ユーロピウム、記号はEu、原子番号は63です。ランタノイドの代表的なメンバーであるユウロピウムは通常+3価ですが、酸素+2価も一般的です。+2 価数のユウロピウム化合物の数は少なくなります。他の重金属と比較して、ユウロピウムには重大な生物学的影響はなく、比較的毒性がありません。ユウロピウムのほとんどの用途は、ユウロピウム化合物の燐光効果を利用しています。ユウロピウムは、宇宙で最も存在量が少ない元素の 1 つです。宇宙に5個程度しか存在しない物質×10～8％がユウロピウムです。
ユウロピウムはモナザイト中に存在する
ユーロピウムの発見
物語は 19 世紀末に始まります。当時、優秀な科学者たちは、原子の発光スペクトルを分析することで、メンデレーエフの周期表に残っている空白を体系的に埋め始めました。今日の見解では、この仕事は難しくなく、学部生でも完了できます。しかし当時、科学者は精度の低い機器と精製が難しいサンプルしか持っていませんでした。したがって、ランタニド発見の歴史全体において、すべての「疑似」発見者は虚偽の主張をし、互いに議論し続けました。
1885 年、ウィリアム クルックス卿は、元素 63 の最初の、あまり明確ではないシグナルを発見しました。彼は、サマリウム サンプル中に特定の赤いスペクトル線 (609 nm) を観察しました。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 ボアボードランはこのバンドを確認し、別の緑色のバンド (535 nm) を発見しました。
次に、1896 年に、ウグ・ネ・アナトール・ドゥマール・サイは酸化サマリウムを辛抱強く分離し、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認しました。彼は 1901 年にこの元素の分離に成功し、発見の旅の終わりを告げました。「この新しい元素を、記号 Eu と原子質量約 151 のユウロピウムと名付けたいと思います。」
電子配置
電子配置：
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p66s2 4f7
ユウロピウムは通常 3 価ですが、2 価の化合物を形成する傾向があります。この現象は、ほとんどのランタニドによる +3 価の化合物の形成とは異なります。二価ユーロピウムは、半充填 f シェルがより安定性を提供するため、4f7 の電子配置を持ち、ユーロピウム (II) とバリウム (II) は類似しています。二価ユウロピウムは、空気中で酸化してユウロピウム (III) の化合物を形成する穏やかな還元剤です。嫌気的条件下、特に加熱条件下では、二価ユウロピウムは十分に安定であり、カルシウムや他のアルカリ土類鉱物に取り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」の基礎となっています。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ニド鉱物はユーロピウム含有量が低いのです。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。
ユウロピウムは、融点が 822 °C、沸点が 1597 °C、密度が 5.2434 g/cm の灰色の鉄金属で、希土類元素の中で最も密度が低く、最も柔らかく、最も揮発性の高い元素です。ユウロピウムは、希土類元素の中で最も活性な金属です。室温では、空気中ですぐに金属光沢を失い、すぐに酸化して粉末になります。冷水と激しく反応して水素ガスを発生します。ユウロピウムは、ホウ素、炭素、硫黄、リン、水素、窒素などと反応することができます。
ユウロピウムの応用
硫酸ユウロピウムは紫外線下で赤色の蛍光を発します
若き傑出した化学者であるジョルジュ・ユルバンは、ドゥマール・サイの分光装置を引き継ぎ、1906 年にユーロピウムをドープした酸化イットリウム(III) 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。 Eu2+の発光スペクトルはこの範囲内にあるため、赤色光だけでなく青色光の発光にも使用されます。
赤色 Eu3+、緑色 Tb3+、青色 Eu2+ エミッター、またはそれらの組み合わせで構成される蛍光体は、紫外光を可視光に変換できます。これらの材料は、X 線増感スクリーン、陰極線管、プラズマ スクリーン、さらには最近の省エネ蛍光灯や発光ダイオードなど、世界中のさまざま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され、そのような錯体は偽造防止インクやバーコードなど、高感度が必要なさまざまな状況に応用できます。
ユーロピウムは 1980 年代以来、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。ほとんど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。生物学的イメージングを含むライフサイエンスの研究では、ユウロピウムや他のランタニドで作られた蛍光生物学的プローブが普及しています。幸いなことに、1 キログラムのユーロピウムは約 10 億件の分析をサポートするのに十分です。中国政府が最近レアアースの輸出を制限した後、レアアース元素の貯蔵不足にパニックに陥った先進国は、そのような用途に対する同様の脅威を心配する必要はありません。
酸化ユウロピウムは、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。酸化ユウロピウムは、カラーレンズや光電子フィルターの製造、磁気バブル貯蔵装置、原子炉の制御材料、遮蔽材料、構造材料にも使用できます。その原子は他の元素よりも多くの中性子を吸収できるため、原子炉の中性子を吸収する材料としてよく使用されます。
今日の急速に拡大する世界において、最近発見されたユーロピウムの用途は農業に重大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部分を可視光に効率的に変換できることを発見しました。このプロセスはかなり緑色になります (赤色の補色です)。このタイプのプラスチックを使用して温室を構築すると、植物がより多くの可視光を吸収できるようになり、作物の収量が約 10% 増加します。
ユウロピウムは、一度に数日間の情報を確実に保存できる量子メモリ チップにも適用できます。これらにより、機密の量子データをハードディスクのようなデバイスに保存し、全国に発送することが可能になります。
投稿日時: 2023 年 6 月 27 日