Самарій

Самарій — хімічний елемент з атомним номером 62, лантаноїд.

Символ Sm, атомний номер 62; атомна маса 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 У 1853 році швейцарський хімік Жан Шарль Галісард Маріньяк виявив його за адсорбційними лініями у спектрі дідимоксиду.

У 1879 році самарій виділив Лекок де Буабодран з мінералу самарськіту ((Y, Ce, U, Fe)3(Nb, Ta, Ti)5O16).

У 1878 році швейцарський хімік Марк Делафонтен відкрив самарій теж у дідимоксиді і спочатку назвав його Деціум. У 1881 році Делафонтен знаходить в ізольованому ним деціумі ще один елемент.

Лекок де Буабодран повторює спектроскопічно відкриття самарію, зроблене Маріньяком у 1853 році, 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, своєю чергою, отримав назву на честь російського гірничого інспектора В. Е. Самарського-Биховця у 1847 році.

Фізичні властивості

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.

Енергія іонізації — 5,6 електрон-вольта для першого електрону і 11,2 — для другого.

Модуль зсуву — 12,6 ГПа, модуль Юнга — 34,104 ГПа.

Температура Нееля для самарію — 14 К.

Питомий опір — 90×10−8 Ом·м, температурний коефіцієнт опору — 1,48×10−3 К−1..

У природі існує шість 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 Самарій повільно, а при температурі вище 150 °C активно реагує з киснем повітря з утворенням самарій (III) 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) іона, який забарвлює розчин у жовтий колір (існує як [Sm(OH2)9]3+ аквакомплекс)

2 Sm (тв) + 3 H2SO4 (aq) → 2 Sm3+ (aq) + 3 SO (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 Кларк самарію у земній корі становить 0,0006 %, (вище, ніж в 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%.

Присутній у багатьох мінералах (бастнезит, гадолініт, лопарит, монацит, ортит, самарськіт і інші). Джерело отримання самарію — рідкісноземельні мінерали, в яких самарій знаходиться спільно з іншими елементами церієвої групи. Самарій міститься в гранітах, у середньому кожна тонна граніту містить 17,3 г самарію.

Значні поклади самарієвих руд існують у США, Китаї, Бразилії, Індії, Австралії і на Шрі-Ланці.

Отримання Одержують самарій лантанотермічним відновленням SmF3 з подальшою вакуумною дистиляцією. Відділення рідкісноземельних елементів з мінералів бастнезиту та монациту здійснюють за допомогою іонного обміну або екстракції. На останньому етапі відновлюють самарій з оксиду за допомогою лантану і закінчують процес сублімацією чистого самарію.

Концентрат, який містить Sm, Eu, Gd, Tb і деякі інші рідкісноземельні 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 °C. Використовують також карботермічний метод відновлення Sm2O3.

Використання У 2008 році у світі було використано 549 тонн самарію в перерахунку на оксид SmO. З них 399 тонн було використано для виробництва батарейок — самарій використовується у нікель-метал-гідридних акумуляторах як матеріал для електродів, що здатні поглинати велику кількість водню.

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 важливі 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 використовують як добавку-активатор до скла, здатного люмінесціювати (дає одиничні спалахи), а також при дослідженнях інфрачервоного випромінювання в астрономії та 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

Посилання

WebElements Periodic Table » Samarium » reactions of elements

Примітки