Самарий является элементом третьей группы периодической системы химических элементов, где обозначен Sm. Выделен был из минерала самарскита. Относится к группе лантаноидов. Атомный вес 150,36. Содержание самария в литосфере составляет 8 г/т, а в морской воде — около 1,7·10 -6 мг/л. Ежегодная добыча самария — несколько сот тонн. Его выделяют металлотермическим или электролитическим способом, обычно — из монацитового песка при помощи ионообмена.

Физико-химические свойства

По своим механическим качествам самарий напоминает цинк, по внешнему виду — похож на свинец. На воздухе он медленно окисляется, образуя темную пленку оксида Sm 2 O 3 , пока не превращается в серо-желтый порошок. Это достаточно активный металл, имеющий положительную валентность +3. Растворяется в кислотах, на воздухе сгорает. С азотом образует нитрид. С водородом образует гидриды, с углеродом — карбид, с кремнием — силициды, с бором образует бориды.

Физические качества Sm

Применение

Тензочувствительные и термоэлектрические материалы. Из самария в сплаве с кобальтом и прочими элементами производят мощные постоянные магниты. В сплаве с Co, Zr, Hf, Fe, Cu достигается очень высокий уровень коэрцитивной силы и остаточной индукции. ГОСТ 25  278.8−82 нормирует определение посредством комплексоно-метрического способа долю самария в бинарных сплавах. Например, 35−40% Sm-Co. Самарий способствует управлению атомным распадом. В сравнении с другими элементами (кадмий, бор), имеющими широкое сечение захвата, он в реакторе «не выгорает», а образует на фоне облучения изотопы с высокой степенью захвата нейтронов. Используется как активатор люминофоров в цветных дисплеях и конструкциях сотовых телефонов. Его применяют в жидких и твердых лазерах и электродах стартеров тлеющих разрядов.

Поставщик

Поставщик «Auremo» предлагает купить редкие металлы из группы лантаноидов оптом или в рассрочку. Большой выбор полуфабрикатов на складе. Соответствие ГОСТ и международным стандартам качества. Всегда в наличии самарий металл (слиток), цена — оптимальная от поставщика. Ждем ваших заказов. Купить самарий металл (слиток) сегодня. Оптовым заказчикам цена — льготная.

Купить Sm, цена выгодная.

Поставщик «Auremo"предлагает купить цветных и редких металлов на выгодных условиях. На складе предоставлен большой выбор изделий из самария, а также сплавов самария. От объема заказа, дополнительных условий поставки зависит цена. При оптовых продажах предоставляются существенные скидки. Наши менеджеры всегда готовы оказать квалифицированную помощь. А большой ассортимент не оставит вас без выбора. Всегда в наличии самарий металл (слиток), цена — наилучшая в данном сегменте проката. Вся продукция сертифицирована, поставляется в кратчайшие сроки.

История и происхождение названия

Элемент был выделен из минерала самарскита ((Y,Ce,U,Fe) 3 (Nb,Ta,Ti) 5 O 16). 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; минерал был известен ранее под названиями уранотантал и иттроильменит, однако, как показал Розе, эти названия неточно отражали его состав) . Новый, ранее неизвестный элемент в самарските был обнаружен спектроскопически французскими химиками Делафонтеном в 1878 году и Лекоком де Буабодраном в 1879 году . В 1880 году открытие было подтверждено швейцарским химиком Ж. де Мариньяком . Элемент был назван по минералу самарием; первый случай в истории, когда в названии химического элемента было отражено имя реально существовавшего человека, а не мифологического персонажа . Чистый металлический самарий был впервые химически выделен только в начале XX века.

Нахождение в природе

Изотопы

Природный самарий состоит из четырёх стабильных изотопов 144 Sm (изотопная распространённость 3,07 %), 150 Sm (7,38 %), 152 Sm (26,75 %), 154 Sm (22,75 %) и трёх слаборадиоактивных изотопов 147 Sm (14,99 %, период полураспада - 106 миллиардов лет), 148 Sm (11,24 %; 7⋅10 15 лет), 149 Sm (13,82 %; > 2⋅10 15 лет, в некоторых источниках указывается как стабильный) . Также существуют искусственно синтезированные изотопы самария, самые долгоживущие из которых - 146 Sm (период полураспада - 103 миллиона лет) и 151 Sm (90 лет).

Резонансный захват теплового нейтрона ядром 149 Sm с образованием 150 Sm перестаёт быть возможным уже при небольшом изменении постоянной тонкой структуры α. Измерение относительного содержания 149 Sm/ 150 Sm в минералах природного ядерного реактора в Окло позволило установить, что в пределах экспериментальной погрешности значение постоянной тонкой структуры было в течение последних 2 млрд лет тем же, что и в наше время. .

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.

В 2014 году 25 граммов самария чистотой 99,9 % можно было купить за 75 евро.

Физические свойства

Химические свойства

Самарий, являясь типичным лантаноидом, характеризуется электронной конфигурацией 4f 6 5d 0 6s 2 . Соответственно, образуя соединения, этот элемент, как правило, выступает в качестве восстановителя, проявляя характерные для лантаноидов степени окисления, то есть +2 и +3.

Самарий - высокоактивный металл. На воздухе медленно окисляется, сначала покрываясь тёмной плёнкой трёхвалентного оксида Sm 2 O 3 и затем полностью рассыпаясь в порошок жёлтого оттенка.

Самарий способен реагировать с азотом (образуя нитрид), углеродом (образуя карбиды), халькогенами (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 , образуя трёхвалентные соединения (фториды , хлориды , бромиды , иодиды).

Самарий растворим в кислотах. Например, при реакции с серной кислотой самарий образует светло-жёлтые кристаллы сульфата самария(III) ; при реакции самария с соляной кислотой могут образовываться светло-жёлтые кристаллы хлорида самария(III) и, при определённых условиях, хлорида самария(II)

Применение

Магнитные материалы

Самарий широко используется для производства сверхмощных постоянных магнитов , в сплаве самария с кобальтом и рядом других элементов. И хотя в этой области в последние годы наблюдается вытеснение самарий-кобальтовых магнитов магнитами на основе неодима , тем не менее, возможности сплавов самария далеко не исчерпаны.

Термоэлектрические материалы

Обнаруженный в 2000 году эффект генерации термоЭДС в моносульфиде самария SmS имеет весьма высокий КПД около 50 % . 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 специальных люминесцирующих и поглощающих инфракрасное излучение стёкол.

В середине прошлого века на Урале был найден черный блестящий минерал. В большинстве книг по истории науки, говорится, что этот минерал открыт русским горным инженером В. Е. Самарским.

Иное утверждают авторы популярной книги «От водорода до...?» П. Р. Таубе и Е. И. Руденко: «В середине прошлого века на Алтае и Урале смотрителем горного округа был инженер В. Е. Самарский. Особыми талантами он не отличался. Однажды рабочие принесли ему найденный в Ильменских горах неизвестный минерал очень красивого бархатно-черного цвета. Присутствовавший при этом угодливый чиновник предложил назвать минерал в честь смотрителя горного округа самарскитом. «Находчивость» чиновника была одобрена, минерал «окрещен» и вошел в коллекцию... По названию минерала, в котором был открыт новый элемент, Лекок де Буабодран назвал его самарием. Так было увековечено имя инженера Самарского, ничем не заслужившего такой чести».
История, как видим, забавная и - вымышленная от начала до конца. В действительности дело обстояло так (комментарий профессора С. А. Погодина). Еще в 1816 г. Берцелиус опубликовал анализ найденного в Швеции черного минерала, содержащего иттриевую землю, пятиокись тантала, окислы вольфрама, урана и некоторых других элементов. Через 23 года немецкий минералог Густав Розе описал подобный же минерал, найденный в Ильменских горах на Урале, и назвал его уранотанталом. А еще через семь лет, в 1846 г., московский химик Р. И. Герман переименовал этот минерал в иттроильменит, так как, по его мнению, в минерале был новый элемент ильмений. Однако не прошло и года, как профессор химии Берлинского университета Генрих Розе - брат Густава Розе - доказал, что, с одной стороны, в уранотантале преобладает не тантал , а похожий на него ниобий, а с другой,- что «ильмениевая кислота» Германа всего лишь смесь пятиокиси ниобия с трехокисыо вольфрама. Поэтому оба предлагавшихся прежде названия минерала он считал неприемлемыми, неправильными.
Заканчивая сообщение о своих новых результатах, Розе писал: «Я предлагаю изменить название уранотантал в самарскит, в честь полковника Самарского, по благосклонности которой я был в состоянии производить над этим минералом все изложенные наблюдения» («Горный журнал», 1847, ч. II, кн. 4, с. 118). Поясним, что Василий Евграфович Самарский-Быховец (1803-1870) был с 1845 по 1861 г. начальником штаба Корпуса горных инженеров. Он предоставил Розе для исследования образцы черного уральского минерала. А притча об «угодливом чиновнике» - не более чем вымышленное литературное дополнение к истории...

Так или иначе первая глава истории элемента самария связана с Россией. Вторая - с Францией. В 1878 г. французский химик Делафонтен выделил из самарскита окись дидима. В это время основным оружием искателей новых элементов уже был спектральный анализ. В спектре дидима, полученного из самарскита, Делафонтен обнаружил две новые голубые линии. Решив, что они принадлежат новому элементу, он сразу же дал этому элементу название «деципий» - от латинского decipio, что значит обманываю.
Вскре появились и другие сообщения о необычных спектральных линиях в окиси дидима. Окончательно подтвердил неоднородность этого вещества один из «укрепителей периодического закона», первооткрыватель галлия Лекок де Буабодран. Он, как и Делафонтен, нашел две новые голубые линии, но эти линии отличались от линий деципия.
Лекок де Буабодран назвал новый элемент самарием, как бы лишний раз подчеркивая, что тот получен из самарскита. Произошло это в 1879 г. Годом позже швейцарский химик Мариньяк при исследовании самарскита получил две фракции, одна из которых давала точно такой же спектр, как и элемент, открытый Лекоком де Буабодраном. Так было подтверждено открытие самария. Другая же фракция, как показал спектральный анализ, содержала новый элемент. В честь одного из первых исследователей редких земель, Юхана Гадолпна, этот элемент был назван гадолинием. Деципий же вскоре «закрыли»: он оказался смесью самария с другими редкоземельными элементами, прежде всего с неодимом и празеодимом .
Элементарный самарий был получен в начале XX в ., но еще несколько десятилетий элемент № 62 не находил применения. Сегодня этот элемент (и его соединения) довольно важен для атомной энергетики. Самарию свойственно большое поперечное сечение захвата тепловых нейтронов - около 6500 барн. Это больше, чем у традиционных материалов регулирующих стержней атомных реакторов - бора и кадмия . Керамические материалы, в которые входит окись самария (порошок бледно-кремового цвета), стали использовать в качестве защитных материалов в реакторостроении.
В последние годы особое внимание ученых и практиков привлекло интерметаллическое соединение самария с кобальтом SmCO 5 , оказавшееся великолепным материалом для сильных постоянных магнитов. Кроме того, самарий вводят в состав стекол, способных люминеспировать и поглощать инфракрасные лучи.
Но не всегда самарий полезен.

Изотопы самария

Из соединений самария интерес для практики (даже сугубо научной практики) пока представляют немногие. Обычные трехвалентные соединения этого элемента мало чем отличаются от соответствующих соединений других, более доступных элементов редкоземельного ряда. Исключение составляет, пожалуй, лишь трибромид самария SmBr 3 - самое легкоплавкое вещество из всех редкоземельных бромидов.
Известны и такие соединения, в которых элемент № 62 проявляет валентность 2+ . Это, в частности, малорастворимый в воде дифторид SmF 2 и кристаллический оранжевого цвета сульфат SmSO 4 . Последний интересен тем, что при его растворении в разбавленных кислотах из них выделяется водород.
Таким образом, можно сделать вывод: пока для техники самарий важнее, чем все его соединения, вместе взятые. Если, конечно, не считать упоминавшееся выше соединение - сплав с кобальтом.

СВОЙСТВА.

Символ: Sm

Электронная конфигурация: 4f 6 6s 2

Температура плавления: 1 074°C

Атомный номер: 62

Номер CAS: 7440-19-9

Температура кипения: 1 794°C

Атомная масса: 150,36 ± 0,02 а. е. м.

Самарий (Sm) -редкоземельный металл, атомный номер 62, атомная масса 150,36, температура плавления 1 074°C, плотность 7,45 г/см3.
Этот элемент получил своё название случайно, по фамилии смотрителя горного округа на Урале, инженера Самарского. В этом горном округе был найден минерал бархатно-чёрного цвета, который был назван, в угоду этому чиновнику, самарскитом. В 1878 году, в США, нашли такой же минерал, в котором обнаружили большое количество РЗМ, точно таких же, как в самарските. После проведения исследований, из него сначала был выделен гипотетический элемент дидим, а затем, из него была получена смесь окислов химических элементов. Из этой смеси, впоследствии, был выделен новый элемент, который, по названию минерала самарскита, был назван самарием.
Чистый металлический самарий был получен в 1903 году, методом электролиза хлористого самария. Самарий –светло- серый, блестящий металл, тугоплавкий, по плотности близок к железу. На воздухе окисляется медленно, покрываясь плёнкой оксида Sm2O3 и, при дальнейшем окислении, рассыпается в порошок. Самарий –металл высокой химической активности, он растворяется в минеральных кислотах, горит на воздухе, реагирует со многими элементами и соединениями.
У самария в природе имеется несколько естественных изотопов, самым распространённым является самарий-152. Естественный изотоп самарий-147 является радиоактивным и значительно долгоживущим. Искусственный радиоизотоп, самарий-146, был получен в 1946 году и также является долгожителем, с гигантским сроком полураспада в 50 млн лет.
В земной коре самария около 7х10-4%по массе. Он, в основном, содержится в минералах-лопарите, эвдиалите, хибинском апатите, фосфогипсе из хибинского апатита, природном концентрате Томтора. Мировое производство самария-несколько сот тонн.

ПОЛУЧЕНИЕ.

Получают его из концентрата, в котором содержится самарий и другие РЗМ. Этот концентрат подвергают экстракции, а затем, ионообменной сорбции. Из этого смешанного раствора, самарий осаждают в виде карбоната или оксалата, который, затем, прокаливают до получения окиси самария Sm2O3.
Для получения самария в металлическом виде, применяется металлотермическое восстановление окиси самария лантаном или мишметаллом в вакууме, при температуре 1600°C. Также применяется карботермический метод восстановления окиси самария до металла.

ПРИМЕНЕНИЕ.

Самарий является одним из широко применяемых РЗМ в науке и промышленности.

• Атомная техника. Управление ядерной реакцией в атомном реакторе осуществляется с помощью стержней, выполненных из кадмия или бористой стали. При применении для этой цели стержней, выполненных из самария, величина поглощения нейтронов увеличивается в два раза, что значительно улучшает работу ядерного реактора.
• Магнитные материалы. Только некоторые из РЗМ применяются в виде металлов, самарий- один из них. Он используется для создания постоянных магнитов, для производства супермощных постоянных магнитов, из сплавов самарий –кобальт, вместе с другими компонентами.. При легировании сплава самарий-кобальт цирконием, гафнием, медью, железом и рутением получают магниты с очень большим значением коэрцитивной силы и остаточной индукции. При применении ультрадисперсных порошков из этих сплавов, после их прессования и спекания, получают постоянные магниты с высокими параметрами магнитной энергии, которые в три раза лучше, чем у других магнитных сплавов на основе РЗМ.
• Люминофоры. Соли самария, применяемые при производстве люменисцентных ламп, значительно улучшают их характеристики и увеличивают долговечность. Применяются они также и при производстве радиолокаторов и электронно-оптических преобразователей.
• Производство стекла. Стекло, легированное окисью самария, хорошо поглощает нейтроны. Это свойство применяется для создания прозрачных блоков защиты атомных реакторов, пультов и т.п. Оксид самария применяется для приготовления стекла, которое поглощает инфракрасное излучение.
• Термоэлектрические материалы. После обнаружения эффекта генерирования термоЭДС в соединении самария SmS, было предложено использование этого явления для создания источников энергии с высоким КПД (67-85 %). В сочетании с классическими термоэлементами эти источники могут быть использованы для автомобилей будущего, в атомных реакторах, преобразующих тепло и ионизирующее излучение в электроэнергию, для космоса, авиации, быта и обороны.
• Тензоизмерения. Самарий применяется для создания тензодатчиков для измерения механических напряжений в металлоконструкциях.
• Огнеупоры. Оксид самария отличается высокой стойкостью в расплавах активных металлов. Он обладает высокой температурой плавления (2270°C) и это свойство успешно используется в металлургии.
• Лазеры. Самарий используют для создания лазерного излучения, в жидких и в твёрдых средах.
• Прочие. Самарий применяется для изготовления микроволновых фильтров, микрочипов, устройств памяти, LCD дисплеев, в медицинской диагностике.

Электромагнитные и оптические свойства самария и его сплавов-активно изучаются.

(Samarium; по имени рус.горного инженера В. Е. Самарского-Быховца), Sm - хим. элемент III группы периодической системы элементов; ат. н. 62, ат. м. 150,4; относится к редкоземельным элементам. В соединениях проявляет степень окисления гл. обр. +З, редко +2. Серебристо-белый металл, на воздухе быстро тускнеет, покрываясь серой окисной пленкой. Природный самарий состоит из изотопов 144Sm (3,09%), 147Sm (15,07%), 148Sm (11,27%), 149Sm (13,82%), 150Sm (7,47%), 152Sm (26,63%) и 154Sm (22,53%), из к-рых изотоп 147Sm - альфа-радиоактивен, с периодом полураспада, равным 1,3 х 10 11 лет.

Получены радиоактивные с массовыми числами 141-143, 145, 146, 151, 153 и 155-157. Некоторые самария, образующиеся при делении урана и плутония, являются «реакторными ядами». Самарий открыл (1879) франц. химик П.-Э. Лекок де Буабодран. Содержание самария в земной коре 7,0 х 10-4%. В минералах монаците и бастнезите содержится 0,7- 1,3% Sm2О3. Самарий при комнатной т-ре имеет ромбоэдрическую кристаллическую решетку (альфа-самарий) с периодом а = 8,996 А и а = 23°13′. При т-ре 917° С альфа-самарий переходит в бета-самарий с объемноцент-рированной кубической решеткой и периодом а = 4,07 А. Плотность (т-ра 20° С) 7,536 г/см3; tпл 1072° С; tкип 180(3° С.

Теплоемкость самария (т-ра 25° С) 6,80 кал/г-атом х град; температурный коэфф. линейного расширения 10,4 х 10-6 град-1 (т-ра 25° С). Удельное электрическое сопротивление 90 мком х см (т-ра 25° С); температурный коэфф. электрического сопротивления (т-ра 0° С) 1,48 х 10-3 град-1. До т-ры 14 К (Нееля точка) С. парамагнитен. При комнатной т-ре модуль норм, упругости 3480 кгс/мм2; модуль сдвига 1286 кгс/мм2; коэфф. Пуассона 0,352. У литого образца при т-ре 20° С предел прочности на растяжение 12,6 кгс/мм2; относительное удлинение 2,5%; HV= 42-64 (т-ра 20° С). По хим. св-вам С. подобен др. лантаноидам. При сжигании на воздухе образует окисел Sm203.

При т-ре 300-400° С самарий взаимодействует с водородом, образуя гидрид SmH2. Нитрид И SmN получают прямым действием азота на С. при т-ре 1100° С. Самарий реагирует с галогенами, халькогенами и др. элементами. При сплавлении самария с большинством металлов образуются соединения. Ограниченная в жидком состоянии обнаружена в двойных сплавах самария с ураном и кальцием. Металлический самарий получают восстановлением из окиси лантаном (металлотермический метод). Поставляют самарий в слитках. Самарий добавляют в стекла, служащие для защиты от нейтронного излучения. Изотоп 153Sm (период полураспада 47 ч) используют для определения малых количеств самария активационным анализом.

Лит.: Савицкий Е. М., Терехова В. Ф. Металловедение редкоземельных металлов.

Статья на тему Самарий химический элемент