铕

title: 性质.
title: 物理性质.
content: 铕是一种可延展金属,硬度与铅相约。其晶体结构为体心立方。铕的一些性质和其半满的电子层有很大的关系。在镧系元素中,铕的熔点第二低,密度则最低。  在冷却至1.8 K、加压至80 GPa时,铕会变成超导体。这是因为,铕在金属态下化合价为二,在受压的情况下化合价变为三。二价状态下强大的局域磁矩(J = /)抑制了超导相态,而三价时的磁矩为零,因此超导性质得以发挥。
title: 化学性质.
content: 铕是反应性最高的稀土元素。它在空气中会迅速氧化:大约厘米大小的铕金属样本在几天之内就会整块氧化。在水中铕的反应性和钙相近,反应式为 由于反应性高,就算涂上一层矿物油保护层,固体铕样本也一般不会有闪亮的金属表面。铕会在150至180 °C的空气当中自燃,形成三氧化二铕:  铕在稀硫酸中容易溶解,形成淡粉红色的水合铕(III)溶液:
title: 二价和三价铕.
content: 铕一般显三价态,但有时也会形成二价化合物。这在几乎完全角成三价化合物的镧系元素中是比较少见的。铕的+2态的电子排布为4f,因为半满的f壳层有更高的稳定性。在大小和配位数方面,铕(II)和钡(II)相似。例如,两者的硫酸盐都很难溶于水。二价铕是一种弱还原剂,且会在空气中氧化成三价铕化合物。在缺氧条件(特别是地热条件)下,二价铕足够稳定,所以会掺入钙以及其他碱土金属的矿物之中。这种离子交换过程是「负铕异常」现象的基础,即镧系元素矿物(如独居石)的铕含量相对颗粒陨石含量偏少。氟碳铈矿(Bastnäsite)的负铕异常比独居石轻微,因此成为了今天铕元素的主要来源。虽然铕的浓度一般很低,但由于它的二价离子可以很容易从其他三价镧系元素中分离出来,所以较易取得。
title: 同位素.
content: 自然形成的铕元素由两种同位素组成:Eu和Eu,后者的丰度为52.2%,比前者稍高。Eu是稳定同位素,但Eu则会进行α衰变,半衰期为,即在1公斤自然铕样本中大约每2分钟发生一次α衰变事件。这一数值与理论预测值吻合。除了自然的放射性同位素Eu以外,已知的人造放射性同位素共有35种,其中最稳定的有Eu(半衰期为36.9年)、Eu(13.516年)和Eu(8.593年)。所有剩余的放射性同位素半衰期都在4.7612年以下,且大部分小于12.2秒。铕共有8种亚稳态,最稳定的有Eu(半衰期为12.8小时)、Eu(9.3116小时)和Eu(96分钟)。  质量比Eu低的同位素衰变模式主要是电子捕获,并一般产生钐的同位素;质量更高的则主要进行β衰变,并一般产生钆的同位素。
title: 作为核裂变产物.
content: 铕是某些核裂变反应的产物,但铕同位素质量较高,其裂变产物产量很低。  和其他镧系元素一样,铕的许多同位素,特别是奇数质量数和低中子数的同位素(如Eu),拥有很高的中子捕获截面,通常可以作为中子毒物。  钐-151经β衰变后会产生Eu,但由于半衰期长,吸收中子的平均时间短,所以大部分Sm最终会变为Sm。  Eu(半衰期为13.516年)和Eu(8.593年)不能作为β衰变产物,因为Sm和Sm都没有放射性。Eu和Cs是仅有的两个裂变产量高于百万分之2.5的长寿命受屏蔽核素。对Eu进行中子活化,可以产生更大量的Eu,但其中大部分会再转化为Eu。  对于铀-235和热中子,Eu(半衰期为4.7612年)的裂变产量为百万分之330,其大部分会在燃料燃耗结束时嬗变成无放射性、无吸收性的钆-156。  整体来说,在辐射危害上,铕比铯-137和锶-90弱得多,而作为中子毒物,铕则比钐弱很多。
title: 存量.
content: 铕在自然界中不以单体出现。许多矿物都含有铕,其中最重要的包括:氟碳铈矿、独居石、磷钇矿和铈铌钙钛矿。  相对其他稀土元素来说,铕有时会在矿物中具有偏高或者偏低的含量,这种现象称为铕异常。地球化学和岩石学的微量元素分析常用到铕元素,以了解火成岩的形成过程。通过分析铕异常情况,可有助重建一套火成岩之间的关系。  少量的二价铕(Eu)可以作为某些萤石(CaF)样本的亮蓝色萤光激活剂。Eu在高能粒子照射下会变为Eu。这种萤光矿物可以在英国北部Weardale及周边地区。英文中的萤光一词(fluorescence)就是来自此处所发现的萤石(fluorite)。直到很久以后人们才发现,萤光是矿石中的铕所造成的。
title: 生产.
content: 铕一般和其他的稀土元素一同出现,所以是一起开采,并之后再分离开来的。氟碳铈矿、铈铌钙钛矿、磷钇矿和独居石等矿石中含有可开采量的稀土元素。首两种为正磷酸盐矿物LnPO(Ln表示除钷以外所有的镧系元素),磷钇矿为氟碳酸盐矿物LnCOF。独居石同时含有钍和钇,而钍及其衰变产物都具有放射性,使处理过程更为困难。从原矿萃取和分离各种镧系元素的方法有几种。方法的选择要考虑矿物的成分和浓度,以及每种镧系元素在矿物浓缩物中的分布。矿石首先经过烘烤,再经酸碱来回浸溶,形成镧系元素的混合浓缩物。如果其中铈居多,就可将铈(III)转化为铈(IV),从而沉淀出来。利用溶剂萃取法或离子交换层析法能够增加铕在混合物中的比例。用锌、锌汞齐、电离等方法可以把铕(III)转化为铕(II)。后者的化学性质和碱土金属相似,因此可以以碳酸盐的形态沉淀出来,或与硫酸钡共沉淀。要制备铕金属,可以对熔融三氯化铕(EuCl)和氯化钠(NaCl)或氯化钙(CaCl)的混合物进行电离,以石墨电解槽作为阴极,石墨作为阳极。反应同时也会产生氯气。  世界上有多个出产铕的大型矿藏。中国内蒙古的白云鄂博铁矿含有大量的氟碳铈矿和独居石,估计稀土金属氧化物的含量有3600万吨,因此它是目前世界上最大的矿藏。中国依靠白云鄂博铁矿在1990年代成为了最大的稀土元素产国。所产出的稀土元素中,只有0.2%是铕。1965年至1990年代,美国加州山口(Mountain Pass)稀土矿场是全球第二大稀土元素来源。当地的氟碳铈矿含有较高浓度的轻稀土元素(镧至钆、钪、钇),而铕含量则只有0.1%。俄罗斯西北部的科拉半岛出产铈铌钙钛矿,是另一个大型稀土元素产地。除铌、钽和钛以外,它拥有高达30%的稀土元素,因此是这些元素在俄罗斯的最大来源。
title: 化合物.
content: 在大多数条件下,铕化合物都具有+3氧化态。在这些化合物中,铕(III)通常与6至9个含氧配位体(通常为水)成键。铕的氯化物、硫酸盐、硝酸盐都可溶于水和极性有机溶液。具亲脂性的铕配合物一般拥有类似乙酰丙酮的配位体,例如EuFOD。
title: 卤化物.
content: 铕金属可与所有卤素反应: 如此形成白色的三氟化铕(EuF)、黄色的三氯化铕(EuCl)、灰色的三溴化铕(EuBr)以及无色的三碘化铕(EuI)。对应的二卤化物同样可以形成:黄绿色的二氟化铕(EuF)、无色的二氯化铕(EuCl)、无色的二溴化铕(EuBr)以及绿色的二碘化铕(EuI)。
title: 氧族及氮族元素化合物.
content: 铕可以和所有氧族元素形成稳定化合物,其中较重的氧族元素(硫、硒和碲)会使较低的氧化态更加稳定。已知的氧化物共有三种:一氧化铕(EuO)、三氧化二铕(EuO)及混合价态氧化物EuO,其同时含有铕(II)和铕(III)。其他的氧族元素化合物包括一硫化铕(EuS)、一硒化铕(EuSe)和一碲化铕(EuTe),三者均为黑色固体。三氧化二铕在高温下分解,经过硫化形成一硫化铕: 铕的主要氮化物为一氮化铕(EuN)。
title: 研究历史.
content: 虽然铕存在于大部分稀有元素矿物之中,但由于分离过程的困难,所以直到19世纪末该元素才被分离出来。威廉·克鲁克斯在1885年对稀有元素的萤光光谱进行过分析,其中的一些「异常」谱线后来发现来自于铕元素。  保罗·埃米尔·勒科克·德布瓦博德兰于1890年首次发现铕元素。他在钐钆浓缩物的分馏提取物中,观测到了既不属于钐,又不属于钆的谱线。然而,一般的说法是法国化学家尤金·德马塞发现了铕。他在1896年怀疑新发现的钐样本中有一种未知元素的污染物,并在1901年成功将其分离出来。他依据欧洲的名称「Europe」将此元素命名为「Europium」。  1960年代初,人们发现了掺铕正钒酸钇红色磷光体。但在彩色电视机工业即将革新之时,独居石加工厂却无法维持足够的铕元素供给,因为独居石的铕含量一般只在0.05%左右。当时莫利矿业位于加州山口的氟碳铈矿藏即将开启运作,当地的稀土矿含有异常高的0.1%铕含量,所以能够支撑这一工业。在铕磷光体被发现之前,彩色电视机的红色磷光体很弱,以致其他颜色的磷光体须要抑制才能保持颜色的平衡。铕磷光体能产生明亮的红光,因此不再须要调低别的颜色,彩色电视机的亮度也可以大大提高。自此铕就一直用于电视机和电脑荧屏的生产中。加州山口稀土矿场之后面临中国白云鄂博铁矿的竞争,后者能产出铕含量为0.2%的矿石。  弗兰克·斯佩丁(Frank Spedding)对发展离子交换技术所作出的贡献在1950年代中革新了稀土工业。他曾自述在1930年代在做有关稀土元素的演讲时,一位老人说要向他献上几磅重的氧化铕。当时这算作是极大量的铕,所以斯佩丁并没有认真对待。但不久后他确实收到了内含几磅氧化铕的邮件。这位老人正是发展了氧化还原铕纯化方法的赫伯特·纽比·麦科伊(Herbert Newby McCoy)。
title: 应用.
content: 铕的商业用途非常有限。几乎所有应用都用到铕在+2或+3氧化态下的磷光特性。  在激光器和其他光电装置中,铕可以作玻璃的掺杂剂。三氧化二铕是一种常用的红色磷光体,用于CRT电视机和萤光灯中。它也是钇基磷光体的激活剂。彩色电视机屏含有0.5至1克铕元素。三价铕磷光体能给出红光,但二价铕的萤光颜色则取决于主体晶格,一般靠近蓝色。两种铕磷光体(红、蓝)加上黄绿色的铽磷光体,可产生「白」光。通过调节不同磷光体的比例,可以产生不同色温的白光。这种萤光系统一般应用在螺旋型萤光灯泡中。一些电视机和电脑荧屏也同样使用这种系统作为其三个原色。萤光玻璃的生产也用到了铕。除掺铜硫化锌之外,另一种持续发光的较常见磷光体就是掺铕氯酸锶。铕的萤光性质还能用在新药研发筛选过程中,以追踪生物分子的相互作用。欧罗纸币的防伪磷光体也含有铕。  铕配合物,如Eu(fod),可以用作核磁共振光谱法的位移试剂,但这项应用已近乎被平价超导磁铁所淘汰。手性位移试剂(如Eu(hfc))今天仍被用于测量对映异构体纯度。
title: 安全.
content: 没有明确证据显示铕的毒性比其他的重金属高。氯化铕的急性腹腔注射半数致死量(LD)为550 mg/kg,急性口服LD为5000 mg/kg。硝酸铕的腹腔注射LD为320 mg/kg,口服LD超过5000 mg/kg。  粉状的铕金属有自燃或爆炸的危险。

Summary: 铕(Europium)是一种化学元素,符号为Eu,原子序为63。元素以欧洲(Europe)命名。铕是一种较坚硬的银白色金属,在空气和水中容易氧化。它属于典型的镧系元素,氧化态通常为+3,但其+2态也并不鲜见。所有氧化态为+2的铕化合物都具有轻微的还原性。铕在生物体中没有重要的功用,和其他重金属相比毒性较低。铕的大部分应用都采用了其化合物的磷光特性,例如电视机的磷光体以及欧罗(欧元)纸币的防伪磷光体等。

Europium: Europium is a chemical element with the symbol Eu and atomic number 63. Europium is the most reactive lanthanide by far, having to be stored under an inert fluid to protect it from atmospheric oxygen or moisture. Europium is also the softest lanthanide, as it can be dented with a fingernail and easily cut with a knife. When oxidation is removed a shiny-white metal is visible. Europium was isolated in 1901 and is named after the continent of Europe. Being a typical member of the lanthanide series, europium usually assumes the oxidation state +3, but the oxidation state +2 is also common. All europium compounds with oxidation state +2 are slightly reducing. Europium has no significant biological role and is relatively non-toxic compared to other heavy metals. Most applications of europium exploit the phosphorescence of europium compounds. Europium is one of the rarest of the rare earth elements on Earth.