Samarium

Samarium
[Xe] 4f6 6s2   Sm 62
↓ Periodická tabulka ↓
Velmi čisté samarium, 2 g, 0,8 x 1,5 cm
Obecné
Název, značka, číslo	Samarium, Sm, 62
Cizojazyčné názvy	lat. Samarium
Skupina, perioda, blok	6. perioda, blok f
Chemická skupina	Lanthanoidy
Identifikace
Registrační číslo CAS	7440-19-9
Atomové vlastnosti
Relativní atomová hmotnost	150,36(2)
Atomový poloměr	1,85 Å (185 pm)
Elektronová konfigurace	[Xe] 4f6 6s2
Elektronegativita (Paulingova stupnice)	1,17
Ionizační energie
První	544,5 kJ/mol
Druhá	1070 kJ/mol
Třetí	2260 kJ/mol
Mechanické vlastnosti
Hustota	7,52 g/cm3; Hustota při teplotě tání: 7,16 g/cm3
Skupenství	Pevné
Termodynamické vlastnosti
Teplota tání	1072 °C (1 345,15 K)
Teplota varu	1794 °C (2 067,15 K)
Skupenské teplo tání	8,62 kJ/mol
Skupenské teplo varu	165 kJ/mol
Molární tepelná kapacita	29,54 J.mol−1.K−1 (25 °C)
Elektromagnetické vlastnosti
Bezpečnost
GHS02 [1] Varování[1]
I V (%) S T1/2 Z E (MeV) P {{{izotopy}}}
Není-li uvedeno jinak, jsou použity jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa).
Promethium ≺ Sm ≻ Europium ⋎ Pu

Samarium (chemická značka Sm, latinsky Samarium) je měkký stříbřitě bílý, přechodný kovový prvek, šestý člen skupiny lanthanoidů. Hlavní uplatnění nalézá ve výrobě mimořádně silných permanentních magnetů a slouží také k výrobě speciálních skel a keramiky.

Základní fyzikálně-chemické vlastnosti

Samarium je stříbřitě bílý, měkký, vnitřně přechodný kov.

Chemicky je samarium méně reaktivní než předchozí prvky ze skupiny lanthanoidů. Na vzduchu je relativně stálé a ke vzplanutí dochází až při teplotě nad 150 °C. S vodou reaguje samarium za vzniku plynného vodíku, snadno se rozpouští v běžných minerálních kyselinách. Ve sloučeninách se vyskytuje prakticky pouze v mocenství Sm⁺³.

Chemické vlastnosti jeho solí jsou značně podobné sloučeninám ostatních lanthanoidů a hliníku. Všechny tyto prvky tvoří například vysoce stabilní oxidy, které nereagují s vodou a jen velmi obtížně se redukují. Ze solí anorganických kyselin jsou důležité především fluoridy a fosforečnany, jejich nerozpustnost ve vodě se používá k oddělení lanthanoidů od jiných kovových iontů. Další nerozpustnou sloučeninou je šťavelan samaritý, který je možno použít ke gravimetrickému stanovení těchto prvků po jejich vzájemné separaci.

Historie

Roku 1853 objevil švýcarský chemik Jean Charles Galissard de Marignac neznámé emisní linie ve spektru didymia a přiřadil je doposud neobjevenému prvku z řady lanthanoidů.

Izolaci čistého prvku provedl teprve roku 1879 francouzský chemik Paul Émile Lecoq de Boisbaudran. Vycházel přitom z minerálu samarskitu o složení (Y,Ce,U,Fe)₃(Nb,Ta,Ti)₅O₁₆. Prvek byl poté pojmenován podle tohoto minerálu, který nesl jméno ruského důlního specialisty, plukovníka Samarského.

Výskyt a výroba

Samarium je v zemské kůře obsaženo v koncentraci asi 6 mg/kg, o jeho obsahu v mořské vodě údaje chybí. Ve vesmíru připadá jeden atom samaria na 100 miliard atomů vodíku.

V přírodě se samarium vyskytuje pouze ve formě sloučenin. Neexistují však ani minerály, v nichž by se některé lanthanoidy (prvky vzácných zemin) vyskytovaly samostatně, ale vždy se jedná o minerály směsné, které obsahují prakticky všechny prvky této skupiny. Mezi nejznámější patří monazity (Ce,La,Th,Nd,Y)PO₄ a xenotim, chemicky fosforečnany lanthanoidů a dále bastnäsity (Ce,La,Y)CO₃F – směsné flourouhličitany prvků vzácných zemin. Pro samarium je typický již výše uvedený minerál samarskit ((Y,Ce,U,Fe)₃(Nb,Ta,Ti)₅O₁₆).

Velká ložiska těchto rud se nalézají ve Skandinávii, USA, Číně a Vietnamu. Významným zdrojem jsou i fosfátové suroviny – apatity z poloostrova Kola v Rusku

Při průmyslové výrobě prvků vzácných zemin se jejich rudy nejprve louží směsí kyseliny sírové a chlorovodíkové a ze vzniklého roztoku solí se přídavkem hydroxidu sodného vysráží hydroxidy.

Separace jednotlivých prvků se provádí řadou různých postupů – kapalinovou extrakcí, za použití ionexových kolon nebo selektivním srážením nerozpustných komplexních solí.

Příprava čistého kovu se obvykle provádí elektrolýzou směsi roztavených chloridů samaritého SmCl₃, vápenatého CaCl₂ a sodného NaCl. V některých postupech se využívá i redukce oxidu samaritého Sm₂O₃ elementárním lanthanem.

Sm₂O₃ + 2 La → 2 Sm + La₂O₃

Použití a sloučeniny

Malá množství samaria jsou obsažena v didymu, směsi praseodymu a neodymu, požívané pro odkysličování tavenin kovů díky vysoké afinitě lanthanoidů ke kyslíku.

Ve sklářském průmyslu slouží přídavky samaria do skloviny ke zvýšení absorpce skla pro světlo v infračervené oblasti spektra.

Při výrobě optických laserů a maserů se často uplatňují samariem dopované krystaly fluoridu vápenatého CaF₂.

Katalyzátory na bázi oxidu samaria se v chemickém průmyslu používají pro dehydrataci a dehydrogenaci ethanolu.

V jaderné energetice se slitiny s obsahem samaria uplatňují pro zachycování neutronů.

Obloukové lampy, sloužící především jako světelné zdroje při natáčení filmů používají elektrody ze slitin s obsahem samaria.

Permanentní magnety

Přestože v současné době jsou nejsilnějšími známými permanentní magnety materiály na bázi neodymu o složení Nd₂Fe₁₄B, jsou magnety složené ze samaria a kobaltu stále prakticky nejvíce vyráběnými extrémně silnými permanentními magnety.

Složení těchto magnetů je obvykle uváděno jako SmCo₅, ale v literatuře se uvádí i materiál Sm₂Co₁₇, který by měl mít ještě lepší magnetické vlastnosti. Hlavní předností Sm-Co magnetů je jejich použitelnost v širokém oboru teplot, prakticky jsou bez problémů účinné i za teplot kolem 300 °C, Curieova teplota je až v oblasti 700–800 °C.

Praktická výroba těchto magnetů započala v 70. letech 20. století. V současné době jsou tyto magnety prakticky používány v počítačové technice v záznamových hlavách pevných disků nebo při výrobě malých mikrofonů a reproduktorů ve sluchátkách a mnoha dalších aplikacích.

Nevýhody a rizika:

• Výrobní cena samariových magnetů je vyšší než u neodymových, a to pro vyšší cenu samaria i kobaltu ve srovnání s neodymem a železem.
• Materiál těchto magnetů je poměrně křehký a mohou se snadno rozbít nejen mechanickým úderem, ale i při náhlém vystavení silnému magnetickému poli.
• Jejich vysoká magnetická síla může způsobit vymazání dat na magnetických záznamových mediích.
• Přitažlivá síla je tak vysoká, že při náhlém přiblížení magnetu k ferromagnetickému materiálu dokáže způsobit citlivá poranění pokožky nebo svalové tkáně, pokud se nachází mezi magnetem a přitahovaným předmětem.

Odkazy

Reference

Literatura

• Cotton F.A., Wilkinson J.:Anorganická chemie, souborné zpracování pro pokročilé, ACADEMIA, Praha 1973
• Holzbecher Z.:Analytická chemie, SNTL, Praha 1974
• Dr. Heinrich Remy, Anorganická chemie 1. díl, 1. vydání 1961
• N. N. Greenwood – A. Earnshaw, Chemie prvků 1. díl, 1. vydání 1993 ISBN 80-85427-38-9

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu samarium na Wikimedia Commons
• Slovníkové heslo samarium ve Wikislovníku