Europi

Đặc trưng

Europi là hoạt động nhất trong số các nguyên tố đất hiếm; nó bị ôxi hóa nhanh chóng trong không khí, và tương tự như canxi trong phản ứng của nó với nước; các mẫu vật europi trong dạng rắn, ngay cả khi được che phủ bằng một lớp dầu khoáng bảo vệ cũng hiếm khi có bề mặt sáng bóng. Europi tự bắt cháy trong không khí ở khoảng từ 150 tới 180 °C. Nó có độ cứng chỉ khoảng như chì và rất dễ uốn.

Ứng dụng

Có nhiều ứng dụng thương mại của europi kim loại. Nó từng được sử dụng làm chất kích thích cho một số loại thủy tinh để làm laser, cũng như để chiếu chụp cho hội chứng Down và một số bệnh di truyền khác. Do khả năng kỳ diệu của nó trong hấp thụ nơtron, nó cũng được nghiên cứu để sử dụng trong các lò phản ứng hạt nhân. Ôxít europi (Eu₂O₃) được sử dụng rộng rãi như là chất lân quang màu đỏ trong ống tia âm cực và đèn huỳnh quang, cũng như trong vai trò của chất hoạt hóa cho các chất lân quang trên cơ sở yttri. Trong khi europi hóa trị 3 là chất lân quang màu đỏ thì europi hóa trị 2 là chất lân quang màu xanh lam. Hai lớp chất lân quang europi, kết hợp với các chất lân quang vàng/lục của terbi tạo ra ánh sáng "trắng", nhiệt độ màu của nó có thể dao động bằng cách biến đổi tỷ lệ của các thành phần cụ thể của từng chất lân quang riêng rẽ. Đây là hệ thống lân quang thường bắt gặp trong các bóng đè huỳnh quang xoắn ốc. Kết hợp cùng ba lớp chất lân quang này thành một tạo ra các hệ thống ba màu trong các màn hình tivi và máy tính. Nó cũng được sử dụng như là tác nhân sản xuất thủy tinh huỳnh quang. Sự phát huỳnh quang của europi được sử dụng để theo dõi các tương tác sinh học phân tử trong các chiếu chụp nhằm phát minh dược phẩm. Nó cũng được dùng trong chất lân quang chống làm tiền giả trong các tờ tiền euro.
Europi cũng thường được đưa vào trong các nghiên cứu nguyên tố dấu vết trong địa hóa học và thạch học để hiểu các quá trình hình thành nên đá lửa (các loại đá do macma hay dung nham nguội đi hình thành nên). Bản chất của sự hình thành dị thường europi được sử dụng để hỗ trợ tái tạo các mối quan hệ trong phạm vi một hệ đá lửa.

Lịch sử

Europi lần đầu tiên được Paul Émile Lecoq de Boisbaudran phát hiện năm 1890, khi ông thu được một phần có tính bazơ từ các cô đặc samari-gadolini có các vạch quang phổ không khớp với cả samari lẫn gadolini. Tuy nhiên, phát hiện ra europi nói chung thường được coi là công lao của nhà hóa học người Pháp là Eugène-Anatole Demarçay, người đã nghi ngờ các mẫu của nguyên tố mới phát hiện gần thời gian đó là samari có chứa nguyên tố chưa biết năm 1896 và cũng là người đã cô lập được europi vào năm 1901.
Khi chất lân quang đỏ orthovanadat yttri kích thích bằng europi được phát hiện trong đầu thập niên 1960, và được hiểu như là sẽ làm một cuộc cách mạng trong công nghiệp sản xuất tivi màu thì đã diễn ra một cuộc tranh cướp điên rồ vì nguồn cung europi hạn chế từ các nhà máy xử lý monazit do thông thường hàm lượng europi trong monazit chỉ khoảng 0,05%. Tuy nhiên, Molycorp, với mỏ bastnasit của mình tại Mountain Pass (California), mà trong đó hàm lượng europi là "giàu" hơn, tới 0,1%, đã cung cấp đủ lượng europi để duy trì ngành công nghiệp này. Trước khi có europi, lân quang đỏ của tivi màu là rất yếu và các màu từ các chất lân quang khác buộc phải chặn lại để duy trì sự cân bằng màu. Với lân quang europi đỏ tươi, đã không cần thiết phải ngăn chặn các màu khác và hình ảnh tivi màu tươi hơn là kết quả của nó. Europi vẫn tiếp tục được sử dụng trong công nghiệp sản xuất tivi kể từ đó, và tất nhiên, cũng trong sản xuất màn hình máy tính. Bastnasit ở California hiện nay bị cạnh tranh từ mỏ tại Bayan Obo (Nội Mông, Trung Quốc), với hàm lượng europi thậm chí còn "giàu hơn", tới 0,2%.
F. H. Spedding (1902-1984), trong kỷ niệm về phát triển công nghệ trao đổi ion của ông, một công nghệ đã tạo ra một cuộc cách mạng trong công nghiệp đất hiếm vào giữa thập niên 1950, từng kể lại câu chuyện về việc trong thập niên 1930, khi ông đang giảng về các loại đất hiếm thì một người đàn ông cao tuổi tới gần ông và đề nghị tặng ông vài pao ôxít europi. Điều này là một lượng chưa từng nghe thấy bao giờ vào thời gian đó và Spedding đã không để tâm tới lời đề nghị đó. Tuy nhiên, một gói quà đã được gửi tới theo đường bưu điện và chứa vài pao ôxít europi thật sự. Người đàn ông đứng tuổi đó hóa ra là giáo sư, tiến sĩ Herbert Newby McCoy (1870-1945), người đã phát triển phương pháp tinh chế europi bằng phản ứng ôxi hóa-khử với kẽm.

Phổ biến

Europi không được tìm thấy ở dạng tự do trong thiên nhiên; tuy nhiên có nhiều khoáng vật chứa europi, với các nguồn quan trọng nhất là bastnasit và monazit. Europi cũng được nhận dạng là có trong quang phổ Mặt Trời và một số ngôi sao. Sự suy kiệt hay sự giàu thêm của europi khi so sánh với các nguyên tố đất hiếm khác có trong các khoáng vật được biết đến như là dị thường europi.
Europi hóa trị 2 ở lượng nhỏ đóng vai trò như là chất hoạt hóa sự phát huỳnh quang màu lam tươi của một số mẫu khoáng vật fluorit (diflorua canxi). Các mẫu đáng chú ý nhất của điều này có nguồn gốc xung quanh Weardale và các phần cận kề ở miền bắc Anh và trên thực tế từ tên gọi của loại fluorit này mà người ta có thuật ngữ để chỉ hiện tượng huỳnh quang trong tiếng Anh (George Gabriel Stokes là người nghĩ ra từ fluorescence (huỳnh quang) vào năm 1852 khi miêu tả tính chất của khoáng vật fluorit), mặc dù mãi sau này người ta mới phát hiện ra europi mới là nguyên nhân gây ra hiện tượng đó trong khoáng vật fluorit ở vùng này.

Phòng ngừa

Độc tính của các hợp chất europi vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ, nhưng hiện tại không có các chỉ thị rõ ràng rằng europi có độc tính cao khi so sánh với các kim loại nặng khác. Bụi kim loại có nguy hiểm cháy và nổ cao. Europi không đóng một vai trò sinh học nào đã biết.

Cô lập europi

Europi kim loại có sẵn ở quy mô thương mại, vì thế không cần thiết phải điều chế nó trong phòng thí nghiệm, một phần là do nó rất khó để tinh chế thành kim loại nguyên chất. Điều này chủ yếu là do cách thức mà nó được tìm thấy trong tự nhiên, trong đó các nguyên tố nhóm Lantan được tìm thấy trong một loạt các khoáng vật. Quan trọng nhất trong số các khoáng vật chứa các nguyên tố nhóm Lantan là xenotim, monazit và bastnasit. Hai khoáng vật đầu là các khoáng vật orthophotphat LnPO₄ (với Ln ở đây là ký hiệu chỉ hỗn hợp tất cả các nguyên tố nhóm Lantan, ngoại trừ promethi là nguyên tố cực hiếm do nó chỉ có các đồng vị phóng xạ) và khoáng vật thứ ba là dạng khoáng vật florua cacbonat LnCO₃F. Các nguyên tố nhóm Lantan với số nguyên tử chẵn nói chung là phổ biến hơn. Theo trật tự độ phổ biến giảm dần thì các nguyên tố nhóm Lantan trong các khoáng vật sẽ là xeri, lantan, neodymi, praseodymi. Monazit cũng chứa thori và yttri, điều này làm cho việc xử lý khó khăn hơ do thori và các sản phẩm phân ly của nó có tính phóng xạ.
Đối với nhiều mục đích cụ thể, không cần thiết phải tách riêng các kim loại này, nhưng nếu việc chia tách thành các kim loại riêng rẽ là cần thiết thì quy trình là cực kỳ phức tạp. Ban đầu, các kim loại được chiết tách như là các muối từ quặng bằng chiết tách với axít sulfuric (H₂SO₄), axít clohiđríc (HCl) và hydroxit natri (NaOH). Các kỹ thuật tinh chế hiện đại cho hỗn hợp các muối nhóm Lantan này là khéo léo và bao gồm các kỹ thuật phức chất hóa chọn lọc, chiết dung môi và phép ghi sắc trao đổi ion.
Europi tinh khiết thu được nhờ điện phân hỗn hợp EuCl₃ và NaCl (hay CaCl₂) nóng chảy trong các buồng dùng graphit làm anôt còn chúng làm catôt. Phụ phẩm thu được là khí clo. Nó cũng có thể điều chế bằng cách khử ôxít của nó bởi lantan kim loại sau đó chưng cất.