Europium

L'europium est un élément chimique, de symbole Eu et de numéro atomique 63.

Caractéristiques notables

L'europium est le plus réactif des éléments des terres rares.

• Il s'oxyde rapidement à l'air, pour donner du trioxyde d'europium selon la réaction : 4 Eu + 3 O₂ → 2 Eu₂O₃
• Sa réaction à l'eau est comparable à celle du calcium ₂₀Ca lorsqu'il réagit avec l'eau : 2 Eu + 6 H₂O → 2 Eu(OH)₃ + 3 H₂
• Il est aisément soluble dans l'acide sulfurique :

2 Eu + 3 H₂SO₄ + 18 H₂O → 2 [Eu(H₂O)₉]³⁺ + 3 SO₄²⁻ + 3H₂

• Comme les autres terres rares (à l'exception du lanthane ₅₇La), l'europium brûle dans l'air à environ 150 à 180 °C.
• Il est aussi dur que le plomb et assez ductile.
• Refroidi à 1,8 K et soumis à une pression de 80 GPa, l’europium devient supraconducteur.

Isotopes

L'europium naturel est composé de ¹⁵¹Eu et de ¹⁵³Eu. L'europium 153 étant le plus présent avec une abondance naturelle d'environ 52,2 %.

Applications

Domaine nucléaire

• Comme tous les isotopes des lanthanides pauvres en neutron, l'europium a une bonne capacité à absorber les neutrons. On a aussi étudié son utilisation dans les réacteurs nucléaires. Majoritairement les barres de contrôle des réacteurs nucléaires des sous-marins russes utilisent l'europium. La section efficace est de 2 980 barns et les deux isotopes stables sont capturants.
• L'europium est un produit de fission, dont les rendements de fission sont faibles car les nombres de nucléons sont proches de la limite supérieure des gros fragments de fission. Les isotopes les plus stables formés sont :
  • d'une part l'europium 151 (quasi stable, T = 4,62 × 10⁹ Ga) par décroissance bêta du samarium 151 (période 96,6 ans) qui est un poison neutronique (15 000 barns de section efficace) qui se transforme majoritairement en samarium 152 (stable) dans le cours du fonctionnement du réacteur ;
  • d'une part l'europium 153 (stable) formé par décroissance bêta du samarium 153 (période 46,8 h) ;
  • d'autre part l'europium 155 (période 4,76 an) qui est un poison neutronique qui se retrouve parmi les déchets à vie courte ;
  • d'autre part l'europium 156 (période 15 jours).

Autres domaines

Les applications commerciales de l'europium sont limitées.

• Il est utilisé pour doper certains verres afin de faire des lasers.
• L'europium trivalent en particulier sous forme d'oxyde d'europium(III) Eu₂O₃ est utilisé pour doper les phosphores de tubes cathodiques notamment le vanadate d'yttrium YVO₄ dans des phosphores rouges. L'europium divalent est utilisé dans une autre matrice pour produire des phosphores bleus. Le thiogallate de strontium SrGa₂S₄ dopé par l'europium donne une phosphorescence verte persistant plusieurs secondes. L'aluminate de strontium SrAl₂O₄ dopé par l'europium émet dans le bleu (450 nm) à basse température, et dans le vert (520 nm) à température ambiante et basse température. Des phosphorescences avec des longueurs plus grandes sont possibles au prix du rendement.
• L'europium est utilisé en géochimie, pour retracer l'origine de roches et de minéraux. Il se concentre en particulier, à l'état Eu^II, dans les plagioclases calciques (riches en anorthite), par substitution du calcium. Par exemple, les highlands lunaires (anorthosites) présentent une anomalie positive en europium par rapport aux autres terres rares, alors que les mers lunaires (coulées basaltiques) sont appauvries en cet élément.
• L'europium et ses dérivés peuvent être utilisés pour modifier le déplacement chimique de certains noyaux en RMN (résonance magnétique nucléaire), après fixation sélective sur des atomes de type base de Lewis par exemple. Ceci permet de déterminer des structures moléculaires complexes de produits organiques naturels ou de synthèse.

Histoire

L'europium fut découvert par Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran en 1890, qui obtint une fraction concentrée de samarium-gadolinium possédant des lignes spectrales n'appartenant ni au samarium ni au gadolinum. Toutefois, le crédit de la découverte est généralement attribué au chimiste français Eugène Anatole Demarçay, qui suspecta en 1896 que des échantillons de samarium récemment découverts étaient contaminés par un élément inconnu. Il fut capable d'isoler l'europium en 1901.

Des clathrates d'europium ont été synthétisés dans l'espoir qu'ils aient des propriétés thermoélectriques intéressantes.

Toxicologie, écotoxicologie

Les phénomènes de complexation et de bioaccumulation de l'europium au niveau cellulaire et moléculaire sont longtemps restés inconnus, faute d'études. À l'état trivalent l'europium (en tant qu'analogue des actinides trivalents) et l'uranium(VI) interagissent avec certaines protéines (phytochélatines) connues pour protéger les cellules des effets de l'intrusion dans un organisme végétal de métaux lourds toxiques, et qu'on pensait aussi impliquées dans la séquestration des radionucléides au sein d'organismes vivants. La réactivité de leurs sous-entités constitutives (glycine, acide glutamique, cystéine ; polypeptides (glutathion réduit et oxydé) a aussi été étudiée, de même que la spéciation des contaminants en solution (stœchiométrie) et que les constantes d’équilibre associées à la formation de ces espèces.

Les sous-entités ont montré un pouvoir complexant moyennement élevé vis-à-vis des radionucléides (log ß1,1 de l’ordre de 2 ou de 5, à pH 3 ou 6 respectivement), avec des espèces produites qui sont mononucléaires (une seule molécule de ligand par espèce (1:1)) et des interactions liées aux groupements durs (oxygénés). Mais certaines phytochélatines (PC2 à PC4) complexent plus efficacement l’europium, tant pour des solutions synthétiques imitant le contexte « biologique » (pH neutre et force ionique de 0.1mol/L, etc.), que lors de contaminations cellulaires réelles par différentes quantités d'europium. Les cellules ont significativement capté l'europium.

Gisements

En avril 2018, alors que la Chine et l'Australie sont les premiers producteurs de terres rares, dans la revue Nature des chercheurs japonais estiment que les gisements nouveaux détectés à l'Est du Japon représentent sur 2 500 km² environ 16 millions de tonnes de terres rares, situées dans le sédiment marin, à plus de 5 000 mètres de profondeur ; sur 2 499 km², le fond contiendrait là plus de 16 millions de tonnes d'oxydes de terres rares, soit 620 ans d'approvisionnement mondial d'europium (et aussi 780 ans de réserve d'yttrium, 730 ans pour le dysprosium, 420 ans pour le terbium, selon une publication d'avril 2018 dans Scientific Reports^,.

La Roumanie a des mines de terres rares produisant de l'europium et du dysprosium. Fermées dans les années 1980, on envisage en 2019 de les rouvrir.

Notes et références

Voir aussi

Articles connexes

• Terre rare

Liens externes

• (en) « Technical data for Europium » (consulté le 11 août 2016), avec en sous-pages les données connues pour chaque isotope.

Bibliographie

• Donnot, M., Guigues, J., Lulzac, Y., Magnien, A., Parfenoff, A., & Picot, P. (1973). Un nouveau type de gisement d'europium: la monazite grise à europium en nodules dans les schistes paléozoïques de Bretagne. Mineralium Deposita, 8(1), 7-18.

• Portail de la chimie

1. Isotopes de l'europium
2. Lanthanide
3. Oxyde d'europium
4. Oxyde d'europium(III)
5. L'Affaire Louis' Trio
6. Transfert d'énergie entre molécules fluorescentes
7. Hubert Mounier
8. Liste des éléments chimiques
9. EU
10. 63 (nombre)
11. Barre de contrôle (nucléaire)
12. Chiens de chasse
13. Prométhium
14. Terre rare
15. Métal alcalin
16. Oxyde d'yttrium(III)
17. Élément monoisotopique
18. Liste de composés inorganiques E
19. Yttrium
20. Isotope stable