Samarium

Samarium
←  Prometium | Europa  →
62 sm ↓ Pu 62 cm _
Utseendet av en enkel substans
Samarium exemplar
Atomegenskaper
Namn, symbol, nummer	Samaria / Samarium (Sm), 62
Grupp , punkt , block	3 (föråldrad 3), 6, f-element
Atommassa ( molmassa )	150.36(2) [1]  a. e. m.  ( g / mol )
Elektronisk konfiguration	[Xe] 6s 2 4f 6
Atomradie	181 pm
Kemiska egenskaper
kovalent radie	162  pm
Jonradie	(+3e) 96.4  pm
Elektronnegativitet	1,17 (Pauling-skala)
Elektrodpotential	Sm←Sm 3+ -2,30V Sm←Sm 2+ -2,67V
Oxidationstillstånd	+2, +3
Joniseringsenergi (första elektron)	540,1 (5,60)  kJ / mol  ( eV )
Termodynamiska egenskaper hos ett enkelt ämne
Densitet (vid ej )	7,520 g/cm³
Smält temperatur	1350K _
Koktemperatur	2064K _
Oud. fusionsvärme	8,9 kJ/mol
Oud. avdunstningsvärme	165 kJ/mol
Molär värmekapacitet	29,5 [2]  J/(K mol)
Molar volym	19,9  cm³ / mol
Kristallgittret av en enkel substans
Gallerstruktur	Rhombohedral
Gitterparametrar	a H ​​= 3,621 c H = 26,25  Å
c / a -förhållande	7,25
Debye temperatur	166K  _
Andra egenskaper
Värmeledningsförmåga	(300 K) (13,3) W/(m K)
CAS-nummer	7440-19-9

Samarium ( kemisk symbol - Sm , från lat.  Samarium ) - ett kemiskt element av den 3: e gruppen (enligt den föråldrade klassificeringen - en sidoundergrupp av den tredje gruppen, IIIB) av den sjätte perioden av det periodiska systemet av kemiska element av D. I. Mendelejev , med atomnummer 62.

Tillhör familjen Lanthanide .

Det enkla ämnet samarium  är en solid sällsynt jordartsmetall av silverfärg .

Namnets historia och ursprung

Grundämnet isolerades från mineralet samarskit ((Y,Ce,U,Fe) 3 (Nb,Ta,Ti ) 5O16 ) . Detta mineral 1847 uppkallades efter den ryske gruvingenjören , överste V.E. [3] . Ett nytt , tidigare okänt grundämne i samarskit upptäcktes spektroskopiskt av de franska kemisterna Delafontaine 1878 och Lecoq de Boisbaudran 1879 . År 1880 bekräftades upptäckten av den schweiziska kemisten J. de Marignac . Elementet fick sitt namn efter mineralet samarium; första gången i historien när namnet på ett kemiskt element återspeglade namnet på en verklig person, och inte en mytologisk karaktär [4] [5] . Rent metalliskt samarium isolerades först kemiskt först i början av 1900-talet.

Att vara i naturen

Innehållet av samarium i jordskorpan är 8 g/t, i havsvatten - 1,7⋅10 −6 mg/l [6] .

Insättningar

Samarium är en medlem av lantaniderna vars fyndigheter finns i Kina , USA , Kazakstan , Ryssland , Ukraina , Australien , Brasilien , Indien och Skandinavien .

Isotoper

Naturligt samarium består av fyra stabila isotoper 144 Sm ( isotopmängd 3,07%), 150 Sm (7,38%), 152 Sm (26,75%), 154 Sm (22,75%) och tre svagt radioaktiva isotoper 147 Sm (14,99%, halveringstid )  - 106 miljarder år), 148 Sm (11,24%; 7⋅10 15 år), 149 Sm (13,82%; > 2⋅10 15 år, listat som stabilt i vissa källor ) [7] . Det finns också artificiellt syntetiserade isotoper av samarium, varav de längsta är 146 Sm (halveringstid - 68 miljoner år [8] eller 103 miljoner år [9] ) och 151 Sm (90 år).

Resonansfångningen av en termisk neutron av 149 Sm-kärnan med bildandet av 150 Sm upphör att vara möjlig även med en liten förändring i finstrukturkonstanten α . Mätning av det relativa innehållet av 149 Sm/ 150 Sm i mineralerna i den naturliga kärnreaktorn i Oklo gjorde det möjligt att fastställa att, inom det experimentella felet, värdet på finstrukturkonstanten var detsamma under de senaste 2 miljarderna åren som det är idag [10] [11] .

Priser

Priserna för samariumtackor med en renhet på 99-99,9% varierar runt 50-60 dollar per 1 kilo.

2014 kunde 25 gram 99,9% rent samarium köpas för 75 euro.

Fysiska egenskaper

Den fullständiga elektroniska konfigurationen av samariumatomen är: 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 är en metall som liknar bly i utseende och zink i mekaniska egenskaper . Inte radioaktivt . Det är en paramagnet .

Kemiska egenskaper

Samarium, som är en typisk lantanid, kännetecknas av den elektroniska konfigurationen 4f 6 5d 0 6s 2 . Följaktligen, vid bildning av föreningar, fungerar detta element som regel som ett reduktionsmedel och uppvisar oxidationstillstånd som är karakteristiska för lantanider , det vill säga +2 och +3.

Samarium är en mycket aktiv metall. I luften oxiderar det långsamt, först täcks det med en mörk film av trevärd oxid Sm 2 O 3 och smular sedan helt sönder till ett gult pulver .

Samarium kan reagera med kväve (bildar nitrid ), kol (bildar karbider ), kalkogener (bildar en- och tvåvärda sulfider , selenider , tellurider ), väte (bildar hydrider ), kisel (bildar silicider ), bor (bildar borider ) , med fosfor ( fosfider ), arsenik ( arsenider ), antimon ( antimonider ), vismut ( vismutider ) och alla halogener , vilket bildar trevärda föreningar ( fluorider , klorider , bromider , jodider ).

Samarium är lösligt i syror. Till exempel, när samarium reagerar med svavelsyra bildar ljusgula kristaller av samarium(III)sulfat ; reaktionen av samarium med saltsyra kan bilda ljusgula kristaller av samarium(III)klorid och, under vissa förhållanden, samarium(II)klorid .

Får

Metallsamarium erhålls genom metalltermiska och elektrolytiska metoder, beroende på produktionsstrukturen och ekonomiska indikatorer. Världsproduktionen av samarium uppskattas till flera hundra ton, det mesta är isolerat med jonbytesmetoder från monazitsand .

Applikation

Magnetiska material

Samarium används ofta för produktion av kraftiga permanentmagneter , i en legering av samarium med kobolt och ett antal andra element. Och även om det i detta område under de senaste åren har skett en förskjutning av samarium-koboltmagneter av magneter baserade på neodym , är ändå möjligheterna med samariumlegeringar långt ifrån uttömda.

Vid legering av dess legeringar med kobolt med element som zirkonium , hafnium , koppar , järn och rutenium uppnåddes ett mycket högt värde på tvångskraft och kvarvarande induktion . Dessutom gör ultrafina pulver av dess högpresterande legeringar, erhållna genom sputtring i heliumatmosfär i en elektrisk urladdning, med efterföljande pressning och sintring, det möjligt att erhålla permanentmagneter med mer än 3 gånger bättre magnetisk energi och fältegenskaper än andra magnetiska legeringar baserade på sällsynta jordartsmetaller. .

Termoelektriska material

Effekten av termoEMF- generering i samariummonosulfid SmS som upptäcktes 2000 har en mycket hög effektivitet på cirka 50 % [12] . Även när SmS-enkristallen värms upp till 130 °C (vilket öppnar möjligheten för utnyttjande av låggradig värme), när en sådan effekt kombineras med termionisk emission eller klassiska termoelement, är det lätt att uppnå en effekteffektivitet produktion på nivån 67–85 %, vilket är mycket viktigt på grund av minskande reserver av fossila bränslen på planeten. Redan idag är experimentella generatorer konkurrenskraftiga i jämförelse med alla värmemotorer (inklusive diesel- och stirlingmotorer), vilket gör att vi kan tänka på införandet av denna effekt som huvudkraftverket i en bil. Med tanke på samariums ultrahöga strålningsmotstånd kan samariummonosulfid användas för att designa kärnreaktorer som direkt omvandlar värme och delvis joniserande strålning till elektricitet (rymdreaktorer, rymdreaktorer). Således kan samariummonosulfid ta en ledande roll inom en snar framtid inom små och stora kraftproduktion, produktion av rymdbaserade kärnkraftverk och flygtransporter, i produktion av kraftverk för framtidens bilar, kompakta och kraftfulla aktuella källor för inhemska behov och i militära angelägenheter. Det är intressant att notera det faktum att på grundval av användningen av samariummonosulfid är problemet med att skapa ett kärnkraftverk för vägtransport ganska lätt att lösa, och dessutom ganska säkert ( kärnkraftsbil ).

Samarium(II)tellurid (thermoEMF 320 μV/K) används också i begränsad omfattning som termoelektriskt material .

Stamkänsliga material

Samariummonosulfid är ett av de bästa stamkänsliga materialen. Den används för tillverkning av töjningskänsliga sensorer (till exempel för att mäta mekaniska spänningar i strukturer).

Kärnkraft

Inom kärnkraftsindustrin används samarium för att styra kärnreaktorer , eftersom det termiska neutroninfångningstvärsnittet för naturligt samarium överstiger 6800 ladugårdar . Samarium "bränner inte ut" i en reaktor, till skillnad från andra grundämnen med högt infångningstvärsnitt ( bor , kadmium ), eftersom det vid intensiv neutronbestrålning bildas dotterisotoper av samarium, som också har ett mycket högt neutroninfångningstvärsnitt. . Samarium-149 (41 000 ladugårdar) har det högsta termiska neutroninfångningstvärsnittet bland samariumisotoper (i en naturlig blandning). Kärnkraftsindustrin använder oxid (speciella emaljer och glas), hexaborid och karbid (kontrollstavar), samariumborat .

Jättemagnetokalorisk effekt

Samarium och strontiummanganater har en gigantisk magnetokalorisk effekt och kan användas för att designa magnetiska kylskåp.

Jättemagnetoelektrisk effekt

Samariummolybdat uppvisar en storleksordning större magnetoelektrisk effekt än till exempel gadoliniummolybdat och har studerats intensivt.

Glasproduktion

Samarium(III)oxid används för att erhålla speciella självlysande och infrarödabsorberande glas.

Eldfasta material

Samariumoxid kännetecknas av en mycket hög eldfasthet , motståndskraft mot aktiv metallsmälta och en hög smältpunkt (2270 ° C). I detta avseende används det som ett bra eldfast material.

Andra applikationer

Samarium kan användas för att excitera laserstrålning i flytande och fasta medier. Samarium används också som en fosforaktivator vid tillverkning av färg-tv och mobiltelefoner.

Metallsamarium används för tillverkning av glödurladdningsstartelektroder.

Ultraren samariumoxid används i mikroelektronik som ett dielektrikum vid tillverkning av MIS -varicaps av kisel .

Biologisk roll

Samariums biologiska roll är dåligt förstådd. Det är känt att det stimulerar ämnesomsättningen . Toxiciteten för samarium och dess föreningar, liksom andra sällsynta jordartsmetaller, är låg.

Anteckningar

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. Grundämnenas atomvikter 2011 (IUPAC Technical Report  )  // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Vol. 85 , nr. 5 . - P. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 . Arkiverad från originalet den 5 februari 2014.
2. ↑ Chemical Encyclopedia: i 5 vols. / Redaktion: Zefirov N. S. (chefredaktör). - Moskva: Soviet Encyclopedia, 1995. - T. 4. - S. 289. - 639 s. — 20 000 exemplar.  - ISBN 5-85270-039-8.
3. ↑ Heinrich Rose . Sammansättningen av uranotantal och columbite från Ilmensky - bergen 4, sid. 108-126.
4. ↑ Kemi i dess beståndsdel - Samarium , Royal Society of Chemistry.
5. ↑ Samarium: History & Etymology Arkiverad 23 januari 2010 på Wayback Machine .
6. ↑ JP Riley och Skirrow G. Chemical Oceanography V.I, 1965
7. ↑ Audi G. , Bersillon O. , Blachot J. , Wapstra AH NUBASE-utvärderingen av kärn- och sönderfallsegenskaper  // Kärnfysik A. - 2003. - T. 729 . - S. 3-128 . - doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 . - .
8. ↑ Kinoshita M. et al. En kortare 146 Sm halveringstid uppmätt och konsekvenser för 146 Sm- 142 Nd kronologi i solsystemet   // Vetenskap . - 2012. - Vol. 335 , nr. 6076 . - P. 1614-1617 . - doi : 10.1126/science.1215510 .
9. ↑ Villa IM et al. IUPAC-IUGS rekommendation om halveringstiderna för 147 Sm och 146 Sm  //  Geochimica et Cosmochimica Acta. - 2020. - Vol. 285 . - S. 70-77 . — ISSN 0016-7037 . - doi : 10.1016/j.gca.2020.06.022 .
10. ↑ Ny forskare: Oklo-reaktor och finstrukturvärde. 30 juni 2004. . Hämtad 4 oktober 2017. Arkiverad från originalet 12 juli 2015. (obestämd)
11. ↑ Petrov Yu. V. et al. Naturlig kärnreaktor i Oklo och variation av fundamentala konstanter : Beräkning av neutronik för en ny kärna  // Fysisk översikt  C. - 2006. - Vol. 74 , nr. 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 . Tillträdesdatum: 19 juli 2006. Arkiverad från originalet 1 mars 2008. (obestämd)

Länkar

• Samaria på Webelements
• Samarium på Popular Library of Chemical Elements
• Ett antal egenskaper hos samariumhexaborid

Ordböcker och uppslagsverk	Stor dansk Stor katalanska Stor norsk Stor ryss Brockhaus och Efron Litet Brockhaus och Efron Britannica (online) Treccani Universalis
I bibliografiska kataloger	GND : 4179010-8 J9U : 987007553579605171 LCCN : sh85117001 NKC : ph174621