Samarium

Samarium
←  Promethium | Europa  →
62 sm ↓ Pu 62 cm _
Udseende af et simpelt stof
Samarium eksemplar
Atom egenskaber
Navn, symbol, nummer	Samaria / Samarium (Sm), 62
Gruppe , punktum , blok	3 (forældet 3), 6, f-element
Atommasse ( molær masse )	150.36(2) [1]  a. e. m.  ( g / mol )
Elektronisk konfiguration	[Xe] 6s 2 4f 6
Atomradius	181 kl
Kemiske egenskaber
kovalent radius	162  kl
Ion radius	(+3e) 96.4  kl
Elektronegativitet	1,17 (Pauling-skala)
Elektrodepotentiale	Sm←Sm 3+ -2,30V Sm←Sm 2+ -2,67V
Oxidationstilstande	+2, +3
Ioniseringsenergi (første elektron)	540,1 (5,60)  kJ / mol  ( eV )
Termodynamiske egenskaber af et simpelt stof
Tæthed ( i.a. )	7,520 g/cm³
Smeltetemperatur	1350K _
Kogetemperatur	2064K _
Oud. fusionsvarme	8,9 kJ/mol
Oud. fordampningsvarme	165 kJ/mol
Molær varmekapacitet	29,5 [2]  J/(K mol)
Molært volumen	19,9  cm³ / mol
Krystalgitteret af et simpelt stof
Gitterstruktur	Rhombohedral
Gitterparametre	a H ​​= 3,621 c H = 26,25  Å
c / a -forhold	7,25
Debye temperatur	166K  _
Andre egenskaber
Varmeledningsevne	(300 K) (13,3) W/(m K)
CAS nummer	7440-19-9

Samarium ( kemisk symbol - Sm , fra lat.  Samarium ) - et kemisk grundstof af den 3. gruppe (ifølge den forældede klassifikation - en sideundergruppe af den tredje gruppe, IIIB) i den sjette periode af det periodiske system af kemiske elementer af D. I. Mendeleev , med atomnummer 62.

Tilhører Lanthanide- familien .

Det simple stof samarium er et  solidt sjældent jordmetal af sølvfarvet .

Navnets historie og oprindelse

Grundstoffet blev isoleret fra mineralet samarskit ((Y,Ce,U,Fe) 3 (Nb,Ta,Ti ) 5O16 ) . Dette mineral i 1847 blev opkaldt efter den russiske mineingeniør , oberst V.E. [3] . Et nyt, hidtil ukendt grundstof i samarskit blev opdaget spektroskopisk af de franske kemikere Delafontaine i 1878 og Lecoq de Boisbaudran i 1879 . I 1880 blev opdagelsen bekræftet af den schweiziske kemiker J. de Marignac . Grundstoffet blev opkaldt efter mineralet samarium; første gang i historien, hvor navnet på et kemisk grundstof afspejlede navnet på en virkelig person, og ikke en mytologisk karakter [4] [5] . Ren metallisk samarium blev først kemisk isoleret først i begyndelsen af ​​det 20. århundrede.

At være i naturen

Indholdet af samarium i jordskorpen er 8 g/t, i havvand - 1,7⋅10 −6 mg/l [6] .

Indskud

Samarium er medlem af lanthaniderne , hvis aflejringer findes i Kina , USA , Kasakhstan , Rusland , Ukraine , Australien , Brasilien , Indien og Skandinavien .

Isotoper

Naturligt samarium består af fire stabile isotoper 144 Sm ( isotop-overflod 3,07%), 150 Sm (7,38%), 152 Sm (26,75%), 154 Sm (22,75%) og tre svagt radioaktive isotoper 147 Sm (14,99%, halveringstid)  - 106 milliarder år), 148 Sm (11,24%; 7⋅10 15 år), 149 Sm (13,82%; > 2⋅10 15 år, opført som stabil i nogle kilder) [7] . Der er også kunstigt syntetiserede isotoper af samarium, hvoraf de længstlevende er 146 Sm (halveringstid - 68 millioner år [8] eller 103 millioner år [9] ) og 151 Sm (90 år).

Resonansindfangningen af ​​en termisk neutron af 149 Sm-kernen med dannelsen af ​​150 Sm ophører med at være mulig selv med en lille ændring i finstrukturkonstanten α . Måling af det relative indhold af 149 Sm/ 150 Sm i mineralerne i den naturlige atomreaktor i Oklo gjorde det muligt at fastslå, at inden for den eksperimentelle fejl var værdien af ​​finstrukturkonstanten den samme i løbet af de sidste 2 milliarder år som det er i dag [10] [11] .

Priser

Priserne for samariumbarrer med en renhed på 99-99,9% svinger omkring 50-60 dollars pr. 1 kg.

I 2014 kunne 25 gram 99,9% rent samarium købes for 75 euro.

Fysiske egenskaber

Den komplette elektroniske konfiguration af samarium-atomet er: 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 er et metal, der ligner bly i udseende og zink i mekaniske egenskaber . Ikke radioaktivt . Det er en paramagnet .

Kemiske egenskaber

Samarium, som er et typisk lanthanid, er karakteriseret ved den elektroniske konfiguration 4f 6 5d 0 6s 2 . Når der dannes forbindelser, virker dette element som regel som et reduktionsmiddel, der udviser oxidationstilstande, der er karakteristiske for lanthanider , det vil sige +2 og +3.

Samarium er et meget aktivt metal. I luften oxiderer det langsomt, først bliver det dækket af en mørk film af trivalent oxid Sm 2 O 3 og derefter fuldstændig smuldrer til et gult pulver .

Samarium er i stand til at reagere med nitrogen (dannende nitrid ), kulstof (dannende carbider ), chalcogener (dannende mono- og di-trivalente sulfider , selenider , tellurider ), brint (dannende hydrider ), silicium (dannende silicider ), bor (dannende borider ) , med fosfor ( phosphider ), arsen ( arsenider ), antimon ( antimonider ), bismuth ( vismuthider ) og alle halogener , der danner trivalente forbindelser ( fluorider , chlorider , bromider , iodider ).

Samarium er opløseligt i syrer. For eksempel, når det reagerer med svovlsyre , danner samarium lysegule krystaller af samarium(III)sulfat ; reaktionen af ​​samarium med saltsyre kan danne lysegule krystaller af samarium(III)chlorid og under visse betingelser samarium(II)chlorid .

Henter

Metal samarium opnås ved metal-termiske og elektrolytiske metoder, afhængigt af produktionsstrukturen og økonomiske indikatorer. Verdensproduktionen af ​​samarium anslås til flere hundrede tons, det meste af det er isoleret ved ionbytningsmetoder fra monazitsand .

Ansøgning

Magnetiske materialer

Samarium er meget udbredt til produktion af kraftige permanente magneter , i en legering af samarium med kobolt og en række andre elementer. Og selvom der i dette område i de senere år har været en forskydning af samarium-koboltmagneter med magneter baseret på neodym , er mulighederne for samariumlegeringer ikke desto mindre langt fra udtømte.

Ved legering af dets legeringer med kobolt med elementer som zirconium , hafnium , kobber , jern og ruthenium opnåedes en meget høj værdi af tvangskraft og resterende induktion . Derudover gør ultrafine pulvere af dets højtydende legeringer, opnået ved sputtering i en heliumatmosfære i en elektrisk udladning, med efterfølgende presning og sintring, det muligt at opnå permanente magneter med mere end 3 gange bedre magnetisk energi og feltkarakteristika end andre magnetiske legeringer baseret på sjældne jordarters metaller. .

Termoelektriske materialer

Effekten af ​​termoEMF- generering i samariummonosulfid SmS opdaget i 2000 har en meget høj effektivitet på omkring 50 % [12] . Selv når SmS-enkeltkrystallen opvarmes til 130 °C (hvilket åbner mulighed for udnyttelse af lavgradig varme), når en sådan effekt kombineres med termionisk emission eller klassiske termoelementer, er det let at opnå en effekteffektivitet produktion på niveauet 67-85 %, hvilket er meget vigtigt på grund af faldende reserver af fossile brændstoffer på planeten. Allerede i dag er eksperimentelle generatorer konkurrencedygtige i sammenligning med enhver varmemotor (inklusive diesel- og stirlingmotorer), hvilket giver os mulighed for at tænke på indførelsen af ​​denne effekt som hovedkraftværket i en bil. I betragtning af samariums ultrahøje strålingsmodstand kan samariummonosulfid bruges til at designe atomreaktorer, der direkte omdanner varme og delvis ioniserende stråling til elektricitet (rumreaktorer, dybrumsreaktorer). Samarium monosulfid er således i stand til at tage en førende rolle i den nærmeste fremtid inden for små og store elproduktion, produktion af rumbaserede atomkraftværker og luftfartstransport, i produktion af kraftværker til fremtidens biler, kompakte og kraftfulde aktuelle kilder til indenlandske behov og i militære anliggender. Det er interessant at bemærke det faktum, at på grundlag af brugen af ​​samariummonosulfid er problemet med at skabe et atomkraftværk til vejtransport ret let at løse, og desuden ret sikkert ( nuklear bil ).

Samarium(II) -tellurid (thermoEMF 320 μV/K) bruges også i begrænset omfang som termoelektrisk materiale .

Belastningsfølsomme materialer

Samarium monosulfid er et af de bedste stammefølsomme materialer. Det bruges til produktion af belastningsfølsomme sensorer (for eksempel til måling af mekaniske spændinger i strukturer).

Atomkraft

I atomkraftindustrien bruges samarium til at styre atomreaktorer , da det termiske neutronfangst tværsnit for naturligt samarium overstiger 6800 stalde . Samarium "brænder ikke ud" i en reaktor, i modsætning til andre grundstoffer med et højt fangstværsnit ( bor , cadmium ), fordi der ved intens neutronbestråling dannes datterisotoper af samarium, som også har et meget højt neutronfangsttværsnit . Samarium-149 (41.000 stalde) har det højeste termiske neutronfangst tværsnit blandt samariumisotoper (i en naturlig blanding). Den nukleare industri anvender oxid (specielle emaljer og glas), hexaborid og carbid (kontrolstænger), samariumborat .

Kæmpe magnetokalorisk effekt

Samarium og strontium manganater har en gigantisk magnetokalorisk effekt og kan bruges til at designe magnetiske køleskabe.

Kæmpe magnetoelektrisk effekt

Samariummolybdat udviser en størrelsesorden større magnetoelektrisk effekt end for eksempel gadoliniummolybdat , og er blevet intensivt undersøgt.

Glasproduktion

Samarium(III)oxid bruges til at opnå specielle selvlysende og infrarødabsorberende glas.

Ildfaste materialer

Samariumoxid er kendetegnet ved en meget høj ildfasthed , modstandsdygtighed over for aktive metalsmeltninger og et højt smeltepunkt (2270 ° C). I denne henseende bruges det som et godt ildfast materiale.

Andre applikationer

Samarium kan bruges til at excitere laserstråling i flydende og faste medier. Samarium bruges også som en fosforaktivator i produktionen af ​​farvefjernsyn og mobiltelefoner.

Metal samarium bruges til produktion af glødeudladningsstartelektroder.

Ultrarent samariumoxid bruges i mikroelektronik som et dielektrikum i produktionen af ​​silicium MIS varicaps .

Biologisk rolle

Samariums biologiske rolle er dårligt forstået. Det er kendt for at stimulere stofskiftet . Toksiciteten af ​​samarium og dets forbindelser, ligesom andre sjældne jordarters grundstoffer, er lav.

Noter

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. Grundstoffernes atomvægte 2011 (IUPAC Technical Report  )  // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Bd. 85 , nr. 5 . - S. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 . Arkiveret fra originalen den 5. februar 2014.
2. ↑ Chemical Encyclopedia: i 5 bind. / Redaktion: Zefirov N. S. (chefredaktør). - Moskva: Soviet Encyclopedia, 1995. - T. 4. - S. 289. - 639 s. — 20.000 eksemplarer.  - ISBN 5-85270-039-8.
3. ↑ Heinrich Rose . Sammensætningen af ​​uranotantal og columbit fra Ilmensky - bjergene 4, s. 108-126.
4. ↑ Kemi i dets element - Samarium , Royal Society of Chemistry.
5. ↑ Samarium: History & Etymology Arkiveret 23. januar 2010 på Wayback Machine .
6. ↑ JP Riley og Skirrow G. Chemical Oceanography V.I, 1965
7. ↑ Audi G. , Bersillon O. , Blachot J. , Wapstra AH NUBASE-evalueringen af ​​nukleare og henfaldsegenskaber  // Nuclear Physics A. - 2003. - T. 729 . - S. 3-128 . - doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 . - .
8. ↑ Kinoshita M. et al. En kortere 146 Sm halveringstid målt og implikationer for 146 Sm- 142 Nd kronologi i solsystemet   // Videnskab . - 2012. - Bd. 335 , nr. 6076 . - S. 1614-1617 . - doi : 10.1126/science.1215510 .
9. ↑ Villa IM et al. IUPAC-IUGS anbefaling om halveringstider på 147 Sm og 146 Sm  //  Geochimica et Cosmochimica Acta. - 2020. - Bd. 285 . - S. 70-77 . — ISSN 0016-7037 . - doi : 10.1016/j.gca.2020.06.022 .
10. ↑ Ny videnskabsmand: Oklo-reaktor og finstrukturværdi. 30. juni 2004. . Hentet 4. oktober 2017. Arkiveret fra originalen 12. juli 2015. (ubestemt)
11. ↑ Petrov Yu. V. et al. Naturlig atomreaktor ved Oklo og variation af fundamentale konstanter : Beregning af neutronik af en frisk kerne  // Fysisk gennemgang  C. - 2006. - Bd. 74 , nr. 6 . — P. 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 . Dato for adgang: 19. juli 2006. Arkiveret fra originalen 1. marts 2008. (ubestemt)

Links

• Samaria på Webelements
• Samarium på Popular Library of Chemical Elements
• En række egenskaber ved samariumhexaborid

Ordbøger og encyklopædier	Flot dansk Fantastisk catalansk Fantastisk norsk Stor russer Brockhaus og Efron Lille Brockhaus og Efron Britannica (online) Treccani Universalis
I bibliografiske kataloger	GND : 4179010-8 J9U : 987007553579605171 LCCN : sh85117001 NKC : ph174621