Samariu

Acest articol participă la Concursul de scriere. Ajutați la îmbunătățirea lui!

Samariu
Promețiu ← Samariu → Europiu -     67 Sm                                                                                                                                                                                                                                           Sm Pu Tabelul complet • Tabelul extins
Informații generale
Nume, Simbol, Număr	Samariu, Sm, 67
Serie chimică	lantanide
Grupă, Perioadă, Bloc	-, 6, f
Densitate	7,52 g/cm−3 kg/m³
Culoare	argintiu
Număr CAS	7440-19-9
Număr EINECS
Proprietăți atomice
Masă atomică	150,36 u
Rază atomică	180 pm
Rază de covalență	198±8
Rază van der Waals	pm
Configurație electronică	[Xe] 6s24f6
Electroni pe nivelul de energie	[Xe] 2, 6
Număr de oxidare	±2, ±3
Oxid	bazic
Structură cristalină	romboedrică
Proprietăți fizice
Fază ordinară	solid
Punct de topire	1345 K (1072 °C; 1962 °F;) K
Punct de fierbere	2067 K (1794 °C; 3261 °F) K
Energie de fuziune	8,62 KJ/mol-1 kJ/mol
Energie de evaporare	165 KJ/mol-1 kJ/mol
Temperatură critică	K
Presiune critică	Pa
Volum molar	m³/kmol
Presiune de vapori
Viteza sunetului	m/s la 20 °C
Forță magnetică
Informații diverse
Electronegativitate (Pauling)	1,17
Căldură specifică	J/(kg·K)
Conductivitate electrică	? S/m
Conductivitate termică	16.2 W·m−1·K−1 W/(m·K)
Prima energie de ionizare	581 kJ/mol kJ/mol
A 2-a energie de ionizare	1140 kJ/mol kJ/mol
A 3-a energie de ionizare	2204 kJ/mol kJ/mol
A 4-a energie de ionizare	- kJ/mol kJ/mol
A 5-a energie de ionizare	{{{potențial_de_ionizare_5}}} kJ/mol
A 6-a energie de ionizare	{{{potențial_de_ionizare_6}}} kJ/mol
A 7-a energie de ionizare	{{{potențial_de_ionizare_7}}} kJ/mol
A 8-a energie de ionizare	{{{potențial_de_ionizare_8}}} kJ/mol
A 9-a energie de ionizare	{{{potențial_de_ionizare_9}}} kJ/mol
A 10-a energie de ionizare	{{{potențial_de_ionizare_10}}} kJ/mol
Cei mai stabili izotopi
Simbol AN T1/2 MD Ed PD MeV 144Sm 3,07% stabil cu 82 neutroni 146Sm sin 1,03×108a α 2,529 142Nd 147Sm 14.99% 1,06×1011a α 2,310 143Nd 148Sm 11,24% 7×1015a α 1,986 144Nd 149Sm 13,82% stabil cu 87 neutroni 150Sm 7,38% stabil cu 88 neutroni 152Sm 26,75% stabil cu 90 neutroni 154Sm 22,75% stabil cu 92 neutroni
Precauții
NFPA 704
Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.

Samariu (simbol Sm) este elementul chimic cu numărul atomic 62. Este un metal destul de tare și argintiu care se oxidează rapid în aer. Fiind un membru obișnuit al serie lantanidelor, samariu are de obicei starea de oxidare +3. Sunt cunoscuți, de asemenea, și compuși de samariu divalent, cei mai notabili dintre ei fiind monoxidul de samariu SmO, monocalcogenii de samariu SmS, SmSe și SmTe, precum și iodura de samariu (II). Cel din urmă este un agent reducător în sinteza chimică. Samariul nu are niciun rol biologic semnificativ, fiind doar puțin toxic.

Samariul a fost descoperit de către chimistul francez Paul Emile Lecoq de Boisbaudran în 1879 și denumit după mineralul samarskit, din care a fost izolat. Mineralul în sine a fost numit mai devreme după un rus, colonelul Vasili Samarsky-Bykhovets, care a devenit astfel prima persoană a cărui nume a fost folosit pentru denumirea unui element chimic, cu toate să acest lucru a fost făcut indirect. Deși clasificat ca pământ rar, samariul este al 40-lea cel mai abundent element chimic din crusta Pământului și este mult mai comun ca alte metale ca staniul. Samariul se găsește în concentrație mai mare de 2,8% în unele minerale ca ceritul, gadolinitul, samarskitul, monazitul și bastnäsitul, ultimele două fiind cele mai comune surse comerciale ale elementului. Aceste minerale sunt cel mai adesea găsite în China, Statele Unite ale Americii, Brazilia, India, Sri Lanka și Australia; China este de departe liderul mondial la minat și produs de samariu.

Cea mai mare aplicație comercială a samariului este în magnetul samariu-cobalt, dar care este inferior ca magnetizare permanentă doar magnetului cu neodim; totuși, compușii samariului pot rezista în mod semnificativ temperaturilor înalte (mai mari de 700°C) fără să își piardă proprietățile lor magnetice. Izotopul radioactiv samariu-153 este componentul major al medicamentului samariu (¹⁵³Sm) lexidronam (numit și Quadramet), care ucide celulele canceroase în cazul cancerului pulmonar, cancerului de prostată, cancerului mamar și în cazul osteosarcomului. Alt izotop, samariu-149, este un puternic absorbant de neutroni și de aceea este adăugat în barele de siguranță din reactoarele nucleare. De asemenea, el se formează ca produs de dezintegrare din timpul funcționării reactorului și este unul dintre factorii importanți luați în considerare în planul și în activitatea reactorului. Alte aplicații ale samariului includ cataliza reacțiilor chimice, datarea radioactivă și laserele cu raze X.

Proprietăți fizice

Samariul metalic are un aspect alb-argintiu

Samariul este un pământ rar, având duritatea și densitatea asemănătoare cu cea a zincului. Cu punctul de topire de 1794 °C, samariul este al treilea cel mai volatil lantanid după yterbiu și europiu; această proprietate facilitează separarea samariului din minereu. În condiții normale, samariul are în mod normal structura trigonală (forma α). Supus încălzirii la 731 °C, simetria cristalelor de samariu se schimbă în hexagonală compactă; totuși, temperatura de tranziție depinde de puritatea metalului. Încălzirea la 922 °C duce metalul într-o formă cristalină cubică cu fețe centrate. Încălzirea la 300 °C combinată cu comprimarea la 40 de kbari rezultă într-o structură hexagonală compactă cu două fețe. Aplicând o presiune mai mare de ordinul a sute sau mii de kilobari apare o serie de transformări ale fazelor cristalelor, mai ales faza tetragonală, ce apare la aproximativ 900 kbari. Într-un studiu a rezultat că faza hexagonală compactă cu două fețe poate fi produsă fără compresie, folosind un regim de coacere neechilibrată cu schimb de temperatură rapid între limita de 400 °C și 700 °C. Astfel se poate confirma caracterul tranzitiv acestei faze a samariului. De asemenea, pojghițele subțiri de samariu obținute prin depunerea de vapori ar putea conține fazele hexagonale compacte și hexagonale compacte cu două fețe în condiții ambiante.

Samariul (și sescvioxidul său) sunt paramagnetici la temperatura camerei.

Proprietăți chimice

Samariul proaspăt preparat are un luciu argintiu. În aer, samariul se oxidează lent la temperatura camerei și se aprinde în mod spontan la 150 °C. Chiar și păstrat sub ulei mineral, samariul se oxidează progresiv și prinde la suprafață o pojghiță de culoare gri-gălbuie datorată formării amestecului de oxid-hidroxid. Aspectul metalic al unei probe poate fi conservat prin sigilarea sa sub un gaz inert ca argonul.

Samariul este complet electropozitiv și reacționează lent cu apa rece și foarte repede cu cea fierbinte pentru a forma hidroxidul de samariu:

Nu s-a putut interpreta (eroare de sintaxă): {\displaystyle \mathrm{2Sm_{(s)} + 6H_2 O_{(l)} \longrightarrow 2Sm(OH)_{3(aq)} + 3 H_2_{(g)}}

$\mathrm {Cl_{(aq)}^{-}+Ag_{(aq)}^{+}+NO_{3(aq)}^{-}} \longrightarrow \mathrm {AgCl\downarrow +NO_{3(aq)}^{-}}$

Samariul se dizolvă repede în acid sulfuric diluat pentru a forma o soluție ce conține ioni de samariu (III) de culoare galbenă-vernil , care există sub formă de complecși [Sm(OH₂)₉]³⁺:

Nu s-a putut interpreta (eroare de sintaxă): {\displaystyle \mathrm{2 Sm _{(s)} + 3 H_2 SO_4 _{(aq)} } \longrightarrow\ mathrm{2 Sm^3+ _{(aq)} + 3 SO{4(aq)}^{2-} + 3 H_2 _{(g)} }

Samariul este unul dintre singurele lantanide care prezintă starea de oxidare +2. Ionii Sm ²⁺ sunt roșii-sângerii în soluție.

Compuși

Formulă	Culoare	Simetrie	Grup spațial	Nr.	Simbol Pearson	a (pm)	b (pm)	c (pm)	Z	Densitate, g/cm3
Sm	argintie	trigonal	R3m	166	hR9	362.9	362.9	2621.3	9	7.52
Sm	argintie	hexagonal	P63/mmc	194	hP4	362	362	1168	4	7.54
Sm	argintie	tetragonal	I4/mmm	139	tI2	240.2	240.2	423.1	2	20.46
SmO	aurie	cubic	Fm3m	225	cF8	494.3	494.3	494.3	4	9.15
Sm2O3		trigonal	P3m1	164	hP5	377.8	377.8	594	1	7.89
Sm2O3		monoclinic	C2/m	12	mS30	1418	362.4	885.5	6	7.76
Sm2O3		cubic	Ia3	206	cI80	1093	1093	1093	16	7.1
SmH2		cubic	Fm3m	225	cF12	537.73	537.73	537.73	4	6.51
SmH3		hexagonal	P3c1	165	hP24	377.1	377.1	667.2	6
Sm2B5	gri	monoclinic	P21/c	14	mP28	717.9	718	720.5	4	6.49
SmB2		hexagonal	P6/mmm	191	hP3	331	331	401.9	1	7.49
SmB4		tetragonal	P4/mbm	127	tP20	717.9	717.9	406.7	4	6.14
SmB6		cubic	Pm3m	221	cP7	413.4	413.4	413.4	1	5.06
SmB66		cubic	Fm3c	226	cF1936	2348.7	2348.7	2348.7	24	2.66
Sm2C3		cubic	I43d	220	cI40	839.89	839.89	839.89	8	7.55
SmC2		tetragonal	I4/mmm	139	tI6	377	377	633.1	2	6.44
SmF2	violet	cubic	Fm3m	225	cF12	587.1	587.1	587.1	4	6.18
SmF3	albă	ortorombic	Pnma	62	oP16	667.22	705.85	440.43	4	6.64
SmCl2	maro	ortorombic	Pnma	62	oP12	756.28	450.77	901.09	4	4.79
SmCl3	galbenă	hexagonal	P63/m	176	hP8	737.33	737.33	416.84	2	4.35
SmBr2	maro	ortorombic	Pnma	62	oP12	797.7	475.4	950.6	4	5.72
SmBr3	galbenă	ortorombic	Cmcm	63	oS16	404	1265	908	2	5.58
SmI2	verde	monoclinic	P21/c	14	mP12
SmI3	portocalie	trigonal	R3	63	hR24	749	749	2080	6	5.24
SmN		cubic	Fm3m	225	cF8	357	357	357	4	8.48
SmP		cubic	Fm3m	225	cF8	576	576	576	4	6.3
SmAs		cubic	Fm3m	225	cF8	591.5	591.5	591.5	4	7.23

Oxizi

Cel mai stabil oxid al samariului este sescvioxidul Sm₂O₃. Ca mulți alți compuși ai samariului, oxidul se poate afla în câteva faze cristaline. Forma trigonală este obținută prin răcirea lentă după topire. Punctul de topire al Sm₂O₃ este oarecum ridicat și adesea nu poate fi atins doar prin încălzire directă, dar acest lucru este posibil cu ajutorul încălzirii prin inducție, printr-o bobină de radio-frecvență. Cristalele monoclinice de Sm₂O₃ pot fi crescute prin metoda flăcării de fuziune (Procedeul Verneuil) aplicată pudrei de Sm₂O₃, care produce semifabricate cilindrice de câțiva centimetri lungime și de aproximativ un centimetru în diametru. Semifabricatele sunt transparente în stare pură și fără defecte și sunt portocalii. Prin încălzire la 1900 °C, metastabilul Sm₂O₃ de formă trigonală se transformă într-o fază monoclinică. De asemenea, Sm₂O₃ cubic a mai fost descris.

Samariul este unul dintre cele câteva lantanide care formează un monoxid, SmO. Acest compus lucios galben-auriu a fost obținut prin reducerea Sm₂O₃ cu samariul metalic la temperaturi ridicate de 1000 °C și presiune mai mari de 50 kbari; micșorarea presiunii rezultă într-o reacție incompletă. SmO are structura cristalină cubică.

Calcogenuri

Samariul formează sulfura, seleniura și telurura trivalentă, însă și calcogenurile divalente SmS, SmSe și SmTe cu sistemul cristalin cubic sunt cunoscute. Aceștia sunt remarcabili prin abilitatea de a-și schimba starea de semiconductor în cea metalică atunci când se aplică presiune asupra lor. Întrucât tranziția este continuă și apare la limita dintre 20 și 30 de kbari în cazul SmSe ȘI SmTe, ea este bruscă pentru SmS și apare doar la 6,5 kbari. Acest efect rezultă într-un schimb coloristic spectaculos pentru SmS de la negru la galben auriu dacă cristalele sau pojghița făcută este zgâriată sau lustruită. Tranziția nu schimbă rețeaua simetria cristalină, dar are loc o descreștere (de aproximativ 15%) în volumul cristalului. SmS prezintă histerezis, adică atunci când presiunea este eliberată până la 0,4 kbari, compusul revine la starea de semiconductor.

Calcogenuri

Samariul formează sulfura, seleniura și telurura trivalentă, însă și calcogenurile divalente SmS, SmSe și SmTe cu sistemul cristalin cubic sunt cunoscute. Aceștia sunt remarcabili prin abilitatea de a-și schimba starea de semiconductor în cea metalică atunci când se aplică presiune asupra lor. Întrucât tranziția este continuă și apare la limita dintre 20 și 30 de kbari în cazul SmSe ȘI SmTe, ea este bruscă pentru SmS și apare doar la 6,5 kbari. Acest efect rezultă într-un schimb coloristic spectaculos pentru SmS de la negru la galben auriu dacă cristalele sau pojghița făcută este zgâriată sau lustruită. Tranziția nu schimbă rețeaua simetria cristalină, dar are loc o descreștere (de aproximativ 15%) în volumul cristalului. SmS prezintă histerezis, adică atunci când presiunea este eliberată până la 0,4 kbari, compusul revine la starea de semiconductor.

Halogenuri

Samariul metalic reacționează cu toți halogenii (fluor, clor, brom și iod) pentru a forma halogenuri trivalente:

$\mathrm {2Sm+3X_{2}\longrightarrow 2SmX_{3}}$
, unde X este orice halogen.

Reducerea acestora cu samariu, litiu sau sodiu metalic la temperaturi ridicate (de aproximativ 700-900 °C) produce halogenuri divalente. Diiodura de samariu poate fi preparată prin încălzirea triiodurii, SmI₃, sau prin reacționarea samariului cu 1,2-diiodoetan în tetrahidrofuran anhidru la temperatura camerei:

$\mathrm {Sm+ICH_{2}-CH_{2}I\longrightarrow SmI_{2}+CH_{2}=CH_{2}}$

De asemenea, reducerea produce numeroase halogenuri non-stoichiometrice ale samariului cu o structură cristalină bine definită, cum ar fi Sm₃F₇, Sm₁₄F₃₃, Sm₂₇F₆₄, Sm₁₁Br₂₄, Sm₅Br₁₁ și Sm₆Br₁₃

Cum se poate observa și în tabelul de mai sus, halogenurile samariului își schimbă structura cristalină când atomul unui tip de halogen este substituit de către altul; acesta este un comportament mai puțin compun pentru multe elemente, printre care se numără și actinidele. Majoritatea halogenurilor au două stări cristaline majore pentru o singură compoziție, una dintre ele fiind semnificativ mai stabilă, iar cea de a doua fiind metastabilă. Ultima fază este formată prin comprimare sau încălzire, urmată de schimbarea condițiilor ambientale. De exemplu, comprimând obișnuita diiodură de samariu monoclinică și eliberând presiunea, se obține o structură ortorombică (cu densitatea de 5,90 g/cm³) asemănătoare cu cea a clorurii de plumb PbCl₂. Aceleași rezultate se obțin și în cazul triiodurii de samariu (cu densitatea de 5,97 g/cm³).

Boruri

Pudrele de sintetizare din oxid de samariu și bor, în vid, produc o nouă pudră ce conține câteva boruri de samariu al căror raport de volum poate fi controlat prin intermediul proporțiilor din amestec. Pudra poate fi convertită în cristale mai mare al unei boruri de samariu folosindu-se metoda topirii cu arc sau metoda zonei de topire, bazându-se pe temperaturile de cristalizare diferite ale SmB₆ (2580 °C), SmB₄ (cam 2300 °C) și SmB₆₆ (2150 °C). Toate aceste materiale sunt dure, sfărâmicioase, solide, de culoare negre-gri și cu duritatea crescând odată cu conținutul de bor din compus. Diborura de samariu este prea volatilă pentru a fi produsă prin aceste metode și are nevoie de presiune mare, de aproximativ 65 kbari, și temperaturi între 1140 și 1240 °C pentru ca creșterea să-i fie stabilizată. Creșterea temperaturii rezultă cu formarea preferențială a SmB₆. Hexaborura de samariu este un compus tipic cu valență intermediară; în acesta, samariul este prezent sub două forme ionice: Sm²⁺ și Sm³⁺ în raportul 3:7.

Alți compuși anorganici

Sulfat de samariu, Sm₂(SO₄)₃

Carburile de samariu sunt preparate prin topirea unui amestec de grafit-metal într-o atmosferă inertă. După sinteză, acestea sunt instabile în aer și așadar sunt studiate doar sub atmosfere inerte. Monofosfura de samariu SmP este un semiconductor asemănător siliciului cu conductivitate electrică mare de tipul n. Aceasta poate fi preparată prin coacerea la 1100 °C a unei capsule de cuarț ce conține un amestec de pudre de fosfor și samariu. Fosforul este foarte volatil la temperaturi mari și poate exploda, astfel rata de creștere a temperaturii trebuie să fie mai mică de 1 °C/minut. Aceeași procedură este folosită pentru monoarseniura SmAs, dar temperatura de sinteză este mai mare de 1800 °C.

Un număr mare de compuși binari ai samariului cu siliciul, germaniul, staniul, plumbul, stibiul sau telurul sunt cunoscuți, iar altă grupă formează aliajele metalice. Toți aceștia sunt preparați prin coacerea amestecurilor de pudre ale diferitelor elemente în parte, iar mulți compuși rezultați sunt non-stoichiometrici și au compoziția nominală Sm_aX_b, unde raportul b/a variază între 0,5 și 3.

Ocurență și producție

Samarskit

Cu concentrația medie de aproximativ 8 părți pe milion (~8 ppm), samariul este al 40-lea cel mai abundent element din crusta Pământului. Este al cincilea cel mai abundent lantanid și este mult mai comun chiar decât staniul. Concentrația samariului în soluri variază între 2 și 23 de ppm, iar oceanele conțin aproximativ 0,5-0,8 părți pe trilion. Distribuția samariului în sol depinde foarte mult de starea chimică a acestuia și este foarte neomogenă: în solurile nisipoase, concentrația de samariu este de aproape 200 de ori mai mare la suprafață decât din apa prinsă în sol, iar acest raport poate depăși 1000 în solurile argiloase.

Samariul nu se găsește liber în natură, dar, ca și alte pământuri rare, este conținut de multe minerale, printre care se numără monazitul, bastnäsitul, ceritul, gadolinitul și samarskitul; monazitul (în care samariul apare în concentrații de 2,8% sau mai mari) și bastnäsitul sunt utilizate pe larg ca surse comerciale. Resursele mondiale de samariul sunt estimate la două milioane de tone. Acestea sunt localizate în mare parte în China, Statele Unite, India, Sri Lanka și Australia, iar producția anuală este de 700 de tone. Raportul de producție al fiecărui stat este de obicei dat pentru toate pământurile rare combinate. De departe, China are cea mai mare producție cu 120 000 de tone exploatate pe an; după China urmează Statele Unite, cu aproximativ 5 000 de tone pe an, și India , cu 2 700 de tone pe an. De obicei, samariul este vândut sub formă de oxid, care la prețul de piață de aproximativ 30 dolari per kilogram este cel mai ieftin pentru toți oxizii de lantanide. Întrucât mischmetalul -un amestec de pământuri rare ce conține aproximativ 1% samariu - a fost mult timp folosit, samariul relativ pur a fost izolat doar recent, cu ajutorul procedeelor schimbării de ioni, tehnicilor extracției de solvent și depunerii electrochimice. Metalul este adesea preparat prin electroliza unei topituri de clorură de samariu (III) și clorură de sodiu sau clorură de calciu. De asemenea, metalul poate fi obținut prin reducerea oxidului său cu lantan. Apoi, produsul este distilat pentru separarea samariului (cu punctul de fierbere de 1794 °C) și lantanului (cu punctul de fierbere de 3464 °C).

Samariul-151 este produs prin fisiunea nucleară a uraniului, ceea ce reprezintă 0,4% din numărul total de fisiuni nucleare. De asemenea, el mai este sintetizat prin capturarea neutronilor de către izotopul samariu-149, care este adăugat barelor de protecție din reactoarele nucleare. În consecință, samariul-151 este prezent în combustibil nuclear uzat și în deșeurile radioactive.

Probleme de sănătate

Samariul metalic nu are niciun rol biologic în corpul uman. Sărurile sale stimulează metabolismul, dar nu este clar dacă acest efect este cauza samariului sau a altor lantanide care sunt prezente cu acest element. Cantitatea totală de samariu într-un adult este de aproximativ 50 de micrograme, cele mai mari cantități aflându-se în ficat și în rinichi, iar în sânge există dizolvate cam 8 micrograme de samariu pe litru. Samariul nu este absorbit de către plante într-o concentrație măsurabilă așa că nu face parte din dieta umană în mod normal. Totuși, unele plante și legume pot conține mai mult de o parte pe milion de samariu. Sărurile insolubile de samariu sunt non-toxice și doar cele solubile sunt ușor toxice.

Când sunt ingerate, doar 0,05% din sărurile de samariu ajung în fluxul sanguin iar restul sunt eliminate prin excreție. Din sânge, cam 45% ajung în ficat și 45% sunt depozitate la suprafața oaselor, unde rămâne în jur de 10 ani; restul de 10% este eliminat prin excreție.

Legături externe

• ro Samariul pe sistemul-periodic.go.ro