Самарий

Самарий
Атомный номер	62
Внешний вид простого вещества	редкоземельный металл серебристого цвета
Свойства атома
Атомная масса (молярная масса)	150,36 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома	181 пм
Энергия ионизации (первый электрон)	540,1 (5,60) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация	[Xe] 4f6 6s2
Химические свойства
Ковалентный радиус	162 пм
Радиус иона	(+3e) 96,4 пм
Электроотрицательность (по Полингу)	1,17
Электродный потенциал	Sm←Sm3+ -2,30 В Sm←Sm2+ -2,67 В
Степени окисления	3, 2
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность	7,520 г/см³
Молярная теплоёмкость	29,5[1] Дж/(K·моль)
Теплопроводность	(13,3) Вт/(м·K)
Температура плавления	1350 K
Теплота плавления	8,9 кДж/моль
Температура кипения	2064 K
Теплота испарения	165 кДж/моль
Молярный объём	19,9 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	ромбоэдрическая
Параметры решётки	9,000 Å
Отношение c/a	n/a
Температура Дебая	166,00 K

Самарий — химический элемент, металл из группы лантаноидов

История и происхождение названия

Элемент был выделен из минерала самарскита ((Y,Ce,U,Fe)₃(Nb,Ta,Ti)₅O₁₆). Этот минерал в 1847 году был назван в честь русского горного инженера, полковника В. Е. Самарского-Быховца (по предложению немецкого химика Генриха Розе, которому Самарский предоставил для исследования образцы этого минерала). Новый, ранее неизвестный элемент в самарските был обнаружен спектроскопически французскими химиками Лафонтеном в 1878 году и Лекоком де Буабодраном в 1879 году. В 1880 году открытие было подтверждено швейцарским химиком Ж. де Мариньяком. Чистый металлический самарий был впервые химически выделен только в начале XX века.

Получение

Металлический самарий получают методами металлотермии и электролитически, в зависимости от структуры производства и экономических показателей. Мировое производство самария оценивается в несколько сотен тонн, бо́льшая его часть выделяется ионообменными методами из монацитового песка.

Цены

Цены на самарий в слитках чистотой 99—99,9 % колеблются около 50-60 долларов за 1 килограмм.

Физические свойства

Металлический самарий — металл, напоминающий по внешнему виду свинец, а по механическим свойствам — цинк.

Химические свойства

На воздухе самарий медленно окисляется, покрываясь сначала темной пленкой оксида Sm₂O₃, а затем — рассыпаясь в порошок с жёлтым оттенком.

Самарий — высокоактивный металл. Он растворим в кислотах, сгорает на воздухе (образуя оксид), реагирует с азотом (образуя нитрид), углеродом (образуя карбиды), халькогенидами (образуя моно и двух-трехвалентные сульфиды, селениды, теллуриды), водородом (образуя гидриды), кремнием (образуя силициды), бором (образуя бориды), с фосфором (фосфиды), мышьяком (арсениды), сурьмой (антимониды), висмутом (висмутиды), и всеми галогенами (фторид, хлорид, бромид, йодид).

Термоэлектрические материалы

Недавно обнаруженный эффект генерации термоЭДС в моносульфиде самария SmS имеет весьма высокий КПД около 50 % (^[2]). Уже при нагревании монокристалла SmS до 130°C (что открывает перспективу для утилизации низкопотенциального тепла) при совместной эксплуатации такого эффекта с термоэлектронной эмиссией или классическими термоэлементами можно легко достичь КПД выработки электроэнергии на уровне 67—85 %, что очень актуально в связи с убывающими запасами органического топлива на планете. Уже сегодня опытные генераторы конкурентоспособны по сравнению с любым тепловым двигателем (включая двигатель Дизеля и Стирлинга), что позволяет думать о внедрении этого эффекта как основной силовой установки на автомобиле. Учитывая сверхвысокую радиационную стойкость самария, моносульфид самария может послужить для конструирования атомных реакторов, напрямую преобразующих тепло и отчасти ионизирующее излучение в электроэнергию (космические реакторы, реакторы для глубокого космоса). Таким образом, моносульфид самария способен занять в ближайшем будущем ведущую роль в малой и большей энергетике, производстве атомных силовых установок космического базирования и авиационного транспорта, в производстве силовых установок для автомобилей будущего, компактных и мощных источниках тока для бытовых нужд и в военном деле. Интересно отметить то обстоятельство что на основе применения моносульфида самария вполне легко решается задача создания ядерной силовой установки для автомобильного транспорта, и при том вполне безопасной (ядерный автомобиль).

Как термоэлектрический материал ограничено применяется также теллурид самария (термоЭДС 320 мкВ/К).

Тензочувствительные материалы

Моносульфид самария является одним из лучших тензочувствительных материалов. Он используется для производства тензочувствительных датчиков (например, для измерения механических напряжений в конструкциях).

Ядерная энергетика

В ядерной энергетике самарий используется для управления атомными реакторами, так как сечение захвата тепловых нейтронов для природного самария превышает 6800 барн. Самарий, в отличие от других элементов с высоким сечением захвата (бор, кадмий) «не выгорает» в реакторе, поскольку при интенсивном нейтронном облучении образуются дочерние изотопы самария, которые также обладают очень высоким сечением захвата нейтронов. Самым высоким сечением захвата тепловых нейтронов среди изотопов самария (в природной смеси) обладает самарий-149 (41000 барн). В атомной промышленности используется окись (специальные эмали и стекла), гексаборид и карбид (регулирующие стержни), борат самария.

Гигантский магнитокалорический эффект

Манганаты самария и стронция обладают гигантским магнитокалорическим эффектом и могут быть использованы для конструирования магнитных холодильников.

Гигантский магнитоэлектрический эффект

Молибдат самария обнаруживает на порядок больший по величине магнитоэлектрический эффект, чем, например, молибдат гадолиния, и интенсивно изучается.

Производство стекла

Оксид самария применяется для получения специального люминесцентного и поглощающего инфракрасное излучения стёкол.

Огнеупорные материалы

Оксид самария отличается весьма высокой огнеупорностью, стойкостью к расплавам активных металлов и высокой температурой плавления (2270 °C). В связи с этим он используется как хороший огнеупорный материал.

Другие области применения

Самарий может быть использован для возбуждения лазерного излучения в жидких и твердых средах. Самарий также используется как активатор люминофоров в производстве цветных телевизоров и сотовых телефонов.

Металлический самарий применяется для производства электродов стартеров тлеющего разряда.

Сверхчистый оксид самария применяется в микроэлектронике в качестве диэлектрика в производстве кремниевых МДП-варикапов.

Биологическая роль

Биологическая роль самария изучена слабо. Известно, что он стимулирует метаболизм. Токсичность самария и его соединений, как и у других редкоземельных элементов, невысока.

Периодическая система химических элементов Менделеева: