flüchtigste Element unter den Seltenerdelementen. Europium ist das aktivste Metall unter den Seltenerdelementen: Bei Raumtemperatur verliert es an der Luft sofort seinen metallischen Glanz und oxidiert schnell zu Pulver. Es reagiert heftig mit kaltem Wasser und bildet Wasserstoffgas. Europium kann mit Bor, Kohlenstoff, Schwefel, Phosphor, Wasserstoff, Stickstoff usw. reagieren.
Anwendung von Europium
Europiumsulfat emittiert unter ultraviolettem Licht rote Fluoreszenz
Georges Urbain, ein junger, herausragender Chemiker, erbte das Spektroskopie-Instrument von Demar ç ay und stellte im Jahr 1906 fest, dass eine mit Europium dotierte Probe von Yttrium(III)-oxid sehr helles rotes Licht aussendete. Dies war der Beginn der langen Reise der phosphoreszierenden Europiummaterialien – die nicht nur zur Emission von rotem, sondern auch von blauem Licht verwendet wurden, da das Emissionsspektrum von Eu2+ in diesen Bereich fällt.
Ein Leuchtstoff aus roten Eu3+-, grünen Tb3+- und blauen Eu2+-Emittern oder einer Kombination davon kann ultraviolettes Licht in sichtbares Licht umwandeln. Diese Materialien spielen weltweit eine wichtige Rolle in verschiedenen Instrumenten: Röntgenverstärkungsschirmen, Kathodenstrahlröhren oder Plasmabildschirmen sowie in modernen energiesparenden Leuchtstofflampen und Leuchtdioden.
Der Fluoreszenzeffekt von dreiwertigem Europium kann auch durch organische aromatische Moleküle sensibilisiert werden, und solche Komplexe können in verschiedenen Situationen eingesetzt werden, in denen eine hohe Empfindlichkeit erforderlich ist, beispielsweise bei fälschungssicheren Tinten und Barcodes.
Seit den 1980er Jahren spielt Europium eine führende Rolle in der hochempfindlichen biopharmazeutischen Analytik mittels zeitaufgelöster Kaltfluoreszenz. In den meisten Krankenhäusern und medizinischen Laboren gehören solche Analysen zur Routine. In der biowissenschaftlichen Forschung, einschließlich der biologischen Bildgebung, sind fluoreszierende biologische Sonden aus Europium und anderen Lanthanoiden allgegenwärtig. Glücklicherweise reicht ein Kilogramm Europium für rund eine Milliarde Analysen – nachdem die chinesische Regierung kürzlich den Export Seltener Erden beschränkt hat, müssen sich Industrieländer, die unter Lagerengpässen bei Seltenen Erden leiden, keine ähnlichen Bedrohungen für derartige Anwendungen mehr befürchten.
Europiumoxid wird als stimulierter Emissionsleuchtstoff in neuen medizinischen Röntgendiagnosesystemen eingesetzt. Europiumoxid kann auch zur Herstellung von Farblinsen und optoelektronischen Filtern, für magnetische Blasenspeicher sowie in Steuermaterialien, Abschirmmaterialien und Strukturmaterialien von Atomreaktoren verwendet werden. Da seine Atome mehr Neutronen absorbieren können als jedes andere Element, wird es häufig als Material zur Absorption von Neutronen in Atomreaktoren verwendet.
In unserer schnell wachsenden Welt könnte die kürzlich entdeckte Anwendung von Europium tiefgreifende Auswirkungen auf die Landwirtschaft haben. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass mit zweiwertigem Europium und einwertigem Kupfer dotierte Kunststoffe den ultravioletten Anteil des Sonnenlichts effizient in sichtbares Licht umwandeln können. Dieser Prozess ist sehr grün (es handelt sich um die Komplementärfarbe zu Rot). Die Verwendung dieser Kunststoffart im Gewächshausbau kann Pflanzen ermöglichen, mehr sichtbares Licht zu absorbieren und die Ernteerträge um etwa 10 % zu steigern.
Europium kann auch für Quantenspeicherchips verwendet werden, die Informationen mehrere Tage lang zuverlässig speichern können. Dadurch könnten sensible Quantendaten in einem festplattenähnlichen Gerät gespeichert und landesweit verschickt werden.
Veröffentlichungszeit: 27. Juni 2023