Légende
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63
Eu
Europium

L’europium est un élément de la famille des terres rares utilisé principalement comme luminophore du fait de ses propriétés optiques exceptionnelles.

Données physico-chimiques

Données atomiques

Numéro atomique Masse atomique Configuration électronique Structure cristalline Rayon atomique
63 152,0 g.mol-1 [Xe] 4f7 6s2 cubique centrée de paramètre a = 0,4582 nm 185 pm

Données physiques

Masse volumique Température de fusion Température d’ébullition Conductibilité électrique Conductibilité thermique Solubilité dans l’eau
5,243 g.cm-3 822°C 1 597°C 1,12.106 S.m-1 13,9 W.m-1.K-1 insoluble

Données chimiques

Électronégativité de Pauling E° : Eu3+ + 3e = Eu(s) E° : Eu3+ + e = Eu2+
1,2 -2,40 V -0,35 V

Données thermodynamiques

Europium cristallisé :

  • Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 9,2 kJ.mol-1
  • Enthalpie molaire standard d’ébullition à la température d’ébullition : 176 kJ.mol-1
Europium gazeux :

  • Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : 364,1 kJ.mol-1
  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 188,8 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 20,8 J.K-1mol-1

Données industrielles

L’Europium est un élément de la famille des terres rares ou lanthanides. Ces éléments possédant des propriétés chimiques très proches sont extrait des mêmes gisements, par les mêmes sociétés et ont des domaines d’application similaires. En conséquence les données industrielles ne sont détaillées que pour la principale utilisation de cet élément dans l’élaboration de luminophores. Les données industrielles sont regroupées avec celles des autres éléments dans le produit terres rares.

Obtention

Toute la difficulté de la séparation, entre-elles, des terres rares réside dans leur similitude de propriétés chimiques. Alors que des terres rares ne possèdent qu’un nombre d’oxydation (III), quelques unes peuvent présenter deux nombres d’oxydation différents III et IV pour Ce, Pr, Tb ou II et III pour Eu, Sm et Yb. Pour le cérium et l’europium, cela est exploité pour leur récupération, à partir d’un mélange de terres rares en solution.

  • Procédé utilisé à Mountain Pass :
    Le cérium est oxydé de CeIII en CeIV à l’air à chaud, ou en solution, à l’aide de peroxyde d’hydrogène à pH 4, puis précipité sélectivement en oxyde de cérium hydraté (CeO2,2H2O).
    L’europium est réduit de EuIII en EuII par un amalgame de zinc ou par électrolyse puis est précipité sélectivement sous forme de sulfate.
    Jusqu’en 1981, la société américaine Molycorp ne retirait du minerai de bastnaésite de Mountain Pass que ces deux terres rares.
  • Procédé Rhône-Poulenc utilisé par Solvay à La Rochelle : c’est un procédé de séparation continu par extraction liquide-liquide à l’aide de solvants.
    Le lanthane (à 99,995 % de pureté) est extrait, puis le cérium (à 99,5 %), le didyme (alliage Nd-Pr séparé ensuite en Pr à 98 % et Nd à 95 %), le samarium/europium (séparé ensuite en Sm à 98 % et Eu à 99,99 %), le gadolinium/terbium (séparé ensuite en Gd à 99,99 % et Tb à 99,9 %), et l’ensemble des autres terres rares, l’yttrium étant obtenu, en fin d’extraction, à 99,99 %.
    Lors des diverses extractions, réalisées en milieu nitrique, de nombreux types de solvants sont employés : acide di(2-ethylhexyl)phosphorique, tri(n-butyl)phosphate, sels d’ammonium quaternaire, acides carboxyliques… Dans l’usine de La Rochelle, plus de 1 100 étages de mélangeurs-décanteurs sont utilisés.

Utilisation

Applications liées aux propriétés optiques

Les propriétés remarquables des terres rares dans ce domaine sont liées à leur configuration électronique. Les niveaux électroniques 5p et 5s, saturés, font écran au niveau 4f, comme une cage de Faraday, ce qui explique la quasi-insensibilité du niveau 4f aux effets du champ cristallin. En conséquence, les transitions électroniques, f–>f, se produisent entre niveaux discrets, comme dans l’ion libre (l’élargissement des niveaux par effet du champ cristallin disparaît), et les absorptions ou émissions de lumière sont quasi monochromatiques.

Les terres rares sont utilisées comme luminophores, substances qui, sous l’effet d’une excitation extérieure, émettent de la lumière (phénomène de luminescence). On peut considérer qu’il existe toujours une terre rare qui réponde à un problème de luminescence donné et, en particulier, tout le spectre visible peut être couvert. L’europium est, en particulier, utilisé dans la protection des billets de banque.

Catholuminescence : dans les téléviseurs LCD et plasma, les couleurs sont obtenues à l’aide de terres rares. Pour la couleur rouge, de l’europium trivalent, qui émet à 612 nm, est dilué dans une matrice d’oxyde ou oxysulfure d’yttrium (Y2O2S), qui n’a pas de propriété de luminescence propre ou de borate d’yttrium et gadolinium (Y0,65Gd0,35)BO3. Le bleu est obtenu à l’aide d’europium (II) dans une matrice d’aluminate BaMgAl10O17, le vert par le terbium (III) dans une matrice YGdBO3.

Radioluminescence : dans le domaine des rayonnements de hautes énergies (rayons X, gamma, particules alpha, bêta, neutrons…), dans un but de radiographie ou de dosimétrie. En particulier, en radiographie médicale, les terres rares sont utilisées dans les écrans renforçateurs de rayons X, à la place du tungstate de calcium (CaWO4), ce qui a permis de réduire considérablement, pour les patients, les doses d’irradiation. Le film photosensible est, en sandwich, entre 2 écrans luminescents, dans lesquels sont dispersés des luminophores à base de terres rares (Tb3+ dans Gd2O2S, Tm3+ dans LaOBr, Nb3+ ou Tm3+ dans YTaO4). Le rayonnement X est transformé en rayonnements bleu ou vert pour lesquels les émulsions photographiques sont nettement plus sensibles.

Photostockage : l’europium, dans une matrice de carbonate de strontium et d’oxyde métallique, permet à la poudre ainsi fabriquée d’émettre une lumière visible pendant plus de 10 heures après une irradiation de 10 minutes. Mélangée à de l’encre, de la peinture, des plastiques, elle remplace le prométhium, radioactif.

Fluorescence : les lampes fluorescentes, renferment, en fonctionnement, de la vapeur de mercure à basse pression qui permet d’exciter le revêtement luminophore qui contient pour les lampes fluo-compactes, en masse, 69,2 % d’oxyde d’yttrium, 11 % d’oxyde de cérium, 8,5 % d’oxyde de lanthane, 4,9 % d’oxyde d’europium, 4,6 % d’oxyde de terbium. Les lampes trichromatiques utilisées dans l’éclairage familial font intervenir :

  • pour le bleu, à 450 nm : la transition 4f–>5d de Eu2+ dans BaMgAl10O17.
  • pour le vert, à 540 nm : des transferts d’énergie de Ce3+ à Tb3+ dans (Ce,Tb)MgAl11O19.
  • pour le rouge, à 610 nm : la transition f–>f de Eu3+ dans Y2O3.

Dans le cas des lampes à vapeur de mercure à haute pression, qui n’émettent pas dans le rouge, un dépôt interne de luminophore Eu3+ dans du vanadate d’yttrium (YVO4), est excité par la partie UV du spectre de décharge du mercure (entre 220 et 310 nm) et émet dans le rouge à 620 et 700 nm. Les grains de luminophore ont environ 5 µm de diamètre.