O európio é sintetizado nas estrelas quase exclusivamente pelo processo r (captura rápida de nêutrons) durante eventos cataclísmicos como supernovas e fusões de estrelas de nêutrons. Ao contrário da maioria dos lantânidos leves, que apresentam contribuições significativas do processo s, o európio é dominado em cerca de 95% pelo processo r, tornando-o um dos traçadores mais puros desse processo de nucleossíntese explosiva.
A abundância cósmica do európio é de cerca de 9,7×10⁻¹³ vezes a do hidrogênio em número de átomos, tornando-o cerca de 1000 vezes menos abundante que o cério e um dos lantânidos mais raros do universo. Essa extrema raridade é explicada por sua produção quase exclusiva em eventos violentos do tipo r, muito menos frequentes que os processos s em estrelas AGB. O európio é o elemento assinatura por excelência do processo r.
A razão európio/ferro (Eu/Fe) nas estrelas é um indicador crítico da história do enriquecimento químico galáctico. Estrelas antigas pobres em metais mostram razões Eu/Fe elevadas, indicando que as primeiras gerações de supernovas massivas enriqueceram rapidamente a Galáxia com elementos do processo r como o európio. Estrelas mais jovens mostram razões Eu/Fe mais baixas, refletindo a contribuição crescente das supernovas do tipo Ia (que não produzem európio) e a evolução química progressiva da Galáxia.
A observação espectroscópica da kilonova GW170817 (fusão de duas estrelas de nêutrons detectada em 2017) revelou assinaturas compatíveis com a síntese massiva de elementos pesados, incluindo o európio. Modelos teóricos sugerem que esse evento único produziu várias massas terrestres de európio, confirmando que as fusões de estrelas de nêutrons são sítios principais de produção de elementos do processo r. Essas observações revolucionaram nossa compreensão da origem cósmica das terras raras pesadas.
O európio recebe seu nome do continente europeu, seguindo a tradição de nomear elementos a partir de locais geográficos. O nome foi escolhido pelo descobridor para homenagear a Europa, continente natal de muitos pioneiros da química das terras raras. O európio é um dos poucos elementos nomeados a partir de um continente, em vez de uma pessoa, um local específico ou uma propriedade química.
O európio foi descoberto em 1896 pelo químico francês Eugène-Anatole Demarçay (1852-1903) em Paris. Demarçay detectou linhas espectrais incomuns em amostras concentradas de samário, sugerindo a presença de um novo elemento. Utilizando a espectroscopia, técnica na qual ele se destacava apesar de uma cegueira parcial após uma explosão em laboratório, Demarçay isolou gradualmente o novo elemento por cristalizações fracionadas repetidas do nitrato de samário contaminado.
Em 1901, após cinco anos de trabalho meticuloso, Demarçay obteve amostras de európio suficientemente puras para permitir uma caracterização completa. Ele determinou as propriedades espectrais distintas do európio e demonstrou que se tratava de um novo elemento e não de uma impureza conhecida. A descoberta de Demarçay foi rapidamente confirmada por outros químicos europeus. O isolamento do európio metálico puro só foi realizado em 1937 por redução eletrolítica.
O európio está presente na crosta terrestre em uma concentração média de cerca de 2 ppm, tornando-o o 51º elemento mais abundante, comparável ao enxofre. É a terra rara menos abundante entre os lantânidos leves, refletindo sua produção astrofísica limitada ao processo r. Os principais minérios contendo európio são a bastnasita ((Ce,La,Nd,Eu)CO₃F), onde o európio representa cerca de 0,1-0,2% do teor de terras raras, e a monazita ((Ce,La,Nd,Eu,Th)PO₄), onde representa 0,05-0,1%.
A produção mundial de óxidos de európio é de cerca de 400 a 600 toneladas por ano, tornando-o uma das terras raras menos produzidas. A China domina com cerca de 85-90% da produção mundial, seguida pelos Estados Unidos e Austrália. Devido à sua raridade relativa e aplicações especializadas de alto valor agregado, o európio é uma das terras raras mais caras, com preços típicos de 200-500 dólares por quilograma de óxido, dependendo da pureza e das condições de mercado.
O európio metálico é produzido principalmente pela redução do óxido de európio (Eu₂O₃) com lantânio metálico em alta temperatura em atmosfera inerte, ou por eletrólise do cloreto de európio fundido. A produção anual mundial de európio metálico é de cerca de 100-150 toneladas. A reciclagem do európio proveniente de lâmpadas fluorescentes e telas usadas representa cerca de 1-2% da oferta total, embora as taxas de reciclagem estejam melhorando gradualmente com tecnologias avançadas de separação e incentivos econômicos ligados aos altos preços.
O európio (símbolo Eu, número atômico 63) é o sétimo elemento da série dos lantânidos, pertencente às terras raras do bloco f da tabela periódica. Seu átomo possui 63 prótons, geralmente 90 nêutrons (para o isótopo mais abundante \(\,^{153}\mathrm{Eu}\)) e 63 elétrons com a configuração eletrônica [Xe] 4f⁷ 6s².
O európio é o lantânido mais reativo e apresenta propriedades físicas notavelmente atípicas. É o metal de terra rara mais mole, dúctil e maleável, podendo ser facilmente cortado com uma faca como o sódio. O európio possui a menor densidade de todos os lantânidos (5,24 g/cm³), inferior até mesmo à do ferro. Cristaliza em uma estrutura cúbica de corpo centrado (CCC) à temperatura ambiente, ao contrário da maioria dos lantânidos que adotam estruturas hexagonais compactas.
O európio funde a 822 °C (1095 K) e ferve a 1529 °C (1802 K), apresentando os pontos de fusão e ebulição mais baixos de todos os lantânidos. Essa volatilidade relativa facilita paradoxalmente sua purificação por destilação a vácuo. O európio é um mau condutor elétrico, com condutividade cerca de 50 vezes inferior à do cobre. O európio é paramagnético à temperatura ambiente e apresenta propriedades magnéticas complexas em baixas temperaturas.
O európio é extraordinariamente reativo, oxidando-se rapidamente no ar para formar uma camada de óxido amarelo-esverdeado que não protege o metal. O európio metálico deve ser armazenado sob óleo mineral ou em atmosfera inerte de argônio. Ele inflama espontaneamente no ar quando finamente dividido e reage vigorosamente com a água mesmo à temperatura ambiente. O európio queima facilmente no ar com uma chama vermelho-alaranjada brilhante característica.
Ponto de fusão do európio: 1095 K (822 °C).
Ponto de ebulição do európio: 1802 K (1529 °C).
O európio é o lantânido mais reativo, oxidando-se rapidamente no ar e reagindo vigorosamente com a água.
| Isótopo / Notação | Prótons (Z) | Nêutrons (N) | Massa atômica (u) | Abundância natural | Meia-vida / Estabilidade | Decaimento / Observações |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Európio-151 — \(\,^{151}\mathrm{Eu}\,\) | 63 | 88 | 150,919850 u | ≈ 47,81 % | Estável | Isótopo estável minoritário do európio, representando cerca de 48% do total natural. |
| Európio-153 — \(\,^{153}\mathrm{Eu}\,\) | 63 | 90 | 152,921230 u | ≈ 52,19 % | Estável | Isótopo estável majoritário do európio, representando cerca de 52% do total natural. |
| Európio-152 — \(\,^{152}\mathrm{Eu}\,\) | 63 | 89 | 151,921745 u | Sintético | ≈ 13,54 anos | Radioativo (CE, β⁻, β⁺). Emissor gama intenso, usado na calibração de detectores de radiação. |
| Európio-154 — \(\,^{154}\mathrm{Eu}\,\) | 63 | 91 | 153,922979 u | Sintético | ≈ 8,59 anos | Radioativo (β⁻). Emissor gama, produto de ativação em reatores nucleares. |
| Európio-155 — \(\,^{155}\mathrm{Eu}\,\) | 63 | 92 | 154,922893 u | Sintético | ≈ 4,76 anos | Radioativo (β⁻). Produto de fissão significativo, usado em pesquisa nuclear. |
N.B. :
Camadas eletrônicas: Como os elétrons estão organizados ao redor do núcleo.
O európio possui 63 elétrons distribuídos em seis camadas eletrônicas. Sua configuração eletrônica [Xe] 4f⁷ 6s² é particularmente estável devido à subcamada 4f semi-preenchida (7 elétrons de 14 possíveis), conferindo estabilidade adicional de acordo com a regra de Hund. Essa configuração também pode ser escrita como: K(2) L(8) M(18) N(18) O(25) P(2), ou de forma completa: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f⁷ 5s² 5p⁶ 6s².
Camada K (n=1): contém 2 elétrons na subcamada 1s. Essa camada interna está completa e é muito estável.
Camada L (n=2): contém 8 elétrons distribuídos em 2s² 2p⁶. Essa camada também está completa, formando uma configuração de gás nobre (neônio).
Camada M (n=3): contém 18 elétrons distribuídos em 3s² 3p⁶ 3d¹⁰. Essa camada completa contribui para o blindagem eletrônica.
Camada N (n=4): contém 18 elétrons distribuídos em 4s² 4p⁶ 4d¹⁰. Essa camada forma uma estrutura estável e completa.
Camada O (n=5): contém 25 elétrons distribuídos em 5s² 5p⁶ 4f⁷ 5d⁰. Os sete elétrons 4f semi-preenchidos caracterizam a química do európio.
Camada P (n=6): contém 2 elétrons na subcamada 6s². Esses elétrons são os elétrons de valência externos do európio.
O európio possui efetivamente 9 elétrons de valência: sete elétrons 4f⁷ e dois elétrons 6s². O európio apresenta dois estados de oxidação estáveis: +2 e +3. O estado +3 é o mais comum, onde o európio perde seus dois elétrons 6s e um elétron 4f para formar o íon Eu³⁺ com a configuração [Xe] 4f⁶. Esse íon é responsável pela luminescência vermelha intensa que torna o európio famoso.
O estado +2 é incomum entre os lantânidos, mas particularmente estável para o európio devido à configuração 4f⁷ semi-preenchida do íon Eu²⁺ (configuração [Xe] 4f⁷). Essa estabilidade excepcional permite a existência de muitos compostos de európio(II): EuO (óxido), EuCl₂ (cloreto), EuSO₄ (sulfato) e vários haletos. O európio(II) também apresenta propriedades luminescentes, emitindo tipicamente na região azul-esverdeada.
A facilidade com que o európio oscila entre os estados +2 e +3 o torna um excelente indicador redox. Em solução aquosa, o európio(II) é um redutor moderadamente forte e oxida-se gradualmente a európio(III) na presença de oxigênio. Essa rica química redox distingue o európio dos outros lantânidos leves e o aproxima dos metais alcalino-terrosos, como o bário e o estrôncio, em alguns aspectos de sua química.
O európio é extremamente reativo com o oxigênio e oxida-se rapidamente no ar, formando uma camada de óxido Eu₂O₃ (óxido de európio(III)) de cor amarelo-esverdeada que racha e descama continuamente, não oferecendo nenhuma proteção ao metal subjacente. O európio finamente dividido inflama-se espontaneamente no ar e reage vigorosamente com a água mesmo à temperatura ambiente. O európio queima facilmente no ar com uma chama vermelho-alaranjada brilhante característica: 4Eu + 3O₂ → 2Eu₂O₃. O pó fino de európio é pirofórico e deve ser manipulado em atmosfera inerte.
O európio reage vigorosamente com a água à temperatura ambiente, produzindo hidróxido de európio(III) e liberando gás hidrogênio com efervescência visível: 2Eu + 6H₂O → 2Eu(OH)₃ + 3H₂↑. Essa reação é exotérmica e acelera-se rapidamente; o hidrogênio liberado pode inflamar-se espontaneamente com amostras de tamanho suficiente. O hidróxido de európio(III) precipita como um sólido gelatinoso branco-rosado. A reação do európio com a água está entre as mais vigorosas de todos os lantânidos.
O európio reage vigorosamente com todos os halogênios para formar tri-haletos: 2Eu + 3Cl₂ → 2EuCl₃. Os di-haletos de európio(II) podem ser preparados reduzindo os tri-haletos com európio metálico: Eu + 2EuCl₃ → 3EuCl₂. O európio dissolve-se rapidamente em ácidos, mesmo diluídos, com evolução vigorosa de hidrogênio: 2Eu + 6HCl → 2EuCl₃ + 3H₂↑, produzindo soluções amarelo-pálidas de Eu³⁺.
O európio reage com o hidrogênio em temperaturas moderadas para formar o hidreto EuH₂, com o enxofre para formar o sulfeto EuS (um semicondutor magnético interessante), com o nitrogênio em altas temperaturas para formar o nitreto EuN, e com o carbono para formar os carbetos EuC₂ e Eu₂C₃. O európio também forma muitos complexos organometálicos e de coordenação, explorados em catálise e síntese química.
A propriedade mais notável do európio é sua intensa luminescência. O íon Eu³⁺ é um dos íons lantânidos mais luminescentes, emitindo luz vermelha pura em torno de 610-630 nm (transição ⁵D₀ → ⁷F₂) quando excitado por UV ou raios catódicos. Essa emissão vermelha intensa com alto rendimento quântico (até 90% em matrizes otimizadas) faz do európio o fósforo vermelho padrão para todas as aplicações de display e iluminação. O íon Eu²⁺ emite na região azul-esverdeada (450-550 nm) com eficiência notável.
A aplicação que tornou o európio famoso foi seu uso como fósforo vermelho em telas de tubos de raios catódicos (CRT) de televisores e monitores de computador de 1960 a 2000. O fósforo Y₂O₃:Eu³⁺ (óxido de ítrio dopado com 5-10% de európio) produzia emissão vermelha pura em 611 nm com eficiência excepcional quando bombardeado por elétrons. Combinado com fósforos verdes (ZnS:Cu,Al) e azuis (ZnS:Ag), permitia a reprodução completa do espectro de cores. Uma televisão CRT típica continha 0,5-2 gramas de európio em seu revestimento fosforescente.
Com o declínio das telas CRT no início dos anos 2000, o európio encontrou novas aplicações em telas LCD modernas. As retroiluminações LED brancas das telas LCD usam fósforos de európio para converter parte da luz azul da LED em luz vermelha, criando luz branca equilibrada. Os fósforos típicos incluem (Sr,Ca)AlSiN₃:Eu²⁺ (nitridossilicato que emite vermelho-alaranjado) ou CaAlSiN₃:Eu²⁺. Essa aplicação representa hoje 50-60% da demanda global de európio.
Os fósforos de európio são cruciais para obter uma ampla gama de cores (gamut) em displays modernos. Sem európio, as telas LCD apresentariam reprodução deficiente de cores vermelhas, afetando particularmente tons de pele e imagens saturadas. As telas "quantum dot" recentes também usam fósforos contendo európio para melhorar ainda mais a qualidade da cor. A pureza espectral excepcional da emissão de Eu³⁺ (largura de linha de 5-10 nm) permite cores vivas e saturadas impossíveis de obter com outros fósforos.
O európio desempenha um papel essencial em lâmpadas fluorescentes de economia de energia e tubos fluorescentes "tri-fósforo" que produzem luz branca de alta qualidade. Essas lâmpadas usam uma mistura de três fósforos: azul (BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺), verde (LaPO₄:Ce³⁺,Tb³⁺) e vermelho (Y₂O₃:Eu³⁺). O fósforo vermelho de európio é absolutamente indispensável para obter um índice de reprodução de cores (IRC) elevado superior a 80-85, essencial para iluminação residencial e comercial de qualidade.
As lâmpadas tri-fósforo contendo európio convertem a emissão UV do mercúrio (254 nm) em luz visível com eficiência de 25-30%, ou seja, 3-4 vezes superior às lâmpadas halógenas incandescentes. Uma lâmpada fluorescente compacta típica de 20W contém cerca de 10-20 miligramas de európio. A temperatura de cor pode ser ajustada de "branco quente" (2700K) a "branco frio" (6500K) variando as proporções relativas dos três fósforos.
O uso do európio em lâmpadas fluorescentes atingiu seu pico por volta de 2005-2010 e então declinou gradualmente com a adoção massiva de LEDs. Os LEDs brancos modernos também usam fósforos de európio, mas em quantidades menores (1-5 mg por LED) porque são mais eficientes. Essa transição causou um excesso temporário de európio no mercado global em 2010-2015, seguido de um reequilíbrio com o crescimento das telas LCD e LED.
O európio é amplamente usado em tintas e pigmentos luminescentes para a segurança de notas, passaportes, carteiras de identidade e documentos oficiais. Complexos organometálicos de európio incorporados nas tintas apresentam luminescência vermelha intensa sob iluminação UV (365 nm ou 254 nm), permitindo verificação rápida da autenticidade. O euro, o dólar americano, o iene japonês e a maioria das moedas principais usam marcadores de európio.
As aplicações modernas de segurança usam misturas sofisticadas de complexos de európio com diferentes tempos de luminescência persistente (de microsegundos a segundos), diferentes comprimentos de onda de emissão e diferentes respostas espectrais. Essas assinaturas espectrais complexas são extremamente difíceis de reproduzir por falsificadores. Algumas notas usam "fósforos conversores" onde o európio emite em um comprimento de onda diferente da excitação, criando uma mudança de cor visível.
Além de notas, o európio é usado para marcar produtos farmacêuticos autênticos, peças automotivas originais, obras de arte, cartões de crédito, ingressos para eventos e diversos produtos de luxo. Nanopartículas dopadas com európio permitem marcação em escala micrométrica invisível a olho nu, mas detectável por fluorescência. Complexos de európio também são usados como traçadores em hidrologia para estudar fluxos subterrâneos e identificar fontes de poluição.
Os isótopos Eu-151 e Eu-153 possuem seções de choque de absorção de nêutrons térmicos excepcionalmente altas (9200 barns e 312 barns, respectivamente), tornando o európio um excelente absorvedor de nêutrons para reatores nucleares. O óxido de európio (Eu₂O₃) é incorporado em algumas barras de controle e placas de regulação para controlar a reatividade dos reatores. O európio é particularmente útil em reatores de pesquisa que requerem controle preciso da reatividade.
O európio é usado como "veneno consumível" em alguns combustíveis nucleares para compensar o excesso de reatividade no início do ciclo. À medida que o Eu-151 absorve nêutrons, transforma-se em Eu-152 e depois em Eu-153, mantendo automaticamente a reatividade dentro de limites seguros durante o consumo progressivo do combustível. Essa propriedade autorreguladora melhora a segurança e permite ciclos de combustível mais longos sem intervenção.
O európio e seus compostos estáveis apresentam baixa toxicidade química, semelhante a outros lantânidos leves. Compostos solúveis de európio podem causar irritações cutâneas, oculares e das vias respiratórias em caso de exposição direta. A inalação de pó de európio pode provocar irritação pulmonar transitória. Estudos toxicológicos mostram toxicidade aguda moderada, com DL50 (dose letal mediana) para sais de európio tipicamente superiores a 500-1000 mg/kg em roedores.
O európio ingerido ou inalado acumula-se principalmente no fígado, baço e esqueleto ósseo. O período biológico é estimado em 3-5 anos para o európio ósseo e 1-2 anos para os tecidos moles. Em doses altas, o európio pode perturbar o metabolismo do cálcio e causar toxicidade hepática moderada. No entanto, a exposição humana significativa ao európio permanece rara, limitada a trabalhadores da indústria de terras raras e fabricação de fósforos. Nenhum efeito cancerígeno, mutagênico ou teratogênico foi demonstrado para o európio estável.
Os isótopos radioativos de európio (Eu-152, Eu-154, Eu-155) produzidos por ativação neutrônica em reatores nucleares apresentam risco radiológico significativo devido a suas intensas emissões gama. O Eu-152 é particularmente preocupante, pois emite raios gama de múltiplas energias, exigindo blindagem adequada. Trabalhadores que manipulam esses isótopos devem usar proteção contra radiação e respeitar os limites de exposição regulamentares. O período radioativo relativamente longo do Eu-152 (13,5 anos) requer armazenamento prolongado de resíduos contaminados.
As preocupações ambientais associadas ao európio referem-se principalmente à mineração de terras raras. Como o európio é particularmente raro nos minérios (0,05-0,2%), a extração de um quilograma de európio requer o processamento de várias toneladas de minério, gerando grandes volumes de resíduos ácidos, lamas contaminadas e efluentes líquidos. Sítios de mineração de terras raras podem contaminar solos e águas com elementos radioativos (tório, urânio) naturalmente presentes nos minérios de monazita.
A reciclagem do európio proveniente de lâmpadas fluorescentes e telas usadas é tecnicamente viável e economicamente atraente devido aos altos preços do európio. Os processos de reciclagem envolvem a trituração dos tubos fluorescentes, separação dos fósforos, dissolução ácida e extração seletiva do európio por cromatografia ou extração por solvente. As taxas atuais de reciclagem são de cerca de 1-2%, mas estão melhorando gradualmente com regulamentações sobre resíduos eletrônicos e incentivos econômicos.
A reciclagem de uma tonelada de lâmpadas fluorescentes pode recuperar cerca de 100-200 gramas de európio, representando um valor de 20-100 dólares, dependendo dos preços de mercado. Os desafios incluem a coleta eficiente de lâmpadas usadas, separação de fósforos misturados e purificação a níveis aceitáveis para reutilização. A melhoria da infraestrutura de reciclagem do európio é crucial para reduzir a dependência de suprimentos primários concentrados na China e mitigar os impactos ambientais da mineração.
A exposição ocupacional ao európio ocorre principalmente nas indústrias de refino de terras raras, fabricação de fósforos e reciclagem de lâmpadas fluorescentes. Normas de exposição ocupacional para compostos de európio não são especificamente estabelecidas na maioria das jurisdições, mas recomendações gerais para compostos solúveis de terras raras geralmente fixam limites de exposição em 5-10 mg/m³ para poeira respirável. As concentrações de európio em ambientes industriais podem atingir vários miligramas por metro cúbico de ar, exigindo ventilação adequada e equipamentos de proteção respiratória.
Berílio (Z=4): um metal
raro com propriedades excepcionais 
