Wikipédia

Szamárium

kémiai elem, rendszáma 62, vegyjele Sm
Ez aközzétett változat,ellenőrizve:2024. április 15.

Aszamáriumalantanoidákközé tartozóritkaföldfém.Aperiódusos rendszer62-esrendszámútagja, atomsúlya 150,36, vegyjeleSm.Fényes ezüstszürke, enyhén kemény fém. Ahogy a legtöbb lantanoidának, a szamárium legstabilabboxidációs száma+3. Léteznek szamárium(II) vegyületek is, ezek közül a legismertebb a szamárium-monoxid (SmO), a szamárium-jodid és a monokalkogenidjei: SmS, SmSe és SmTe. Élettani jelentősége kicsi. Enyhén mérgező.

62 prométium←szamárium→európium
-
↑
Sm
↓
Pu
62
Sm
Általános
Név,vegyjel,rendszám szamárium, Sm, 62
Latin megnevezés samarium
Elemi sorozat lantanoidák
Csoport,periódus,mező ?,6,f
Megjelenés ezüstfehér
Atomtömeg 150,36(2)[1]g/mol
Elektronszerkezet [Xe] 4f66s²
Elektronokhéjanként 2, 8, 18, 24, 8, 2
Fizikai tulajdonságok
Halmazállapot szilárd
Sűrűség(szobahőm.) 7,52 g/cm³
Sűrűség(folyadék) azo.p.-on 7,16 g/cm³
Olvadáspont 1345K
(1072 °C,1962 °F)
Forráspont 2067K
(1794 °C,3261 °F)
Olvadáshő 8,62kJ/mol
Párolgáshő 165kJ/mol
Molárishőkapacitás (25 °C) 29,54 J/(mol·K)
Gőznyomás
P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
T/K 1001 1106 1240 (1421) (1675) (2061)
Atomi tulajdonságok
Kristályszerkezet romboéderes
Oxidációs szám 2,3
Elektronegativitás 1,17 (Pauling-skála)
Ionizációs energia 1.: 544,5kJ/mol
2.: 1070 kJ/mol
3.: 2260 kJ/mol
Atomsugár 185pm
Atomsugár(számított) 238pm
Egyebek
Mágnesség paramágneses[2]
Elektromos ellenállás (sz.h.) (α-forma) 0,940 µΩ·m
Hővezetési tényező (300 K) 13,3W/(m·K)
Hőtágulási tényező (sz.h.) (α-forma)
12,7 µm/(m·K)
Hangsebesség(vékony rúd) (20 °C) 2130m/s
Young-modulus (α-forma) 49,7 GPa
Nyírási modulus (α-forma) 19,5 GPa
Kompressziós modulus (α-forma) 37,8 GPa
Poisson-tényező (α-forma) 0,274
Vickers-keménység 412 MPa
Brinell-keménység 441 HB
CAS-szám 7440-19-9
Fontosabb izotópok
Fő cikk:A szamárium izotópjai
izotóp természetes előfordulás felezési idő bomlás
mód energia(MeV) termék
144Sm 3,07% Smstabil82neutronnal
146Sm mest. 1,03E+8 y α 2,529 142Nd
147Sm 14,99% 1,06E+11 y α 2,310 143Nd
148Sm 11,24% 7E+15 y α 1,986 144Nd
149Sm 13,82% >2E+15 y α nincs adat 145Nd
150Sm 7,38% Smstabil88neutronnal
152Sm 26,75% Smstabil90neutronnal
154Sm 22,75% Smstabil92neutronnal
Hivatkozások

Heinrich Rose német mineralógus a szamarszkit ásvány után nevezte el, amiVaszilij Jevgrafovics Szamarszkij-Bihovecbányamérnökről kapta a nevét. Az első, a természetben is előfordulóelem,amit személyről neveztek el, még ha közvetetten is.[3]

Habár a ritkaföldfémek csoportjához tartozik, a fém a negyvenedik leggyakoribb elem a földkéregben, gyakoribb, mint például az ón. Több ásvány is tartalmaz legfeljebb 2,8% szamáriumot. Ezek az ásványok megtalálhatók Kínában, azAmerikai Egyesült Államokban,Brazíliában,Srí Lankán,Indiában,ésAusztráliában.A vezető szamáriumtermelőKína.

Leggyakoribb felhasználási formája az erős kobalt-szamárium mágnes. Bár a neodímiumos mágnesek erősebbek, a kobalt-szamárium mágnesek még magas hőmérsékleten is megőrzik mágnesességüket. A szamárium-153 radioaktív izotópot a tüdő-, a prosztata-, a mell- és a csontrák kezelésére használják. A szamárium-149 jó neutronnyelő, ezért atomreaktorokszabályzórúdjaibateszik. További alkalmazásai: katalizátor, radioaktív kormeghatározás, és röntgenlézer.

Története

szerkesztés
Paul Émile Lecoq de Boisbaudran,aki először izolálta a szamáriumot

A szamáriumot előszörJean Charles Galissard de Marignacsvájci kémikus észlelte 1853-ban,didímiaabszorpciós spektrumában.Paul Émile Lecoq de Boisbaudranfrancia kémikus izolált először szamáriumvegyületetszamarszkitból((Y,Ce,U,Fe)3(Nb,Ta,Ti)5O16)kiindulva, 1879-ben. Szennyezett oxidot kapott, amiben az új elem jelenlétét Galissard de Marignac-hoz hasonlóan spektroszkópiailag azonosította, annak két kék, erőteljes abszorpciós vonala alapján.[4][5]Marc Delafontainesvájci kémikus 1878-ban jelentette be egy új elem felfedezését, amit decipiumnak nevezett el. 1881-ben azonban pontosította,[6]hogy az általa kapott anyag keverék, két elemből áll, és az egyik összetevő Lecoq de Boisbaudran szamáriumával egyezik meg. Később kiderült, hogy ez a szamárium is keverék, merteurópiumottartalmaz jelentős mennyiségben. A két oxidot 1901-benEugène-Anatole Demarçayfrancia kémikusnak sikerült szétválasztania. Elemi formában a fémet végül 1903-banWilhelm Muthmannnémet kémikus állította elő elektrolízissel.[7]

A szamarszkitot először azUralbanlelték fel, az 1870-es években más lelőhelyeket is felfedeztek, ami több kutató számára is hozzáférhetővé tette a fémet. V. J. Szamarszkij-Bihovec (1803–1870) az orosz Bányamérnöki Hadtest vezérkarának főnökeként engedélyezte a német Rose testvéreknek (GustavésHeinrich) az Uralból származó minták tanulmányozását.[8][9][10]Boisbaudran az elemetszamáriánaknevezte el, de a végződést később megváltoztatták, és a szamária nevet a szamárium-oxidokra használják az yttria, cirkónia, alumina, céria, holmia, és több más elnevezés analógjaként. AzSmvegyjel mellett egészen az 1920-as évekig azSajelet is használták.[11][12]

Az ioncserés technika 1950-es évekbeli felfedezése előtt a szamárium tiszta formában nem került kereskedelmi forgalomba. A neodímium frakcionális kristályosításának melléktermékeként keletkezett gadolínium-szamárium keveréket a gyártó után Lindsay Mixnek nevezték. Ezt az anyagot többek között a korai atomreaktorok szabályzórúdjaiban használták. Ma a szamárium, az európium és a gadolínium keverékét használják (SEG).[13]Ez a bastnäsitből vagy monacitból kivont lantanoidakeverék oldószeres extrakciójával készítik. A technológia azon alapul, hogy a nehezebb lantanoidák jobban oldódnak az adott oldatban, így könnyen eltávolíthatók. Ezután nem mindegyik gyártó folytatja a szétválasztást, hiszen a SEG az ércnek mindössze a 2%-át teszi ki. Az ilyen gyártók terméküket a specializálódott feldolgozóknak adják el. Az európiumtartalmat a fényporgyártáshoz használják el. A szamáriumot a maradékból vonják ki.[14]

Előfordulása

szerkesztés
Szamárium

A természetben elemi formában nem fordul elő. Gyakoribb ásványai amonacit,bastnäsit,cerit,gadolinités szamarszkit. Átlagos koncentrációja a földkéregben 8 ppm, ezzel a 40. helyen áll a gyakorisági listán.Lantanoidákközött az ötödik leggyakoribb elem. A talaj szamáriumtartalma 2 és 23 ppm között változik, és az óceánok 0,5–0,8 trilliomodot tartalmaznak belőle.[15]Talajbeli előfordulása erősen összefügg az elem kémiai állapotával, és a talaj tulajdonságaival: a homokos földben 200-szor dúsabb, mint a talajvízben, és az agyagos föld 1000-szer többet tartalmaz a talajvíznél.[16]

Fizikai tulajdonságai

szerkesztés

Fényes ezüstszínű fém acinkhezhasonló sűrűséggel és keménységgel. 1794 Celsius-fokos forráspontjával a harmadik legillékonyabb ritkaföldfém azitterbiumés azeurópiumután; ez megkönnyíti elválasztását a többi lantanoidától.[17]

A fémnek normál nyomáson három kristályosmódosulatalétezik. Szobahőmérsékleten atrigonálisα-módosulat a stabil. 731 °C-ra hevítve szoros illeszkedésű hexagonális β-formát vesz fel, majd tovább hevítve 922 °C felett tércentrált köbös γ-módosulatba megy át. 300 °C-on és 40kbarnyomáson bihexagonális szoros struktúrába rendeződik(dhcp).Több száz, vagy több ezer kilobáros nyomás újabb és újabb szerkezetek kialakulását eredményezi, például 900 kbar körül tetragonális szerkezet jön létre.[17]

Szobahőmérsékleten szeszkvioxidjával együttparamágnesestulajdonságú,Néel-hőmérséklete14,8 K, alattaantiferromágneses.[18]Korrespondáló effektív mágneses momentuma 2µB,a ritkaföldfémek között a harmadik legkisebb alantánés alutéciumután.[18][19]

A szamáriumatomok egyenként fullerénmolekulákba zárhatók.[20]Szilárd C60fullerénben szabadon átjárhatnak a molekulák között, szupravezetővé téve a fullerént 8 K alatt.[21]Vas alapú szupravezetőhöz adva annak szupravezetését 56 K-re emeli, ami eddig az egyik elérhető legjobb.[22]

Kémiai tulajdonságai

szerkesztés

Száraz levegőn viszonylag stabil, felületén légzáró oxidréteg alakul ki, ami megakadályozza a további oxidációt. Hosszabb idő alatt még olajban tárolva is oxidálódni kezd, felületén szürkés-sárgás bevonat jelzioxidokéshidroxidokkialakulását. A folyamat megelőzése érdekében inert gáz alatt kell tárolni. Levegőn hevítve öngyulladási hőmérséklete 150 °C.[15][23]

Jellemző oxidációs állapota a többi lantanoida elemhez hasonlóan +3. Az Sm3+ion vizes oldatban [Sm(OH2)9]3+komplex formában van jelen,[24]oldatának színe sárgától[25]halványzöldig terjed. Azon kevés lantanoidák egyike, amelyiknek Sm2+ionja is létezik, ennek vizes oldata vérvörös.[26]

Hideg vízzel hidrogénfejlődés közben lassan, meleg vizzel hevesebben reagál, és szamárium-hidroxid keletkezik:[24]

2 Sm + 6 H2O → 2 Sm(OH)3+ 3 H2

Savak szintén oldják, vizeskénsavvalaz alabbiak szerint reagál:

2 Sm (s) + 3 H2SO4(aq) → 2 Sm3+(aq) + 3 SO2−4(aq) + 3 H2(g)[24]

A szamárium azon kevés ritkaföldfém egyike, amelyek előfordulnak +2-es oxidációs állapotban. Ezek az ionok vérvörös színűre festik az oldatot.[27]

Élettani hatásai

szerkesztés

A szamáriumnak semmilyen szerepe nincs az emberi testben. Sói élénkítik az anyagcserét, bár vitatott, hogy ez mennyire a szamáriumnak, és mennyire a sóban jelenlevő többi lantanoidának köszönhető. Egynátrium-szamárium vegyületigazoltan gyulladáscsökkentő, bőr- és nyálkahártyaregeneráló hatású. Felnőttekben a teljes szamáriummennyiség 50 mikrogramm; ez főként a májban és a vesében fordul elő. A vérben literenként 8 mikrogramm található. A növények nem kötik meg a szamáriumot mérhető mennyiségben, így nem kerül be a táplálékláncba. Néhány növényben mégis feldúsul egy milliomod részre. A szamárium vízben nem oldódó sói nem mérgezőek, és az oldódók gyengén mérgezők.[15]

A tápcsatornába került szamáriumsók 0,05%-a szívódik fel a vérbe, a többi a bélsárral távozik. A szamárium 45%-a a májba jut; újabb 45% a csontok felszínén rakódik le, ahol több, mint 10 évig marad. A maradék 10%-ot a vese kiválasztja.[16]

Anátrium-szamárium-diszulfoszalicilátszamárium vegyület, különböző gyógyszerkészítményekben alkalmazzák. Gyulladáscsökkentő hatású, valamint gátolja egyes vírusok szaporodását (Herpesz,Afta). Elsősorban szájnyálkahártyabetegségek (fogíny-gyulladás, szájnyálkahártya sérülések gyulladásai, torokgyulladás stb.) és bőrbetegségek kezelésére (bőrregeneráló hatású, bőrgyulladásokra, ekcémára, I. és II. fokú égési sérülésekre stb.) alkalmazzák. Magyarországon aPannonPharma Kft.gyártja ésPhlogosamkenőcs, hab, valamintPhlogosololdat formájában hozza forgalomba.

Vegyületei

szerkesztés

Szamárium és vegyületeinek jellemzői

Összegképlet Szín Szimmetria Tércsoport No Pearson-szimbólum a(pm) b(pm) c(pm) Z Sűrűség
g/cm³-ben
Sm ezüstfehér trigonális[17] R3m 166 hR9 362,9 362,9 2621,3 9 7,52
Sm ezüstfehér hexagonális[17] P63/mmc 194 hP4 362 362 1168 4 7,54
Sm ezüstfehér tetragonális[28] I4/mmm 139 tI2 240,2 240,2 423,1 2 20,46
SmO arany köbös[29] Fm3m 225 cF8 494,3 494,3 494,3 4 9,15
Sm2O3 trigonális[30] P3m1 164 hP5 377,8 377,8 594 1 7,89
Sm2O3 monoklin[30] C2/m 12 mS30 1418 362,4 885,5 6 7,76
Sm2O3 köbös[31] Ia3 206 cI80 1093 1093 1093 16 7,1
SmH2 köbös[32] Fm3m 225 cF12 537,73 537,73 537,73 4 6,51
SmH3 hexagonális[33] P3c1 165 hP24 377,1 377,1 667,2 6
Sm2B5 szürke monoklin[34] P21/c 14 mP28 717,9 718 720,5 4 6,49
SmB2 hexagonális[35] P6/mmm 191 hP3 331 331 401,9 1 7,49
SmB4 tetragonális[36] P4/mbm 127 tP20 717,9 717,9 406,7 4 6,14
SmB6 köbös[37] Pm3m 221 cP7 413,4 413,4 413,4 1 5,06
SmB66 köbös[38] Fm3c 226 cF1936 2348,7 2348,7 2348,7 24 2,66
Sm2C3 köbös[39] I43d 220 cI40 839,89 839,89 839,89 8 7,55
SmC2 tetragonális[39] I4/mmm 139 tI6 377 377 633,1 2 6,44
SmF2 lila[40] köbös[41] Fm3m 225 cF12 587,1 587,1 587,1 4 6,18
SmF3 fehér[40] ortorombos[41] Pnma 62 oP16 667,22 705,85 440,43 4 6,64
SmCl2 barna[40] ortorombos[42] Pnma 62 oP12 756,28 450,77 901,09 4 4,79
SmCl3 sárga[40] hexagonális[41] P63/m 176 hP8 737,33 737,33 416,84 2 4,35
SmBr2 barna[40] ortorombos[43] Pnma 62 oP12 797,7 475,4 950,6 4 5,72
SmBr3 sárga[40] ortorombos[44] Cmcm 63 oS16 404 1265 908 2 5,58
SmI2 zöld[40] monoklin P21/c 14 mP12
SmI3 narancssárga[40] trigonális[45] R3 63 hR24 749 749 2080 6 5,24
SmN köbös[46] Fm3m 225 cF8 357 357 357 4 8,48
SmP köbös[47] Fm3m 225 cF8 576 576 576 4 6,3
SmAs köbös[48] Fm3m 225 cF8 591,5 591,5 591,5 4 7,23

Oxidjai

szerkesztés

A szamárium legstabilabb oxidja az Sm2O3szamárium-szeszkvioxid. Ahogy több más szamáriumvegyület, ez is többféleképpen kristályosodhat. A trigonális rács az olvadék lassú lehűlésével alakul ki. Olvadáspontja 2345 °C; ezt a hőmérsékletet csakindukciós hevítésseltudják elérni. Lángfúziós módszerrel (Verneuil-folyamat) monoklin szimmetriájú kristályrács jön létre porából. Ametastabiltrigonális forma 1900 °C-ra hevítve a stabilabb monoklin formára alakul.[30]Emellett leírtak még köbös szamárium-szeszkvioxidot is.[31]

A szamárium egyike azoknak a kevés ritkaföldfémeknek, amik monoxidot alkotnak (SmO). Az aranysárga vegyületet úgy állítjják elő, hogy szamárium-szeszkvioxidot fémszamáriummal együtt 1000 °C-ra melegítenek, és legalább 50 kbar nyomás alá helyezik. Ha a nyomás alacsonyabb, akkor a reakció nem lesz teljes. Szerkezete köbös, kősószerű.[29][49]

Kalkogenidjei

szerkesztés

A szamárium három értékű szulfidot, szelenidet és telluridot alkot, továbbá ismertek a két értékű, köbös szerkezetű SmS, SmSe és SmTe. Különlegességük, hogy szobahőmérsékleten a nyomástól függően fémek vagy félvezetők módjára vezetik az áramot. Az átmenet 20–30 kbar között folytonos SmSe-ben és SmTe-ban, míg a SmS hirtelen vált 6,5 kbarnál. Az átmenet a SmS színét is megváltoztatja: a filmre vitt kristályok súrolás hatására feketéből sárgává válnak. A térfogata ~15%-kal nő, vagy csökken, de a kristályrács szimmetriája nem változik.[50]A jelenséghiszterézistmutat; az így kezelt SmS csak 0,4 kbarig csökkentett nyomáson válik újra félvezetővé.[15][51]

Halogenidjei

szerkesztés

A szamárium az X = F, Cl, Br vagy I halogénekkel trihalogenideket alkot: [52]

2 Sm (s) + 3 X2(g) → 2 SmX3(s)

Magasabb, 700–900 °C-os hőmérsékleten a további redukció szamáriummal,lítiummalvagynátriummaldihalogenideket hoz létre. A dijodid SmI3hevítésével, vagy szobahőmérsékleten, vízmentestetrahidrofuránbana fémet 1,2-dijódetánnal reagáltatva is előállítható:[53]

Sm (s) + ICH2-CH2I → SmI2+ CH2=CH2.

Redukció hatására a dihalogenideken kívül jól meghatározott kristályszerkezetű nem sztöchiometrikus vegyületek is keletkeznek, mint:

Sm3F7,Sm14F33,Sm27F64,[41]Sm11Br24,Sm5Br11és Sm6Br13[54]

A szamárium-halogenidek szerkezete megváltozik, ha egyikhalogenida másikat helyettesíti. Ez szokatlan viselkedés az elemek között. Sok halogenidnek két lehetséges kristályrácsa van, egy stabil és egy metastabil. Az utóbbi nyomás vagy magas hőmérséklet hatására jön létre. Például a monoklin szamárium-dijodid nyomás alá helyezve és a nyomást visszacsökkentve PbCl2-szerű ortorombos szerkezetet vesz fel 5,90 g/cm³ sűrűséggel.[55]Hasonló kezelés hatására a szamárium-trijodidnak is egy új fázisa alakul ki 5,97 g/cm³-es sűrűséggel.[56]

Boridjai

szerkesztés

A szamárium-oxid vákuumbeli szinterezésebórralegy olyan keveréket ad, ami több szamárium-borid fázist tartalmaz. Ezek aránya a kezdeti keverék arányának megváltoztatásával szabályozható. Ívolvasztással vagy zónaolvasztással nagyobb szamárium-borid kristályok nyerhetők. Ezzel a különböző boridok is szétválogathatók a különböző olvadáspontok miatt: SmB6(2580 °C), SmB4(2300 °C körül) és SmB66(2150 °C). Kemény, sötétszürke kristályos vegyületek, amelyek közül a több bórt tartalmazók keményebbek.[37]A szamárium-diborid illékonysága miatt csak 65 kbar körüli nyomáson és 1140 és 1240 °C közötti hőmérsékleten állítható elő. A hőmérséklet növelésével több SmB6jön létre.[35]

A szamárium-hexaborid egy kevert vegyértékű vegyület, ami 3:7 arányban tartalmaz Sm2+Sm3+ionokat.[57]A Kondo-szigetelők közé tartozik, vagyis 50 K fölött Kondo-fémként viselkedik, míg ennél alacsonyabb hőmérsékleten vezetési sávja 4–14 meV-ra szűkül.[58]Az átmenetet a hővezetés ugrásszerű növekedése kíséri, ami 15 K-en éri el maximumát. Ennek az az oka, hogy alacsonyabb hőmérsékleten a fononok jobban vezetik a hőt, mint az elektronok, de az elektronkoncentráció csökkenése a fononok számát is érinti.[59]

Más szervetlen vegyületei

szerkesztés
Szamárium-szulfát, Sm2(SO4)3

Inert atmoszféra alatt szamárium- ésgrafitporkeverékét hevítve szamárium-karbid nyerhető. A vegyület levegőn szétesik, ezértinert atmoszféraalatt kell tartani.[39]A szamárium-monofoszfid félvezető a szilíciumhoz hasonlóan 1,10 eV-os tiltott sávval, és jó n típusú vezető. Üreges kvarcampullábanfoszforés szamárium porának keverékét 1100 °C-ra hevítve állítják elő. A foszfor illékonysága és robbanásveszélye miatt a hevítés sebessége legfeljebb 1 °C/min lehet.[47]Hasonlóan készítik a szamárium-monarzenidet is, de ekkor az elérendő hőmérséklet 1800 °C.[48]

Ismertek továbbá vegyületei a négyes, az ötös és a hatos főcsoport elemeivel is, jelesül aszilíciummal,germániummal,ónnal,ólommal,antimonnalés atellúrral.Egy másik nagy csoportot alkotnak a különféle ötvözetei. Mindezeket a vegyületeket a megfelelő anyagok porából alkotott keverék hevítésével nyerik. Az eljárás sokszor nem sztöchiometrikus vegyületet ad SmaXbnévleges összegképlettel, ahol a b/a arány 0,5 és 3 között változik.[60][61][62]

Fémorganikus vegyületei

szerkesztés

A szamárium ciklopentadiénnel alkotott vegyülete a Sm(C5H5)3és klórszármazékai Sm(C5H5)2Cl és Sm(C5H5)Cl2.Tetrahidrofuránban szamárium-trikloridot NaC5H5-tel reagáltatva készítik. A legtöbb más lantanoidával ellentétben a Sm(C5H5)3-ban egyes C5H5gyűrűk η1vagy η² kötésekkel kapcsolódnak a szomszédos szamáriumatomhoz, polimerláncokat hozva létre.[27]Az Sm(C5H5)2Cl dimer szerkezeteket tartalmaz, ezért pontosabb jelölése (η5-C5H5)2Sm(µ-Cl)2(η5-C5H5)2.A klórhidakat jód, hidrogén vagy CN helyettesítheti.[63]

A szamárium-ciklopentadienidben a (C5H5)–-ion helyettesíthető a (C9H7)–indeniddel, vagy a (C8H8)2–ciklooktatetraenid gyűrűvel; így Sm(C9H7)3vagy KSm(η8-C8H8)2kapható. Az utóbbi szerkezete azuranocénhezhasonló. Létezik a két értékű szamárium Sm(C5H5)2ciklopentadienidje is, aminek szublimációpontja 85 °C. Aferrocénnalellentétben a Sm(C5H5)2-ben a C5H5-gyűrűk nem párhuzamosak, hanem 40°-kal elfordulnak.[63][64]

A szamárium alkiljai és ariljai metatézis reakcióval állíthatók előéterbenvagy tetrahidrofuránban:[63]

SmCl3+ 3 LiR → SmR3+ 3 LiCl
Sm(OR)3+ 3 LiCH(SiMe3)2→ Sm{CH(SiMe3)2}3+ 3 LiOR

ahol R szénhidrogéncsoportot, és Me a metilcsoportot jelöli.

Izotópjai

szerkesztés

Négy stabil (144Sm,150Sm,152Sm és154Sm) és 19 instabil,radioaktívizotópja van. A természetben előforduló leggyakoribbizotópjaia152Sm (26,75%), a154Sm (22,7%) és a147Sm (15%). Az extrém hosszú felezési idejű izotópok:147Sm (felezési ideje t½= 1,06·1011év),148Sm (7·1015év) és149Sm (>2·1015év), amit egyes források stabilnak,[65][66]mások radioaktívnak tekintenek.[67]A természetben előforduló szamárium radioaktivitása 128Bq/g.[65]

A hosszú életű146Sm,147Sm, és148Sm izotópok alfa-sugárzássalneodímiumizotópokkábomlanak. A könnyebbek elektronbefogássalprométiummá,míg a nehezebbek béta-bomlássaleurópiummá.[65]

A147Sm bomlása 1,06·1011felezési idejű bomlása143Nd-má a szamárium-neodímium kormeghatározás alapjául szolgál.

A151Sm és a145Sm felezési ideje rendre 90 év és 340 nap. A többi radioaktív izotóp felezési ideje 2 naposnál rövidebb, és ezek fele 48 másodpercen belüli. A magizomerek között a legstabilabb a141mSm (felezési idő22,6 perc),143m1Sm (t½= 66 másodperc) és139mSm (t½= 10,7 másodperc).[65]

Előállítása

szerkesztés

A kitermelhető szamárium mennyiségét két millió tonnára teszik, ebből 700 tonnát termelnek ki évente.[15]Az egyes országok termelését a ritkaföldfémek összes mennyiségére szokták megadni. Kína 120000 tonnát, az Amerikai Egyesült Államok 5000 tonnát,[16]és India 2700 tonnát termel.[68]A kitermelők nem szamáriumot, hanem szamárium-oxidot adnak el, ami az egyik legolcsóbb ritkaföldfém-oxid.[14]

Azelegyfém1% szamáriumot tartalmaz. Sokáig ezt használták; csak nemrég kezdtek viszonylag tiszta szamáriumot gyártani.Monacitbólvagybastnäsitbőlállítják elő. Az ásványok ritkaföldfém-tartalmát ioncserével, oldószer extrakcióval vagyelektrokémiai leválasztássalkülönítik el. Az utolsó lépésben lantánnal redukálják a nagy tisztaságú szamárium-oxidot. A fémet gyakran a szamárium(III)-klorid nátrium-kloriddal vagy kalcium-kloriddal vett keverék olvadékából elektrolízissel vonják ki.[69]A szamárium-151-et az urán bomlástermékeiből szűrik ki; előfordulási gyakorisága 0,4%. A szabályozórudak szamárium-149-éből is keletkezhet neutronbefogással.[16]

Felhasználása

szerkesztés

Az egyik legfontosabb felhasználási területe akobalt-szamárium mágnesek, melyek névleges összetétele SmCo5vagy Sm2Co17.Permanens mágnesességük 10 ezerszer nagyobb avasénál,és csak aneodímiummágnesek előzik meg őket. Viszont jobban ellánállnak a lemágnesezésnek, és egészen 700 °C-ig stabil mágnesek, míg a neodímium mágnesek 300–400 °C-ig stabilak. Ezeket a mágneseket kismotorokba, fejhallgatóba és különféle hangszerekbe építik be.[15]

A szamáriumot és vegyületeit reagensként és katalizátorként is hasznosítják. Segítik a műanyagok lebontását, a klór eltávolítását többek között a poliklóros bifenilekből, és azetil-alkoholdehidratációját és dehidrogenizációját.[23]A szamárium(III)-triflát Sm(CF3SO3)3) az egyik leghatékonyabb Lewis-sav katalizátor az alkének halogénekkel irányított Friedel–Crafts-reakciójában.[70]A szamárium(II)-jodid gyakori redukálószer és polimerizálószer a szerves szintézisben.[71]

A szamárium-oxidotoptikai üvegekhezés kerámiákhoz adják az infravörös fény elnyelésére. Az elegyfém részeként öngyújtókhoz, világítótestekhez és fáklyákhoz használják fel.[15][23]Egyes szamáriumvegyületekkel fényérzékenyebbé teszik afényport.

A szamárium 153-as 46,3 órás felezési idejű, β-bomló izotópjátsugárterápiábanhasználják fel. A hatóanyag a radioaktív Sm3+-ion kelátkomplexének nátriumsója, amit intravénásan juttatnak a szervezetbe. Az izotópot tartalmazó vegyületet QuadrametTMnéven forgalmazzák.[72][73]A kelátképzés a radioaktív szamárium felhalmozódásának megelőzésére szolgál, ami a sugárzás megnövelésével arákkiújulásához vezetne.[15]

A szamárium-149 jó neutronbefogó (41000barn), ezért atomreaktorok szabályozórúdjaiba teszik. Abórralés akadmiummalszemben előnye az elnyelés stabilitása, hiszen a fúzióval és bomlással keletkező szamáriumizotópok szintén jó neutronbefogók: a szamárium-151 befogóképessége 15000 barn, a szamárium-150, 152, 153-é is több száz, és a természetes összetételű szamáriumé is 6800 barn.[16][23][74]A bomlástermékek közül a szamárium-149 a második legfontosabb az atomreaktorok tervezésében és üzemeltetésében axenon-135 után.[75]

Nem kereskedelmi és lehetséges alkalmazásai

szerkesztés

Az IBM kutatólaborjában 1961-ben Mirek Stevenson és Peter Sorokin szamáriummal szennyezett kalcium-fluorid kristályokkal épített elsőként szilárd kristállyal működőlézert.Ez a lézer 708,5 nm hullámhosszú vörös fényt bocsátott ki. Mivel folyékony héliummal hűtötték, azért kereskedelmi forgalomba nem került.[76][77]

Egy másik szamárium alapú lézer az első telített röntgenlézer lett, ami 7,3 és 6,8 nm hullámhosszú sugarakat bocsát ki 50 pikomásodperces impulzusokkal. A lézert aholográfiában,a biológiaimikroszkópiában,a deflektometriában, az interferometriában és a radiográfiában használták többek között sűrű ködök vizsgálatára és asztrofizikai célokra.[78]

A szamárium-monokalkogenidek elektromos ellenállásának változását nyomásérzékelőkben és memóriákban használják ki,[79]ahol is az ellenállást a külső nyomással szabályozzák. Ezeket az eszközöket még fejlesztik.[80]A szamárium-monoszulfidban enyhe melegítés hatására elektromos feszültség keletkezik, amivel termoelektromos konverterek készíthetők.[81]

A szamárium és a neodímium147Sm,144Nd és143Nd izotópjainak elemzése segít a sziklák és a meteoritok származásának és keletkezési idejének meghatározásában. Ez a szamárium-neodímium kormeghatározás. A két ritkaföldfém fizikai és kémiai tulajdonságai hasonlók, így nehez válnak el egymástól a különféle geológiai folyamatok hatására. Elkülönülésük jól modellezhető az elemek ionsugarának méretének különbözőségével.[82]

Jegyzetek

szerkesztés
  1. ↑Standard atomic weights 2017 – Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights (CIAAW).(Hozzáférés: 2018. október 6.)
  2. ↑szerk.: Lide, D. R.: Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds,CRC Handbook of Chemistry and Physics,86th, Boca Raton (FL): CRC Press (2005).ISBN 0-8493-0486-5
  3. ↑in Its Element[halott link]– Samarium, Royal Society of Chemistry.
  4. ↑http:// britannica /EBchecked/topic/520309/samarium
  5. ↑http://elements.vanderkrogt.net/element.php?sym=Sm
  6. ↑http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k3049g.image.r=Decipium.f63.langEN
  7. ↑http:// mineralienatlas.de/lexikon/index.php/Mineralienportrait/Seltene%20Erden/Samarium
  8. ↑Samarskite,Great Soviet Encyclopedia(in Russian)
  9. ↑Boisbaudran, Lecoq de (1879). „Recherches sur le samarium, radical d'une terre nouvelle extraite de la samarskite”.Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences89,212–214. o.
  10. ↑Shipley, Joseph Twadell.The Origins of English Words: A Discursive Dictionary of Indo-European Roots,JHU Press, 2001, p.90.ISBN 0-8018-6784-3
  11. ↑Samarium: History & Etymology
  12. ↑(1998) „History of the recommended atomic-weight values from 1882 to 1997: A comparison of differences from current values to the estimated uncertainties of earlier values (Technical Report)”.Pure and Applied Chemistry70,237. o.DOI:10.1351/pac199870010237.
  13. ↑Chemistry in Its Element – SamariumArchiválva2011. április 8-idátummal aWayback Machine-ben, Royal Society of Chemistry
  14. ↑abWhat are their prices?Archiválva2007. szeptember 11-idátummal aWayback Machine-ben, Lynas corp.
  15. ↑abcdefghEmsley, John. Samarium,Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements.Oxford, England, UK: Oxford University Press, 371–374. o. (2001).ISBN 0-19-850340-7
  16. ↑abcdeHuman Health Fact Sheet on Samarium,Los Alamos National Laboratory
  17. ↑abcd(1985) „Preparation of samarium in the double hexagonal close packed form”.Journal of the Less Common Metals113(2), 21. o.DOI:10.1016/0022-5088(85)90294-2.
  18. ↑ab(1983) „Magnetism of the heavy 5f elements”.Journal of the Less Common Metals93(2), 293. o.DOI:10.1016/0022-5088(83)90175-3.
  19. ↑(1957) „The Magnetic Susceptibilities of Lanthanum, Cerium, Praseodymium, Neodymium and Samarium, from 1.5 K to 300 K”.Proceedings of the Physical Society. Section B70(6), 566. o.DOI:10.1088/0370-1301/70/6/304.
  20. ↑Okazaki, T (2002). „Electronic and geometric structures of metallofullerene peapods”.Physica B323,97. o.DOI:10.1016/S0921-4526(02)00991-2.
  21. ↑(1995) „Superconductivity at 8 K in samarium-doped C60”.Physical Review B52(21), 15534. o.DOI:10.1103/PhysRevB.52.15534.
  22. ↑Wu, G. et al. (2008). „Superconductivity at 56 K in Samarium-doped SrFeAsF”.Journal of Physics: Condensed Matter21(14), 142203. o.DOI:10.1088/0953-8984/21/14/142203.
  23. ↑abcdC. R. Hammond.The Elements, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition.CRC press (2004).ISBN 0-8493-0485-7
  24. ↑abcChemical reactions of Samarium.Webelements. (Hozzáférés: 2009. június 6.)
  25. ↑Greenwood, p. 1243
  26. ↑Greenwood, 1248. o.
  27. ↑abGreenwood, p.1248
  28. ↑(1991) „A new ultra-high pressure phase in samarium”.Physics Letters A158,89. o.DOI:10.1016/0375-9601(91)90346-A.
  29. ↑ab(1981) „Synthesis of rare earth monoxides”.Journal of Solid State Chemistry36(3), 261. o.DOI:10.1016/0022-4596(81)90436-9.
  30. ↑abc(1981) „Raman spectra of lanthanide sesquioxide single crystals: Correlation between A and B-type structures”.Journal of Solid State Chemistry38(3), 288. o.DOI:10.1016/0022-4596(81)90058-X.
  31. ↑abTaylor D. (1984). „{{{title}}}”.Br. Ceram. Trans. J.83,92–98. o.
  32. ↑(1989) „Low temperature thermal expansion in SmH2+x”.Solid State Communications71(12), 1145. o.DOI:10.1016/0038-1098(89)90728-X.
  33. ↑(1997) „Synthesis of novel compounds by hydrogen combustion”.Journal of Alloys and Compounds253–254,10. o.DOI:10.1016/S0925-8388(96)03071-X.
  34. ↑(1990) „Sm2B5 boride and its structure”.Soviet Powder Metallurgy and Metal Ceramics29(6), 471. o.DOI:10.1007/BF00795346.
  35. ↑ab(1977) „High pressure syntheses of SmB2 and GdB12”.Journal of the Less Common Metals56,83. o.DOI:10.1016/0022-5088(77)90221-1.
  36. ↑(1979) „The magnetic and electrical properties of some rare earth tetraborides”.Journal of the Less Common Metals67(2), 531. o.DOI:10.1016/0022-5088(79)90038-9.
  37. ↑ab(1972) „Phase Behavior in the Sm-B System”.Journal of the American Ceramic Society55(9), 475. o.DOI:10.1111/j.1151-2916.1972.tb11344.x.
  38. ↑(1972) „Über die Hektoboridphasen der Lanthaniden und Aktiniden”.Journal of the Less Common Metals26,99. o.DOI:10.1016/0022-5088(72)90012-4.
  39. ↑abc(1958) „The Crystal Structures of Some of the Rare Earth Carbides”.Journal of the American Chemical Society80(17), 4499. o.DOI:10.1021/ja01550a017.
  40. ↑abcdefghGreenwood, p. 1241
  41. ↑abcd(1978) „Über neue Verbindungen im system SmF2_SmF3”.Journal of Solid State Chemistry24(2), 227. o.DOI:10.1016/0022-4596(78)90013-0.
  42. ↑(1986) „The metallothermic reduction of several rare-earth trichlorides with lithium and sodium”.Journal of the Less Common Metals116,187. o.DOI:10.1016/0022-5088(86)90228-6.
  43. ↑Bärnighausen, H. (1973). „{{{title}}}”.Rev. Chim. Miner.10,77–92. o.
  44. ↑(1948) „Crystal chemical studies of the 5f-series of elements. I. New structure types”.Acta Crystallographica1(5), 265. o.DOI:10.1107/S0365110X48000703.
  45. ↑(1964) „{{{title}}}”.Inorganic Chemistry3(8), 1137. o.DOI:10.1021/ic50018a015.
  46. ↑(1974) „Composition limits and vaporization behaviour of rare earth nitrides”.Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry36(11), 2507. o.DOI:10.1016/0022-1902(74)80462-8.
  47. ↑ab(1991) „Studies on the electrical properties of rare earth monophosphides”.Journal of Solid State Chemistry95(2), 346. o.DOI:10.1016/0022-4596(91)90115-X.
  48. ↑ab(1981) „Intermediate valence in alloys of SmSe with SmAs”.Physical Review B23(8), 3620. o.DOI:10.1103/PhysRevB.23.3620.
  49. ↑Greenwood, p. 1239
  50. ↑Beaurepaire, Eric (Ed.)Magnetism: a synchrotron radiation approach,Springer, 2006ISBN 3-540-33241-3p. 393
  51. ↑(1970) „Continuous and Discontinuous Semiconductor-Metal Transition in Samarium Monochalcogenides Under Pressure”.Physical Review Letters25(20), 1430. o.DOI:10.1103/PhysRevLett.25.1430.
  52. ↑Greenwood, pp. 1236, 1241
  53. ↑Greenwood, p. 1240
  54. ↑(1978) „Compositions and crystal structures of the intermediate phases in the samarium-bromine system”.Inorganic Chemistry17,18. o.DOI:10.1021/ic50179a005.
  55. ↑(1979) „Hochdruckmodifikationen der Diiodide von Sr, Sm und Eu. Eine neue PbCl2-Variante?”.Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie459,81. o.DOI:10.1002/zaac.19794590108.
  56. ↑(1979) „Zur Hochdruckpolymorphie der Seltenerd-Trihalogenide”.Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie453,79. o.DOI:10.1002/zaac.19794530610.
  57. ↑(1971) „Physical Properties of SmB6”.Physical Review B3(6), 2030. o.DOI:10.1103/PhysRevB.3.2030.
  58. ↑(1995) „Light scattering from gap excitations and bound states in SmB6”.Physical Review B52(20), R14308. o.DOI:10.1103/PhysRevB.52.R14308.
  59. ↑(1996) „Thermal conductivity of RB6 (R=Ce,Pr,Nd,Sm,Gd) single crystals”.Physical Review B54(8), R5207. o.DOI:10.1103/PhysRevB.54.R5207.
  60. ↑(1965) „Monosilicides of rare earth metals and their crystal structures”.Journal of Structural Chemistry5(6), 789. o.DOI:10.1007/BF00744231.
  61. ↑(1967) „Rare earth–germanium and –silicon compounds at 5:4 and 5:3 compositions”.Acta Crystallographica22(6), 940. o.DOI:10.1107/S0365110X67001902.
  62. ↑Yarembash E.I., Tyurin E.G., Reshchikova A.A., Karabekov A., Klinaeva N.N. (1971). „{{{title}}}”.Inorg. Mater.7,661–665. o.
  63. ↑abcGreenwood, p. 1249
  64. ↑(1986) „Synthesis and x-ray crystal structure of bis(pentamethylcyclopentadienyl) complexes of samarium and europium: (C5Me5)2Sm and (C5Me5)2Eu”.Organometallics5(7), 1285. o.DOI:10.1021/om00138a001.
  65. ↑abcd(2003) „The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties”.Nuclear Physics A729,3. o. [2013. július 24-i dátummal azeredetibőlarchiválva].DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.(Hozzáférés: 2012. május 20.)
  66. ↑Chart of the nuclidesArchiválva2017. július 29-idátummal aWayback Machine-ben, Brookhaven National Laboratory
  67. ↑Holden, Norman E. "Table of the isotopes" inszerk.: Lide, D. R.:CRC Handbook of Chemistry and Physics,86th, Boca Raton (FL): CRC Press (2005).ISBN 0-8493-0486-5
  68. ↑Rare Earths.United States Geological Surves, 2010. január 1. (Hozzáférés: 2010. december 10.)
  69. ↑Samarium,Encyclopædia Britannica on-line
  70. ↑S. Hajra, B. Maji and S. Bar (2007). „Samarium Triflate-Catalyzed Halogen-Promoted Friedel-Crafts Alkylation with Alkenes”.Org. Lett.9(15), 2783–2786. o.DOI:10.1021/ol070813t.
  71. ↑Cotton.Advanced inorganic chemistry, 6th ed.Wiley-India, 1128. o. (2007).ISBN 81-265-1338-1
  72. ↑Centerwatch leírása a Quadrametről.[2008. október 9-i dátummal azeredetibőlarchiválva]. (Hozzáférés: 2012. február 9.)
  73. ↑(2005) „Radioisotopes for the palliation of metastatic bone cancer: a systematic review”.The lancet oncology6(6), 392–400. o.DOI:10.1016/S1470-2045(05)70206-0.PMID15925817.
  74. ↑Thermal neutron capture cross sections and resonance integrals – Fission product nuclear data.[2011. július 6-i dátummal azeredetibőlarchiválva]. (Hozzáférés: 2012. május 23.)
  75. ↑DOE Fundamentals Handbook: Nuclear Physics and Reactor Theory[archivált változat].U.S. Department of Energy,34, 67. o. (1993. január 1.). Hozzáférés ideje: 2012. május 23. [archiválás ideje: 2009. március 22.]
  76. ↑Robert Bud, Philip GummettCold War, Hot Science: Applied Research in Britain's Defence Laboratories, 1945–1990,NMSI Trading Ltd, 2002ISBN 1-900747-47-2p. 268
  77. ↑(1979) „Contributions of IBM to Laser Science—1960 to the Present”.IBM Journal of Research and Development23(5), 476. o.DOI:10.1147/rd.235.0476.
  78. ↑(1997) „A Saturated X-ray Laser Beam at 7 Nanometers”.Science276(5315), 1097. o.DOI:10.1126/science.276.5315.1097.
  79. ↑Elmegreen, Bruce G. et al.Piezo-driven non-volatile memory cell with hysteretic resistanceUS patent application 12/234100, 09/19/2008
  80. ↑SmS Tenzo.[2012. március 15-i dátummal azeredetibőlarchiválva]. (Hozzáférés: 2012. május 24.)
  81. ↑(2002) „Electromotive Force Generation in Homogeneously Heated Semiconducting Samarium Monosulfide”.Technical Physics Letters28(3), 229. o. [2012. március 15-i dátummal azeredetibőlarchiválva].DOI:10.1134/1.1467284.(Hozzáférés: 2012. május 24.)other articles on this topicArchiválva2012. március 15-idátummal aWayback Machine-ben
  82. ↑Robert Bowen, H -G AttendornIsotopes in the Earth Sciences,Springer, 1988,ISBN 0-412-53710-9,pp. 270 ff

Források

szerkesztés
AWikimédia CommonstartalmazSzamáriumtémájú médiaállományokat.
  • Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Oxford: Butterworth-Heinemann.ISBN 0-08-037941-9.

Külső linkek

szerkesztés
Nézd meg samariumszamáriumcímszót aWikiszótárban!
A lap eredeti címe: „https://hu.wikipedia.org/w/index.php?title=Szamárium&oldid=27060761”