Europium

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Europium
Image illustrative de l’article Europium
Échantillon d'europium dans une ampoule.
Samarium ← Europium → Gadolinium
—
  Structure cristalline cubique centrée
 
63		 Eu
  
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
   
                                           
↑
Eu
↓
Am
Tableau complet • Tableau étendu
Position dans le tableau périodique
Symbole Eu
Nom Europium
Numéro atomique 63
Groupe –
Période 6e période
Bloc Bloc f
Famille d'éléments Lanthanide
Configuration électronique [Xe] 6s2 4f7
Électrons par niveau d’énergie 2, 8, 18, 25, 8, 2
Propriétés atomiques de l'élément
Masse atomique 151,964 ± 0,001 u[1]
Rayon atomique (calc) 185 pm (247 pm)
Rayon de covalence 198 ± 6 pm[2]
État d’oxydation 3
Électronégativité (Pauling) 1,2
Oxyde Base
Énergies d’ionisation[3]
1re : 5,670 38 eV 2e : 11,25 eV
3e : 24,92 eV 4e : 42,7 eV
Isotopes les plus stables
Iso AN Période MD Ed PD
MeV
150Eu{syn.}36,9 ansε2,261150Sm
151Eu47,8 %stable avec 88 neutrons
152Eu{syn.}13,537 ansε
β-		1,847
1,819		152Sm
152Gd
153Eu52,2 %stable avec 90 neutrons
Propriétés physiques du corps simple
État ordinaire solide
Masse volumique 5,244 g·cm-3 (25 °C)[1]
Système cristallin Cubique centré
Couleur blanc argenté
Point de fusion 822 °C[1]
Point d’ébullition 1 596 °C[1]
Énergie de fusion 9,21 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation 143,5 kJ·mol-1
Volume molaire 28,97×10-6 m3·mol-1
Pression de vapeur 144 Pa à 1 095 K
Chaleur massique 180 J·kg-1·K-1
Conductivité électrique 1,12×106 S·m-1
Conductivité thermique 13,9 W·m-1·K-1
Divers
No CAS 7440-53-1[4]
No ECHA 100.028.328
No CE 231-161-7[5]
Précautions
SGH
SGH07 : Toxique, irritant, sensibilisant, narcotiqueSGH08 : Sensibilisant, mutagène, cancérogène, reprotoxiqueSGH09 : Danger pour le milieu aquatique
Attention
H302, H373 et H411
Directive 67/548/EEC[5]
Facilement inflammable
F
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.
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L'europium est un élément chimique, de symbole Eu et de numéro atomique 63.

Caractéristiques notables[modifier | modifier le code]

Europium

L'europium est le plus réactif des éléments des terres rares.

  • Il s'oxyde rapidement à l'air, pour donner du trioxyde d'europium selon la réaction : 4 Eu + 3 O2 → 2 Eu2O3
  • Sa réaction à l'eau est comparable à celle du calcium 20Ca lorsqu'il réagit avec l'eau : 2 Eu + 6 H2O → 2 Eu(OH)3 + 3 H2
  • Il est aisément soluble dans l'acide sulfurique :

2 Eu + 3 H2SO4 + 18 H2O → 2 [Eu(H2O)9]3+ + 3 SO42− + 3H2

  • Comme les autres terres rares (à l'exception du lanthane 57La), l'europium brûle dans l'air à environ 150 à 180 °C.
  • Il est aussi dur que le plomb et assez ductile.
  • Refroidi à 1,8 K et soumis à une pression de 80 GPa, l’europium devient supraconducteur[6].

Isotopes[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Isotopes de l'europium.

L'europium naturel est composé de 151Eu et de 153Eu. L'europium 153 étant le plus présent avec une abondance naturelle d'environ 52,2 %.

Applications[modifier | modifier le code]

Domaine nucléaire[modifier | modifier le code]

Produits de fission à vie moyenne
Propriété :
Unité : 		t½
a 		Rendement
% 		Q *
keV 		βγ
*
155Eu 4,76 0,0803 252 βγ
85Kr 10,76 0,2180 687 βγ
113mCd 14,1 0,0008 316 β
90Sr 28,9 4,505 2826 β
137Cs 30,23 6,337 1176 βγ
121mSn 43,9 0,00005 390 βγ
151Sm 88,8 0,5314 77 β
  • Comme tous les isotopes des lanthanides pauvres en neutron, l'europium a une bonne capacité à absorber les neutrons. On a aussi étudié son utilisation dans les réacteurs nucléaires. Majoritairement les barres de contrôle des réacteurs nucléaires des sous-marins russes utilisent l'europium. La section efficace est de 2 980 barns et les deux isotopes stables sont capturants.
  • L'europium est un produit de fission, dont les rendements de fission sont faibles car les nombres de nucléons sont proches de la limite supérieure des gros fragments de fission. Les isotopes les plus stables formés sont :
    • d'une part l'europium 151 (quasi stable, T = 4,62 × 109 Ga) par décroissance bêta du samarium 151 (période 96,6 ans) qui est un poison neutronique (15 000 barns de section efficace) qui se transforme majoritairement en samarium 152 (stable) dans le cours du fonctionnement du réacteur ;
    • d'une part l'europium 153 (stable) formé par décroissance bêta du samarium 153 (période 46,8 h) ;
    • d'autre part l'europium 155 (période 4,76 an) qui est un poison neutronique qui se retrouve parmi les déchets à vie courte ;
    • d'autre part l'europium 156 (période 15 jours).
Sections efficaces de capture thermique
Isotope 151Eu 152Eu 153Eu 154Eu 155Eu 156Eu
Rendement <<0,45% neg. 0,14 % neg. 0,03% 0,01 %
Barns 5 900 12 800 312 1 340 3 950

Autres domaines[modifier | modifier le code]

Les applications commerciales de l'europium sont limitées.

  • Il est utilisé pour doper certains verres afin de faire des lasers.
  • L'europium trivalent en particulier sous forme d'oxyde d'europium(III) Eu2O3 est utilisé pour doper les phosphores de tubes cathodiques notamment le vanadate d'yttrium YVO4 dans des phosphores rouges. L'europium divalent est utilisé dans une autre matrice pour produire des phosphores bleus. Le thiogallate de strontium SrGa2S4 dopé par l'europium donne une phosphorescence verte persistant plusieurs secondes. L'aluminate de strontium SrAl2O4 dopé par l'europium émet dans le bleu (450 nm) à basse température, et dans le vert (520 nm) à température ambiante et basse température. Des phosphorescences avec des longueurs plus grandes sont possibles au prix du rendement.
  • L'europium est utilisé en géochimie, pour retracer l'origine de roches et de minéraux. Il se concentre en particulier, à l'état EuII, dans les plagioclases calciques (riches en anorthite), par substitution du calcium. Par exemple, les highlands lunaires (anorthosites) présentent une anomalie positive en europium par rapport aux autres terres rares, alors que les mers lunaires (coulées basaltiques) sont appauvries en cet élément.
  • L'europium et ses dérivés peuvent être utilisés pour modifier le déplacement chimique de certains noyaux en RMN (résonance magnétique nucléaire), après fixation sélective sur des atomes de type base de Lewis par exemple. Ceci permet de déterminer des structures moléculaires complexes de produits organiques naturels ou de synthèse[7].

Histoire[modifier | modifier le code]

Découvertes des terres rares.
Yttrium (1794)

Yttrium



Terbium (1843)



Erbium (1843)
Erbium

Erbium



Thulium (1879)



Holmium (1879)

Holmium



Dysprosium (1886)






Ytterbium (1878)

Ytterbium

Ytterbium



Lutécium (1907)




Scandium (1879)








Cérium (1803)

Cérium


Lanthane (1839)

Lanthane


Didyme (1839)
Didyme

Néodyme (1885)



Praséodyme (1885)



Samarium (1879)

Samarium

Samarium



Europium (1901)





Gadolinium (1880)







Prométhium (1947)


Diagrammes des découvertes des terres rares. Les dates entre parenthèses sont les dates d'annonces des découvertes[8]. Les branches représentent les séparations des éléments à partir d'un ancien (l'un des nouveaux éléments conservant le nom de l'ancien, sauf pour le didyme).

L'europium fut découvert par Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran en 1890, qui obtint une fraction concentrée de samarium-gadolinium possédant des lignes spectrales n'appartenant ni au samarium ni au gadolinum. Toutefois, le crédit de la découverte est généralement attribué au chimiste français Eugène Anatole Demarçay, qui suspecta en 1896 que des échantillons de samarium récemment découverts étaient contaminés par un élément inconnu. Il fut capable d'isoler l'europium en 1901.

Des clathrates d'europium ont été synthétisés dans l'espoir qu'ils aient des propriétés thermoélectriques intéressantes[9].

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Toxicologie, écotoxicologie[modifier | modifier le code]

Les phénomènes de complexation et de bioaccumulation de l'europium au niveau cellulaire et moléculaire sont longtemps restés inconnus, faute d'études. À l'état trivalent l'europium (en tant qu'analogue des actinides trivalents) et l'uranium(VI) interagissent avec certaines protéines (phytochélatines) connues pour protéger les cellules des effets de l'intrusion dans un organisme végétal de métaux lourds toxiques, et qu'on pensait aussi impliquées dans la séquestration des radionucléides au sein d'organismes vivants[10]. La réactivité de leurs sous-entités constitutives (glycine, acide glutamique, cystéine ; polypeptides (glutathion réduit et oxydé) a aussi été étudiée[11], de même que la spéciation des contaminants en solution (stœchiométrie) et que les constantes d’équilibre associées à la formation de ces espèces.

Les sous-entités ont montré un pouvoir complexant moyennement élevé vis-à-vis des radionucléides (log ß1,1 de l’ordre de 2 ou de 5, à pH 3 ou 6 respectivement), avec des espèces produites qui sont mononucléaires (une seule molécule de ligand par espèce (1:1)) et des interactions liées aux groupements durs (oxygénés). Mais certaines phytochélatines (PC2 à PC4) complexent plus efficacement l’europium, tant pour des solutions synthétiques imitant le contexte « biologique » (pH neutre et force ionique de 0.1mol/L, etc.), que lors de contaminations cellulaires réelles par différentes quantités d'europium. Les cellules ont significativement capté l'europium.

Gisements[modifier | modifier le code]

En avril 2018, alors que la Chine et l'Australie sont les premiers producteurs de terres rares, dans la revue Nature des chercheurs japonais estiment que les gisements nouveaux détectés à l'Est du Japon représentent sur 2 500 km2 environ 16 millions de tonnes de terres rares, situées dans le sédiment marin, à plus de 5 000 mètres de profondeur ; sur 2 499 km2, le fond contiendrait là plus de 16 millions de tonnes d'oxydes de terres rares, soit 620 ans d'approvisionnement mondial d'Europium (et aussi 780 ans de réserve d'yttrium, 730 ans pour le dysprosium, 420 ans pour le terbium, selon une publication d'avril 2018 dans Scientific Reports[12],[13].

La Roumanie a des mines de terres rares produisant de l'europium et du dysprosium. Fermées dans les années 1980, on envisage en 2019 de les rouvrir[14].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. ↑ a b c et d (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, , 90e éd., 2804 p., Relié (ISBN 978-1-420-09084-0)
  2. ↑ (en) Beatriz Cordero, Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés, Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia Barragán et Santiago Alvarez, « Covalent radii revisited », Dalton Transactions,‎ , p. 2832 - 2838 (DOI 10.1039/b801115j)
  3. ↑ (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC, , 89e éd., p. 10-203
  4. ↑ Base de données Chemical Abstracts interrogée via SciFinder Web le 15 décembre 2009 (résultats de la recherche)
  5. ↑ a et b Entrée « Europium » dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais) (JavaScript nécessaire)
  6. ↑ Laurent Sacco, L’europium, le nouveau supraconducteur, futura-sciences.com, 20 mai 2009.
  7. ↑ "Heterocycles with a quinone function. An abnormal reaction of butanedione with 1-2 diaminoanthraquinone-Crystalline structure obtained from naphto(2,3-f)quinoxaline-7,12-dione". M. Baron, S. Giorgi-Renault, J. Renault, P. Mailliet, D. Carré, J. Etienne, Can. J. Chem, (1984), 62, 3, 526-530.
  8. ↑ (en) Episodes from the History of the Rare Earth Elements, Springer Netherlands, coll. « Chemists and Chemistry », (ISBN 9789401066143 et 9789400902879, DOI 10.1007/978-94-009-0287-9), xxi.
  9. ↑ Ya. Mudryk, P. Rogl, C. Paul, S. Berger, E. Bauer, G. Hilscher, C. Godart, H. Noël, A. Saccone, R. Ferro, Crystal chemistry and thermoelectric properties of clathrates with rare-earth substitution ; Physica B: Condensed Matter, Volume 328, Issues 1-2, April 2003, Pages 44-48 (Résumé)
  10. ↑ Valérie Lourenco, thèse de Doctorat (Université Paris XI) soutenue à l'Institut de Physique Nucléaire d'Orsay « Étude de la spéciation des radionucléides avec les molécules d’intérêt biologique», 5 juillet 2007.
  11. ↑ études faites par Spectrofluorimétrie Laser à Résolution Temporelle (SLRT), ElectroSpray-Spectrométrie de Masse (ES-MS) et Spectroscopie d’Absorption X (EXAFS)
  12. ↑ (en)The tremendous potential of deep-sea mud as a source of rare-earth elements, Nature, 10 avril 2018.
  13. ↑ Science (2018), Global trove of rare earth metals found in Japan’s deep-sea mud par Roni Dengler | 13 avril 2018
  14. ↑ Olivier Duquesne, « Voitures électriques : la Roumanie va rouvrir des mines », sur www.moniteurautomobile.be, (consulté le ).

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • Donnot, M., Guigues, J., Lulzac, Y., Magnien, A., Parfenoff, A., & Picot, P. (1973). Un nouveau type de gisement d'europium: la monazite grise à europium en nodules dans les schistes paléozoïques de Bretagne. Mineralium Deposita, 8(1), 7-18.


  1 2                               3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
1  H     He
2  Li Be   B C N O F Ne
3  Na Mg   Al Si P S Cl Ar
4  K Ca   Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5  Rb Sr   Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6  Cs Ba   La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7  Fr Ra   Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
8  119 120 *    
  * 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142  


Métaux alcalins Métaux alcalino-terreux Lanthanides Métaux de transition Métaux pauvres Métalloïdes Non-métaux Halogènes Gaz nobles Éléments non classés
Actinides
Superactinides
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