Europium

Europium on alkuaine, jonka kemiallinen merkki on Eu () ja järjestysluku 63. Tämä harvinaisiin maametalleihin kuuluva alkuaine on niistä reaktiivisin. Puhtaana hopeanvalkoinen metallinen europium hapettuu nopeasti ilmassa tummaksi.
Europiumia käytetään europiumoksidina (Eu2O3) punaisena loisteaineena kuvaputkissa. Sitä lisätään myös katu­valojen elohopeahöyrylamppuihin luonnollisen värin aikaansaamiseksi. Monet europiumin isotoopit imevät voimakkaasti neutroneja, joten europiumilla voi olla käyttöä ydinreaktoreissa.
Europiumia ei ole puhtaana luonnossa mutta sitä löytyy gadoliniitista ja monatsiittihiekasta. Myös auringosta ja tietyistä tähdistä on spektriviivoista identifioitu europiumia. Europium on hyvin harvinainen aine, vain noin 5·10−8 % koko maailmankaikkeuden massasta rakentuu europiumista.
Europiumin keksimisen ansio annetaan yleensä ranskalaiselle Eugène-Anatole Demarçaylle, joka löysi sen spektroskooppisesti vuonna 1896 ja eristi ensimmäisenä 1901.
Ominaisuudet.
Fysikaaliset ominaisuudet.
Europium on puhtaana hopeanvalkoinen, venyvä metalli, jonka kovuus on samaa luokkaa lyijyn kanssa. Useat europiumin ominaisuudet johtuvat sen puolittain täyttyneestä uloimmasta elektronikuoresta. Europiumin tiheys on 5,2 g/cm3, mikä tekee siitä keveimmän alkuaineen lantanoidien joukossa. Sulamispiste on 1 099 K (826 °C), mikä on toiseksi alhaisin lantanoidille, ja kiehumispiste on 1 802 K (1 529 °C).
Europiumista tulee suprajohtavaa, kun sitä jäähdytetään alle 1,8 K lämpötilaan ja kompressoidaan yli 80 GPa paineeseen. Europium on voimakkaasti paramagneettinen aine yli 90 K (−183 °C) lämpötiloissa.
Kemialliset ominaisuudet.
Europium on harvinaisista maametalleista kaikista reaktiivisin. Se hapettuu nopeasti ilmassa, niin että senttimetriluokan kappale muuttuu kokonaan oksidiksi muutaman päivän aikana. Se reagoi veden kanssa kuten kalsium reaktioyhtälöllä:
2 Eu + 6 H2O → 2 Eu(OH)3 + 3 H2
Tästä hapettumisesta johtuen näytteet puhtaasta europiummetallista harvoin näyttävät kiiltävältä metallilta, vaikka ne olisi säilötty suojaavaan mineraaliöljyyn.
Muiden maametallien tavoin (lantaani on poikkeus) europium syttyy ilmassa noin 150–180 °C:n lämpötilassa, muodostaen europium(III)oksidia:
4 Eu + 3 O2 → 2 Eu2O3
Europium esiintyy usein hapetusluvulla +3, mutta muodostaa myös hapetusluvun +2 yhdisteitä. Tämä on poikkeuksellista lantanoideille, sillä yleensä ne esiintyvät lähes yksinomaan +3 hapetusluvulla. +2 tilan elektronikonfiguraatio on 4f7 koska puoliksi täytetty f-kuori antaa sille lisää stabiilisuutta. Tästä ominaisuudesta johtuu myös "negatiivisena europium-anomaliana" tunnettu ilmiö, jolla tarkoitetaan europiumin vähäistä pitoisuutta (muihin lantanoideihin verrattuna) mineraaleissa kuten sen yleisemmissä malmeissa monatsiitissa ja bastnäsiitissa, verrattuna kondrittiseen runsauteen. Bastnäsiitin negatiivinen europium anomalia on vähäisempi kuin monatsiitin, ja tämän takia se on tärkein europiumin kaupallinen lähde nykyään.
Isotoopit.
Luonnossa esiintyvä europium koostuu kahdesta isotoopista, 151Eu ja 153Eu, joista 153Eu on runsain (52,2%). Isotooppi 153Eu on stabiili, mutta 151Eu:n havaittiin vasta viime vuosina hajoavan alfahajoamisella puoliintumisajalla ⩾1,7·1018 vuotta tuottaen noin yhden alfahiukkasen kahdessa minuutissa jokaisessa kilossa luonnollista europiumia. Yhteensä 35 keinotekoista radioaktiivista isotooppia on tunnistettu. Näistä pysyvimmät ovat 150Eu puoliintumisajalla 36,9 vuotta, 152Eu puoliintumisajalla 13,516 vuotta ja 154Eu jonka puoliintumisaika on 8,593 vuotta. Kaikkien muiden radioisotooppien puoliintumisaika on enintään 4,7612 vuotta ja suurimman osan alle 12,2 sekuntia. Europiumilla on myös kahdeksan ydinisomeeria, joista pysyvimmät ovat 150mEu (puoliintumisaika 12,8 h), 152m1Eu (9,3116 h) ja 152m2Eu (96 minuuttia).
Pääasiallinen hajoamistyyppi isotoopeille, jotka ovat kevyempiä kuin 153Eu, on elektronisieppaus, ja raskaammille beetahajoaminen. Kevyempien ydinten kuin 153Eu hajoamisen päätuote ovat samariumin (Sm) eri isotoopit, ja raskaampien gadoliniumin (Gd) isotoopit.
Fissioreaktiot voivat tuottaa europiumia. Kuten muillakin lantanoideilla, useat isotoopeista ja etenkin sellaiset, joiden massaluku on pariton, tai joissa on vähän neutroneja, kuten 152Eu, voivat toimia neutronien sieppaajina.
Löytöhistoria.
Vaikka europiumia on useissa harvinaisia maametalleja sisältävissä mineraaleissa, se eristettiin sangen myöhään 1800-luvun lopulla. Tämä johtui sen harvinaisuudesta ("europium anomalia") ja silloisten erottamistekniikoiden kehittymättömyydestä. William Crookes havaitsi ensimmäisenä spektriviivoja, jotka myöhemmin tunnistettiin kuuluvaksi europiumille.
Vuonna 1890 Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran valmisti samarium–gadoliniumseoksia, joissa oli myös silloin tuntemattomia spektriviivoja. Europiumin varsinaisena löytäjänä pidetään kuitenkin ranskalaista kemistiä Eugène-Anatole Demarçayta, joka esitti vuonna 1896, että kyseessä on uusi alkuaine ja joka pystyi eristämään tätä ainetta melko puhtaana 1901. Hän nimesi aineen maanosa Euroopan mukaan.
Europiumin tärkein sovellus, käyttö televisioputkien loisteaineena, keksittiin 1960-luvulla.