ユーロピウムユウロピウムはランタノイド元素の典型であり、元素記号はEu、原子番号は63です。ランタノイド元素の典型的なメンバーであるユウロピウムは、通常+3の価数を持ちますが、酸素の+2の価数も一般的です。+2の価数を持つユウロピウムの化合物は少ないです。他の重金属と比較して、ユウロピウムは生物学的に顕著な影響を及ぼさず、比較的無毒です。ユウロピウムの用途の多くは、ユウロピウム化合物のリン光効果を利用しています。ユウロピウムは宇宙で最も存在量の少ない元素の一つであり、宇宙にはわずか5×10-8%しか存在しません。
ユーロピウムはモナザイトに存在する
ユーロピウムの発見
物語は19世紀末に始まります。当時、優れた科学者たちは原子の発光スペクトルを解析することで、メンデレーエフの周期表に残された空席を体系的に埋め始めました。今日では、この作業は難しくなく、学部生でもこなせるほどです。しかし、当時の科学者たちは精度の低い機器と精製の難しいサンプルしか持っていませんでした。そのため、ランタノイド発見の歴史全体を通して、あらゆる「準」発見者たちは虚偽の主張を繰り返し、互いに議論を重ねてきました。
1885年、ウィリアム・クルックス卿は元素番号63の最初の、しかしそれほど明確ではない信号を発見しました。彼はサマリウムのサンプル中に特定の赤色スペクトル線（609 nm）を観測しました。1892年から1893年にかけて、ガリウム、サマリウム、ジスプロシウムの発見者であるポール・エ・ミール・ルコック・ド・ボワボードランがこのバンドを確認し、さらに別の緑色のバンド（535 nm）を発見しました。
1896年、ウジェーヌ・アナトール・デマル・サイは辛抱強くサマリウム酸化物を分離し、サマリウムとガドリニウムの間に位置する新しい希土類元素の発見を確定しました。彼は1901年にこの元素の分離に成功し、発見の旅は幕を閉じました。「この新しい元素をユーロピウムと名付けたい。記号はEu、原子量は約151だ。」
電子配置
電子配置：
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p66s2 4f7
ユーロピウムは通常三価ですが、二価化合物を形成しやすい傾向があります。この現象は、ほとんどのランタノイドによる+3価化合物の形成とは異なります。二価ユーロピウムの電子配置は4f7です。これは、半充填f殻がより安定性を提供し、ユーロピウム（II）とバリウム（II）が類似しているためです。二価ユーロピウムは、空気中で酸化されてユーロピウム（III）の化合物を形成する穏やかな還元剤です。嫌気条件、特に加熱条件下では、二価ユーロピウムは十分に安定しており、カルシウムや他のアルカリ土類鉱物に組み込まれる傾向があります。このイオン交換プロセスは、「負のユーロピウム異常」の基礎であり、つまり、コンドライトの豊富さと比較して、モナザイトなどの多くのランタノイド鉱物はユーロピウム含有量が低いということです。モナザイトと比較して、バストネサイトは負のユーロピウム異常が少ないことが多いため、バストネサイトはユーロピウムの主な供給源でもあります。
ユーロピウムは鉄灰色の金属で、融点は822℃、沸点は1597℃、密度は5.2434 g/cm³です。希土類元素の中で最も密度が低く、柔らかく、揮発性の高い元素です。ユーロピウムは希土類元素の中で最も活性の高い金属で、室温では空気中ですぐに金属光沢を失い、急速に酸化されて粉末になります。冷水と激しく反応して水素ガスを発生します。ユーロピウムはホウ素、炭素、硫黄、リン、水素、窒素などと反応します。
ユーロピウムの応用
硫酸ユーロピウムは紫外線下で赤色蛍光を発する
若く優秀な化学者ジョルジュ・ユルバンは、デマール・サイの分光装置を引き継ぎ、1906年にユーロピウムを添加したイットリウム(III)酸化物サンプルが非常に明るい赤色光を発することを発見しました。これがユーロピウム燐光材料の長い旅の始まりです。この材料は赤色光だけでなく青色光も発するために使用されました。なぜなら、Eu2+の発光スペクトルがこの範囲に収まっているからです。
赤色Eu3+、緑色Tb3+、青色Eu2+発光体、またはそれらの組み合わせからなる蛍光体は、紫外線を可視光に変換することができます。これらの材料は、X線増感紙、ブラウン管、プラズマスクリーン、そして近年の省エネ蛍光灯や発光ダイオードなど、世界中の様々な機器で重要な役割を果たしています。
三価ユーロピウムの蛍光効果は有機芳香族分子によっても増感することができ、このような錯体は偽造防止インクやバーコードなど、高感度が求められるさまざまな状況に応用できます。
1980年代以降、ユーロピウムは時間分解冷蛍光法を用いた高感度バイオ医薬品分析において主導的な役割を果たしてきました。多くの病院や医療研究所では、このような分析が日常的に行われています。生物イメージングを含む生命科学の研究では、ユーロピウムやその他のランタノイド元素で作られた蛍光生物プローブが広く用いられています。幸いなことに、ユーロピウム1キログラムは約10億回の分析に耐えることができます。中国政府が最近、希土類元素の輸出を制限したことで、希土類元素の貯蔵不足に悩まされていた先進国は、このような用途に対する同様の脅威を心配する必要がなくなりました。
酸化ユーロピウムは、新しいX線医療診断システムの誘導放出蛍光体として使用されています。また、着色レンズや光電子フィルターの製造、磁気バブルストレージデバイス、原子炉の制御材料、遮蔽材料、構造材料にも使用されています。ユーロピウムの原子は他のどの元素よりも多くの中性子を吸収できるため、原子炉における中性子吸収材料として広く使用されています。
急速に拡大する今日の世界において、最近発見されたユーロピウムの応用は農業に大きな影響を与える可能性があります。科学者たちは、二価ユーロピウムと一価銅をドープしたプラスチックが、太陽光の紫外線を可視光に効率的に変換できることを発見しました。このプロセスは非常に環境に優しい（赤の補色関係にある）。この種のプラスチックを用いて温室を建設することで、植物はより多くの可視光を吸収できるようになり、作物の収穫量を約10%増加させることができます。
ユーロピウムは量子メモリチップにも応用可能で、数日間にわたって情報を安定的に保存できます。これにより、機密性の高い量子データをハードディスクに似た装置に保存し、全国に輸送することが可能になります。
投稿日時: 2023年6月27日