Europio

L'europio è l'elemento chimico con numero atomico 63 e il suo simbolo è Eu.

Europio
63 Eu                                                                                                                                                                                                                                               samario ← europio → gadolinio
Aspetto
Aspetto dell'elemento bianco argenteo
Linea spettrale Linea spettrale dell'elemento
Generalità
Nome, simbolo, numero atomico	europio, Eu, 63
Serie	lantanidi
Gruppo, periodo, blocco	—, 6, f
Densità	5 244 kg/m³
Configurazione elettronica	Configurazione elettronica
Termine spettroscopico	8So7/2
Proprietà atomiche
Peso atomico	151,964
Raggio atomico (calc.)	180 pm
Raggio covalente	198±6 pm
Configurazione elettronica	[Xe]4f76s2
e− per livello energetico	2, 8, 18, 25, 8, 2
Stati di ossidazione	2, 3 (debolmente basico)
Struttura cristallina	cubica a corpo centrato
Proprietà fisiche
Stato della materia	solido
Punto di fusione	1 099 K (826 °C)
Punto di ebollizione	1 802 K (1 529 °C)
Volume molare	28,97×10−6 m³/mol
Entalpia di vaporizzazione	176 kJ/mol
Calore di fusione	9,21 kJ/mol
Tensione di vapore	144 Pa a 1 095 K
Altre proprietà
Numero CAS	7440-53-1
Elettronegatività	1,2 (scala di Pauling)
Calore specifico	180 J/(kg·K)
Conducibilità elettrica	1,12×106/m·Ω
Conducibilità termica	13,9 W/(m·K)
Energia di prima ionizzazione	547,1 kJ/mol
Energia di seconda ionizzazione	1 085 kJ/mol
Energia di terza ionizzazione	2 404 kJ/mol
Energia di quarta ionizzazione	4 120 kJ/mol
Isotopi più stabili
iso NA TD DM DE DP 150Eu sintetico 36,9 anni ε 2,261 150Sm 151Eu 47,8% 5×1018 anni α 1,964 147Pm 152Eu sintetico 13,516 anni ε 1,874 152Sm 152Eu sintetico 13,516 anni β− 1,819 152Gd 153Eu 52,2% Eu è stabile con 90 neutroni
iso: isotopo NA: abbondanza in natura TD: tempo di dimezzamento DM: modalità di decadimento DE: energia di decadimento in MeV DP: prodotto del decadimento

Caratteristiche

L'europio è il più reattivo tra gli elementi delle terre rare. Si ossida rapidamente quando è esposto all'aria e reagisce in maniera simile al calcio in presenza di acqua. Come gli altri lantanoidi, esplode spontaneamente all'aria a temperature comprese tra i 150 °C ed i 180 °C. Come il piombo è piuttosto tenero e abbastanza duttile.

Applicazioni

L'europio ha applicazioni commerciali e industriali nel campo del drogaggio di alcuni materiali vetrosi per la realizzazione di laser. Un suo possibile impiego nei reattori nucleari è oggetto di studio per la sua capacità di assorbire i neutroni.

L'ossido di europio, Eu₂O₃, era comunemente usato per produrre i fosfori rossi dei televisori e come attivatore dei fosfori a base di ittrio. Viene impiegato anche nella produzione di vetri fluorescenti.

Sali chirali di europio vengono usati nella risonanza magnetica nucleare per semplificare spettri in cui molti segnali risuonano in una regione stretta e affollata. In particolare il complesso Eu(hfc)₃ viene utilizzato per discriminare gli enantiomeri di una molecola, poiché forma con essi dei composti diastereoisomerici i cui segnali NMR del ¹H o del ¹³C risuoneranno a diverse frequenze. Inoltre i complessi dei lantanidi vengono utilizzati come agenti di contrasto nell'MRI grazie alle loro proprietà paramagnetiche.

Inoltre, in combinazione con altri elementi come il gallio, lo stronzio, lo zolfo, l'alluminio e il bario, viene impiegato negli inchiostri speciali anti-contraffazione usati sulle banconote dell'euro. La divulgazione di questo utilizzo è dovuta ai chimici olandesi Freek Suijver e Andries Meijerink che sottoposero ad analisi spettroscopica alcune banconote da 5 euro, non riuscendo comunque a scoprire l'esatta composizione di tali inchiostri che è tenuta segreta dalla BCE.

Gli ioni Eu³⁺, per quanto più stabili degli ioni Eu²⁺, e gli ioni Sm³⁺ sono gli unici ioni lantanidi ad avere stati elettronici eccitati accessibili anche a temperatura ambiente.

Fotoluminescenza

I composti lantanoidei in generale sono molto usati per applicazioni di fotoluminescenza, ovvero processi in cui la radiazione assorbita induce la formazione di uno stato eccitato che si disattiverà in parte emettendo radiazione, andando così a produrre fluorescenza o fosforescenza:

$E_{0}+h\nu$ → $E*$ → $E_{0}+h\nu '$

Gli stati eccitati a bassa energia per un lantanide sono quelli derivanti da transizioni intraconfigurazionali, ovvero dal cambio di valore dello stato di spin di un elettrone all'interno di una data configurazione elettronica.

Questi stati eccitati sono buoni emettitori poiché si disattivano per vie non-radiative meno facilmente rispetto agli stati elettronici eccitati, tuttavia l'assorbimento verso questi stati è proibito dalle regole di selezione di spin. per popolare questi stati, tipicamente in complessi anche di Eu³⁺, si utilizzano dei leganti che fungano da "antenna", ovvero assorbano la radiazione e, tramite un processo di energy transfer, popolano questi stati eccitati. il processo è noto come AETE, acronimo di Assorbimento Energy Transfer Emissione.

Un problema di questi stati eccitati intraconfigurazionali è il loro piccolo $\Delta \mathrm {E}$ rispetto allo stato fondamentale elettronico: possono essere quenchati da moti vibrazionali del legame O-H del solvente. Si utilizza quindi D₂O per sfavorire queste disattivazioni, in quanto con l'acqua deuterata servono dei quanti energetici più grandi per avere la stessa energia di uno stato elettronico anche se a bassa energia come quelli descritti, oppure si utilizzano complessi di Eu³⁺ con leganti criptandi che proteggono dal contatto col solvente e da eventuali collisioni disattivative che porterebbero a un calo della resa quantica di fluorescenza.

Storia

L'europio è stato dapprima osservato da Paul Émile Lecoq de Boisbaudran nel 1890 che osservò linee spettrali insolite non attribuibili né al samario né al gadolinio in campioni in cui questi due elementi erano stati concentrati, tuttavia la scoperta effettiva è attribuita a Eugène-Anatole Demarçay che ipotizzò nel 1896 che i campioni di samario fossero contaminati da un elemento ancora sconosciuto, che riuscì a isolare nel 1901.

La sintesi di europio metallico puro è avvenuta solo in tempi relativamente recenti.

Disponibilità

L'europio non si trova libero in natura, è però contenuto in diversi minerali, di cui i più importanti sono la bastnasite e la monazite.

Composti

Tra i composti dell'europio si annoverano i seguenti sali:

• fluoruri: EuF₂, EuF₃
• cloruri: EuCl₂, EuCl₃
• bromuri: EuBr₂, EuBr₃
• ioduri: EuI₂, EuI₃
• ossidi: EuO, Eu₂O₃
• solfuri: EuS
• selenuri: EuSe
• tellururi: EuTe
• nitruri: EuN

Isotopi

L'europio in natura è una miscela di due isotopi naturali, ¹⁵¹Eu e ¹⁵³Eu, con quest'ultimo leggermente più abbondante (52,2%). ¹⁵³Eu e stabile, ma ¹⁵¹Eu è un emettitore alfa con un'emivita di 5×10¹⁸ anni, come scoperto nel 2007.

Sono noti 35 isotopi radioattivi, di cui i più stabili sono ¹⁵⁰Eu (con un'emivita di 36,9 anni), ¹⁵²Eu (13,516 anni) e ¹⁵⁴Eu (8,593 anni). Tutti gli altri hanno un tempo di dimezzamento inferiore a 4,7612 anni e la maggior parte di essi inferiore a 12,2 secondi. L'europio ha anche 8 stati metastabili di cui i più stabili sono ^150mEu (emivita di 12,8 ore), ^152m1Eu (9,3116 ore) e ^152m2Eu (96 minuti).

La principale modalità di decadimento degli isotopi più leggeri di ¹⁵³Eu è la cattura elettronica con conversione in isotopi del samario, quelli più pesanti subiscono invece preferenzialmente un decadimento beta convertendosi in isotopi del gadolinio.

Precauzioni

La tossicità dei composti dell'europio non è stata indagata a fondo e quindi non vi sono chiare indicazioni che sia più tossico di altri metalli pesanti. La polvere del metallo può incendiarsi o provocare esplosioni.

L'europio possiede probabilmente anche un ruolo biologico ancora parzialmente ignoto. Recentemente ne sono state trovate tracce nei siti attivi di alcuni enzimi batterici.

Bibliografia

• Francesco Borgese, Gli elementi della tavola periodica. Rinvenimento, proprietà, usi. Prontuario chimico, fisico, geologico, Roma, CISU, 1993, ISBN 88-7975-077-1.
• R. Barbucci, A. Sabatini e P. Dapporto, Tavola periodica e proprietà degli elementi, Firenze, Edizioni V. Morelli, 1998 (archiviato dall'url originale il 22 ottobre 2010).

Voci correlate

• Lantanoidi

Altri progetti

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• Wikizionario
• Wikimedia Commons

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Collegamenti esterni

• europio, su Treccani.it – Enciclopedie on line, Istituto dell'Enciclopedia Italiana.
• (EN) europium, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.
• (EN) Europio, su periodic.lanl.gov, Los Alamos National Laboratory. URL consultato l'8 aprile 2005 (archiviato dall'url originale il 10 dicembre 2010).
• (EN) Europio, su WebElements.com.
• (EN) Europio, su EnvironmentalChemistry.com.
• (EN) It's Elemental – Europium, su education.jlab.org.