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63, Europium (Eu)
Kontinent Europa
Das Element Europium:
Sm
Eu
Gd
Pu
Am
Cm
Natürliche Entstehung von Europium (Nukleosynthese):
Europium wird während der Nukleosynthese mit zwei Isotopen gebildet, von denen eines stabil, das andere sehr langlebig ist. Sie beide werden sowohl in Roten Riesen durch s-Prozess, als auch nach Supernova-Explosionen mittels r-Prozess gebildet. Dabei setzt sich das natürliche Isotopengemisch des Europium ungefähr zu gleichen Teilen aus beiden Isotopen zusammen (Eu-151: 47,81%, Eu-153: 52,19%). Der Alpha-Zerfall von Eu-151 ist neben dem Spontanzerfall von Uran-235 und Uran-238 eine der Quellen für das geringe Promethium-Vorkommen auf der Erde (siehe
dort
)
Die Europium-Synthese:
151
Eu-Synthese:
(s- oder r-Prozess)
150
Sm + n →
151
Eu + β
-
+ 5,67 MeV
56
Fe + 95n →
151
Eu + 37 β
-
+ 781 MeV
153
Eu-Synthese:
(s- oder r-Prozess)
152
Sm + n →
153
Eu + β
-
+ 6,68 MeV
151
Eu + 2n →
153
Eu + 14,86 MeV
56
Fe + 97n →
153
Eu + 37 β
-
+ 796 MeV
Radioaktivität:
Europium-151 unterliegt einem sehr schwachen Alphazerfall. Es zerfällt mit der sehr langen Halbwertszeit von 1,7•10ysup>18 Jahren zu Promethium-147. Damit hat 1 kg Europium eine Aktivität von rd. 0,025 Becquerel, was aus Sicht des Strahlenschutzes faktisch bedeutungslos ist (Kalium strahlt im Vergleich dazu, 1,2 Mio. mal stärker).
Vorkommen von Europium:
Europium ist am Aufbau des Universums durchschnittlich mit ca. 0,5 μg/kg beteiligt (Rang 74), am Aufbau unserer Erde mit rund 79 μg/kg (Rang 62). In der Erdkruste findet sich das Metall mit durchschnittlich 2 mg/kg (Rang 52), womit es etwa so häufig wie Zinn ist. Es ist das sechstseltenste (zehnthäufigste) Lanthanoid.
Mineralische Vorkommen.
Wie die anderen leichten Vertreter der Lanthanoide (Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Samarium und Gadolinium) kommt es im Bastnäsit, Cer-Gadolinit, (La, Ce, Nd, Sm)-Monazit und Cerit vor. Aufgrund der Beständigkeit zweiwertiger Europiumverbindungen, haben Lanthanoid-Mineralien, die im Laufe ihrer Entstehungsgeschichte reduktiven Bedingungen ausgesetzt waren, aufgrund der höheren Mobilität von Eu(II)-Ionen eine Europium-Verarmung (
negative Europium-Anomalie
). Die Europium(II)-Ionen verhalten sich ähnlich wie Erdalkali-Ionen (Ca, Ba, Sr), weswegen Feldspäte oder Erdalkalicarbonat-Mineralien (Aragonit, Calcit, Witherit, Strontianit) bzw. Erdalkalisulfatmineralien (Gips, Baryt, Coelestin), die sich nahe an Lanthanoid-Lagerstätten befinden, eine erhöhte Europium-Konzentration (
positive
Europium-Anomalie).
Wichtige europiumhaltige Mineralien:
Bastnäsit, (Ln)CO
3
F
[1]
Monazitsand, (Y|Ln)PO
4
,
[2]
Cer-Gadolinit, Ln
2
FeBe
2
(SiO
5
)
2
[3]
Cerit (Ce)
[4]
Samarskit (Y)
[1]
(Ln|U
IV
|Fe
III
)(Nb|Ta)O
4
Europium-Gewinnung:
Gleich den anderen leichten Lanthanoiden (Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Samarium, Gadolinium) wird Europium aus Monazitsand, Samarskit, Cerit bzw. Cer-Bastnäsit gewonnen. Hierzu werden diese Erze zerkleinert, durch Flotation angereichert und in Schwefelsäure gelöst. Die filtrierte und eisgekühlte Lösung wird anschließend mit Oxalsäure versetzt, wodurch alle Lanthanoide als Ln(III)oxalate ausfallen. Durch Komplexieren (z.B. mit Citronensäure oder anderen organischen Säuren bei definierten Bedingungen) und separates Absorbieren an Ionentauscher mit anschließender Rücklösung unter spezifischen Parametern können die einzelnen Lanthanoide dann fraktioniert werden. Die auf diese Weise erhältlichen organischen Lanthanoid-Salze können durch Glühen in die Oxide überführt werden. Diese wiederum werden mit Flusssäure oder Salzsäure umgesetzt, so dass entsprechend Fluoride bzw. Chloride erhalten werden.
Das so erhaltene Europium(III)fluorid bzw. Europium(III)chlorid unterzieht man dann nach Zusatz von Kaliumchlorid einer Schmelzelektrolyse. Von dem sich ebenfalls abscheidenen Kalium kann das Europium dann mittels Vakuum-Destillation gereinigt werden.
Schema: Darstellung der Lanthanoide
[6]
Chemie von Europium:
Europium hat die Elektronenkonfiguration [Xe] 6s
2
4f
7
. Damit hat es ein halbbesetztes f-Orbital, wodurch es zu einer auffallenden Stabilität der Oxidationsstufe +2 neben +3 kommt. Europium(II)-Ionen sind als einzige Lanthanoid-Ionen dieser Ladungsstufe auch in wässriger Lösung stabil. Sonst verhält sich Europium ganz ähnlich der anderen Lanthanoiden, wobei es aufgrund der leichteren Abgabe der beiden s-Elektronen das reaktivste Lanthanoid ist.
Verhalten an der Luft.
Europium ist ähnlich unedel wie Calcium: Es überzieht sich an der Luft augenblicklich mit einer Schicht aus Europium(II)oxid, die allerdings nicht vor weiterer Oxidation schützt. Europium(II)oxid zieht begierig Wasser und Kohlendioxid aus der Luft an, wodurch blankes Europium in kurzer Zeit vollständig korrodiert. Bei erhöhter Temperatur verbrennt Europium unter starker Wärmeentwicklung zu Europium(III)oxid.
4 Eu + 3 O
2
→ 2 Eu
2
O
3
+ 3302,8 kJ
Reaktionen mit Wasser.
Mit Wasser reagiert Europium unter Wasserstoffentwicklung zu Europium(III)hydroxid. Dieses reagiert in wässriger Lösung neutral, da die Löslichkeit von Europium(III)hydroxid so gering ist, dass die Dissoziation in Europium(III)-Ionen und Hydroxid-Ionen nicht zu einer nennenswerten Veränderung des pH-Wertes ausreicht. Europium(II)oxid reagiert stärker basisch, es ist dem Calciumhydroxid vergleichbar. Europium(III)-Ionen unterliegen einer Hydrolyse, wodurch Europium(III)-Salze (mit neutral reagierenden Anionen) deutlich sauer reagieren. Europium(II)-Salze sind kaum hydrolytisch gespalten, weshalb sie - vorausgesetzt auch das Anion unterliegt keiner Hydrolyse - faktisch neutral reagieren.
Hydrolyse von Europium(III)hydroxid und Europium(III)-Ionen:
a) Alkalische Reaktion von Europium(III)hydroxid:
{Eu(OH)
3
}
[Eu(OH)
2
]
+
+ OH
-
; pKb = 5,20
b) Saure Reaktion von Europium(III)-Ionen:
[Eu(H
2
O)
9
]
3+
+ H
2
O
[Eu(H
2
O)
8
(OH)]
2+
+ [H
3
O]
+
; pKs = 7,80
Hydrolyse von Europium(II)hydroxid und Europium(II)-Ionen:
a) Alkalische Reaktion von Europium(II)hydroxid:
{Eu(OH)
2
}
[Eu(OH)]
+
+ OH
-
; pKb ~ 0
b) Reaktion von Europium(II)-Ionen:
[Eu(H
2
O)
9
]
2+
+ H
2
O
[Eu(H
2
O)
8
(OH)]
+
+ [H
3
O]
+
; pKs = 12,5
Reaktion mit Säuren:
Mit Säuren reagiert Europium sehr lebhaft unter Wasserstoffentwicklung zu Europium(III)salzen. Ebenso werden aus den (Hydr)oxiden schon mit schwachen Säuren Salze gebildet.
Reaktionen mit Nichtmetallen:
Europium reagiert unter Feuererscheinungen schon bei Raumtemperatur mit Fluor, Chlor und Brom. Mit Iod reagiert es ebenso beim Erhitzen. In allen Fällen werden ionisch aufgebaute Eu(III)-Verbindungen gebildet, im Falle der Reaktion mit Schwefel entsteht die in Wasser - bis auf das Europium(III)fluorid - gut löslich sind. Mit Schwefel wird beim Erhitzen Europium(II)sulfid, EuS, gebildet.
Europium-Verbindungen:
Fotomontage: Europium(III)sulfat
[5]
Eu
2
(SO
4
)
3
•8H
2
O
Europium(III)oxid
[6]
Eu
2
O
3
Europium(III)sulfat-Lösung
[6]
UV-Licht (li), Tageslicht (re)
Physikalische Besonderheiten von Europium bzw. von seinen Verbindungen:
Europiumsalze zeigen bei energetischer Anregung (Verdampfen oder Verbrennen) eine rosaviolette Flammenfärbung. Sind die Salze durch größere Mengen an schweren Lanthanoiden verunreinigt, so kann die Flamme einen gelblich-grünen Farbton annehmen. Dieses Bild wurde mit einer Salz-Probe der Reinheit 99,99 % gemacht: Die Salzlösung wurde per Zerstäubung in eine Luft-Acetylen-Flamme eingebracht und dann fotografiert (AAS).
Flammenfärbung eines
[6]
Europium-Salzes
Verwendung von Europium und seinen Verbindungen :
Sicherheitsfarbe
auf Banknoten: Europium(III)verbindungen zeigen eine rotviolette Fluoroeszenz im UV-Licht. Daher werden bestimmte Motive auf den Euro-Banknoten mit Europium(III)oxid imprägniert, auf der 50 €-Note beispielsweise der Sternenkranz in der Mitte.
Leuchtstoff
in Kathenstrahlröhren oder Kompaktleuchtstofflampen. Eu(II)-dotiertes Strontiumchloridphosphat zeigt bei Anregung blaues Licht, Eu(III)-dotiertes Yttriumoxid rotes Licht. Dies macht man sich zur Herstellung farbiger Kompaktleuchtstofflampen bzw. zur Darstellung roter Bildpunkte auf Röhrenmonitoren zunutze.
Wichtige Verwendungsmöglichkeiten von Europium und seinen Verbindungen
50€-Banknote
[7]
Leuchtpunkte (TV)
[6]
Sonstiges:
Stabilität der Ln(II)-Ionen in wässriger Lösung im Vergleich:
Europium(II)-Ionen sind die einzigen Lanthanoid(II)-Ionen, die in Wasser längere Zeit ohne Oxidation stabil sind. Thermodynamisch sind alle Ln(II)-Ionen in Wasser instabil, da sie allesamt negativere Normalpotenziale haben, als die Reduktion von Wasser zu Wasserstoff (saurer Bereich).
Ion
Standardpotenzial Ln
2+
→ Ln
3+
+ e
-
Halbwertzeit ca.
Pm
2+
-2,47 V
<1 s
Sm
2+
-1,55 V
4,5 Stunden
Eu
2+
-0,35 V
metastabil
Dy
2+
-2,45 V
<<1 s
Ho
2+
-2,80 V
<<1 s
Ho
2+
-3 V
<<1 s
Tm
2+
-2,26 V
<1 s
Yb
2+
-1,05 V
2,8 Stunden
Quellen:
[1] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber:
Rob Lavinsky
. Das Bild ist unter den Bedingungen der
Creative Commons Lizenz
freigegeben.
[2] Bildquelle: Bild einer US-Behörde, welches in Ausübung des Dienstes angefertig wurde. Solche Bilder sind gemeinfrei, wenn es nicht ausdrücklich anders angegeben ist.
[3] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber: Western Devil. Das Bild ist unter den Bedingungen der
Creative Commons Lizenz
freigegeben.
[4] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber:
Walkerma
. Das Bild ist von seinem Urheber als Public Domain veröffentlicht worden. Dies gilt weltweit.
[5] Quelle des Originalbildes: Wikimedia Commons. Urheber: Bahmtec. Das Bild ist unter den Bedingungen der
Creative Commons Lizenz
freigegeben.
[6] Eigenes Bild. Dieses Bild darf unter den Bedingungen der
Creative Commons Lizenz
frei verwendet werden. Bei Verwendung bitte einen Link auf mein Web-Angebot setzen.
[7] Eigenes Bild. Dieses Bild ist gemeinfrei, da es ein gültiges Zahlungsmittel abbildet.