Самарий химический элемент

Самарий (Sm) — это неорганический химический элемент, простое вещество,  относящийся к группе лантаноидов.

Это серебристо-белый металл, который обладает относительно высокой стабильностью на воздухе по сравнению с другими редкоземельными элементами.

Самарий используется в производстве магнитов, например его сплав с кобальтом (SmCo5).

Также он применяется в ядерной энергетике в качестве поглотителя нейтронов.

Что такое самарий

(Samarium; по имени рус.горного инженера В. Е. Самарского-Быховца),  Sm — химический элемент 3-й группы шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева.

Атомный номер 62, атомная масса 150,4; относится к редкоземельным элементам. В соединениях проявляет степень окисления гл. обр. +3, редко +2.

Серебристо-белый металл, на воздухе быстро тускнеет, покрываясь серой окисной пленкой.

Самарий открыл (1879) франц. химик П.-Э. Лекок де Буабодран. Содержание самария в земной коре 7,0 х 10^-4%.

В минералах монаците и бастнезите содержится 0,7— 1,3% Sm₂О₃.

История открытия

Открытие самария (Sm) было сложным процессом, в котором участвовало несколько учёных.

Элемент назван в честь русского горного инженера Василия Евграфовича Самарского-Быховца.

В середине XIX века немецкий химик Генрих Розе назвал новый минерал самарскитом в честь полковника Самарского, который предоставил образцы этого минерала для исследования.

В 1878 году швейцарский химик Марк Делафонтен и в 1879 году французский химик Поль-Эмиль Лекок де Буабодран независимо друг от друга обнаружили в спектре самарскита новые линии, которые не соответствовали уже известным элементам.

Лекок де Буабодран сумел выделить оксид нового элемента, который он назвал самарием, по имени минерала, из которого он был получен.

Чистый металлический самарий был впервые получен немецким химиком Вильгельмом Мутманном только в 1903 году, с помощью электролиза.

Физические свойства

Самарий при комнатной т-ре имеет ромбоэдрическую кристаллическую решетку (альфа-самарий) с периодом а = 8,996 А и а = 23°13′.

При т-ре 917° С альфа-самарий переходит в бета-самарий с объемноцентрированной кубической решеткой и периодом    а = 4,07 А.

Плотность (т-ра 20° С) 7,536 г/см³; t_пл 1072° С; t_кип 1803° С.

Теплоемкость самария (т-ра 25° С) 6,80 кал/г-атом х град; температурный коэфф. линейного расширения 10,4 х 10^-6 град-1 (т-ра 25° С).

Удельное электрическое сопротивление 90 мком х см (т-ра 25° С); температурный коэфф. электрического сопротивления (т-ра 0° С) 1,48 х 10^-3 град-1.

До т-ры 14 К (Нееля точка) С. парамагнитен. При комнатной т-ре модуль норм, упругости 3480 кгс/мм²; модуль сдвига 1286 кгс/мм²; коэфф. Пуассона 0,352.

У литого образца при т-ре 20° С предел прочности на растяжение 12,6 кгс/мм²; относительное удлинение   2,5%;   HV= 42—64   (т-ра 20° С).

Интересный факт: что это первый химический элемент, названный в честь реально существовавшего человека, а не в честь мифологического персонажа, места или другого элемента.

Химические свойства

По химическим свойствам подобен др. лантаноидам. При сжигании на воздухе образует окисел Sm₂О₃.

➡️ Реакция с кислородом

Самарий медленно окисляется на воздухе при комнатной температуре, а при нагревании сгорает, образуя оксид самария (Sm₂O₃).

4Sm + 3O₂ (t) → 2Sm₂O₃

➡️ Реакция с кислотами

Легко реагирует с разбавленными кислотами, такими как соляная или серная, с образованием соли и выделением водорода.

2Sm + 6HCl → 2SmCl₃ + 3H₂

2Sm + 3H₂SO₄ → Sm₂(SO₄)₃ + 3H₂

➡️ Реакция с галогенами

Активно взаимодействует с галогенами (фтором, хлором, бромом, йодом) с образованием соответствующих солей.

2Sm + 3F₂ → 2SmF₃ (фторид самария)

2Sm + 3Cl₂ → 2SmCl₃ (хлорид самария)

При т-ре 300—400° С самарий взаимодействует с водородом,  образуя гидрид SmH₂.

Нитрид SmN получают   прямым действием  азота при т-ре 1100° С.

При сплавлении самария с большинством металлов образуются соединения.

Ограниченная растворимость в жидком состоянии обнаружена в двойных сплавах самария с ураном и кальцием.

Изотопы

Природный самарий состоит из изотопов ¹⁴⁴Sm (3,09%), ¹⁴⁷Sm (15,07%), ¹⁴⁸Sm (11,27%), ¹⁴⁹Sm (13,82%), ¹⁵⁰Sm (7,47%), ¹⁵²Sm (26,63%) и ¹⁵⁴Sm (22,53%).

Из к-рых изотоп ¹⁴⁷Sm — альфа-радиоактивен, с периодом полураспада, равным 1,3 х 10¹¹ лет.

Получены радиоактивные изотопы с массовыми числами 141—143, 145, 146, 151, 153 и 155—157.

Некоторые изотопы самария, образующиеся при делении урана и плутония, являются «реакторными ядами».

Получение

Металлический самарий получают восстановлением из окиси лантаном (металлотермический метод).

✅ Металлотермический способ

Это наиболее распространённый метод. В его основе лежит восстановление оксида самария (Sm₂O₃) лантаном (La) или другим активным металлом при высокой температуре и в вакууме.

Sm₂O₃ + 2La (t) → 2Sm La₂O₃

В результате реакции образуется чистый металлический самарий и оксид лантана.

✅ Электролитический способ

Этот метод используется для получения самария из расплавленных солей, чаще всего хлоридов.

Расплав солей подвергается электролизу, в результате чего чистый самарий осаждается на катоде.

2SmCl₃ (электролиз)  → 2Sm + 3Cl₂

На практике получение самария является сложным и многостадийным процессом, так как он, как и другие лантаноиды.

Поставляют самарий в слитках.

Применение

Самарий добавляют в стекла, служащие для защиты от нейтронного излучения.

Изотоп  ¹⁵³Sm  (период полураспада 47 ч) используют для определения малых количеств   самария активационным анализом.

➡️ Основные области применения

Магниты: Самое известное применение самария — это производство мощных постоянных магнитов.

Сплав самария с кобальтом (SmCo₅) используется в электромоторах, наушниках, микрофонах, а также в военной и космической технике.

Ядерная энергетика: Самарий-149 является сильным поглотителем нейтронов.

Поэтому он используется в управляющих стержнях ядерных реакторов для контроля скорости цепной реакции.

Катализаторы: Соединения самария применяются в органическом синтезе в качестве катализаторов.

Медицина: Радиоактивный изотоп самарий-153 используется в паллиативной терапии для облегчения боли при метастазах в кости, а также в лечении некоторых видов рака.

Литература

Савицкий Е. М., Терехова В. Ф. Металловедение редкоземельных металлов.

 Часто задаваемые вопросы