Соединения европия включают в себя неорганические и органические соединения, образованные металлом семейства «лантаноиды» — европием (хим. формула — Eu).
В данных соединениях европий имеет степень окисления +3 (например, хлорид европия(III) или нитрат европия(III)). Известны также соединения со степенью окисления европия +2, при этом ион Eu+2 является наиболее стабильным двухвалентным ионом лантаноидов в водном растворе. Многие соединения европия флуоресценируют под воздействием ультрафиолетового излучения в результате возбуждения электронов и их перехода на более высокие энергетические уровни.
Свойства соединений европия Формула Цвет Кристаллическаяструктура Кристаллографическаягруппа No EuBr белый SrBr P4/n 85 EuBr серый PuBr Cmcm 63 EuCl белый PbCl Pnma 62 EuCl жёлтый UCl P6/m 176 EuF тёмно-жёлтый флюорит Fmm 225 EuF белый LaF Pnma 62 EuI жёлтый моноклинная P21/c 14 EuI бесцветный BiI R 148 EuH тёмно-красный PbCl Pnma 62 Eu(OH) бледно-жёлтый орторомбическая P21am 26 Eu(OH) бледно-розовый《无机化学丛书》. 第七卷 钪 稀土元素. 易宪武 等主编. 科学出版社. P168~171. (2)氢氧化物 гексагональная P6/m 176 EuO фиолетовый флюорит Fmm 225 EuO белый моноклинная C2/m 12 EuS чёрный флюорит Fmm 225 EuSe 225 EuTe 225 EuSO4 белый орторомбическая Pnma 62
Неорганические соединения европия
Халькогениды
Оксиды Оксид европия(II) получают восстановлением оксида европия(III) металлическим европием при высоких температурах. Он имеет структуру каменной соли, представляет собой твёрдое вещество насыщенного красного цвета и является ферромагнетиком при температуре −196 °C. Он также может выступить материалом для адиабатического размагничивания (ΔSmag = −143 мг/см3 K). Сульфид европия(II) также ферромагнитен, при этом теллурид европия(II) — антиферромагнитен. Оксид европия(II,III) получают восстановлением оксида европия(III) восстановителями в атмосфере водорода:
2Eu2O3 + 2EuOCl + 2LiH -> 2Eu3O4 + 2LiCl + H2 ^
Оксид европия(III) — наиболее стабильный оксид европия, светло-розовое твёрдое вещество с высокой температурой плавления, которое можно получить путём термического разложения нитрата европия(III). Он реагирует с водой, образуя EuOOH. При реакции растворимых солей европия с аммиаком или гидроксидом натрия может выпасть гидроксид европия(III), но в присутствии полигидроксильных соединений (например, глюкозы) осаждение происходит не полностью. Комплексы Eu(HO) и Eu(HO) могут быть получены в результате взаимодействия металлического европия с водой в твёрдом аргоне. Eu(HO) перестраивается в HEuOH, который в дальнейшем разлагается на EuO и H; Eu(HO) разлагается на Eu(OH) и H.
Другие халькогениды Сульфид европия(III) может быть получен путём разложения Eu(EtNCS) при температуре 500—600 °C. Сульфид европия(III) также может быть получен разложением тиоцианата европия — Eu(NCS); две его кристаллические формы, α-тип и γ-тип, относятся к орторомбической и кубической кристаллическим сингониям соответственно. Сульфид европия(II) получают сульфированием оксида европия(III) при температурах, достаточно высоких для его разложения (~500 °C):
2Eu2O3 + 3H2S ->[t] Eu2S3 + 3H2O
Также известны селениды — селенид европия(II) и , и теллуриды — теллурид европия(II) и теллурид европия(III). Как правило, их получают путём реакции европия с селеном (при 800 °C) или теллуром (при 500—1000 °C) в вакуумной камере при высоких температурах:
Eu + Se ->[t] EuSe
Eu + Te ->[t] EuTe
Селенид европия(II) также может быть получен путём нагревания оксалата европия(II) с избытком селена в токе водорода (при 800 °C):
EuC2O4 + Se + H2 ->[t] EuSe + H2O + CO2 ^ + CO ^
Оксисульфид европия получают в результате реакции оксида европия(III) с сероуглеродом / аргоном / кислородом низкого давления. Он представляет собой твёрдое вещество триклинной кристаллической сингонии с пространственной группой Pm1 и оптической щелью в 4,4 эВ. Оксиселенид европия и оксителлурид европия получают реакцией оксида европия(III) с селеном или теллуром при 600 °C. Оксиселенид нагревают на воздухе и окисляют до оксиселенита. Аналогичная реакция происходит с оксителлуридом и даёт EuTeO6.
Галогениды
Eвропий реагирует со всеми галогенами (X = F, Cl, Br, I):
2Eu + 3X2 -> 2EuX3
Данный способ позволяет получить белый фторид европия(III) (EuF), жёлтый хлорид европия(III) (EuCl), серый бромид европия(III) (EuBr) и бесцветный иодид европия(III) (EuI).
Европий также образует соответствующие дигалогениды: жёлто-зелёный фторид европия(II) (EuF), бесцветный хлорид европия(II) (EuCl), бесцветный бромид европия(II) (EuBr) и зелёный иодид европия(II) (EuI).
Европий образовывает все четыре тригалогенида. Они являются сильными электролитами, и все они, кроме фторида, растворимы в воде. Безводные тригалогениды европия получают с помощью реакции оксидов или гидратов галогенидов:
Eu2O3 + 6 NH4Cl -> 2 EuCl3 + 3 H2O + 6 NH3 ^
EuCl3*6H2O + 6 SOCl2 -> EuCl3 + 6 SO2 ^ + 12 HCl ^
Среди них иодид европия(III) может быть получен только в результате реакции оксида европия(III) и иодистоводородной кислоты.
Кроме того, европий образовывает все четыре дигалогенида. Обычно их получают путём восстановления соответствующего тригалогенида европия газообразным водородом или европием:
2EuX3 + H2 -> 2EuX2 + 2HX
Иодид европия(II) также может быть получен прямой обработкой европия иодидом аммония:
Eu + 2NH4I -> EuI2 + 2NH3 + H2
Среди дигалогенидов EuF и EuI имеют жёлтый цвет, а EuCl и EuBr — белый, при этом EuCl обладает ярко-синей флуоресценцией при ультрафиолетовом облучении.
Пниктиды Нитрид европия(III) — это чёрное твёрдое вещество, которое может быть получено реакцией металлического европия в потоке аммиака в корундовых лодочках в трубках из плавленого кварца при температуре 700 °C:
2Eu + 2NH3 ->[t] 2EuN + 3H2
В данной реакции европий окисляется, а водород в аммиаке восстанавливается. Нитрид европия(III) проявляет и кристаллизуется в структуре каменной соли. Тонкие плёнки редкоземельных нитридов, в том числе нитрида европия(III), склонны к образованию оксидов в присутствии кислорода. Фосфид европия(III) получают из реакции раствора металлического европия в жидком аммиаке с фосфином при температуре −78 °C. При этом выделяется водород и вначале образуется Eu(PH), но затем он разлагается на EuP и PH. Кристаллизуется кубически, как хлорид натрия. Чистый фосфид европия(III) также демонстрирует парамагнетизм Ван Влека. Диарсенид европия(II) (EuAs), уникален тем, что содержит ион As2−2 вместо иона As3-, в отличие от других арсенидов лантаноидов. Он кристаллизуется в искажённой структуре пероксида натрия, подобно арсениду никеля, и получается в результате реакции европия и мышьяка при температуре 600 °C. Известны также другие арсениды, антимониды и висмутиды европия.
Органические соединения европия Европийорганические соединения — класс органических соединений металлов, содержащих связи Eu–C. европия были получены реакцией циклопентадиенилнатрия и безводного галогенида европия в тетрагидрофуране:
EuCl3 + 3C5H5Na -> (C5H5)3Eu + 3NaCl .
Бис(тетраизопропилоцен) европия — оранжево-красное твёрдое вещество c температурой плавления 165 °C. Комплекс и европия(II), который может быть приготовлен аналогичным способом, в толуольном растворе флуоресцирует сине-зелёным цветом при 516 нм с явным синим смещением по сравнению с другими органическими комплексами европия(II) с длиной волны при флуоресценции около 630 нм) :
EuI2 + 2 (C5HPr4)Na -> (C5HPr4)2Eu + 2NaI .
Помимо получения европийорганических соединений по реакции ионного обмена, металлический европий также может непосредственно участвовать в других реакциях, например, взаимодействие европия с приводит к образованию светло-оранжевого бис(пентаметилциклопентадиена) европия, а реакция между циклооктатетраеном и европием даёт бледно-зелёный циклооктатетраен европия.
Другие соединения
Сульфат европия(II) — сульфат двухвалентного европия, который получают электролизом раствора сульфата европия с ртутью в качестве катода или восстановлением хлорида европия(III) амальгамой цинка, а затем реакцией с серной кислотой. Он реагирует с карбонатом натрия или оксалатом аммония (насыщенным раствором) с получением карбоната европия(II) и оксалата европия(II), соответственно:
EuSO4 + Na2CO3 + xH2O -> EuCO3*xH2O + Na2SO4 ,
EuSO4 + (NH4)2C2O4 + H2O -> EuC2O4*H2O + (NH4)2SO4 .
Сульфат европия(III) может быть непосредственно получен реакцией оксида европия(III) с разбавленной серной кислотой в виде гидрата, дегидратация которого позволяет получить безводную форму. Сульфат европия(III) растворим в воде, растворимость его октагидрата составляет 2,56 г при 20 °C. Известны кристаллогидраты сульфита европия(III) (Eu(SO) · nHO，n = 0, 3, 6) и его осно́вной соли (EuOHSO · 4HO); при нагревании сульфита в атмосфере монооксида углерода сначала происходит его дегидратация с получением безводной формы, далее стадии образования EuOSO, и в заключении образуется оксисульфид EuOS.
Гидроксид европия(II) получают при реакции металлического европия с концентрированным раствором гидроксида натрия в инертной среде:
Eu + H2O ->[NaOH] Eu(OH)2*H2O v + H2
Гидроксид европия(II) принадлежит к орторомбической кристаллической сингонии. Он разлагается с образованием гидроксида европия(III), бледно-розового твёрдого вещества, которое реагирует с кислотами, образуя соли европия(III):
2Eu(OH)2*H2O -> 2Eu(OH)3 + H2 ^
Гидроксид европия(III) можно получить реакцией европия с водой или реакцией нитрата европия(III) с гексаметилентетрамином при 95 °C или с гидроксидом аммония. Нитрат европия(III) также получают с использованием реакции оксида европия(III) с азотной кислотой и дальнейшей кристаллизации; полученные кристаллы сушат над 45—55 % серной кислотой, что приводит к получению гексагидрата.
Безводная форма гидроксида европия(III) может быть получена реакцией оксида европия и тетраоксида диазота, а при этом нагревании гидрата позволяет получить только основную соль EuONO. Фосфат европия(III) получают реакцией хлорида европия(III) и гидрофосфата аммония (или оксида европия(III) и 5 М фосфорной кислоты) в результате которой моногидрат EuPO4 выпадает из раствора в виде белого осадка. EuPO4· HO с гексагональной сингонией теряет воду при 600–800 °C и превращается в моноклинный безводный фосфат европия(III). Оксид европия(III) реагирует с оксидом мышьяка(V) с получением , который представляет собой бесцветные кристаллы со структурой ксенотима.
Применение Соединения Eu при возбуждении могут излучать красный свет. Например, оксид европия(III) используется в телевизионных трубках, а легированный европием оксисульфид иттрия (YOS:Eu) — в качестве люминофора. Кроме того, чернила, содержащие комплексные соединения европия(III), бесцветные в видимом свете, но флуоресцирующие красным цветом под действием ультрафиолета, могут применяться для скрытой маркировки товаров с целью борьбы с различного вида подделками.
Тонкие слои оксида европия(II), нанесённые на кремний, изучаются на предмет их использования в качестве спиновых фильтров. Материалы спиновых фильтров пропускают только электроны определённого спина, блокируя электроны противоположного спина. Интерес к синтезу оксида европия(II), а также сульфида европия(II) обусловлен потенциалом их применения в качестве материалов окон лазеров, изолирующих ферромагнитов, ферромагнитных полупроводников, а также магнитостойких, оптомагнитных и люминесцентных материалов. Сульфид европия(II) использовался в эксперименте, в котором были получены доказательства существования фермионов Майораны, имеющих отношение к квантовым вычислениям и производству кубитов.