L’europium est un élément chimique des terres rares qui se trouve dans le bloc f du tableau périodique, dans la série des lanthanides. Son symbole est Eu et son numéro atomique 63. De couleur blanc argent, le corps simple de l’europium se retrouve à l’état solide, sous forme cubique et centré. L’europium est situé entre le samarium (Sm) et le gadolinium (Gd) dans la table périodique. Il est considéré comme le plus réactif de tous les éléments de cette famille.
L’europium brûle dans l’air à une température élevée (150 à 180 °C) et est similaire au calcium dans sa réaction avec l’eau. L’europium a une dureté comparable à celle du plomb. Il est malléable et ne se rompt pas facilement quand on l’étire.
2 Eu + 3 H2SO4 + 18 H2O → 2 [Eu(H2O)9]3+ + 3 SO42− + 3H2. L’europium possède des propriétés de supraconduction. Lorsqu’il est refroidi à 1,8 K et soumis à une pression élevée de 80 GPa, il peut conduire l’électricité sans aucune résistance électrique.
L’europium a 38 isotopes connus, avec des nombres de masse allant de 130 à 167 et 17 isomères nucléaires. Toutefois, l’europium naturel est composé de seulement deux isotopes stables : 151Eu et 153Eu. L’isotope 153Eu est le plus répandu, avec une abondance relative de 52,2 %.
Les autres isotopes sont instables et ont des demi-vies courtes, allant de quelques millisecondes à quelques années. Ils subissent une désintégration radioactive en émettant des particules ou des rayonnements gamma.
L’europium peut être utilisé dans les réacteurs nucléaires à neutrons rapides, à l’instar des autres éléments de la famille des lanthanides, en raison de sa capacité à absorber les neutrons. On le retrouve généralement dans les barres de contrôle des réacteurs nucléaires des sous-marins russes. La capacité à interagir d’un élément avec les particules subatomiques, comme les neutrons ou les protons, est mesurée par la section efficace. Celle de l’europium est de 2 980 barns. Les isotopes 151Eu et 153Eu sont considérés comme efficaces pour capturer les neutrons.
Lorsqu’un noyau d’europium subit une fission nucléaire, il produit une grande variété d’isotopes radioactifs. La plupart sont instables et se désintègrent en émettant des particules et de l’énergie. Ces isotopes radioactifs ont des durées de vie variables, allant de quelques fractions de seconde à plusieurs années. Les isotopes 151Eu et 153Eu sont les produits les plus stables de la fission nucléaire de l’europium. L’europium 151 est obtenu à partir de la décroissance bêta du samarium 151. Le samarium-151 est un élément connu comme étant un poison neutronique. Il absorbe les neutrons nécessaires pour maintenir une réaction en chaîne dans un réacteur nucléaire. En ce qui concerne l’europium 153, il est formé par décroissance bêta du samarium 153. D’autres isotopes stables incluent l’europium 156, dont la période radioactive est de 15 jours, et l’europium 155, qui a une période radioactive de 4,76 ans.
Les rendements et sections efficaces de capture neutronique de différents isotopes de l’europium sont représentés dans le tableau suivant :
| 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 |
L’europium est souvent utilisé comme dopant dans certains types de verre pour créer des lasers. Ces derniers ont une gamme d’applications pratiques, notamment dans la fabrication de fibres optiques, la communication optique, la chirurgie au laser et l’impression en 3D.
L’europium est utilisé pour produire différentes couleurs de phosphores. L’oxyde d’europium (Eu2O3), ou europium trivalent, émet des phosphores rouges s’il est dopé au vanadate d’yttrium (YVO4). Ce processus est utile dans la production des lumières rouges dans les tubes cathodiques des téléviseurs et des moniteurs d’ordinateur. Sous forme divalente, l’europium donne des phosphores bleus utiles pour les lumières bleues des écrans d’ordinateur et des autres dispositifs électroniques. L’europium et le thiogallate de strontium (SrGa2S4) ont la capacité de provoquer une lumière verte phosphorescente qui persiste plusieurs secondes. En outre, l’aluminate de strontium (SrAl2O4) dopé à l’europium engendre de la lumière bleue à basse température, et de la lumière verte à température ambiante et basse.
L’europium est employé en géochimie dans diverses applications, notamment pour tracer les sources de roches et des minéraux. Dans les plagioclases calciques (silicates d’aluminium, de sodium et de calcium), l’europium remplace parfois le calcium sous forme de EuII. En outre, la concentration d’europium dans certaines roches magmatiques comme les anorthosites, est supérieure à celle des autres éléments des terres rares. D’un autre côté, d’autres roches volcaniques, telles que les coulées basaltiques (mers lunaires), présentent une carence en europium.
L’europium et ses dérivés peuvent modifier le comportement de certains atomes dans une molécule, en réponse à une résonance magnétique nucléaire (RMN). Ce processus permet de mesurer le déplacement chimique pour chaque type d’atome et de déterminer la structure de la molécule.
L’europium a été trouvé en 1890 par Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran. Il a obtenu une substance contenant du samarium et du gadolinium avec des caractéristiques spectrales qui ne correspondaient à aucun des deux éléments. La découverte officielle est pourtant attribuée à Eugène Anatole Demarçay. En 1896, il a présumé la présence d’un élément inconnu dans des échantillons de samarium. Il a ensuite réussi à isoler l’europium en 1901. Récemment, les clathrates d’europium ont été étudiés pour leur propriétés thermoélectriques. Les clathrates sont des structures cristallines qui fonctionnent comme des cages moléculaires dans lesquelles des gaz peuvent être piégés.
Les phénomènes de complexation (liaison des molécules à des ions porteurs) et de bioaccumulation (accumulation dans l’organisme) de l’europium au niveau cellulaire et moléculaire ont été peu étudiés. Il a été toutefois prouvé que l’europium à l’état trivalent, peut interagir avec les phytochélatines, des protéines connues pour protéger les cellules des effets néfastes des métaux lourds toxiques. Ces protéines sont aussi suspectées d’être responsable de l’absorption et le stockage des éléments radioactifs dans les organismes vivants. Les sous-unités constitutives de ces protéines, telles que la glycine, l’acide glutamique et la cystéine, ainsi que des polypeptides comme le glutathion, ont également été étudiés pour leur capacité à subir des réactions chimiques avec d’autres éléments.
Ces sous-entités se lient fortement aux isotopes radioactifs (log ß1,1 de l’ordre de 2 ou de 5, à pH 3 ou 6) pour former des espèces mononucléaires. La liaison se fait grâce à des groupes oxygénés présents dans la sous-entité. Cependant, d’autres phytochélatines (PC2 à PC4) se lient plus efficacement à l’europium que les sous-entités. En présence de ces molécules, l’europium est absorbé rapidement par les cellules humaines, même dans une solution synthétique (pH neutre et force ionique de 0.1mol/L) imitant la biologie humaine.
Les gisements d’europium se trouvent généralement en association avec d’autres terres rares. Les minéraux de terres rares se trouvent en grande partie dans certaines régions spécifiques, telles que la Chine, la Russie, l’Australie, les États-Unis, le Brésil, le Canada, le Groenland et l’Inde. Des gisements importants de terres rares ont été découverts dans les eaux territoriales du Japon en 2018. Ils s’étendent sur environ 2 500 km2 et sont situés à plus de 5 000 mètres de profondeur. La réserve d’oxydes de terres rares de ces gisements est estimée à plus 16 millions de tonnes, permettant d’approvisionner le monde en :
Depuis 2019, les mines d’europium et de dysporium en Roumanie, fermées depuis 1980, sont en cours de réouverture.
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