יסוד האדמה הנדיר הקסום אירופיום

אירופיום, הסמל הוא Eu, והמספר האטומי הוא 63. כחומר טיפוסי בלנתניד, לאירופיום יש בדרך כלל ערכיות של +3, אך גם ערכיות של חמצן +2 נפוצה. ישנן פחות תרכובות של אירופיום במצב ערכיות של +2. בהשוואה למתכות כבדות אחרות, לאירופיום אין השפעות ביולוגיות משמעותיות והוא יחסית לא רעיל. רוב היישומים של אירופיום משתמשים באפקט הזרחני של תרכובות אירופיום. אירופיום הוא אחד היסודות הכי פחות נפוצים ביקום; ישנם רק כ-5 ביקום × 10-8% מהחומר הוא אירופיום.

אירופיום קיים במונאזיט

גילוי אירופיום

הסיפור מתחיל בסוף המאה ה-19: באותה תקופה, מדענים מצוינים החלו למלא באופן שיטתי את המקומות הפנויים שנותרו בטבלה המחזורית של מנדלייב על ידי ניתוח ספקטרום הפליטה האטומית. מנקודת המבט של ימינו, משימה זו אינה קשה, וסטודנט לתואר ראשון יכול להשלים אותה; אך באותה תקופה, למדענים היו רק מכשירים בעלי דיוק נמוך ודגימות שהיו קשות לטיהור. לכן, לאורך כל ההיסטוריה של גילוי הלנתניד, כל המגלים ה"כמעט" המשיכו לטעון טענות שווא ולהתווכח זה עם זה.

בשנת 1885, סר ויליאם קרוקס גילה את הסיגנל הראשון אך לא הברור במיוחד של יסוד 63: הוא צפה בקו ספקטרלי אדום ספציפי (609 ננומטר) בדגימת סמריום. בין השנים 1892 ו-1893, מגלה הגליום, הסמריום והדיספרוזיום, פול אלמי להקוק דה בויסבאדראן, אישר פס זה וגילה פס ירוק נוסף (535 ננומטר).

לאחר מכן, בשנת 1896, יוג'ין אנטול דמר הפריד בסבלנות תחמוצת סמריום ואישר את גילוי יסוד אדמה נדיר חדש הממוקם בין סמריום לגדוליניום. הוא הפריד בהצלחה יסוד זה בשנת 1901, ובכך סימן את סוף מסע הגילוי: "אני מקווה לקרוא ליסוד החדש הזה אירופיום, עם הסמל Eu ומסה אטומית של כ-151."

תצורת אלקטרונים

תצורת אלקטרונים:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p66s2 4f7

למרות שאירופיום הוא בדרך כלל טרי-ערכי, הוא נוטה ליצור תרכובות דו-ערכיות. תופעה זו שונה מהיווצרות תרכובות בעלות ערכיות +3 על ידי רוב הלנתנידים. לאירופיום דו-ערכי יש תצורה אלקטרונית של 4f7, מכיוון שקליפה f מלאה למחצה מספקת יציבות רבה יותר, ואירופיום (II) ובריום (II) דומים. אירופיום דו-ערכי הוא חומר מחזר עדין שמתחמצן באוויר ליצירת תרכובת של אירופיום (III). בתנאים אנאירוביים, במיוחד תנאי חימום, אירופיום דו-ערכי יציב מספיק ונוטה להשתלב בסידן ובמינרלים אחרים של אדמה אלקלית. תהליך חילוף יונים זה הוא הבסיס ל"אנומליה השלילית של אירופיום", כלומר, בהשוואה לשפע הכונדריט, למינרלים רבים של לנתנידים כמו מונזיט יש תכולת אירופיום נמוכה. בהשוואה למונזיט, בסטנזיט מציג לעתים קרובות פחות אנומליות אירופיום שליליות, כך שבסטנאזיט הוא גם המקור העיקרי של אירופיום.

אירופיום מתכת

אירופיום הוא מתכת אפורה ברזל עם נקודת התכה של 822 מעלות צלזיוס, נקודת רתיחה של 1597 מעלות צלזיוס וצפיפות של 5.2434 גרם/סמ"ק; זהו היסוד הפחות צפוף, הרך והנדיף ביותר מבין יסודות אדמה נדירה. אירופיום הוא המתכת הפעילה ביותר מבין יסודות אדמה נדירה: בטמפרטורת החדר, הוא מאבד מיד את הברק המתכתי שלו באוויר ומתחמצן במהירות לאבקה; מגיב באלימות עם מים קרים ליצירת גז מימן; אירופיום יכול להגיב עם בורון, פחמן, גופרית, זרחן, מימן, חנקן וכו'.

יישום של אירופיום

אירופיום סולפט פולט פלואורסצנציה אדומה תחת אור אולטרה סגול

ז'ורז' אורבן, כימאי צעיר ומצטיין, ירש את מכשיר הספקטרוסקופיה של דמרסיי וגילה שדגימת תחמוצת איטריום(III) מסוממת באירופיום פליטה אור אדום בוהק מאוד בשנת 1906. זוהי תחילתה של המסע הארוך של חומרים זרחניים ממשפחת האירופיום - המשמשים לא רק לפליטת אור אדום, אלא גם אור כחול, מכיוון שספקטרום הפליטה של ​​Eu2+ נופל בטווח זה.

זרחן המורכב מפולטי Eu3+ אדומים, Tb3+ ירוקים וכחולים Eu2+, או שילוב שלהם, יכול להמיר אור אולטרה סגול לאור נראה. חומרים אלה ממלאים תפקיד חשוב במגוון מכשירים ברחבי העולם: מסכי הגברת קרני רנטגן, שפופרות קרן קתודית או מסכי פלזמה, כמו גם מנורות פלורסנט חוסכות אנרגיה ודיודות פולטות אור חדישות.

ניתן גם לעורר רגישות בהשפעת הפלואורסצנציה של אירופיום תלת-ערכי על ידי מולקולות ארומטיות אורגניות, וניתן ליישם קומפלקסים כאלה במצבים שונים הדורשים רגישות גבוהה, כגון דיו וברקודים נגד זיופים.

מאז שנות ה-80, אירופיום ממלא תפקיד מוביל בניתוח ביו-פרמצבטי רגיש ביותר באמצעות שיטת פלואורסצנציה קרה בזמן. ברוב בתי החולים והמעבדות הרפואיות, ניתוח כזה הפך לשגרה. במחקר מדעי החיים, כולל הדמיה ביולוגית, גששים ביולוגיים פלואורסצנטיים העשויות מאירופיום ולנתניד אחר נמצאים בכל מקום. למרבה המזל, קילוגרם אחד של אירופיום מספיק כדי לתמוך בכמיליארד ניתוחים - לאחר שהממשלה הסינית הגבילה לאחרונה את יצוא יסודות האדמה הנדירים, מדינות מתועשות שנתקלו בחרדה ממחסור באחסון יסודות אדמה נדירים אינן צריכות לדאוג מאיומים דומים על יישומים כאלה.

תחמוצת אירופיום משמשת כזרחני פליטה מגורה במערכת אבחון רפואית חדשה של קרני רנטגן. תחמוצת אירופיום יכולה לשמש גם לייצור עדשות צבעוניות ומסננים אופטואלקטרוניים, להתקני אחסון בועות מגנטיות, ובחומרי בקרה, חומרי מיגון וחומרים מבניים של כורים אטומיים. מכיוון שהאטומים שלה יכולים לספוג יותר נויטרונים מכל יסוד אחר, היא משמשת בדרך כלל כחומר לספיגת נויטרונים בכורים אטומיים.

בעולם המתפתח במהירות של ימינו, ליישום שהתגלה לאחרונה באירופיום עשויות להיות השפעות עמוקות על החקלאות. מדענים גילו כי פלסטיק מסומם באירופיום דו-ערכי ונחושת חד-ערכית יכול להמיר ביעילות את החלק האולטרה סגול של אור השמש לאור נראה. תהליך זה הוא ירוק למדי (אלה הצבעים המשלימים של אדום). שימוש בסוג זה של פלסטיק לבניית חממה יכול לאפשר לצמחים לספוג יותר אור נראה ולהגדיל את יבולי היבול בכ-10%.

ניתן ליישם את Europium גם על שבבי זיכרון קוונטיים, שיכולים לאחסן מידע באופן אמין במשך מספר ימים בכל פעם. אלה יכולים לאפשר אחסון נתונים קוונטיים רגישים במכשיר הדומה לדיסק קשיח ומשלוחם ברחבי המדינה.