铕(Europium),属于元素周期表第六周期3族
镧系元素,元素符号Eu,原子序数63,相对原子质量151.964。铕是一种较软的银灰色金属,相对密度为5.244g/cm3,熔点822℃,沸点1527℃,电阻率90×10-8Ω·m(25℃)。
研究简史
1896年,法国化学家德马尔塞(Demarcay D.A.)从不纯的氧化钐中分离出氧化铕,并证明氧化铕是一种新元素。铕的命名“Europium”源自Europe(欧洲)一词。中文音译为“铕”,元素符号为Eu。
1904年,乌尔班(G.Urpain)制得了纯的铕的化合物。
理化性质
物理性质
铕为
铁灰色金属,熔点822°C,沸点1597°C,密度5.2434克/厘米3;是稀土元素中密度最小、最软和最易挥发的元素。铕为稀土元素中最活泼的金属:室温下,铕在空气中立即失去
金属光泽,很快被氧化成粉末;与冷水剧烈反应生成氢气;铕能与
硼、碳、硫、磷、
氢、氮等反应。铕广泛用于制造反应堆控制材料和
中子防护材料。
化学性质
铕主要氧化态+3,但也能形成+2化合物。由于可以形成半满的4f7电子,二价铕离子有显著的稳定性,其性质类似于
碱土金属,可以被硫酸根沉淀生成
硫酸亚铕EuSO4。金属铕溶于液氨生成蓝色溶液,可以用来制备二价铕的化合物。
金属铕在空气中会慢慢失去光泽。铕可以在空气中迅速燃烧,生成
氧化铕(Ⅲ)(Eu2O3)。
银白色的金属铕的电负性相当低,能与冷水发生反应,并与热水迅速反应,生成
氢氧化铕和
氢气。
金属铕可以与所有的卤素单质发生反应生成三卤化物。金属铕可与氟气(F2)、氯气(Cl2)、溴单质(Br2)、碘单质(I2)反应,生成
氟化铕(Ⅲ)(EuF3)、
氯化铕(Ⅲ)(EuCl3)、溴化铕(Ⅲ)(EuBr3)和碘化铕(Ⅲ)(EuI3)。
金属铕可以迅速溶于硫酸中,生成含有水合Eu(Ⅲ)离子的无色溶液和氢气(H2)。Eu3+(aq)极有可能是以配离子Eu(H2O)93+的形式存在的。
如果换成盐酸,则会生成二价铕(Ⅱ)离子,它是最稳定的二价稀土离子,在无氧条件下稳定:
可以从盐酸溶液中析出
二氯化铕。用多孔炭电极电解可使Eu3+定量还原。Eu2+是唯一能被锌粉或Zn-Hg齐还原的三价稀土离子。这一方法已被用于工业分离铕。Eu3+/Eu2+的电势是-0.35V,虽然比二价钐和二价镱稳定,但仍然可以被氢离子氧化,生成三价离子和氢气。
制备方法
把铕同其他元素分离,并得到纯净的金属镧比较困难,这在很大程度上取决于它在自然界的存在形式。在自然界中有多种稀土矿,其中以
磷钇矿、独居石和
氟碳铈矿最为重要;前两种矿物都是正磷酸盐矿LnPO4(Ln表示除非常稀少的钷以外所有镧系元素组成的集合),而氟碳铈矿则是由氟化物和碳酸盐形式的复盐矿LnCO3F。原子序数为偶数的镧系元素比较常见。上述矿物中最常见的镧系元素主要依次为铈、镧、钕和镨。独居石中还含有钍(
锕系元素)和钇。钍及其衰变产物有放射性,这使其变得更加难以处理。
在很多时候并不需要把各种金属都分离开,但是如果需要那么做,其过程会非常复杂。分离时用硫酸(H2SO4)、盐酸(HCl)和氢氧化钠(NaOH)把稀土金属以盐的形式浸取出来。分离纯化这些盐时,常用的方法包括选择性配位技术、萃取技术和离子交换树脂。
应用领域
用作彩色电视机的荧光粉,在
激光材料及
原子能工业中有重要的应用。
氧化铕大部分用于荧光粉。Eu3+用于红色荧光粉的
激活剂,Eu2+用于蓝色荧光粉。Y2O2S:Eu3+是
发光效率、涂敷稳定性、回收成本等最好的荧光粉。再加上对提高发光效率和对比度等技术的改进,故正在被广泛应用。
近些年氧化铕还用于新型
X射线医疗诊断系统的受激发射荧光粉。氧化铕还可用于制造有色镜片和光学滤光片,用于
磁泡贮存器件,在
原子反应堆的控制材料、屏蔽材料和
结构材料中也能一展身手。因它的原子比任何其他元素都能吸收更多的中子,所以常用于原子反应堆中作吸收
中子的材料。此外,可用作彩色电视机的荧光粉,这些荧光粉发出闪亮的红色,用来制造电视荧光屏;激光材料等。
稀土铕配合物是一种兼具有机化合物高发光量子效率和无机化合物良好稳定性的红色
荧光材料,具有很好的应用前景。
计算化学数据
数据:
1.疏水参数计算参考值(XlogP):无
2.氢键供体数量:0
3.氢键受体数量:0
4.可旋转化学键数量:0
5.互变异构体数量:无
6.拓扑分子极性表面积0
7.重原子数量:1
8.表面电荷:0
9.复杂度:0
10.同位素原子数量:0
11.确定原子立构中心数量:0
12.不确定原子立构中心数量:0
13.确定化学键立构中心数量:0
14.不确定化学键立构中心数量:0
15.共价键单元数量:1
分布情况
铕在地壳中的含量为0.000106%,是最稀有的
稀土元素,主要存在于
独居石和
氟碳铈矿中,自然界有两种铕的
同位素:铕151和铕153。很少量地存在于独居石中。
保护措施
2024年6月,国务院总理
李强签署国务院令,公布《稀土管理条例》,自2024年10月1日起施行。
安全信息
信息:
包装等级:II
风险类别:4.1
WGK_Germany:3
德国有关水污染物质的分类清单
危险类别码:14/15-17-34
安全说明:S43-S7/8-S45-S36/37/39-S27-S26-S23
安全标志:S43:灭火时使用...(某种合适的灭火装置名称)。
危险标志:Xi:Irritant;