Europium, le symbole est Eu, et le numéro atomique est 63. En tant que membre typique des lanthanides, l'europium a généralement une valence +3, mais la valence +2 de l'oxygène est également courante. Il existe moins de composés d'europium avec un état de valence de +2. Comparé à d'autres métaux lourds, l'europium n'a pas d'effets biologiques significatifs et est relativement non toxique. La plupart des applications de l'europium utilisent l'effet de phosphorescence des composés d'europium. L'europium est l'un des éléments les moins abondants de l'univers ; il n'y en a qu'environ 5 dans l'univers × 10-8 % de la substance est de l'europium.
L'europium est présent dans la monazite
La découverte de l'europium
L'histoire commence à la fin du XIXe siècle : à cette époque, d'éminents scientifiques commencèrent à combler systématiquement les lacunes du tableau périodique de Mendeleïev en analysant le spectre d'émission atomique. Aujourd'hui, cette tâche est simple et un étudiant de premier cycle peut la réaliser. Mais à cette époque, les scientifiques ne disposaient que d'instruments de faible précision et d'échantillons difficiles à purifier. Par conséquent, tout au long de l'histoire de la découverte des lanthanides, tous les « quasi- » découvreurs n'ont cessé de formuler de fausses affirmations et de se disputer.
En 1885, Sir William Crookes découvrit le premier signal, peu clair, de l'élément 63 : il observa une raie spectrale rouge spécifique (609 nm) dans un échantillon de samarium. Entre 1892 et 1893, le découvreur du gallium, du samarium et du dysprosium, Paul Émile LeCoq de Boisbaudran, confirma cette bande et découvrit une autre bande verte (535 nm).
Ensuite, en 1896, Eugène Anatole Demarçay sépara patiemment l'oxyde de samarium et confirma la découverte d'une nouvelle terre rare située entre le samarium et le gadolinium. Il réussit à séparer cet élément en 1901, marquant ainsi la fin de sa quête : « J'espère nommer ce nouvel élément europium, de symbole Eu et de masse atomique d'environ 151. »
Configuration électronique
Configuration électronique :
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p66s2 4f7
Bien que l'europium soit généralement trivalent, il a tendance à former des composés divalents. Ce phénomène diffère de la formation de composés de valence +3 par la plupart des lanthanides. L'europium divalent a une configuration électronique 4f7, car sa couche f semi-remplie lui confère une plus grande stabilité. L'europium (II) et le baryum (II) sont similaires. L'europium divalent est un agent réducteur doux qui s'oxyde à l'air pour former un composé d'europium (III). En conditions anaérobies, notamment à chaud, l'europium divalent est suffisamment stable et tend à s'incorporer au calcium et à d'autres minéraux alcalino-terreux. Ce processus d'échange d'ions est à l'origine de l'« anomalie négative en europium », c'est-à-dire que, comparé à l'abondance de la chondrite, de nombreux minéraux lanthanides, comme la monazite, présentent une faible teneur en europium. Comparée à la monazite, la bastnaésite présente souvent moins d'anomalies négatives en europium ; elle est donc également la principale source d'europium.
L'europium est un métal gris ferreux dont le point de fusion est de 822 °C, le point d'ébullition de 1597 °C et la masse volumique est de 5,2434 g/cm³. C'est l'élément le moins dense, le plus mou et le plus volatil des terres rares. L'europium est le métal le plus actif parmi les terres rares : à température ambiante, il perd immédiatement son éclat métallique à l'air et s'oxyde rapidement en poudre. Il réagit violemment au contact de l'eau froide pour produire de l'hydrogène. L'europium peut réagir avec le bore, le carbone, le soufre, le phosphore, l'hydrogène, l'azote, etc.
Application de l'europium
Le sulfate d'europium émet une fluorescence rouge sous lumière ultraviolette
Georges Urbain, un jeune chimiste exceptionnel, hérita de l'instrument de spectroscopie de Demar ç ay et découvrit qu'un échantillon d'oxyde d'yttrium(III) dopé à l'europium émettait une lumière rouge très brillante en 1906. C'est le début du long voyage des matériaux phosphorescents à l'europium - utilisés non seulement pour émettre de la lumière rouge, mais aussi de la lumière bleue, car le spectre d'émission de Eu2+ se situe dans cette gamme.
Un phosphore composé d'émetteurs rouges Eu3+, verts Tb3+ et bleus Eu2+, ou d'une combinaison de ces derniers, peut convertir la lumière ultraviolette en lumière visible. Ces matériaux jouent un rôle important dans divers instruments à travers le monde : écrans intensificateurs de rayons X, tubes cathodiques ou écrans plasma, ainsi que dans les récentes lampes fluorescentes à économie d'énergie et les diodes électroluminescentes.
L'effet de fluorescence de l'europium trivalent peut également être sensibilisé par des molécules aromatiques organiques, et de tels complexes peuvent être appliqués dans diverses situations nécessitant une sensibilité élevée, telles que les encres anti-contrefaçon et les codes-barres.
Depuis les années 1980, l'europium joue un rôle majeur dans les analyses biopharmaceutiques hautement sensibles utilisant la méthode de fluorescence froide à temps résolu. Dans la plupart des hôpitaux et laboratoires médicaux, ces analyses sont devenues courantes. Dans la recherche en sciences de la vie, notamment en imagerie biologique, les sondes biologiques fluorescentes à base d'europium et d'autres lanthanides sont omniprésentes. Heureusement, un kilogramme d'europium suffit à réaliser environ un milliard d'analyses. Suite aux récentes restrictions imposées par le gouvernement chinois aux exportations de terres rares, les pays industrialisés, paniqués par les pénuries de stockage de ces éléments, n'ont plus à craindre de menaces similaires pour ces applications.
L'oxyde d'europium est utilisé comme phosphore à émission stimulée dans les nouveaux systèmes de diagnostic médical par rayons X. Il peut également servir à la fabrication de lentilles colorées et de filtres optoélectroniques, de dispositifs de stockage à bulles magnétiques, ainsi que de matériaux de contrôle, de blindage et de structure pour les réacteurs atomiques. Ses atomes pouvant absorber plus de neutrons que tout autre élément, il est couramment utilisé comme matériau absorbant les neutrons dans les réacteurs atomiques.
Dans le monde en pleine expansion d'aujourd'hui, l'application récemment découverte de l'europium pourrait avoir des répercussions profondes sur l'agriculture. Des scientifiques ont découvert que les plastiques dopés à l'europium bivalent et au cuivre monovalent peuvent convertir efficacement la partie ultraviolette de la lumière solaire en lumière visible. Ce processus est écologique (couleur complémentaire du rouge). L'utilisation de ce type de plastique pour la construction d'une serre permet aux plantes d'absorber davantage de lumière visible et d'augmenter les rendements d'environ 10 %.
L'europium peut également être utilisé dans les puces de mémoire quantique, capables de stocker des informations de manière fiable pendant plusieurs jours. Ces puces permettent de stocker des données quantiques sensibles dans un dispositif similaire à un disque dur et de les expédier dans tout le pays.
Date de publication : 27 juin 2023