Samariul

Samariul
←  Prometiu | Europiu  →
62 sm ↓ Pu 62 cm _
Aspectul unei substanțe simple
Exemplar de samarium
Proprietățile atomului
Nume, simbol, număr	Samaria / Samarium (Sm), 62
Grup , punct , bloc	3 (învechit 3), 6, element f
Masa atomica ( masa molara )	150.36(2) [1]  a. e. m.  ( g / mol )
Configuratie electronica	[Xe] 6s 2 4f 6
Raza atomului	ora 181
Proprietăți chimice
raza covalentă	ora 162
Raza ionică	(+3e) 96.4  pm
Electronegativitatea	1.17 (Scara Pauling)
Potențialul electrodului	Sm←Sm 3+ -2,30V Sm←Sm 2+ -2,67V
Stări de oxidare	+2, +3
Energia de ionizare (primul electron)	540,1 (5,60)  kJ / mol  ( eV )
Proprietățile termodinamice ale unei substanțe simple
Densitate (la n.a. )	7,520 g/cm³
Temperatură de topire	1350K _
Temperatura de fierbere	2064K _
Oud. căldură de fuziune	8,9 kJ/mol
Oud. căldură de evaporare	165 kJ/mol
Capacitate de căldură molară	29,5 [2]  J/(K mol)
Volumul molar	19,9  cm³ / mol
Rețeaua cristalină a unei substanțe simple
Structura de zăbrele	Romboedric
Parametrii rețelei	a H ​​​​= 3,621 c H = 26,25  Å
raport c / a	7.25
Debye temperatura	166K  _
Alte caracteristici
Conductivitate termică	(300 K) (13,3) W/(m K)
numar CAS	7440-19-9

Samariul ( simbol chimic - Sm , din lat.  Samariu ) - un element chimic al grupului al 3-lea (conform clasificării învechite - un subgrup lateral al celui de-al treilea grup, IIIB) din a șasea perioadă a sistemului periodic de elemente chimice din D. I. Mendeleev , cu număr atomic 62.

Aparține familiei Lanthanide .

Substanța simplă samariul este un metal  solid de pământ rar de culoare argintie .

Istoria și originea numelui

Elementul a fost izolat din samarskitul mineral ((Y,Ce,U,Fe) 3 (Nb,Ta,Ti ) 5O16 ) . Acest mineral în 1847 a fost numit după inginerul minier rus , V.E.colonelul [3] . Un element nou, necunoscut anterior, în samarskite a fost descoperit spectroscopic de chimiștii francezi Delafontaine în 1878 și Lecoq de Boisbaudran în 1879 . În 1880, descoperirea a fost confirmată de chimistul elvețian J. de Marignac . Elementul a fost numit după mineralul samariu; prima dată în istorie când numele unui element chimic reflecta numele unei persoane reale, și nu un personaj mitologic [4] [5] . Samariul metalic pur a fost izolat chimic pentru prima dată abia la începutul secolului al XX-lea.

Fiind în natură

Conținutul de samariu din scoarța terestră este de 8 g/t, în apa oceanului - 1,7⋅10 −6 mg/l [6] .

Depozite

Samariul este un membru al lantanidelor ale căror depozite se găsesc în China , SUA , Kazahstan , Rusia , Ucraina , Australia , Brazilia , India și Scandinavia .

Izotopi

Samariul natural este format din patru izotopi stabili 144 Sm ( abundența izotopilor 3,07%), 150 Sm (7,38%), 152 Sm (26,75%), 154 Sm (22,75%) și trei izotopi slab radioactivi 147 Sm (14,99%, timp de înjumătățire).  - 106 miliarde de ani), 148 Sm (11,24%; 7⋅10 15 ani), 149 Sm (13,82%; > 2⋅10 15 ani, enumerate ca stabile în unele surse) [7] . Există, de asemenea, izotopi de samariu sintetizati artificial, dintre care cei mai longevivi sunt 146 Sm (timp de înjumătățire - 68 milioane de ani [8] sau 103 milioane de ani [9] ) și 151 Sm (90 de ani).

Captarea rezonantă a unui neutron termic de către nucleul de 149 Sm cu formarea a 150 Sm încetează să fie posibilă chiar și cu o mică modificare a constantei structurii fine α . Măsurarea conținutului relativ de 149 Sm/ 150 Sm în mineralele reactorului nuclear natural din Oklo a permis să se stabilească că, în cadrul erorii experimentale, valoarea constantei structurii fine a fost aceeași în ultimii 2 miliarde de ani cu este astăzi [10] [11] .

Prețuri

Prețurile pentru lingourile de samariu cu o puritate de 99-99,9% fluctuează în jurul valorii de 50-60 de dolari pe 1 kilogram.

În 2014, 25 de grame de samariu pur 99,9% puteau fi cumpărate cu 75 de euro.

Proprietăți fizice

Configurația electronică completă a atomului de samariu este: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 6

Samariul este un metal care seamănă cu plumbul ca aspect și zincul ca proprietăți mecanice . Nu radioactiv . Este un paramagnet .

Proprietăți chimice

Samariul, fiind o lantanidă tipică, se caracterizează prin configurația electronică 4f 6 5d 0 6s 2 . În consecință, atunci când formează compuși, acest element, de regulă, acționează ca un agent reducător, prezentând stări de oxidare caracteristice lantanidelor , adică +2 și +3.

Samariul este un metal foarte activ. În aer, se oxidează încet, devenind mai întâi acoperit cu o peliculă întunecată de oxid trivalent Sm 2 O 3 și apoi sfărâmându-se complet într-o pulbere galbenă .

Samariul este capabil să reacționeze cu azotul (formând nitrură ), carbon (formând carburi ), calcogeni (formând sulfuri mono și di-trivalente , selenide , telururi ), hidrogen (formând hidruri ), siliciu (formând siliciuri ), bor (formând boruri ) , cu fosfor ( fosfuri ), arsen ( arsenide ), antimoniu ( antimonide ), bismut ( bismuturi ) și toți halogenii , formând compuși trivalenți ( fluoruri , cloruri , bromuri , ioduri ).

Samariul este solubil în acizi. De exemplu, când reacţionează cu acidul sulfuric , samariul formează cristale galben deschis de sulfat de samariu (III) ; reacția samariului cu acidul clorhidric poate forma cristale galben deschis de clorură de samariu (III) și, în anumite condiții, clorură de samariu (II) .

Obținerea

Samariul metalic se obține prin metode metalo-termice și electrolitice, în funcție de structura producției și indicatorii economici. Producția mondială de samariu este estimată la câteva sute de tone, cea mai mare parte fiind izolată prin metode de schimb ionic din nisipul monazit .

Aplicație

Materiale magnetice

Samariul este utilizat pe scară largă pentru producția de magneți permanenți grei , într-un aliaj de samariu cu cobalt și o serie de alte elemente. Și deși în acest domeniu în ultimii ani s-a înregistrat o deplasare a magneților de samariu-cobalt de către magneții pe bază de neodim , cu toate acestea, posibilitățile aliajelor de samariu sunt departe de a fi epuizate.

La alierea aliajelor sale cu cobalt cu elemente precum zirconiu , hafniu , cupru , fier și ruteniu , sa obținut o valoare foarte mare a forței de constrângere și a inducției reziduale . În plus, pulberile ultrafine din aliajele sale de înaltă performanță, obținute prin pulverizare în atmosferă de heliu în descărcare electrică, cu presare și sinterizare ulterioară, fac posibilă obținerea de magneți permanenți cu energie magnetică și caracteristici de câmp de peste 3 ori mai bune decât alții. aliaje magnetice pe bază de metale pământuri rare .

Materiale termoelectrice

Efectul generării termoEMF în SmS monosulfură de samariu descoperit în 2000 are o eficiență foarte mare de aproximativ 50% [12] . Chiar și atunci când un singur cristal SmS este încălzit la 130 °C (ceea ce deschide perspectiva utilizării căldurii de calitate scăzută), atunci când un astfel de efect este combinat cu emisia termoionică sau termoelementele clasice, este ușor să se obțină o eficiență a puterii. generare la nivel de 67–85%, ceea ce este foarte important datorită scăderii rezervelor de combustibili fosili de pe planetă. Deja astăzi, generatoarele experimentale sunt competitive în comparație cu orice motor termic (inclusiv motoarele Diesel și Stirling), ceea ce ne permite să ne gândim la introducerea acestui efect ca principală centrală electrică într-o mașină. Având în vedere rezistența ultra-înaltă la radiații a samariului, monosulfura de samariu poate fi utilizată pentru a proiecta reactoare nucleare care convertesc direct căldura și radiațiile parțial ionizante în electricitate (reactoare spațiale, reactoare spațiale adânci). Astfel, monosulfura de samariu este capabilă să aibă un rol de lider în viitorul apropiat în producția de energie electrică mică și mare, producția de centrale nucleare spațiale și transportul aviatic, în producția de centrale electrice pentru mașinile viitorului, compacte și puternice. surse curente pentru nevoile interne și în afacerile militare. Este interesant de remarcat faptul că, pe baza utilizării monosulfurei de samariu, problema creării unei centrale nucleare pentru transportul rutier este destul de ușor de rezolvat și, în plus, destul de sigură ( mașină nucleară ).

Telurura de samarium (II) (termoEMF 320 μV/K) este, de asemenea, utilizată într-o măsură limitată ca material termoelectric .

Materiale sensibile la deformare

Monosulfura de samariu este unul dintre cele mai bune materiale sensibile la tulpini. Este utilizat pentru producerea de senzori sensibili la deformare (de exemplu, pentru măsurarea tensiunilor mecanice în structuri).

Energia nucleară

În industria energiei nucleare , samariul este folosit pentru a controla reactoarele nucleare , deoarece secțiunea transversală de captare a neutronilor termici pentru samariul natural depășește 6800 de hambare . Samariul, spre deosebire de alte elemente cu o secțiune transversală mare de captare ( bor , cadmiu ), „nu arde” într-un reactor, deoarece la iradierea intensă cu neutroni se formează izotopi fiice ai samariului, care au și o secțiune transversală foarte mare de captare a neutronilor. . Samariul-149 (41.000 hambare) are cea mai mare secțiune transversală de captare termică a neutronilor dintre izotopii de samariu (într-un amestec natural). Industria nucleară folosește oxid (smalturi speciale și ochelari), hexaboridă și carbură (tije de control), borat de samariu .

Efect magnetocaloric gigant

Manganații de samarium și stronțiu au un efect magnetocaloric gigantic și pot fi folosiți pentru proiectarea frigiderelor magnetice.

Efect magnetoelectric gigant

Molibdatul de samariu prezintă un efect magnetoelectric cu un ordin de mărime mai mare decât, de exemplu, molibdatul de gadoliniu și a fost studiat intens.

Producția de sticlă

Oxidul de samarium(III) este utilizat pentru a obține ochelari speciali luminiscenți și care absorb infraroșu.

Materiale refractare

Oxidul de samariu se distinge printr-o refractare foarte mare , rezistență la topituri de metale active și un punct de topire ridicat (2270 ° C). În acest sens, este folosit ca un bun material refractar.

Alte aplicații

Samariul poate fi folosit pentru a excita radiația laser în medii lichide și solide. Samariul este, de asemenea, folosit ca activator de fosfor în producția de televizoare color și telefoane mobile.

Samariul metalic este utilizat pentru producerea electrozilor de pornire cu descărcare luminoasă.

Oxidul de samariu ultrapur este utilizat în microelectronică ca dielectric în producția de varicaps MIS de siliciu .

Rolul biologic

Rolul biologic al samariului este puțin înțeles. Se știe că stimulează metabolismul . Toxicitatea samariului și a compușilor săi, ca și a altor elemente de pământ rare, este scăzută.

Note

1. ↑ Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg , Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Greutăți atomice ale elementelor 2011 (Raport tehnic IUPAC  )  // Chimie pură și aplicată . - 2013. - Vol. 85 , nr. 5 . - P. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 . Arhivat din original pe 5 februarie 2014.
2. ↑ Enciclopedia chimică: în 5 vol. / Redacție: Zefirov N. S. (redactor-șef). - Moscova: Enciclopedia Sovietică, 1995. - T. 4. - S. 289. - 639 p. — 20.000 de exemplare.  - ISBN 5-85270-039-8.
3. ↑ Heinrich Rose . Compoziția uranotantalului și a columbitului din munții Ilmensky 4, p. 108-126.
4. ↑ Chemistry in Its Element - Samarium , Royal Society of Chemistry.
5. ↑ Samarium: History & Etymology Arhivat 23 ianuarie 2010 la Wayback Machine .
6. ↑ JP Riley și Skirrow G. Chemical Oceanography V.I, 1965
7. ↑ Audi G. , Bersillon O. , Blachot J. , Wapstra AH The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties  // Nuclear Physics A . - 2003. - T. 729 . - S. 3-128 . - doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 . - Cod biblic .
8. ↑ Kinoshita M. și colab. O durată de înjumătățire mai scurtă de 146 Sm măsurată și implicații pentru cronologia 146 Sm- 142 Nd în sistemul solar   // Știință . - 2012. - Vol. 335 , nr. 6076 . - P. 1614-1617 . - doi : 10.1126/science.1215510 .
9. ↑ Villa IM și colab. Recomandarea IUPAC-IUGS privind timpii de înjumătățire ale 147 Sm și 146 Sm  //  Geochimica et Cosmochimica Acta. - 2020. - Vol. 285 . - P. 70-77 . — ISSN 0016-7037 . - doi : 10.1016/j.gca.2020.06.022 .
10. ↑ Un nou om de știință: Reactorul Oklo și valoarea de structură fină. 30 iunie 2004. . Preluat la 4 octombrie 2017. Arhivat din original la 12 iulie 2015. (nedefinit)
11. ↑ Petrov Yu. V. şi colab. Reactorul nuclear natural de la Oklo și variația constantelor fundamentale : Calculul neutronicii unui miez proaspăt  // Revista fizică C  . - 2006. - Vol. 74 , nr. 6 . — P. 064610 . - doi : 10.1103/PHYSREVC.74.064610 . - Cod . - arXiv : hep-ph/0506186 .
12. ↑ journals.ioff.ru/ftt/2001/03/p423-426.pdf - http://ru-tld.ru . Data accesului: 19 iulie 2006. Arhivat din original la 1 martie 2008. (nedefinit)

Link -uri

• Samaria pe Webelements
• Samariul la Biblioteca Populară a Elementelor Chimice
• O serie de proprietăți ale hexaboridei de samariu

Dicționare și enciclopedii	mare danez Mare catalană Mare norvegian Rusă mare Brockhaus și Efron Micul Brockhaus și Efron Britannica (online) Treccani Universalis
În cataloagele bibliografice	GND : 4179010-8 J9U : 987007553579605171 LCCN : sh85117001 NKC : ph174621