ยูโรเพียมธาตุหายากที่มีมนต์ขลัง

ยูโรเปียมสัญลักษณ์คือ Eu และเลขอะตอมคือ 63 ยูโรเพียมเป็นสมาชิกทั่วไปของแลนทาไนด์ซึ่งมีความจุ +3 แต่ออกซิเจน+2 ความจุก็เป็นเรื่องปกติเช่นกัน มีสารประกอบยูโรเพียมที่มีสถานะเวเลนซ์เป็น +2 น้อยกว่า เมื่อเปรียบเทียบกับโลหะหนักอื่นๆ ยูโรเพียมไม่มีผลกระทบทางชีวภาพที่มีนัยสำคัญและค่อนข้างไม่เป็นพิษ การใช้งานส่วนใหญ่ของยูโรเพียมจะใช้เอฟเฟกต์เรืองแสงของสารประกอบยูโรเพียม ยูโรเพียมเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่มีน้อยที่สุดในจักรวาล ในจักรวาลมีเพียงประมาณ 5 แห่ง × 10-8% ของสารคือยูโรเพียม

ยูโรเพียมมีอยู่ในโมนาไซต์

การค้นพบยูโรเปียม

เรื่องราวเริ่มต้นเมื่อปลายศตวรรษที่ 19 ในเวลานั้นนักวิทยาศาสตร์ผู้เก่งกาจเริ่มเติมตำแหน่งงานว่างที่เหลืออยู่ในตารางธาตุของ Mendeleev อย่างเป็นระบบโดยการวิเคราะห์สเปกตรัมการปล่อยอะตอม มุมมองปัจจุบัน งานนี้ไม่ยาก และนักศึกษาปริญญาตรีก็สามารถสำเร็จได้ แต่ในเวลานั้น นักวิทยาศาสตร์มีเพียงเครื่องมือที่มีความแม่นยำต่ำและตัวอย่างที่ยากต่อการทำให้บริสุทธิ์เท่านั้น ดังนั้นในประวัติศาสตร์ทั้งหมดของการค้นพบแลนทาไนด์ ผู้ค้นพบ "เสมือน" ทุกคนจึงกล่าวอ้างเท็จและโต้เถียงกัน

ในปี พ.ศ. 2428 เซอร์วิลเลียม ครูกส์ค้นพบสัญญาณแรกของธาตุ 63 แต่ไม่ชัดเจนนัก เขาสังเกตเห็นเส้นสเปกตรัมสีแดงจำเพาะ (609 นาโนเมตร) ในตัวอย่างซาแมเรียม ระหว่างปี 1892 ถึง 1893 ผู้ค้นพบแกลเลียม ซาแมเรียม และดิสโพรเซียม Paul é mile LeCoq de Boisbaudran ยืนยันวงดนตรีนี้และค้นพบแถบสีเขียวอีกแถบ (535 นาโนเมตร)

ถัดมา ในปี 1896 Eug è ne Anatole Demar ç ได้แยกซาแมเรียมออกไซด์อย่างอดทน และยืนยันการค้นพบธาตุหายากชนิดใหม่ที่ตั้งอยู่ระหว่างซาแมเรียมและแกโดลิเนียม เขาประสบความสำเร็จในการแยกธาตุนี้ออกในปี พ.ศ. 2444 ซึ่งถือเป็นการสิ้นสุดการเดินทางของการค้นพบ: "ผมหวังว่าจะตั้งชื่อธาตุใหม่นี้ว่า ยูโรเพียม โดยมีสัญลักษณ์ Eu และมีมวลอะตอมประมาณ 151"

การกำหนดค่าอิเล็กตรอน

การกำหนดค่าอิเล็กตรอน:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p66s2 4f7

แม้ว่ายูโรเพียมมักจะเป็นไตรวาเลนต์ แต่ก็มีแนวโน้มที่จะสร้างสารประกอบไดวาเลนต์ได้ ปรากฏการณ์นี้แตกต่างจากการก่อตัวของสารประกอบวาเลนซ์ +3 โดยแลนทาไนด์ส่วนใหญ่ ยูโรเพียมชนิดไดวาเลนต์มีการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ที่ 4f7 เนื่องจาก f เชลล์แบบกึ่งเติมให้ความเสถียรมากกว่า ส่วนยูโรเพียม (II) และแบเรียม (II) มีความคล้ายคลึงกัน ยูโรเพียมไดวาเลนต์เป็นสารรีดิวซ์อ่อน ๆ ที่จะออกซิไดซ์ในอากาศเพื่อสร้างสารประกอบของยูโรเพียม (III) ภายใต้สภาวะไร้ออกซิเจน โดยเฉพาะอย่างยิ่งสภาวะความร้อน ยูโรเพียมชนิดไดวาเลนต์มีความเสถียรเพียงพอและมีแนวโน้มที่จะรวมเข้ากับแคลเซียมและแร่ธาตุอัลคาไลน์เอิร์ธอื่นๆ กระบวนการแลกเปลี่ยนไอออนนี้เป็นพื้นฐานของ "ความผิดปกติของยูโรเพียมเชิงลบ" กล่าวคือ เมื่อเปรียบเทียบกับความอุดมสมบูรณ์ของคอนไดรต์ แร่ธาตุแลนทาไนด์หลายชนิด เช่น โมนาไซต์ มีปริมาณยูโรเพียมต่ำ เมื่อเปรียบเทียบกับโมนาไซต์ บาสต์นีไซต์มักจะแสดงความผิดปกติของยูโรเพียมเชิงลบน้อยกว่า ดังนั้นบาสต์นีไซต์จึงเป็นแหล่งที่มาหลักของยูโรเพียมเช่นกัน

โลหะยูโรเปียม

ยูโรเพียมเป็นโลหะเหล็กสีเทาที่มีจุดหลอมเหลว 822 ° C จุดเดือด 1,597 ° C และความหนาแน่น 5.2434 g/cm ³; เป็นองค์ประกอบที่มีความหนาแน่นน้อยที่สุด อ่อนที่สุด และระเหยได้มากที่สุดในบรรดาธาตุหายาก ยูโรเพียมเป็นโลหะที่มีความว่องไวมากที่สุดในบรรดาธาตุหายาก ที่อุณหภูมิห้อง มันจะสูญเสียความแวววาวของโลหะในอากาศทันทีและถูกออกซิไดซ์เป็นผงอย่างรวดเร็ว ทำปฏิกิริยาอย่างรุนแรงกับน้ำเย็นเพื่อเกิดก๊าซไฮโดรเจน ยูโรเพียมสามารถทำปฏิกิริยากับโบรอน คาร์บอน ซัลเฟอร์ ฟอสฟอรัส ไฮโดรเจน ไนโตรเจน ฯลฯ

การประยุกต์ใช้ยูโรเปียม

ยูโรเพียมซัลเฟตปล่อยแสงเรืองแสงสีแดงภายใต้แสงอัลตราไวโอเลต

Georges Urbain นักเคมีรุ่นเยาว์ผู้มีชื่อเสียง ได้สืบทอดเครื่องมือสเปกโทรสโกปีของ Demar ç ay และพบว่าตัวอย่างอิตเทรียม (III) ออกไซด์ที่เจือด้วยยูโรเพียมปล่อยแสงสีแดงสว่างมากในปี 1906 นี่คือจุดเริ่มต้นของการเดินทางอันยาวนานของวัสดุฟลูออเรสเซนต์ยูโรเพียม – ไม่เพียงแต่ใช้ในการปล่อยแสงสีแดงเท่านั้น แต่ยังรวมถึงแสงสีน้ำเงินด้วย เนื่องจากสเปกตรัมการแผ่รังสีของ Eu2+ ตกอยู่ในช่วงนี้

ฟอสเฟอร์ที่ประกอบด้วยตัวปล่อย Eu3+ สีแดง Tb3+ สีเขียว และตัวปล่อย Eu2+ สีน้ำเงิน หรือทั้งสองอย่างรวมกัน สามารถเปลี่ยนแสงอัลตราไวโอเลตเป็นแสงที่มองเห็นได้ วัสดุเหล่านี้มีบทบาทสำคัญในเครื่องมือต่างๆ ทั่วโลก: หน้าจอเพิ่มความเข้มข้นของรังสีเอกซ์ หลอดรังสีแคโทด หรือหน้าจอพลาสมา เช่นเดียวกับหลอดฟลูออเรสเซนต์ประหยัดพลังงานและไดโอดเปล่งแสงในปัจจุบัน

เอฟเฟกต์การเรืองแสงของยูโรเพียมไตรวาเลนท์ยังทำให้เกิดความไวโดยโมเลกุลอะโรมาติกอินทรีย์ และสารเชิงซ้อนดังกล่าวสามารถนำไปใช้ในสถานการณ์ต่างๆ ที่ต้องใช้ความไวสูง เช่น หมึกและบาร์โค้ดป้องกันการปลอมแปลง

นับตั้งแต่ทศวรรษ 1980 เป็นต้นมา ยูโรเพียมมีบทบาทสำคัญในการวิเคราะห์ชีวเภสัชภัณฑ์ที่มีความไวสูง โดยใช้วิธีการเรืองแสงเย็นแบบแก้ไขเวลา ในโรงพยาบาลและห้องปฏิบัติการทางการแพทย์ส่วนใหญ่ การวิเคราะห์ดังกล่าวกลายเป็นเรื่องปกติ ในการวิจัยด้านชีววิทยาศาสตร์ รวมถึงการถ่ายภาพทางชีววิทยา โพรบชีวภาพเรืองแสงที่ทำจากยูโรเพียมและแลนทาไนด์อื่นๆ มีอยู่ทั่วไปทุกหนทุกแห่ง โชคดีที่ยูโรเพียมหนึ่งกิโลกรัมเพียงพอที่จะรองรับการวิเคราะห์ได้ประมาณหนึ่งพันล้านรายการ หลังจากที่รัฐบาลจีนจำกัดการส่งออกแร่หายากเมื่อเร็วๆ นี้ ประเทศอุตสาหกรรมที่ตื่นตระหนกจากการขาดแคลนพื้นที่จัดเก็บธาตุหายากก็ไม่จำเป็นต้องกังวลเกี่ยวกับภัยคุกคามที่คล้ายคลึงกันในการใช้งานดังกล่าว

ยูโรเพียมออกไซด์ถูกใช้เป็นสารเรืองแสงแบบกระตุ้นในระบบการวินิจฉัยทางการแพทย์ด้วยรังสีเอกซ์แบบใหม่ ยูโรเพียมออกไซด์ยังสามารถใช้ในการผลิตเลนส์สีและตัวกรองออปโตอิเล็กทรอนิกส์ สำหรับอุปกรณ์จัดเก็บฟองแม่เหล็ก และในวัสดุควบคุม วัสดุป้องกัน และวัสดุโครงสร้างของเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู เนื่องจากอะตอมของมันสามารถดูดซับนิวตรอนได้มากกว่าธาตุอื่นๆ จึงมักใช้เป็นวัสดุในการดูดซับนิวตรอนในเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู

ในโลกที่ขยายตัวอย่างรวดเร็วในปัจจุบัน การใช้ยูโรเพียมที่เพิ่งค้นพบอาจส่งผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่อการเกษตร นักวิทยาศาสตร์พบว่าพลาสติกที่เจือด้วยยูโรเพียมไดวาเลนต์และทองแดงยูนิวาเลนต์สามารถแปลงส่วนอัลตราไวโอเลตของแสงแดดให้เป็นแสงที่มองเห็นได้อย่างมีประสิทธิภาพ กระบวนการนี้ค่อนข้างเป็นสีเขียว (เป็นสีเสริมของสีแดง) การใช้พลาสติกประเภทนี้เพื่อสร้างเรือนกระจกสามารถช่วยให้พืชดูดซับแสงที่มองเห็นได้มากขึ้น และเพิ่มผลผลิตพืชได้ประมาณ 10%

ยูโรเพียมยังสามารถนำไปใช้กับชิปหน่วยความจำควอนตัม ซึ่งสามารถจัดเก็บข้อมูลได้ครั้งละหลายวันได้อย่างน่าเชื่อถือ สิ่งเหล่านี้สามารถช่วยให้ข้อมูลควอนตัมละเอียดอ่อนถูกจัดเก็บไว้ในอุปกรณ์ที่คล้ายกับฮาร์ดดิสก์และจัดส่งทั่วประเทศ