Location via proxy:   [ UP ]  
[Report a bug]   [Manage cookies]                
Ugrás a tartalomhoz

Szamárium

Hivatkozások szerkesztése
Ellenőrzött
A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
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] 4f6 6s²
Elektronok héjanként 2, 8, 18, 24, 8, 2
Fizikai tulajdonságok
Halmazállapot szilárd
Sűrűség (szobahőm.) 7,52 g/cm³
Sűrűség (folyadék) az o.p.-on 7,16 g/cm³
Olvadáspont 1345 K
(1072 °C, 1962 °F)
Forráspont 2067 K
(1794 °C, 3261 °F)
Olvadáshő 8,62 kJ/mol
Párolgáshő 165 kJ/mol
Moláris hőkapacitás (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.: 544,5 kJ/mol
2.: 1070 kJ/mol
3.: 2260 kJ/mol
Atomsugár 185 pm
Atomsugár (számított) 238 pm
Egyebek
Mágnesség paramágneses[2]
Elektromos ellenállás (sz.h.) (α-forma) 0,940 µΩ·m
Hővezetési tényező (300 K) 13,3 W/(m·K)
Hőtágulási tényező (sz.h.) (α-forma)
12,7 µm/(m·K)
Hangsebesség (vékony rúd) (20 °C) 2130 m/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% Sm stabil 82 neutronnal
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% Sm stabil 88 neutronnal
152Sm 26,75% Sm stabil 90 neutronnal
154Sm 22,75% Sm stabil 92 neutronnal
Hivatkozások

A szamárium a lantanoidák közé tartozó ritkaföldfém. A periódusos rendszer 62-es rendszámú tagja, atomsúlya 150,36, vegyjele Sm. Fényes ezüstszürke, enyhén kemény fém. Ahogy a legtöbb lantanoidának, a szamárium legstabilabb oxidációs 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.

Heinrich Rose német mineralógus a szamarszkit ásvány után nevezte el, ami Vaszilij Jevgrafovics Szamarszkij-Bihovec bányamérnökről kapta a nevét. Az első, a természetben is előforduló elem, 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, az Amerikai Egyesült Államokban, Brazíliában, Srí Lankán, Indiában, és Ausztráliában. A vezető szamáriumtermelő Kína.

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 atomreaktorok szabályzórúdjaiba teszik. További alkalmazásai: katalizátor, radioaktív kormeghatározás, és röntgenlézer.

Története

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

A szamáriumot először Jean Charles Galissard de Marignac svájci kémikus észlelte 1853-ban, didímia abszorpciós spektrumában. Paul Émile Lecoq de Boisbaudran francia kémikus izolált először szamáriumvegyületet szamarszkitból ((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 Delafontaine svájci 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, mert európiumot tartalmaz jelentős mennyiségben. A két oxidot 1901-ben Eugène-Anatole Demarçay francia kémikusnak sikerült szétválasztania. Elemi formában a fémet végül 1903-ban Wilhelm Muthmann német kémikus állította elő elektrolízissel.[7]

A szamarszkitot először az Uralban lelték 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 (Gustav és Heinrich) az Uralból származó minták tanulmányozását.[8][9][10] Boisbaudran az elemet szamáriának nevezte 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. Az Sm vegyjel mellett egészen az 1920-as évekig az Sa jelet 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 a monacit, bastnäsit, cerit, gadolinit és szamarszkit. Átlagos koncentrációja a földkéregben 8 ppm, ezzel a 40. helyen áll a gyakorisági listán. Lantanoidák között 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 a cinkhez hasonló sűrűséggel és keménységgel. 1794 Celsius-fokos forráspontjával a harmadik legillékonyabb ritkaföldfém az itterbium és az európium után; ez megkönnyíti elválasztását a többi lantanoidától.[17]

A fémnek normál nyomáson három kristályos módosulata létezik. Szobahőmérsékleten a trigonális α-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 40 kbar nyomáson 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 együtt paramágneses tulajdonságú, Néel-hőmérséklete 14,8 K, alatta antiferromágneses.[18] Korrespondáló effektív mágneses momentuma 2µB, a ritkaföldfémek között a harmadik legkisebb a lantán és a lutécium után.[18][19]

A szamáriumatomok egyenként fullerénmolekulákba zárhatók.[20] Szilárd C60 fullerénben 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 jelzi oxidok és hidroxidok kialakulását. 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, vizes kénsavval az 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. Egy nátrium-szamárium vegyület igazoltan 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]

A nátrium-szamárium-diszulfoszalicilát szamárium 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 a PannonPharma Kft. gyártja és Phlogosam kenőcs, hab, valamint Phlogosol oldat 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 Sm2O3 szamárium-szeszkvioxid. Ahogy több más szamáriumvegyület, ez is többféleképpen kristályosodhat. A trigonális rács az olvadék lassú lehűlésével alakul ki. Olvadáspontja 2345 °C; ezt a hőmérsékletet csak indukciós hevítéssel tudják elérni. Lángfúziós módszerrel (Verneuil-folyamat) monoklin szimmetriájú kristályrács jön létre porából. A metastabil trigonális 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 jelenség hiszterézist mutat; 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, lítiummal vagy nátriummal dihalogenideket hoz létre. A dijodid SmI3 hevítésével, vagy szobahőmérsékleten, vízmentes tetrahidrofuránban a 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, Sm5Br11 és Sm6Br13[54]

A szamárium-halogenidek szerkezete megváltozik, ha egyik halogenid a 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 szinterezése bórral egy 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 SmB6 jön 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- és grafitpor keverékét hevítve szamárium-karbid nyerhető. A vegyület levegőn szétesik, ezért inert atmoszféra alatt kell tartani.[39] A szamárium-monofoszfid félvezető a szilíciumhoz hasonlóan 1,10 eV-os tiltott sávval, és jó n típusú vezető. Üreges kvarcampullában foszfor és 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 a szilíciummal, germániummal, ónnal, ólommal, antimonnal és a tellúrral. 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 SmaXb névleges 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)3 és 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 C5H5 gyűrűk η1 vagy 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)3 vagy KSm(η8-C8H8)2 kapható. Az utóbbi szerkezete az uranocénhez hasonló. Létezik a két értékű szamárium Sm(C5H5)2 ciklopentadienidje is, aminek szublimációpontja 85 °C. A ferrocénnal ellentétben a Sm(C5H5)2-ben a C5H5-gyűrűk nem párhuzamosak, hanem 40°-kal elfordulnak.[63][64]

A szamárium alkiljai és ariljai metatézis reakcióval állíthatók elő éterben vagy 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 és 154Sm) és 19 instabil, radioaktív izotópja van. A természetben előforduló leggyakoribb izotópjai a 152Sm (26,75%), a 154Sm (22,7%) és a 147Sm (15%). Az extrém hosszú felezési idejű izotópok: 147Sm (felezési ideje t½ = 1,06·1011 év), 148Sm (7·1015 év) és 149Sm (>2·1015 év), amit egyes források stabilnak,[65][66] mások radioaktívnak tekintenek.[67] A természetben előforduló szamárium radioaktivitása 128 Bq/g.[65]

A hosszú életű 146Sm, 147Sm, és 148Sm izotópok alfa-sugárzással neodímiumizotópokká bomlanak. A könnyebbek elektronbefogással prométiummá, míg a nehezebbek béta-bomlással európiummá.[65]

A 147Sm bomlása 1,06·1011 felezési idejű bomlása143Nd-má a szamárium-neodímium kormeghatározás alapjául szolgál.

A 151Sm és a 145Sm 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 a 141mSm (felezési idő 22,6 perc), 143m1Sm (t½ = 66 másodperc) és 139mSm (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]

Az elegyfém 1% szamáriumot tartalmaz. Sokáig ezt használták; csak nemrég kezdtek viszonylag tiszta szamáriumot gyártani. Monacitból vagy bastnäsitből állítják elő. Az ásványok ritkaföldfém-tartalmát ioncserével, oldószer extrakcióval vagy elektrokémiai leválasztással különítik 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 a kobalt-szamárium mágnesek, melyek névleges összetétele SmCo5 vagy Sm2Co17. Permanens mágnesességük 10 ezerszer nagyobb a vasénál, és csak a neodímium mágnesek 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 az etil-alkohol dehidratációját 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-oxidot optikai üvegekhez és kerámiákhoz adják az infravörös fény elnyelésére. Az elegyfém részeként öngyújtókhoz, világítótestekhez és fáklyákhoz használják fel.[15][23] Egyes szamáriumvegyületekkel fényérzékenyebbé teszik a fényport.

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

A szamárium-149 jó neutronbefogó (41000 barn), ezért atomreaktorok szabályozórúdjaiba teszik. A bórral és a kadmiummal szemben 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 a xenon-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 működő lézert. 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 a holográfiában, a biológiai mikroszkópiában, 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 neodímium 147Sm, 144Nd és 143Nd 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://www.britannica.com/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://www.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 sciences 89, 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 Chemistry 70, 237. o. DOI:10.1351/pac199870010237. 
  13. ↑ Chemistry in Its Element – Samarium Archiválva 2011. április 8-i dátummal a Wayback Machine-ben, Royal Society of Chemistry
  14. ↑ a b What are their prices? Archiválva 2007. szeptember 11-i dátummal a Wayback Machine-ben, Lynas corp.
  15. ↑ a b c d e f g h Emsley, 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. ↑ a b c d e Human Health Fact Sheet on Samarium, Los Alamos National Laboratory
  17. ↑ a b c d (1985) „Preparation of samarium in the double hexagonal close packed form”. Journal of the Less Common Metals 113 (2), 21. o. DOI:10.1016/0022-5088(85)90294-2. 
  18. ↑ a b (1983) „Magnetism of the heavy 5f elements”. Journal of the Less Common Metals 93 (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 B 70 (6), 566. o. DOI:10.1088/0370-1301/70/6/304. 
  20. ↑ Okazaki, T (2002). „Electronic and geometric structures of metallofullerene peapods”. Physica B 323, 97. o. DOI:10.1016/S0921-4526(02)00991-2. 
  21. ↑ (1995) „Superconductivity at 8 K in samarium-doped C60”. Physical Review B 52 (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 Matter 21 (14), 142203. o. DOI:10.1088/0953-8984/21/14/142203. 
  23. ↑ a b c d C. R. Hammond. The Elements, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition. CRC press (2004). ISBN 0-8493-0485-7 
  24. ↑ a b c Chemical reactions of Samarium. Webelements. (Hozzáférés: 2009. június 6.)
  25. ↑ Greenwood, p. 1243
  26. ↑ Greenwood, 1248. o.
  27. ↑ a b Greenwood, p.1248
  28. ↑ (1991) „A new ultra-high pressure phase in samarium”. Physics Letters A 158, 89. o. DOI:10.1016/0375-9601(91)90346-A. 
  29. ↑ a b (1981) „Synthesis of rare earth monoxides”. Journal of Solid State Chemistry 36 (3), 261. o. DOI:10.1016/0022-4596(81)90436-9. 
  30. ↑ a b c (1981) „Raman spectra of lanthanide sesquioxide single crystals: Correlation between A and B-type structures”. Journal of Solid State Chemistry 38 (3), 288. o. DOI:10.1016/0022-4596(81)90058-X. 
  31. ↑ a b Taylor D. (1984). „{{{title}}}”. Br. Ceram. Trans. J. 83, 92–98. o. 
  32. ↑ (1989) „Low temperature thermal expansion in SmH2+x”. Solid State Communications 71 (12), 1145. o. DOI:10.1016/0038-1098(89)90728-X. 
  33. ↑ (1997) „Synthesis of novel compounds by hydrogen combustion”. Journal of Alloys and Compounds 253–254, 10. o. DOI:10.1016/S0925-8388(96)03071-X. 
  34. ↑ (1990) „Sm2B5 boride and its structure”. Soviet Powder Metallurgy and Metal Ceramics 29 (6), 471. o. DOI:10.1007/BF00795346. 
  35. ↑ a b (1977) „High pressure syntheses of SmB2 and GdB12”. Journal of the Less Common Metals 56, 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 Metals 67 (2), 531. o. DOI:10.1016/0022-5088(79)90038-9. 
  37. ↑ a b (1972) „Phase Behavior in the Sm-B System”. Journal of the American Ceramic Society 55 (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 Metals 26, 99. o. DOI:10.1016/0022-5088(72)90012-4. 
  39. ↑ a b c (1958) „The Crystal Structures of Some of the Rare Earth Carbides”. Journal of the American Chemical Society 80 (17), 4499. o. DOI:10.1021/ja01550a017. 
  40. ↑ a b c d e f g h Greenwood, p. 1241
  41. ↑ a b c d (1978) „Über neue Verbindungen im system SmF2_SmF3”. Journal of Solid State Chemistry 24 (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 Metals 116, 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 Crystallographica 1 (5), 265. o. DOI:10.1107/S0365110X48000703. 
  45. ↑ (1964) „{{{title}}}”. Inorganic Chemistry 3 (8), 1137. o. DOI:10.1021/ic50018a015. 
  46. ↑ (1974) „Composition limits and vaporization behaviour of rare earth nitrides”. Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry 36 (11), 2507. o. DOI:10.1016/0022-1902(74)80462-8. 
  47. ↑ a b (1991) „Studies on the electrical properties of rare earth monophosphides”. Journal of Solid State Chemistry 95 (2), 346. o. DOI:10.1016/0022-4596(91)90115-X. 
  48. ↑ a b (1981) „Intermediate valence in alloys of SmSe with SmAs”. Physical Review B 23 (8), 3620. o. DOI:10.1103/PhysRevB.23.3620. 
  49. ↑ Greenwood, p. 1239
  50. ↑ Beaurepaire, Eric (Ed.) Magnetism: a synchrotron radiation approach, Springer, 2006 ISBN 3-540-33241-3 p. 393
  51. ↑ (1970) „Continuous and Discontinuous Semiconductor-Metal Transition in Samarium Monochalcogenides Under Pressure”. Physical Review Letters 25 (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 Chemistry 17, 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 Chemie 459, 81. o. DOI:10.1002/zaac.19794590108. 
  56. ↑ (1979) „Zur Hochdruckpolymorphie der Seltenerd-Trihalogenide”. Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie 453, 79. o. DOI:10.1002/zaac.19794530610. 
  57. ↑ (1971) „Physical Properties of SmB6”. Physical Review B 3 (6), 2030. o. DOI:10.1103/PhysRevB.3.2030. 
  58. ↑ (1995) „Light scattering from gap excitations and bound states in SmB6”. Physical Review B 52 (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 B 54 (8), R5207. o. DOI:10.1103/PhysRevB.54.R5207. 
  60. ↑ (1965) „Monosilicides of rare earth metals and their crystal structures”. Journal of Structural Chemistry 5 (6), 789. o. DOI:10.1007/BF00744231. 
  61. ↑ (1967) „Rare earth–germanium and –silicon compounds at 5:4 and 5:3 compositions”. Acta Crystallographica 22 (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. ↑ a b c Greenwood, p. 1249
  64. ↑ (1986) „Synthesis and x-ray crystal structure of bis(pentamethylcyclopentadienyl) complexes of samarium and europium: (C5Me5)2Sm and (C5Me5)2Eu”. Organometallics 5 (7), 1285. o. DOI:10.1021/om00138a001. 
  65. ↑ a b c d (2003) „The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties”. Nuclear Physics A 729, 3. o. [2013. július 24-i dátummal az eredetiből archiválva]. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. (Hozzáférés: 2012. május 20.) 
  66. ↑ Chart of the nuclides Archiválva 2017. július 29-i dátummal a Wayback Machine-ben, Brookhaven National Laboratory
  67. ↑ Holden, Norman E. "Table of the isotopes" in szerk.: 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 az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2012. február 9.)
  73. ↑ (2005) „Radioisotopes for the palliation of metastatic bone cancer: a systematic review”. The lancet oncology 6 (6), 392–400. o. DOI:10.1016/S1470-2045(05)70206-0. PMID 15925817. 
  74. ↑ Thermal neutron capture cross sections and resonance integrals – Fission product nuclear data. [2011. július 6-i dátummal az eredetiből archiválva]. (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 Gummett Cold War, Hot Science: Applied Research in Britain's Defence Laboratories, 1945–1990, NMSI Trading Ltd, 2002 ISBN 1-900747-47-2 p. 268
  77. ↑ (1979) „Contributions of IBM to Laser Science—1960 to the Present”. IBM Journal of Research and Development 23 (5), 476. o. DOI:10.1147/rd.235.0476. 
  78. ↑ (1997) „A Saturated X-ray Laser Beam at 7 Nanometers”. Science 276 (5315), 1097. o. DOI:10.1126/science.276.5315.1097. 
  79. ↑ Elmegreen, Bruce G. et al. Piezo-driven non-volatile memory cell with hysteretic resistance US patent application 12/234100, 09/19/2008
  80. ↑ SmS Tenzo. [2012. március 15-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2012. május 24.)
  81. ↑ (2002) „Electromotive Force Generation in Homogeneously Heated Semiconducting Samarium Monosulfide”. Technical Physics Letters 28 (3), 229. o. [2012. március 15-i dátummal az eredetiből archiválva]. DOI:10.1134/1.1467284. (Hozzáférés: 2012. május 24.)  other articles on this topic Archiválva 2012. március 15-i dátummal a Wayback Machine-ben
  82. ↑ Robert Bowen, H -G Attendorn Isotopes in the Earth Sciences, Springer, 1988, ISBN 0-412-53710-9, pp. 270 ff

Források

[szerkesztés]
Commons:Category:Samarium
A Wikimédia Commons tartalmaz Szamárium témájú médiaállományokat.
  • Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN 0-08-037941-9.

Külső linkek

[szerkesztés]
File:Wiktionary-logo-hu.svg
Nézd meg samarium szamárium címszót a Wikiszótárban!
A lap eredeti címe: „https://hu.wikipedia.org/w/index.php?title=Szamárium&oldid=27060761”