Самарій

Самарій — хімічний елемент з атомним номером 62, лантаноїд.

Самарій у ампулі в атмосфері аргону

Самарій (Sm)
Атомний номер	62
Зовнішній вигляд простої речовини	рідкісноземельний сріблястий метал
Властивості атома
Атомна маса (молярна маса)	150,36 а.о.м. (г/моль)
Радіус атома	181 пм
Енергія іонізації (перший електрон)	540,1(5,60) кДж/моль (еВ)
Електронна конфігурація	[Xe] 4f6 6s2
Хімічні властивості
Ковалентний радіус	162 пм
Радіус іона	(+3e) 96,4 пм
Електронегативність (за Полінгом)	1,17
Електродний потенціал	Sm←Sm3+ -2,30В Sm←Sm2+ -2,67В
Ступені окиснення	3, 2
Термодинамічні властивості
Густина	7,520 г/см³
Молярна теплоємність	0,180 Дж/(К·моль)
Теплопровідність	(13,3) Вт/(м·К)
Температура плавлення	1350 К
Теплота плавлення	8,9 кДж/моль
Температура кипіння	2064 К
Теплота випаровування	165 кДж/моль
Молярний об'єм	19,9 см³/моль
Кристалічна ґратка
Структура ґратки	ромбоедрична
Період ґратки	9,000 Å
Відношення с/а	n/a
Температура Дебая	166,00 К
Інші властивості
Критична точка	н/д
H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og * La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu ** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Самарій у Вікісховищі

Символ Sm, ат. н. 62; ат. м. 150,36. Сріблястий м'який метал. Рідкісноземельний елемент. Належить до лантаноїдів. Густина — 7536 кг/м³, t_плав 1072 °C, t_кип 1800 °C. Вміст самарію в земній корі 8•10⁻⁴ % (мас).

На повітрі стійкий, при кімнатній температурі реагує з водою, галогенами, HCl, HNO₃, H₂SO₄.

Історія

У 1853 році швейцарський хімік Жан Шарль Галісард Маріньяк виявив його за адсорбційними лініями у спектрі дідимоксиду.

У 1879 самарій виділив Лекок де Буабодран з мінералу самарськіту ((Y, Ce, U,Fe)₃(Nb, Ta, Ti)₅O₁₆).

У 1878 швейцарський хімік Марк Делафонтен відкрив самарій теж у дідимоксиді і спочатку назвав його Деціум. У 1881 Делафонтен знаходить у ізольованому ним деціумі ще один елемент.

Лекок де Буабодран повторює спектроскопічно відкриття самарію зроблене Маріньяком у 1853, однак цього разу уже чистого елементу.

У 1901 році французький хімік Ежен Анатоль Демарсе зумів виділити два оксиди самарію.

У 1903 році німецький хімік Вільгельм Мутман добуває самарій електролізом.

Назва металу походить від мінералу самарськіту, що, в свою чергу, отримав назву на честь російського гірничого інспектора В. Е. Самарського-Биховця у 1847 році.

Фізичні властивості

Нижче 1190 К кристалічна ґратка ромбоедрична (α-Sm) з періодом 0,8996 нм і кутом 23°13', вище — об'ємноцентрована кубічна (β-Sm) з періодом 0,407 нм^[1].

Енергія іонізації — 5,6 електрон-вольт для першого електрону і 11,2 — для другого.

Модуль зсуву — 12,6 ГПа, модуль Юнга — 34,104 ГПа^[2].

Температура Нееля для самарію — 14 К^[2].

Питомий опір — 90×10⁻⁸ Ом·м, температурний коефіцієнт опору — 1,48×10⁻³ К⁻¹.^[2].

У природі існує 6 стабільних ізотопів ¹⁴⁴Sm (3,09 %), ¹⁴⁸Sm (11,27 %), ¹⁴⁹Sm (13,82 %), ¹⁵⁰Sm (7,47 %). ¹⁵²Sm (26,63 %), ¹⁵⁴Sm (22,53 %) і один радіоактивний ізотоп ^l47Sm (15,07 %, з періодом напіврозпаду 130 млрд років, α-випромінювач).

Хімічні властивості

Самарій повільно, а при температурі вище 150 °C активно реагує з киснем повітря з утворенням самарій (ІІІ) оксиду:

4Sm + 3O₂ → 2 Sm₂O₃

Повільно реагує з водою, однак реакція пришвидшується при нагріванні з утворенням гідроксиду:

2Sm (тв) + 6 H₂O (р) → 2 Sm(OH)₃ (aq) + 3 H₂ (г)

Самарій реагує з галогенами:

2Sm (тв) + 3F₂ (г) → 2 SmF₃ (тв) [сіль білого кольору ]

2Sm (тв) + 3Cl₂ (г) → 2 SmCl₃ (тв) [сіль жовтого кольору]

2Sm (тв) + 3Br₂ (г) → 2 SmBr₃ (тв) [сіль жовтого кольору ]

2Sm (тв) + 3I₂ (г) → 2 SmI₃ (тв) [сіль оранжевого кольору ]

Sm реагує з розбавленими кислотами з утворенням Sm(III) іона який забарвлює розчин у жовтий колір (існує як [Sm(OH₂)₉]³⁺ аквакомплекс)

2 Sm (тв) + 3 H₂SO₄ (aq) → 2 Sm³⁺ (aq) + 3 SO²⁻
₄ (aq) + 3 H₂ (г)

Самарій один з небагатьох рідкісноземельних металів, що може проявляти ступінь окислення +2. У водному розчині акваіони Sm²⁺ мають червоний колір.

Розповсюдження

Кларк самарію у земній корі становить 0,0006 %, (вище ніж у олова) що робить його 41-м за розповсюдженістю елементом. У морській воді його масова частка складає лише 4,5×10⁻¹¹%, а у Всесвіті — 5×10⁻⁷%^[3].

Присутній у багатьох мінералах (бастнезит, гадолініт, лопарит, монацит, ортит, самарськіт і інш.). Джерело отримання самарію — рідкісноземельні мінерали, в яких самарій знаходиться спільно з іншими елементами церієвої групи. Самарій міститься в ґранітах, у середньому кожна тонна ґраніту містить 17,3 г самарію.

Значні поклади самарієвих руд існують у США, Китаї, Бразилії, Індії, Австралії і на Шрі-Ланці^[4].

Отримання

Одержують самарій лантанотермічним відновленням SmF₃ з подальшою вакуумною дистиляцією. Виходячи від мінералів бастнезит та монацит за допомогою іонного обміну або екстракції проходить відділення рідкісноземельних елементів. На останньому етапі відновлюють самарій із оксиду за допомогою лантану і закінчують процес сублімацією чистого самарію.

Концентрат, який містить Sm, Eu, Gd, Tb і деякі інші рідкісноземельні елементи, розділяють екстракцією, йонообмінною сорбцією або комбінованим методом з одночасним селективним відновленням Eu. Самарій з одержаних таким чином розчинів осаджують у вигляді карбонату або оксалату і прокалюють до Sm₂O₃.

Основний метод одержання металічного самарію — металотермічне відновлення Sm₂O₃ лантаном або мішметалом у вакуумі при 1600 °С. Використовують також карботермічний метод відновлення Sm₂O₃.

Використання

У 2008 році у світі було використано 549 тонн самарію в перерахунку на оксид SmO. З них 399 було використано для виробництва батарейок — самарій використовується у нікель-метал-гідридних акумуляторах як матеріал для електродів, що здатні поглинати велику кількість водню^[5].

Самарій додають до скла, яке застосовують для захисту від нейтронного випромінювання. Сполуки самарію застосовують у світлотехніці.

Інтерметалічні сполуки самарію з кобальтом SmCo₅ і SmCo₁₇ — сировина для сильних постійних магнітів. Керамічні матеріали, до складу яких входить оксид самарію, використовують як захисні матеріали в реакторобудуванні. Самарій і його сполуки — важливий для атомної енергетики: самарію властивий великий поперечний переріз захоплення теплових нейтронів — близько 6500 барн, що більше, ніж у бору і кадмію — традиційних матеріалів регулюючих стрижнів. Сполуки самарію — добавка-активатор до скла, здатного люмінесціювати (дає одиничні спалахи) і використовуються при дослідженнях інфрачервоного випромінювання в астрономії, для виявлення шкідливого радіоактивного випромінювання в ядерних лабораторіях. Самарій застосовують для активації оксидних катодів, у виробництві люмінофорів, синтетичних залізних гранатів, керамічних конденсаторів, каталізаторів, пігментів тощо.

Література

• Глосарій термінів з хімії / укладачі: Й. Опейда, О. Швайка ; Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Донецьк : Вебер, 2008. — 738 с. — ISBN 978-966-335-206-0.
• Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Східний видавничий дім, 2013. — Т. 3 : С — Я. — 644 с.
• Encyclopedic Dictionary of Condensed Matter Physics / Charles P. Poole, Jr. — 1. — San Diego : Academic Press, 2004. — 1672 с. — ISBN 9780080545233.

Посилання

• Самарій // Універсальний словник-енциклопедія. — 4-те вид. — К. : Теза, 2006.
• https://www.webelements.com/samarium/chemistry.html [Архівовано 19 жовтня 2021 у Wayback Machine.]