Самарій

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Самарій (Sm)
Атомний номер 62
Зовнішній вигляд простої речовини рідкоземельний 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
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?

Самарій — хімічний елемент з атомним номером 62, лантаноїд.

Самарій у ампулі в атмосфері аргону

Символ Sm, ат. н. 62; ат. м. 150,36. Сріблястий м'який метал. Рідкісноземельний елемент. Належить до лантаноїдів. Густина — 7536 кг/м³, tплав 1072 °C, tкип 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[ред. | ред. код]

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 знаходить Делафонтен 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[ред. | ред. код]

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[ред. | ред. код]

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) іону який забарвлює розчин у жовтий колір (існує як [Sm(OH2)9]3+ аква-комплекс)

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[ред. | ред. код]

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[ред. | ред. код]

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 рідкоземельні 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[ред. | ред. код]

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[ред. | ред. код]

Посилання[ред. | ред. код]

Самарій на webelements.com (англ.)

  1. Poole, 2004, с. 1155
  2. а б в Poole, 2004, с. 1156
  3. Technical data for Samarium(англ.)
  4. Samarium — Sm(англ.)
  5. Rare Earth Elements—End Use and Recyclability(англ.)