Металлический европий ЕвМ-1

Европий (символ Eu, порядковый номер 63) — наиболее химически активный из всех лантанидов. Чистый металл имеет серебристо-белый цвет, мягкий, режется ножом, по твёрдости близок к свинцу. На воздухе быстро окисляется с образованием тёмной оксидной плёнки, а при нагреве выше 150–180 °C воспламеняется с образованием Eu₂O₃. Реакционная активность европия с водой сопоставима с кальцием. Из-за высокой активности металл хранят в запаянных металлических контейнерах. Работа в камере с аргоновой атмосферой снижает окисление, однако при наличии примесей азота в аргоне поверхность металла покрывается нитридной плёнкой. Для полноценной защиты требуется аргон высокой чистоты без следов азота.

Физические свойства металлического европия

Европий — наименее плотный из всех лантанидов. Среди редкоземельных металлов он выделяется тем, что в металлическом состоянии устойчиво находится в двухвалентном состоянии Eu²⁺, тогда как большинство лантанидов трёхвалентны. Под давлением переходит в трёхвалентное состояние Eu³⁺, при этом проявляет сверхпроводящие свойства (ниже 1,8 К и выше 80 ГПа). Сверхпроводимость европия — предмет научных исследований, промышленного применения в этом качестве металл не имеет.

Производство: лантанотермический метод

В промышленности металлический европий получают преимущественно лантанотермическим методом: оксид европия Eu₂O₃ восстанавливают металлическим лантаном в вакууме с одновременной дистилляцией образующегося европия. Метод обеспечивает высокую чистоту продукта, поскольку европий имеет существенно более низкую температуру кипения по сравнению с другими лантанидами, что позволяет эффективно разделять его вакуумной дистилляцией. Именно этот метод производства является основным для продукции, соответствующей маркам ЕвМ-1–ЕвМ-3.

Марки и нормативная документация

Металлический европий в России производится и поставляется по ТУ 48-4-217-72 (РЭТТ620-60). Стандарт предусматривает три марки с убывающей степенью чистоты: ЕвМ-1, ЕвМ-2, ЕвМ-3. Контроль чистоты и определение примесного состава проводятся по ГОСТ 23862.3-79 (методы спектрального анализа редкоземельных металлов и их оксидов).

Основная коммерческая марка — ЕвМ-1 с наибольшей чистотой по основному веществу. Марки ЕвМ-2 и ЕвМ-3 применяются там, где допускаются более высокие уровни примесей и не предъявляются требования высокой оптической или ядерной чистоты.

Применение металлического европия

Люминофоры: ЭЛТ-дисплеи и люминесцентные лампы

Главное промышленное применение европия — активация красных люминофоров на основе оксида иттрия (Y₂O₃:Eu³⁺). Ион Eu³⁺ обеспечивает интенсивное красное свечение при электронном возбуждении. Эти люминофоры использовались в цветных телевизорах с кинескопами (ЭЛТ) и в трёхполосных люминесцентных лампах. Ион Eu²⁺, в отличие от Eu³⁺, активирует голубые и синие люминофоры. Потребность в Eu-люминофорах для ЭЛТ снизилась с уходом этой технологии с рынка, однако запрос сохраняется в производстве светотехники и специальных источников света. Смежное по типу применение — тербий кальциетермический ТбМ-1, который активирует зелёные люминофоры для ламп и дисплеев.

Ядерная энергетика

Изотопы европия — Eu-151 и Eu-153 — имеют большое сечение поглощения тепловых нейтронов. Соединения европия применяются в управляющих и поглощающих элементах ядерных реакторов. Это одно из немногих прямых применений самого металла (или его оксида) в энергетике, не связанных с фосфоресценцией.

Лазерные стёкла и кристаллы

Европий используется как активирующая примесь (допант) в оптических стёклах и кристаллах для лазеров и оптоэлектронных приборов. Eu-легированные материалы применяются в лазерной технике, где требуется излучение в красном диапазоне. Сходное применение — в специальных стёклах для волоконной оптики и оптических усилителей.

Микроэлектроника: тонкоплёночные покрытия

Европий и его соединения используются в микроэлектронике при осаждении тонких плёнок методами химического (CVD) и физического (PVD) осаждения из паровой фазы. Это применение востребовано в научно-исследовательских разработках и производстве специализированных компонентов.

Защита банкнот от подделки

Eu-содержащие люминофоры включаются в состав специальных красок и покрытий при печати банкнот (в том числе евро). Под ультрафиолетовым освещением такие участки дают характерное красное свечение, которое отсутствует на поддельных купюрах. Это применение европия в сфере защиты ценных бумаг является устойчивым промышленным рынком.

Формы поставки

Металлический европий поставляется в виде слитков, кусков или гранул в запаянных металлических контейнерах (ампулах) под инертной атмосферой. Каждая партия сопровождается сертификатом химического анализа с данными по примесному составу согласно ГОСТ 23862.3-79. Европий — один из немногих редкоземельных металлов, хранение и транспортировка которого требуют строгого соблюдения условий герметичности: разгерметизация упаковки без принятия мер защиты от контакта с воздухом и влагой ведёт к быстрой деградации металла. С другими редкоземельными металлами для лазерных и люминесцентных применений можно ознакомиться на странице тулий ТуМ-1.