Europio: estructura, propiedades, obtención, usos
El europio es un elemento químico perteneciente a las tierras raras, representado por el símbolo químico Eu, y cuyo nombre se debe, evidentemente, al continente europeo. Se trata del más reactivo de los metales de las tierras raras, comparándose al litio, el calcio y el bario, razón por la cual su difusión mineralógica es muy dispersa.
Es uno de los metales más raros y costosos, debido a todos los procedimientos que deben hacerse para extraerse libre de impurezas. Físicamente muestra un brillo dorado grisáceo, causado por su rápida oxidación apenas se expone al aire. Por lo tanto, raras veces resulta posible almacenarlo con su auténtico color plateado.
El europio es tan reactivo que debe almacenarse en ampollas o recipientes sellados bajo atmósferas inertes de argón. Incluso sumergido en aceite mineral se oxida por el poco oxígeno disuelto.
Una característica sobresaliente del europio es su luminiscencia, observada especialmente en sus compuestos con número de oxidación +3, como el Eu2O3, que es un fósforo rojo aplicado en infinidades de dispositivos electrónicos, y también sobre los billetes de euros para impedir sus falsificaciones.
Índice del artículo
- 1 Descubrimiento del europio
- 2 Estructura química del europio
- 3 Configuración electrónica
- 4 Propiedades del europio
- 5 Obtención
- 6 Usos/aplicaciones
- 7 Referencias
El descubrimiento del europio se gestó por partes, a lo largo del siglo XIX, y en diferentes países (Suecia, Alemania y Suiza) del continente europeo. Los iones de europio fueron difíciles de identificar debido a que sus espectros de absorción se mezclaban con el de otros metales de las tierras raras, tales como el cerio, el gadolinio y el lantano, así como el samario.
Por lo tanto, la identificación y el aislamiento de todos aquellos metales arrastraron el europio como una impureza sin caracterizar. Por ejemplo, el aislamiento de una muestra pura de cerio, en 1839 por Carl Gustav Mosander, tuvo como producto el reconocimiento de otros nuevos elementos: lantano y didimio.
Mientras se estudiaba el didimio y se llegaba a la conclusión de que consistía realmente de una mezcla de otros elementos (praseodimio y neodimio), apareció el samario, encontrado en 1879 por Paul Èmile Lecoq.
Más tarde, en 1886, el químico suizo Jean Charles Galissard purificó muestras de samario encontrando el gadolinio. Lecoq para 1892 ya había estudiado los espectros del gadolinio y el de otro nuevo elemento.
Quince años más tarde, en 1901, el químico francés Eugène Anatole Demarcay aisló finalmente este nuevo elemento y lo bautizó como europio, en honor a Europa.
Los átomos de europio se mantienen unidos gracias al enlace metálico, participando en él los electrones de sus orbitales 4f y 6s. Como resultado de sus características electrónicas, radios atómicos, y el modo de su empaquetamiento, el europio termina adoptando una estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo (bcc), siendo una de las menos densas.
No hay fuentes bibliográficas que mencionen otro polimorfo para el europio, aparte de dicha fase bcc, dentro de otros rangos de temperatura; pero sí bajo diferentes presiones.
Por ejemplo, el europio sometido a una presión cercana a los 18 GPa adopta una estructura hexagonal compacta, para luego finalmente transformarse a una fase monoclínica a presiones superiores de los 31.5 GPa.
La configuración electrónica abreviada del europio es:
[Xe]6s24f7
Al estar en la posición o grupo 7 de la serie lantánida, posee siete electrones ocupando sus orbitales 4f; y por lo tanto, no corresponde a ninguna de las desviaciones que encontramos en las configuraciones electrónicas para los elementos de la tabla periódica.
Metal blanco plateado, de dureza blanda similar a la del plomo, y que se torna dorado cuando se expone al aire, recubriéndose de una capa de óxido y carbonato.
63
151.96 g/mol
826 ºC
1529 ºC
Sólido: 5.264 g/cm3
En el punto de fusión: 5.13 g/cm3
Los principales estados de oxidación del europio son +2 (Eu2+) y +3 (Eu3+), siendo el +1 (Eu+) el menos común de los tres.
-Primera: 547.1 kJ/mol (Eu+ gaseoso)
-Segunda: 1085 kJ/mol (Eu2+ gaseoso)
-Tercera: 2404 kJ/mol (Eu3+ gaseoso)
1.2 en la escala de Pauling.
Paramagnético
La reactividad del europio es comparable a la del litio y, por lo tanto, se trata del metal más reactivo de las tierras raras. Por ejemplo, reacciona rápidamente con el agua para formar su hidróxido correspondiente, Eu(OH)3, de color amarillo, el cual a diferencia de los hidróxidos alcalinos es insoluble en agua:
2 Eu + 6 H2O → 2 Eu(OH)3 + 3 H2
Asimismo, cuando arde en un mechero se oxida a Eu2O3 y despide una llama rojiza, que recuerda a la del litio:
4 Eu + 3 O2 → 2 Eu2O3
El europio es capaz de formar muchos compuestos con el estado de oxidación de +2, debido a que posee sus orbitales f medio llenos (4f7), lo cual le confiere a su átomo una inusual estabilidad electrónica.
El catión Eu2+ presenta un comportamiento químico parecido al del Ba2+, pero a diferencia de este último, actúa como un agente reductor moderadamente fuerte, oxidándose a Eu3+.
El europio se encuentra presente en minerales de tierras raras como la bastnasita y la monazita. Sin embargo, debido a que guarda cierta similitud con los metales alcalinos y alcalinotérreos respecto a su reactividad, sus iones están muy dispersos en la corteza terrestre junto a minerales de calcio u otros metales, por lo que no hay mineral por sí solo que sea rico en europio. Es por eso que su obtención resulta muy costosa.
Los iones Eu3+ forman parte de muchos óxidos y fosfatos de tierras raras. Por lo tanto, el primer paso es separarlos de los otros metales presentes. Para ello, se procesan los minerales, especialmente la bastnasita; se tuestan, disuelven en ácidos o bases fuertes, y se someten precipitaciones fraccionadas mediante el uso de diversos reactivos. Igualmente se recurre a la cromatografía de intercambio iónico para separar los Eu3+.
A medida que el mineral es procesado, se va obteniendo un concentrado de iones Eu3+, los cuales pueden reducirse utilizando zinc metálico o una amalgama del mismo, de manera que se reduzcan a Eu2+. Luego, el Eu2+ se coprecipita sobre el carbonato o sulfato de bario.
Este precipitado se tuesta y se somete a una separación para obtener el óxido Eu2O3, el cual se reduce con lantano en un crisol de tantalio, para finalmente destilarse y condensarse el europio metálico.
Otro método para obtener el europio es realizando una electrólisis de una mezcla de EuCl3 y NaCl o CaCl2 fundidos. Así, se produce gas cloro en el ánodo, mientras que el europio metálico se forma en el cátodo.
El europio en su forma metálica carece de usos rutinarios. Sin embargo, sus compuestos son otra historia, en especial su óxido Eu2O3, cuya fosforescencia lo ha hecho un componente indispensable de las pantallas en los dispositivos, monitores y televisores. Esto se debe a que es un fósforo rojo, emitiendo una luz roja característica.
La fosforescencia rojiza el europio (III) también se utiliza para evitar que los billetes de euros sean falsificados, iluminándose con luz UV para confirmar su legitimidad.
Por otro lado, cuando se mezcla con compuestos de europio (II), que son fósforos azulados, se obtiene una luz blanca, muy recurrente en los vidrios de las lámparas fluorescentes.
El europio se adiciona en pequeñas cantidades al aluminato de estroncio para preparar fósforos de distintos colores, los cuales destacan por tener una fosforescencia de larga duración.
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