Europium, ký hiệu là Eu, và số nguyên tử là 63. Là một thành viên điển hình của Lanthanide, europium thường có hóa trị +3, nhưng hóa trị oxy +2 cũng phổ biến. Có ít hợp chất của europium có trạng thái hóa trị +2 hơn. So với các kim loại nặng khác, europium không có tác dụng sinh học đáng kể và tương đối không độc hại. Hầu hết các ứng dụng của europium đều sử dụng hiệu ứng phát quang của các hợp chất Europium. Europium là một trong những nguyên tố ít phổ biến nhất trong vũ trụ; Chỉ có khoảng 5 trong vũ trụ × 10-8% chất này là europium.
Europium tồn tại trong monazit
Phát hiện ra Europium
Câu chuyện bắt đầu vào cuối thế kỷ 19: vào thời điểm đó, các nhà khoa học xuất sắc bắt đầu lấp đầy một cách có hệ thống các chỗ trống còn lại trong bảng tuần hoàn của Mendeleev bằng cách phân tích quang phổ phát xạ nguyên tử. Theo quan điểm ngày nay, công việc này không khó và một sinh viên đại học có thể hoàn thành; Nhưng vào thời điểm đó, các nhà khoa học chỉ có các thiết bị có độ chính xác thấp và các mẫu khó tinh chế. Do đó, trong toàn bộ lịch sử phát hiện ra Lanthanide, tất cả những người khám phá "bán" đều liên tục đưa ra những tuyên bố sai lầm và tranh cãi với nhau.
Năm 1885, Ngài William Crookes đã phát hiện ra tín hiệu đầu tiên nhưng không rõ ràng lắm của nguyên tố 63: ông quan sát thấy một vạch quang phổ màu đỏ cụ thể (609 nm) trong một mẫu samari. Trong khoảng thời gian từ năm 1892 đến năm 1893, người phát hiện ra gali, samari và dysprosi, Paul é mile LeCoq de Boisbaudran, đã xác nhận dải này và phát hiện ra một dải màu xanh lá cây khác (535 nm).
Tiếp theo, vào năm 1896, Eug è ne Anatole Demar ç ay đã kiên nhẫn tách oxit samari và xác nhận việc phát hiện ra một nguyên tố đất hiếm mới nằm giữa samari và gadolinium. Ông đã tách thành công nguyên tố này vào năm 1901, đánh dấu sự kết thúc của hành trình khám phá: "Tôi hy vọng đặt tên cho nguyên tố mới này là Europium, với ký hiệu Eu và khối lượng nguyên tử khoảng 151."
Cấu hình electron
Cấu hình electron:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p66s2 4f7
Mặc dù europium thường có hóa trị ba, nhưng nó có xu hướng tạo thành các hợp chất hóa trị hai. Hiện tượng này khác với sự hình thành các hợp chất hóa trị +3 của hầu hết các Lanthanide. Europium hóa trị hai có cấu hình electron là 4f7, vì lớp vỏ f bán đầy cung cấp độ ổn định cao hơn và europium (II) và bari (II) tương tự nhau. Europium hóa trị hai là chất khử nhẹ bị oxy hóa trong không khí để tạo thành hợp chất europium (III). Trong điều kiện kỵ khí, đặc biệt là điều kiện gia nhiệt, europium hóa trị hai đủ ổn định và có xu hướng được kết hợp vào canxi và các khoáng chất kiềm thổ khác. Quá trình trao đổi ion này là cơ sở của "dị thường europium âm", nghĩa là, so với sự phong phú của Chondrite, nhiều khoáng chất lanthanide như monazit có hàm lượng europium thấp. So với monazit, bastnaesit thường biểu hiện ít dị thường europium âm hơn, vì vậy bastnaesit cũng là nguồn chính của europium.
Europium là kim loại màu xám sắt có nhiệt độ nóng chảy là 822 ° C, nhiệt độ sôi là 1597 ° C và khối lượng riêng là 5,2434 g/cm ³； Đây là nguyên tố ít đặc nhất, mềm nhất và dễ bay hơi nhất trong số các nguyên tố đất hiếm. Europium là kim loại hoạt động mạnh nhất trong số các nguyên tố đất hiếm: ở nhiệt độ phòng, nó ngay lập tức mất đi độ bóng kim loại trong không khí và nhanh chóng bị oxy hóa thành bột; Phản ứng dữ dội với nước lạnh để tạo ra khí hydro; Europium có thể phản ứng với bo, cacbon, lưu huỳnh, phốt pho, hydro, nitơ, v.v.
Ứng dụng của Europium
Europium sulfate phát ra huỳnh quang màu đỏ dưới ánh sáng cực tím
Georges Urbain, một nhà hóa học trẻ xuất sắc, đã thừa hưởng thiết bị quang phổ của Demar ç ay và phát hiện ra rằng một mẫu oxit Yttrium(III) được pha tạp với europium phát ra ánh sáng đỏ rất sáng vào năm 1906. Đây là khởi đầu cho hành trình dài của vật liệu phát quang europium – không chỉ được sử dụng để phát ra ánh sáng đỏ mà còn phát ra ánh sáng xanh, vì quang phổ phát xạ của Eu2+ nằm trong phạm vi này.
Một loại phốt pho bao gồm các chất phát xạ Eu3+ màu đỏ, Tb3+ màu xanh lá cây và Eu2+ màu xanh lam, hoặc kết hợp cả hai, có thể chuyển đổi ánh sáng cực tím thành ánh sáng khả kiến. Những vật liệu này đóng vai trò quan trọng trong nhiều thiết bị khác nhau trên thế giới: màn hình tăng cường tia X, ống tia âm cực hoặc màn hình plasma, cũng như đèn huỳnh quang tiết kiệm năng lượng và điốt phát sáng gần đây.
Hiệu ứng huỳnh quang của europium hóa trị ba cũng có thể được tăng cường bằng các phân tử thơm hữu cơ và các phức hợp như vậy có thể được áp dụng trong nhiều tình huống đòi hỏi độ nhạy cao, chẳng hạn như mực chống hàng giả và mã vạch.
Kể từ những năm 1980, europium đã đóng vai trò hàng đầu trong phân tích dược phẩm sinh học có độ nhạy cao bằng phương pháp huỳnh quang lạnh phân giải theo thời gian. Ở hầu hết các bệnh viện và phòng xét nghiệm y khoa, phân tích như vậy đã trở thành thông lệ. Trong nghiên cứu khoa học sự sống, bao gồm cả hình ảnh sinh học, các đầu dò sinh học huỳnh quang làm từ europium và các Lanthanide khác có ở khắp mọi nơi. May mắn thay, một kilôgam europium đủ để hỗ trợ khoảng một tỷ phân tích - sau khi chính phủ Trung Quốc gần đây hạn chế xuất khẩu đất hiếm, các nước công nghiệp hóa hoảng loạn vì tình trạng thiếu hụt lưu trữ nguyên tố đất hiếm không phải lo lắng về các mối đe dọa tương tự đối với các ứng dụng như vậy.
Oxit Europium được sử dụng làm phốt pho phát xạ kích thích trong hệ thống chẩn đoán y khoa X-quang mới. Oxit Europium cũng có thể được sử dụng để sản xuất thấu kính màu và bộ lọc quang điện tử, cho các thiết bị lưu trữ bong bóng từ tính và trong vật liệu điều khiển, vật liệu che chắn và vật liệu cấu trúc của lò phản ứng nguyên tử. Vì các nguyên tử của nó có thể hấp thụ nhiều neutron hơn bất kỳ nguyên tố nào khác, nên nó thường được sử dụng làm vật liệu hấp thụ neutron trong lò phản ứng nguyên tử.
Trong thế giới đang phát triển nhanh chóng ngày nay, ứng dụng mới được phát hiện của europium có thể có tác động sâu sắc đến nông nghiệp. Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng nhựa được pha tạp với europium hóa trị hai và đồng hóa trị một có thể chuyển đổi hiệu quả phần tia cực tím của ánh sáng mặt trời thành ánh sáng khả kiến. Quá trình này khá xanh (nó là màu bổ sung của màu đỏ). Sử dụng loại nhựa này để xây dựng nhà kính có thể giúp cây hấp thụ nhiều ánh sáng khả kiến hơn và tăng năng suất cây trồng khoảng 10%.
Europium cũng có thể được áp dụng cho chip nhớ lượng tử, có thể lưu trữ thông tin đáng tin cậy trong nhiều ngày. Chúng có thể cho phép lưu trữ dữ liệu lượng tử nhạy cảm trong một thiết bị tương tự như ổ cứng và được vận chuyển trên khắp đất nước.
Thời gian đăng: 27-06-2023