Самарій
Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Самарій — хімічний елемент з атомним номером 62, лантаноїд.
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.
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.
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).
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+ 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.
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].
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.
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.
- Глосарій термінів з хімії / уклад. Й. Опейда, О. Швайка ; Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Дон. : 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.
- Самарій // Універсальний словник-енциклопедія. — 4-те вид. — К. : Тека, 2006.
- https://www.webelements.com/samarium/chemistry.html [Архівовано 19 жовтня 2021 у Wayback Machine.]
- ↑ Poole, 2004, с. 1155.
- ↑ а б в Poole, 2004, с. 1156.
- ↑ Technical data for Samarium [Архівовано 8 березня 2019 у Wayback Machine.](англ.)
- ↑ Samarium — Sm [Архівовано 19 травня 2020 у Wayback Machine.](англ.)
- ↑ Rare Earth Elements—End Use and Recyclability [Архівовано 26 квітня 2019 у Wayback Machine.](англ.)
Text is available under the CC BY-SA 4.0 license; additional terms may apply.
Images, videos and audio are available under their respective licenses.
