Samarium

Samarium
←  Promethium | Europium  →
62 sm ↓ Pu 62 cm_
Vzhled jednoduché látky
Samarium exemplář
Vlastnosti atomu
Jméno, symbol, číslo	Samarium / Samarium (Sm), 62
Skupina , období , blok	3 (zastaralé 3), 6, f-prvek
atomová hmotnost ( molární hmotnost )	150,36(2) [1]  a. e. m.  ( g / mol )
Elektronická konfigurace	[Xe] 6s 2 4f 6
Poloměr atomu	181 hodin
Chemické vlastnosti
kovalentní poloměr	162  hodin
Poloměr iontů	(+3e) 96,4  hodin
Elektronegativita	1,17 (Paulingova stupnice)
Elektrodový potenciál	Sm←Sm 3+ -2,30V Sm←Sm 2+ -2,67V
Oxidační stavy	+2, +3
Ionizační energie (první elektron)	540,1 (5,60)  kJ / mol  ( eV )
Termodynamické vlastnosti jednoduché látky
Hustota (v n.a. )	7,520 g/cm³
Teplota tání	1350 tis .
Teplota varu	2064 tis .
Oud. teplo tání	8,9 kJ/mol
Oud. výparné teplo	165 kJ/mol
Molární tepelná kapacita	29,5 [2]  J/(K mol)
Molární objem	19,9  cm³ / mol
Krystalová mřížka jednoduché látky
Příhradová konstrukce	romboedrický
Parametry mřížky	aH = 3,621 cH = 26,25  Á
poměr c / a	7.25
Debyeho teplota	166 tisíc  _
Další vlastnosti
Tepelná vodivost	(300 K) (13,3) W/(m K)
Číslo CAS	7440-19-9

Samarium ( chemická značka - Sm , z lat.  Samarium ) - chemický prvek 3. skupiny (podle zastaralé klasifikace vedlejší podskupina třetí skupiny, IIIB) šestého období periodického systému chemických prvků D. I. Mendělejev s atomovým číslem 62.

Patří do rodiny Lanthanide .

Jednoduchá látka samarium  je pevný kov vzácných zemin stříbrné barvy .

Historie a původ jména

Prvek byl izolován z minerálu samarskit ( (Y,Ce,U,Fe) 3 ( Nb ,Ta,Ti) 5016 ). Tento minerál byl v roce 1847 pojmenován po ruském důlním inženýrovi plukovníku V.E. [3] . Nový, dříve neznámý prvek v samarskitu objevili spektroskopicky francouzští chemici Delafontaine v roce 1878 a Lecoq de Boisbaudran v roce 1879 . V roce 1880 tento objev potvrdil švýcarský chemik J. de Marignac . Prvek byl pojmenován po minerálu samarium; poprvé v historii, kdy název chemického prvku odrážel jméno skutečné osoby, a nikoli mytologickou postavu [4] [5] . Čisté kovové samarium bylo poprvé chemicky izolováno až na počátku 20. století.

Být v přírodě

Obsah samaria v zemské kůře je 8 g/t, v oceánské vodě - 1,7⋅10 −6 mg/l [6] .

Vklady

Samarium je členem lanthanoidů , jejichž ložiska se nacházejí v Číně , USA , Kazachstánu , Rusku , Ukrajině , Austrálii , Brazílii , Indii a Skandinávii .

Izotopy

Přírodní samarium se skládá ze čtyř stabilních izotopů 144 Sm ( množství izotopů 3,07 %), 150 Sm (7,38 %), 152 Sm (26,75 %), 154 Sm (22,75 %) a tří slabě radioaktivních izotopů 147 Sm (14,99 %, poloviční životnost  - 106 miliard let), 148 Sm (11,24 %; 7⋅10 15 let), 149 Sm (13,82 %; > 2⋅10 15 let, v některých zdrojích uváděno jako stabilní) [7] . Existují také uměle syntetizované izotopy samaria, z nichž nejdelší životnost je 146 Sm (poločas rozpadu - 68 milionů let [8] nebo 103 milionů let [9] ) a 151 Sm (90 let).

Rezonanční záchyt tepelného neutronu jádrem 149 Sm se vznikem 150 Sm přestává být možný i při malé změně konstanty jemné struktury α . Měření relativního obsahu 149 Sm/ 150 Sm v minerálech přírodního jaderného reaktoru v Oklo umožnilo zjistit, že v rámci experimentální chyby byla hodnota konstanty jemné struktury za poslední 2 miliardy let stejná jako je to dnes [10] [11] .

Ceny

Ceny slitků samaria o čistotě 99-99,9 % se pohybují kolem 50-60 dolarů za 1 kilogram.

V roce 2014 se 25 gramů 99,9% čistého samaria dalo koupit za 75 eur.

Fyzikální vlastnosti

Kompletní elektronová konfigurace atomu samaria je: 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

Samarium je kov, který svým vzhledem připomíná olovo a mechanickými vlastnostmi zinek . Ne radioaktivní . Je to paramagnet .

Chemické vlastnosti

Samarium, které je typickým lanthanoidem, se vyznačuje elektronovou konfigurací 4f 6 5 d 0 6s 2 . Při tvorbě sloučenin tedy tento prvek zpravidla působí jako redukční činidlo a vykazuje oxidační stavy charakteristické pro lanthanoidy , tj. +2 a +3.

Samarium je vysoce aktivní kov. Na vzduchu pomalu oxiduje, nejprve se pokryje tmavým filmem trojmocného oxidu Sm 2 O 3 a poté se zcela rozpadne na žlutý prášek .

Samarium je schopno reagovat s dusíkem (za vzniku nitridu ), uhlíkem (za vzniku karbidů ), chalkogeny (za vzniku mono a dvojmocných sulfidů , selenidů , teluridů ), vodíkem (za vzniku hydridů ), křemíkem (za vzniku silicidů ), borem (za vzniku boridů ) , s fosforem ( fosfidy ), arsenem ( arsenidy ), antimonem ( antimonidy ), vizmutem (bismutidy) a všemi halogeny tvoří trojmocné sloučeniny ( fluoridy , chloridy , bromidy , jodidy ).

Samarium je rozpustné v kyselinách. Například, když reaguje s kyselinou sírovou , samarium tvoří světle žluté krystaly síranu samarium(III) ; reakce samaria s kyselinou chlorovodíkovou může tvořit světle žluté krystaly chloridu samarium(III) a za určitých podmínek i chloridu samarium(II) .

Získání

Kovové samarium se získává kovotepelnými a elektrolytickými metodami v závislosti na struktuře výroby a ekonomických ukazatelích. Světová produkce samaria se odhaduje na několik set tun, většina je izolována iontově výměnnými metodami z monazitového písku.

Aplikace

Magnetické materiály

Samarium je široce používáno pro výrobu těžkých permanentních magnetů ve slitině samaria s kobaltem a řadou dalších prvků. A přestože v této oblasti dochází v posledních letech k vytlačování magnetů samarium-kobalt magnety na bázi neodymu , přesto možnosti slitin samaria zdaleka nejsou vyčerpány.

Při legování jeho slitin kobaltem s prvky jako zirkonium , hafnium , měď , železo a ruthenium bylo dosaženo velmi vysoké hodnoty koercitivní síly a zbytkové indukce . Navíc ultrajemné prášky jeho vysoce výkonných slitin, získané naprašováním v atmosféře helia v elektrickém výboji, s následným lisováním a slinováním, umožňují získat permanentní magnety s více než 3x lepší magnetickou energií a charakteristikou pole než jiné magnetické slitiny na bázi kovů vzácných zemin .

Termoelektrické materiály

Účinek generování termoEMF v sulfidu samariummonosulfidu SmS objeveném v roce 2000 má velmi vysokou účinnost kolem 50 % [12] . I při zahřátí monokrystalu SmS na 130 °C (což otevírá perspektivu pro využití nekvalitního tepla), kdy se tento efekt spojí s termionickou emisí nebo klasickými termočlánky, lze snadno dosáhnout účinnosti výkonu. generace na úrovni 67–85 %, což je velmi důležité vzhledem ke snižování zásob fosilních paliv na planetě. Již dnes jsou experimentální generátory konkurenceschopné ve srovnání s jakýmkoli tepelným motorem (včetně dieselových a Stirlingových motorů), což nám umožňuje uvažovat o zavedení tohoto efektu jako hlavní elektrárny v automobilu. Vzhledem k ultravysoké radiační odolnosti samaria lze monosulfid samaria použít k návrhu jaderných reaktorů, které přímo přeměňují teplo a částečně ionizující záření na elektřinu (kosmické reaktory, reaktory hlubokého vesmíru). Monosulfid samaria je tak schopen v blízké budoucnosti převzít vedoucí roli v malé a velké výrobě elektřiny, výrobě vesmírných jaderných elektráren a letecké dopravě, ve výrobě elektráren pro automobily budoucnosti, kompaktních a výkonných aktuální zdroje pro domácí potřeby a ve vojenských záležitostech. Je zajímavé poznamenat, že na základě použití monosulfidu samaria je problém vytvoření jaderné elektrárny pro silniční dopravu poměrně snadno řešitelný a navíc docela bezpečný ( jaderné auto ).

Telurid samaria(II) (thermoEMF 320 μV/K) se v omezené míře používá také jako termoelektrický materiál .

Materiály citlivé na namáhání

Samarium monosulfid je jedním z nejlepších materiálů citlivých na napětí. Používá se pro výrobu snímačů citlivých na deformaci (např. pro měření mechanických napětí v konstrukcích).

Jaderná energie

V jaderné energetice se samarium používá k řízení jaderných reaktorů , protože průřez zachycení tepelných neutronů pro přírodní samarium přesahuje 6800 stodol . Samarium na rozdíl od jiných prvků s vysokým záchytným průřezem ( bor , kadmium ) v reaktoru „nevyhoří“, protože při intenzivním ozařování neutrony vznikají dceřiné izotopy samaria, které mají také velmi vysoký průřez záchytu neutronů . Samarium-149 (41 000 stodol) má mezi izotopy samaria (v přírodní směsi) nejvyšší průřez záchytu tepelných neutronů. Jaderný průmysl používá oxid (speciální smalty a skla), hexaborid a karbid (kontrolní tyče), boritan samaria .

Obří magnetokalorický efekt

Samarium a manganitany strontnaté mají gigantický magnetokalorický efekt a lze je použít k návrhu magnetických ledniček.

Obří magnetoelektrický jev

Samarium molybdenan vykazuje řádově větší magnetoelektrický efekt než například molybdenan gadolinium a byl intenzivně studován.

Výroba skla

Samarium(III) oxid se používá k získání speciálních luminiscenčních a infračervených skel pohlcujících záření.

Žáruvzdorné materiály

Oxid samaria se vyznačuje velmi vysokou žáruvzdorností , odolností proti aktivním taveninám kovů a vysokým bodem tání (2270 °C). V tomto ohledu se používá jako dobrý žáruvzdorný materiál.

Jiné aplikace

Samarium lze použít k excitaci laserového záření v kapalných a pevných médiích. Samarium se také používá jako aktivátor fosforu při výrobě barevných televizorů a mobilních telefonů.

Kovové samarium se používá pro výrobu doutnavých startovacích elektrod.

Ultračistý oxid samaria se používá v mikroelektronice jako dielektrikum při výrobě křemíkových varikapů MIS .

Biologická role

Biologická role samaria je špatně pochopena. Je známo, že stimuluje metabolismus . Toxicita samaria a jeho sloučenin, stejně jako jiných prvků vzácných zemin, je nízká.

Poznámky

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. Atomové hmotnosti prvků 2011 (IUPAC Technical Report  )  // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Sv. 85 , č. 5 . - S. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 . Archivováno z originálu 5. února 2014.
2. ↑ Chemická encyklopedie: v 5 sv. / Redakce: Zefirov N. S. (šéfredaktor). - Moskva: Sovětská encyklopedie, 1995. - T. 4. - S. 289. - 639 s. — 20 000 výtisků.  - ISBN 5-85270-039-8.
3. ↑ Heinrich Rose . Složení uranotantalum a kolumbit z Ilmenských hor 4, str. 108-126.
4. ↑ Chemie ve svém prvku - Samarium , Royal Society of Chemistry.
5. ↑ Samarium: History & Etymology Archived 23. ledna 2010 na Wayback Machine .
6. ↑ JP Riley a Skirrow G. Chemická oceánografie V.I, 1965
7. ↑ Audi G. , Bersillon O. , Blachot J. , Wapstra AH Hodnocení jaderných a rozpadových vlastností NUBASE  // Nuclear Physics A. - 2003. - T. 729 . - S. 3-128 . - doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 . - .
8. ↑ Kinoshita M. a kol. Kratší 146 Sm poločas naměřený a důsledky pro 146 Sm - 142 Nd chronologie ve sluneční soustavě   // Věda . - 2012. - Sv. 335 , č.p. 6076 . - S. 1614-1617 . - doi : 10.1126/science.1215510 .
9. ↑ Villa IM a kol. Doporučení IUPAC-IUGS pro poločasy 147 Sm a 146 Sm  //  Geochimica et Cosmochimica Acta. - 2020. - Sv. 285 . - str. 70-77 . — ISSN 0016-7037 . - doi : 10.1016/j.gca.2020.06.022 .
10. ↑ New Scientist: Oklo Reactor a hodnota jemné struktury. 30. června 2004 . Získáno 4. října 2017. Archivováno z originálu 12. července 2015. (neurčitý)
11. ↑ Petrov Yu. V. a kol. Přírodní jaderný reaktor v Oklo a variace základních konstant : Výpočet neutroniky čerstvého jádra  // Fyzikální přehled C  . - 2006. - Sv. 74 , č. 6 . — S. 064610 . - doi : 10.1103/PHYSREVC.74.064610 . - . - arXiv : hep-ph/0506186 .
12. ↑ journals.ioffe.ru/ftt/2001/03/p423-426.pdf - http://ru-tld.ru . Datum přístupu: 19. července 2006. Archivováno z originálu 1. března 2008. (neurčitý)

Odkazy

• Samaria na Webelements
• Samarium v ​​populární knihovně chemických prvků
• Řada vlastností hexaboridu samaria

Slovníky a encyklopedie	Velká dánština Velká Katalánština Skvělý norský Velký Rus Brockhaus a Efron Malý Brockhaus a Efron Britannica (online) Treccani Universalis
V bibliografických katalozích	GND : 4179010-8 J9U : 987007553579605171 LCCN : sh85117001 NKC : ph174621