铕是最稀有的稀土元素之一,在地球上的含量仅为1.1 ppm。它是一种柔软、有光泽的钢灰色金属,具备很强的延展性和可锻性,能够加工成多种形状。虽然它的外观与铅相似,但稍微重一些。铕是所有稀土元素中化学活性最强的一种。
铕共有45种同位素,其中两种被认为是稳定的:Eu-151(占比47.81%)和Eu-153(占比52.19%)。其他53种同位素都是放射性的,主要是通过电子捕获人工合成的。
物理性质与除镧以外的其他稀土金属一样,铕在150至180°C的空气中会燃烧。它和铅一样坚硬且韧性高,但化学活性最强。变质岩和独居岩是含铕的主要矿石。已知铕的存在于太阳和某些恒星的光谱中。
来源作为所有稀土元素中的第13丰富元素,地球上存在的铕比所有的金银矿床还要多。与其他许多稀土一样,铕存在于印度和巴西的河沙及佛罗里达海滩沙中,并在独居石、氟铈矿、硅铈石和褐帘石等矿床中发现。
分离铕是一项挑战,通常需要使用离子交换法从独居石砂中提取。
用途吸收紫外线对铕原子的激发可导致能级跃迁并产生可见辐射,使它成为某些类型玻璃掺杂剂的理想选择。氧化铕(Eu2O3)广泛用作电视机和荧光灯中的红色荧光粉以及yttrium基荧光粉的活化剂。
在节能荧光灯照明中,铕不仅提供必要的红色光源,还贡献了蓝色部分。一些商用的蓝色荧光粉是基于铕,并用于彩电、电脑屏幕和荧光灯。其发光特性也在医学、外科手术及生物化学领域有着应用价值。
此外,铕可用于捕获热中子,在原子能发电站作为核控制棒使用。天然铀同位素混合物中的铕同位素含量约为4600谷仓。铕的盐类还用于彩电阴极射线管涂层以及有机衍生物在核磁共振波谱的应用。
制备铕通常与其他稀土元素一起出现,因此需要一并开采和分离。含可开采量的稀土元素的矿石包括氟碳铈矿、铈铌钙钛矿、磷钇矿及独居石等。前两种为正磷酸盐矿物LnPO4(Ln代表除钷以外的所有镧系元素),磷钇矿是氟碳酸盐矿物LnCO3F。
独居石中含有钍和钇,而钍及其衰变产物具有放射性,使处理过程更为复杂。提取和分离各种镧系元素的方法有几种,需根据矿物成分和浓度及每种镧系元素在浓缩物中的分布选择合适的方法。
矿石首先经过烘烤再经酸碱来回浸溶形成镧系元素的混合浓缩物。如果铈占多数,则可将铈(III)转化为铈(IV),从而沉淀出来。利用溶剂萃取或离子交换层析法能够增加铕在混合物中的比例。用锌、锌汞齐及电离等方法可以将铕(III)还原为铕(II),后者化学性质类似碱土金属,可以碳酸盐形态沉淀或与硫酸钡共沉淀。
制备金属铕时,可以将氧化铕(Eu2O3)与10%过量的镧金属混合,在高真空下于钽坩埚中加热。这种方法通过氧化物的镧还原-蒸馏法制取金属铕,利用铕和镧的蒸气压差异来促使反应进行完全。
在613℃时,铕的蒸气压为1.33Pa;837℃时,为133.32Pa。 在1754℃时,镧的蒸气压为1.33Pa;2217℃时,为133.32Pa。
因此,在1600℃下通过氧化物的镧还原-蒸馏法制取金属铕反应: [ 2 \text{La(l)} + \text{Eu}_2\text{O}_3(\text{s}) \rightarrow \text{La}_2\text{O}_3(\text{s}) + 2 \text{Eu(g)} ]
此反应产生的Eu可通过挥发从反应器中移除,促进反应完全进行。