Europium

Europium

Caractéristiques à l’europium

Symbole : Eu
Masse atomique : 151,964 ± 0,001 u¹
Numéro CAS : 7440-53-1
Configuration électronique : [Xe]6s²4f⁷
Numéro atomique : 63
Groupe : n. a
Bloc : Bloc f
Famille d’éléments : Lanthanide
Électronégativité : 1, 2
Point de fusion : 822 °C

L’europium, élément atomique n°63 de symbole Eu : ses propriétés, ses isotopes, usages et historiques.

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.

Propriétés de l’europium

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.

L’europium réagit instantanément avec l’oxygène présent de l’air pour former du trioxyde d’europium : 4 Eu + 3 O₂ → 2 Eu₂O_3.
Il réagit avec l’eau pour former de l’hydroxyde d’europium et de l’hydrogène : 2 Eu + 6 H₂O → 2 Eu(OH)₃ + 3 H_2.
Il est aussi soluble dans l’acide sulfurique et la réaction produit un complexe avec l’eau :

2 Eu + 3 H₂SO₄ + 18 H₂O → 2 [Eu(H₂O)₉]³⁺ + 3 SO₄²⁻ + 3H_2. 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.

Isotopes

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.

Usage de l’europium

Nucléaire

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

Commercial

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 Eu^II. 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.

Historique de l’europium

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.

Toxicité

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.

Localisation

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 :