Europium ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Eu und der Ordnungszahl 63. Im Periodensystem steht es in der Gruppe der Lanthanoide und zählt damit auch zu den Metallen der Seltenen Erden. Nur Europium und Americium sind nach einem Kontinent benannte Elemente.
Wie die anderen Lanthanoide ist Europium ein silberglänzendes Schwermetall. Die Eigenschaften des Europiums folgen nicht der Lanthanoidenkontraktion. Aufgrund seiner Elektronenkonfiguration weist das Element eine deutlich geringere Dichte sowie einen niedrigeren Schmelz- und Siedepunkt auf als die benachbarten Elemente. Es ist das chemisch reaktivste Seltenerdmetall. Nach ersten Hinweisen auf das Element durch William Crookes und Paul Émile Lecoq de Boisbaudran konnte 1896 Eugène-Anatole Demarçay das Element zunächst spektroskopisch nachweisen und dann isolieren.
Europium hat eine hohe technische Bedeutung in Leuchtstoffen, wie sie etwa in Kathodenstrahlröhrenbildschirmen, welche früher für Computermonitore und Fernseher verwendet wurden, in Leuchtstofflampen sowie in Plasmabildschirmen eingesetzt werden. Sowohl der rote als auch der blaue Leuchtstoff in diesen Bildschirmen und Leuchtmitteln sind Substanzen, die mit Europium dotiert sind und dadurch Fluoreszenz in dem entsprechenden Spektralbereich zeigen.
Geschichte Einen ersten Hinweis auf das später Europium genannte Element fand 1885 William Crookes. Bei der Untersuchung von Fluoreszenzspektren von Samarium-Yttrium-Mischungen konnte er Signale einer ungewöhnlichen orangefarbenen Spektrallinie messen, die in Mischungen der Elemente stärker war als in den reinen Stoffen. Diese auf ein unbekanntes Element hindeutende Spektrallinie nannte er „anormale Linie“, das hypothetische Element Sδ.William Crookes: On Radiant Matter Spectroscopy. Part II. Samarium. In: Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Band 176, 1885, S. 691–723, doi:10.1098/rstl.1885.0014. Eine weitere Entdeckung auf dem Weg zum unbekannten Element machte 1892 Paul Émile Lecoq de Boisbaudran, als er im Funkenspektrum von Samarium neben der anormalen Linie Crookes auch drei bislang unbekannte blaue Spektrallinien entdeckte.Paul Émile Lecoq de Boisbaudran: Recherches sur le samarium. In: Comptes rendus. Band 114, 1892, S. 575–577 (). 1896 postulierte Eugène-Anatole Demarçay anhand von Ultraviolett-Spektren die Existenz eines bislang unbekannten Elements zwischen Samarium und Gadolinium,Eugène-Anatole Demarçay: Sur un nouvel élément contenu, dans les terres rares voisines du samarium. In: Comptes rendus. Band 122, 1896, S. 728–730 (). wobei er im Jahr 1900 erkannte, dass dieses Element gleich dem von Crookes und Boisbaudran vermuteten sein muss. 1901 gelang es Demarçay, dieses durch fraktionierte Kristallisation der Samarium/Europium-Magnesium-Nitrat-Doppelsalze zu isolieren. Er nannte das Element nach dem Kontinent Europa Europium.Eugène-Anatole Demarçay: Sur un nouvel élément, europium. In: Comptes rendus. Band 132, 1901, S. 1484–1486 ().William Crookes: On the Phosphorescent Spectra of S δ and Europium. In: Proceedings of the Royal Society of London. Band 76, Nr. 511, 1905, S. 411–414 (Abstract). In Analogie zum Europium benannten Glenn T. Seaborg, Ralph A. James und Leon O. Morgan 1948 das sich im Periodensystem direkt unter dem Europium befindende Actinoid ebenfalls nach einem Kontinent Americium.G. T. Seaborg, R. A. James, L. O. Morgan: The New Element Americium (Atomic Number 95). In: NNES PPR. (National Nuclear Energy Series, Plutonium Project Record). Vol. 14 B The Transuranium Elements: Research Papers. Paper No. 22.1, McGraw-Hill Book Co., New York 1949; Abstract; Maschinoskript (Januar 1948) (PDF; 1,9 MB).
Elementares Europium wurde erstmals 1936 von Wilhelm Klemm und Heinrich Bommer erhalten. Sie gewannen das Metall durch Reduktion von Europium(III)-chlorid mit Kalium bei unter 250 °C. Die Temperatur durfte 250 °C nicht überschreiten, damit sich kein Europium(II)-chlorid bildete. Weiterhin bestimmten sie die Kristallstruktur und die magnetischen Eigenschaften des Metalls.W. Klemm, H. Bommer: Zur Kenntnis der Metalle der seltenen Erden. In: Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 231, 1937, S. 138–171, doi:10.1002/zaac.19372310115.
Die erste wichtige technische Anwendung des Elements war die Produktion von mit Europium dotiertem Yttriumvanadat. Dieser 1964 von Albert K. Levine und Frank C. Palilla entdeckte rote Leuchtstoff spielte bald eine wichtige Rolle bei der Entwicklung des Farbfernsehens.Albert K. Levine, Frank C. Palilla: A new, highly efficient red-emitting cathodoluminiscent phosphor (YVO4:Eu) for color television. In: Applied Physics Letters. Band 5, 1964, S. 118, doi:10.1063/1.1723611. Für diese Anwendung wurde daraufhin das erste Bergwerk für die Gewinnung von Seltenen Erden, das seit 1954 im kalifornischen Mountain Pass betrieben wurde,Stephen B. Castor: Rare Earth Deposits of North America. In: Resource Geology. Band 58, 2008, S. 337–347, doi:10.1111/j.1751-3928.2008.00068.x. stark ausgebaut.Harald Elsner: Kritische Versorgungslage mit schweren Seltenen Erden – Entwicklung „Grüner Technologien“ gefährdet? In: Commodity Top News. 2011, Nr. 36
Vorkommen Europium ist auf der Erde ein seltenes Element, die Häufigkeit in der kontinentalen Erdkruste beträgt etwa 2 ppm.
Europium kommt als Nebenbestandteil in verschiedenen Lanthanoid-Mineralen vor, Minerale mit Europium als Hauptbestandteil sind unbekannt. Das Element ist sowohl in Ceriterden wie Monazit und Bastnäsit als auch in Yttererden wie Xenotim enthalten, der Anteil an Europium beträgt in der Regel zwischen 0,1 und 0,2 %.Ian McGill: Rear Earth Elements. In: Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH, Weinheim 2012, doi:10.1002/14356007.a22_607. Das für die Gewinnung von Europium wichtigste Vorkommen war bis 1985 das Bastnäsiterz in Mountain Pass, Kalifornien, danach gewannen chinesische Bergwerke – vor allem das Erzvorkommen in Bayan Obo – große Bedeutung.Gordon B. Haxel, James B. Hedrick, Greta J. Orris: Rare Earth Elements—Critical Resources for High Technology. United States Geological Survey Fact Sheet 087-02, 2002.
In manchen magmatischen Gesteinen ist die Konzentration an Europium höher oder geringer, als nach dem mit Chondriten als Standard bestimmten relativen Häufigkeitsverhältnis der Seltenerdmetalle zu erwarten wäre. Dieses Phänomen wird als Europiumanomalie bezeichnet und beruht darauf, dass unter reduzierenden Bedingungen in Magma Eu3+ zu Eu2+ reduziert werden kann. Dieses besitzt einen größeren Ionenradius als dreiwertiges Europium und wird darum leicht in bestimmte Minerale, etwa an Stelle von Strontium oder Calcium in Kalifeldspat und Plagioklas eingebaut, welche dadurch eine positive Europiumanomalie aufweisen. Diese Minerale kristallisieren aus dem Magma und werden dadurch abgetrennt, während dreiwertiges Europium in der Restschmelze gelöst bleibt.Shyama P. Sinha: Systematics and the properties of the lanthanides. Springer, 1983, ISBN 90-277-1613-7, S. 550–551 ().D. F. Weill, M. J. Drake: Europium Anomaly in Plagioclase Feldspar: Experimental Results and Semiquantitative Model. In: Science. Band 180, 1973, S. 1059–1060, doi:10.1126/science.180.4090.1059. Für den Einbau in mafische Gesteine wie Pyroxen und Olivin anstelle von Eisen, Magnesium und Calcium ist das Eu2+-Ion dagegen zu groß und es kommt zu einer negativen Europiumanomalie.Myron G. Best: Igneous and Metamorphic Petrology. Freeman, New York, 1982, ISBN 0-7167-1335-7, S. 56. Außer durch Kristallisation von Plagioklas kann eine Europiumanomalie auch beim Aufschmelzen von Gesteinen entstehen. Da der Verteilungskoeffizient zwischen Kristall und Schmelze etwa 10-fach größer als für die anderen Seltenerdelemente ist, wird beim teilweisen Aufschmelzen eines Plagioklas-reichen Gesteins nur wenig Europium in die Schmelze abgegeben und es resultiert beim Wiedererstarren ein Gestein mit negativer Europiumanomalie. Die Europiumanomalie ist ein Indikator für den Fraktionierungsgrad eines magmatischen Gesteins.
Eine ausgeprägte Europiumanomalie wurde in Mondgestein gefunden, wobei die Plagioklas-reichen Felsen des Mondhochlandes eine positive (erhöhte Europiumgehalte), die in Kratern und Maria gefundenen Basaltgesteine eine negative Europiumanomalie aufweisen. Dies lässt Rückschlüsse auf die geologische Geschichte des Mondes zu.S. R. Taylor, P. Jakes: The geochemical evolution of the moon. In: Lunar Science Conference, 5th, Houston, Tex., March 18–22, 1974, Proceedings. Band 2, 1974, S. 1287–1305 (Volltext) Dabei wird angenommen, dass die Hochländer mit ihren Anorthositen vor etwa 4,6–4,4 Milliarden Jahren aus dem Mondmantel differenzierten und dieser somit aus Europium-verarmten Olivin-Pyroxen-Gesteinen besteht. Die jüngeren Basalte in den Maria, die aus basaltischen Teilschmelzen dieses Mantels bestehen, sind darum so arm an Europium.S. R. Taylor: Lunar Science: A post-Apollo View. Pergamon, New York 1975, S. 156.
Gewinnung und Darstellung mini|links|Europium, ~300g-Stück sublimiert dendritisch kristallin, höchstrein 99,998 % Eu/TREM
Aufgrund der Ähnlichkeit zu den Begleitmetallen und der geringen Konzentration in den Erzen ist die Abtrennung von den anderen Lanthanoiden schwierig, gleichzeitig aber wegen der Verwendung des Elements technisch besonders wichtig. Nach dem Aufschluss der Ausgangsmaterialien wie Monazit oder Bastnäsit mit Schwefelsäure oder Natronlauge sind verschiedene Wege zur Abtrennung möglich. Neben dem Ionenaustausch wird vor allem ein Verfahren eingesetzt, das auf Flüssig-Flüssig-Extraktion und der Reduktion von Eu3+ zu Eu2+ beruht. Dabei wird bei Bastnäsit als Ausgangsmaterial zunächst das Cer in Form von Cer(IV)-oxid abgetrennt und die verbleibenden Seltenen Erden in Salzsäure gelöst. Daraufhin werden mit Hilfe einer Mischung von DEHPA (Di(2-ethylhexyl)phosphorsäure) und Kerosin in Flüssig-Flüssig-Extraktion Europium, Gadolinium und Samarium von den übrigen Seltenerdmetallen getrennt. Die Trennung dieser drei Elemente erfolgt über die Reduktion des Europiums zu Eu2+ und Fällung als schwerlösliches Europium(II)-sulfat, während die anderen Ionen in Lösung bleiben.
Metallisches Europium kann durch Reaktion von Europium(III)-oxid mit Lanthan oder Mischmetall gewonnen werden. Wird diese Reaktion im Vakuum durchgeführt, destilliert Europium ab und kann so von anderen Metallen und Verunreinigungen getrennt werden:
Durch den steigenden Verbrauch von Europium vor allem für Kathodenstrahlröhrenbildschirme und Kompaktleuchtstofflampen stieg der Preis von Europium stark an und erreichte 2011 mit 2900 $ pro Kilogramm ein Maximum. Anschließend fiel der Bedarf durch die zunehmende Nutzung von LEDs anstatt von Röhrenbildschirmen und Leuchtstofflampen deutlich und damit auch der Preis. 2022 lag der Preis nur noch bei 30 $ pro Kilogramm.Athanasios K. Karamalidis, Roderick Eggert: Rear Eath Elements: Sustainable Recovery, Processing, and Purification. Wiley, 2024, ISBN 978-1-119-51503-6, S. 18.
Eigenschaften Physikalische Eigenschaften mini|links|Kristallstruktur von Europium, a = 455 pm