Introduction
L'europium, élément de symbole Eu, est un métal argenté appartenant au groupe des lanthanides, souvent appelés « terres rares ». Découvert au tournant du XXe siècle, il tire son nom du continent européen. Sa particularité réside dans sa structure électronique unique, qui lui confère des propriétés optiques remarquables. Contrairement à la plupart des métaux, il est suffisamment mou pour être coupé au couteau, mais sa réactivité élevée l'empêche d'exister à l'état natif dans la nature. Il est toujours trouvé combiné à d'autres éléments dans des minéraux comme la monazite et la bastnäsite.
Description
L'europium est un métal mou, malléable et d'un éclat argenté qui ternit rapidement au contact de l'air, formant un oxyde. Il possède deux états d'oxydation stables : Eu(II) et Eu(III), ce qui est relativement rare parmi les lanthanides et explique une grande partie de sa chimie et de ses applications. L'ion Eu³⁺ émet une lumière rouge intense lorsqu'il est excité, tandis que l'ion Eu²⁺ émet dans le bleu. Cette luminescence, due à des transitions électroniques très spécifiques au sein de la couche 4f partiellement remplie, est extrêmement efficace et pure en termes de couleur. Dans la croûte terrestre, il est l'un des lanthanides les moins abondants, avec une concentration d'environ 2 ppm, ce qui en fait une ressource stratégique et précieuse.
Histoire
L'histoire de l'europium commence avec les spectroscopistes du XIXe siècle. En 1890, le chimiste français Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran observa des raies spectrales inhabituelles dans un échantillon de samarium-gadolinium, mais n'identifia pas le nouvel élément. La découverte est officiellement attribuée au chimiste français Eugène-Anatole Demarçay en 1901. Après avoir soigneusement purifié des échantillons de samarium, il isola un nouvel élément par cristallisation fractionnée et confirma son existence par spectroscopie. Il le nomma « europium » en l'honneur du continent européen. Il fallut attendre les années 1930 pour que des techniques d'échange ionique permettent d'isoler l'europium métallique pur, ouvrant la voie à l'étude de ses propriétés et, plus tard, à ses applications industrielles.
Caracteristiques
Propriétés physiques : Numéro atomique 63, masse atomique 151,964 u. Point de fusion : 822 °C, point d'ébullition : 1529 °C. Densité : 5,24 g/cm³. C'est un métal paramagnétique à température ambiante, mais il devient ferromagnétique en dessous de 90 K (-183 °C). Propriétés chimiques : C'est le lanthanide le plus réactif. Il s'oxyde spontanément à l'air sec et réagit violemment avec l'eau pour dégager de l'hydrogène, formant de l'hydroxyde d'europium (Eu(OH)₂ ou Eu(OH)₃). Il se dissout facilement dans les acides minéraux. Sa configuration électronique est [Xe] 4f⁷ 6s² pour l'état métallique. Les ions Eu³⁺ ([Xe] 4f⁶) et Eu²⁺ ([Xe] 4f⁷) sont stables, ce dernier étant un puissant agent réducteur.
Importance
L'importance de l'europium est presque entièrement liée à ses propriétés luminescentes, qui ont révolutionné plusieurs technologies. 1. Affichage couleur : Les phosphores rouges à base d'oxyde d'europium trivalent (Y₂O₃:Eu³⁺) sont le cœur des écrans cathodiques (tubes CRT) et des premiers écrans plasma, fournissant un rouge vif et saturé indispensable à la restitution des couleurs. 2. Éclairage : Dans les lampes fluorescentes compactes (basse consommation), l'europium (sous forme d'Eu²⁺ bleu et Eu³⁺ rouge) est utilisé pour convertir le rayonnement UV du mercure en lumière blanche de bonne qualité. 3. Sécurité : Les complexes d'europium, qui émettent une lumière rouge spécifique sous lumière UV, sont incorporés dans les encres des billets de banque (euros, dollars) et des documents officiels comme marqueurs anti-contrefaçon. 4. Recherche : En biochimie, ses composés servent de marqueurs fluorescents. En physique, l'europium est étudié pour ses propriétés magnétiques et son rôle potentiel dans les matériaux supraconducteurs. Sa criticité économique est élevée en raison de sa faible abondance et de sa concentration géopolitique de la production (principalement en Chine), ce qui en fait un élément stratégique pour les industries high-tech.
