Самарий

62 Прометий ← Самарий → Европий Sm ↓ Pu 62Sm
Внешний вид простого вещества
Редкоземельный металл серебристого цвета
Свойства атома
Название, символ, номер	Сама́рий / Samarium (Sm), 62
Атомная масса (молярная масса)	150,36(2) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Xe] 4f6 6s2
Радиус атома	181 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	162 пм
Радиус иона	(+3e) 96,4 пм
Электроотрицательность	1,17 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	Sm←Sm3+ −2,30 В Sm←Sm2+ −2,67 В
Степени окисления	3, 2
Энергия ионизации (первый электрон)	540,1 (5,60) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	7,520 г/см³
Температура плавления	1350 K
Температура кипения	2064 K
Уд. теплота плавления	8,9 кДж/моль
Уд. теплота испарения	165 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	29,5 Дж/(K·моль)
Молярный объём	19,9 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	ромбоэдрическая
Параметры решётки	aH=3,621 cH=26,25 Å
Отношение c/a	7,25
Температура Дебая	166 K
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) (13,3) Вт/(м·К)

62	Самарий
Sm 150,36
4f66s2

Сама́рий — 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.

Нахождение в природе

Подробнее по этой теме см. Редкоземельные элементы.

Содержание самария в земной коре — 8 г/т, в воде океанов — 1,7·10⁻⁶ мг/л.

Месторождения

Самарий входит в состав лантаноидов, месторождения которых найдены в Китае, США, Казахстане, России, Украине, Австралии, Бразилии, Индии, Скандинавии.

Изотопы

Природный самарий состоит из четырёх стабильных изотопов ¹⁴⁴Sm (изотопная распространённость 3,07 %), ¹⁵⁰Sm (7,38 %), ¹⁵²Sm (26,75 %), ¹⁵⁴Sm (22,75 %) и трёх слаборадиоактивных изотопов ¹⁴⁷Sm (14,99 %, период полураспада — 106 миллиардов лет), ¹⁴⁸Sm (11,24 %; 7·10¹⁵ лет), ¹⁴⁹Sm (13,82 %; > 2·10¹⁵ лет, в некоторых источниках указывается как стабильный). Также существуют искусственно синтезированные изотопы самария, самые долгоживущие из которых — ¹⁴⁶Sm (период полураспада — 103 миллиона лет) и ¹⁵¹Sm (90 лет).

Резонансный захват теплового нейтрона ядром ¹⁴⁹Sm с образованием ¹⁵⁰Sm перестаёт быть возможным уже при небольшом изменении постоянной тонкой структуры α. Измерение относительного содержания ¹⁴⁹Sm/¹⁵⁰Sm 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

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

Химические свойства

Самарий, являясь типичным лантаноидом, характеризуется электронной конфигурацией 4f⁶5d⁰6s². 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 Sm₂O₃ 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.

При легировании его сплавов с кобальтом такими элементами, как цирконий, гафний, медь, железо и рутений, достигнуто весьма высокое значение коэрцитивной силы и остаточной индукции. Кроме того, ультратонкодисперсные порошки его высокоэффективных сплавов, полученные распылением в атмосфере гелия в электрическом разряде, при последующем прессовании и спекании позволяют получить постоянные магниты с более чем в 3 раза лучшими характеристиками по магнитной энергии и полю, чем у других магнитных сплавов на основе редкоземельных металлов.

Термоэлектрические материалы

Недавно^{[когда?]} обнаруженный 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.

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.

Ссылки

• [www.webelements.com/webelements/elements/text/Sm/key.html Самарий на Webelements]
• [n-t.ru/ri/ps/pb062.htm Самарий в Популярной библиотеке химических элементов]
• mateck.com/index.php?option=com_virtuemart&view=category&virtuemart_category_id=52&Itemid=3
• [news512.ru/2014/12/08/otkryt_novyj_tip_topologicheskogo_izolyatora_108345/ Ряд свойств гексаборида самария]

Отрывок, характеризующий Самарий

Но вслед за восклицанием удивления, вырвавшимся У Верещагина, он жалобно вскрикнул от боли, и этот крик погубил его. Та натянутая до высшей степени преграда человеческого чувства, которая держала еще толпу, прорвалось мгновенно. Преступление было начато, необходимо было довершить его. Жалобный стон упрека был заглушен грозным и гневным ревом толпы. Как последний седьмой вал, разбивающий корабли, взмыла из задних рядов эта последняя неудержимая волна, донеслась до передних, сбила их и поглотила все. Ударивший драгун хотел повторить свой удар. Верещагин с криком ужаса, заслонясь руками, бросился к народу. Высокий малый, на которого он наткнулся, вцепился руками в тонкую шею Верещагина и с диким криком, с ним вместе, упал под ноги навалившегося ревущего народа.
Одни били и рвали Верещагина, другие высокого малого. И крики задавленных людей и тех, которые старались спасти высокого малого, только возбуждали ярость толпы. Долго драгуны не могли освободить окровавленного, до полусмерти избитого фабричного. И долго, несмотря на всю горячечную поспешность, с которою толпа старалась довершить раз начатое дело, те люди, которые били, душили и рвали Верещагина, не могли убить его; но толпа давила их со всех сторон, с ними в середине, как одна масса, колыхалась из стороны в сторону и не давала им возможности ни добить, ни бросить его.
«Топором то бей, что ли?.. задавили… Изменщик, Христа продал!.. жив… живущ… по делам вору мука. Запором то!.. Али жив?»
Только когда уже перестала бороться жертва и вскрики ее заменились равномерным протяжным хрипеньем, толпа стала торопливо перемещаться около лежащего, окровавленного трупа. Каждый подходил, взглядывал на то, что было сделано, и с ужасом, упреком и удивлением теснился назад.
«О господи, народ то что зверь, где же живому быть!» – слышалось в толпе. – И малый то молодой… должно, из купцов, то то народ!.. сказывают, не тот… как же не тот… О господи… Другого избили, говорят, чуть жив… Эх, народ… Кто греха не боится… – говорили теперь те же люди, с болезненно жалостным выражением глядя на мертвое тело с посиневшим, измазанным кровью и пылью лицом и с разрубленной длинной тонкой шеей.
Полицейский старательный чиновник, найдя неприличным присутствие трупа на дворе его сиятельства, приказал драгунам вытащить тело на улицу. Два драгуна взялись за изуродованные ноги и поволокли тело. Окровавленная, измазанная в пыли, мертвая бритая голова на длинной шее, подворачиваясь, волочилась по земле. Народ жался прочь от трупа.
В то время как Верещагин упал и толпа с диким ревом стеснилась и заколыхалась над ним, Растопчин вдруг побледнел, и вместо того чтобы идти к заднему крыльцу, у которого ждали его лошади, он, сам не зная куда и зачем, опустив голову, быстрыми шагами пошел по коридору, ведущему в комнаты нижнего этажа. Лицо графа было бледно, и он не мог остановить трясущуюся, как в лихорадке, нижнюю челюсть.
– Ваше сиятельство, сюда… куда изволите?.. сюда пожалуйте, – проговорил сзади его дрожащий, испуганный голос. Граф Растопчин не в силах был ничего отвечать и, послушно повернувшись, пошел туда, куда ему указывали. У заднего крыльца стояла коляска. Далекий гул ревущей толпы слышался и здесь. Граф Растопчин торопливо сел в коляску и велел ехать в свой загородный дом в Сокольниках. Выехав на Мясницкую и не слыша больше криков толпы, граф стал раскаиваться. Он с неудовольствием вспомнил теперь волнение и испуг, которые он выказал перед своими подчиненными. «La populace est terrible, elle est hideuse, – думал он по французски. – Ils sont сошше les loups qu'on ne peut apaiser qu'avec de la chair. [Народная толпа страшна, она отвратительна. Они как волки: их ничем не удовлетворишь, кроме мяса.] „Граф! один бог над нами!“ – вдруг вспомнились ему слова Верещагина, и неприятное чувство холода пробежало по спине графа Растопчина. Но чувство это было мгновенно, и граф Растопчин презрительно улыбнулся сам над собою. „J'avais d'autres devoirs, – подумал он. – Il fallait apaiser le peuple. Bien d'autres victimes ont peri et perissent pour le bien publique“, [У меня были другие обязанности. Следовало удовлетворить народ. Много других жертв погибло и гибнет для общественного блага.] – и он стал думать о тех общих обязанностях, которые он имел в отношении своего семейства, своей (порученной ему) столице и о самом себе, – не как о Федоре Васильевиче Растопчине (он полагал, что Федор Васильевич Растопчин жертвует собою для bien publique [общественного блага]), но о себе как о главнокомандующем, о представителе власти и уполномоченном царя. „Ежели бы я был только Федор Васильевич, ma ligne de conduite aurait ete tout autrement tracee, [путь мой был бы совсем иначе начертан,] но я должен был сохранить и жизнь и достоинство главнокомандующего“.
Слегка покачиваясь на мягких рессорах экипажа и не слыша более страшных звуков толпы, Растопчин физически успокоился, и, как это всегда бывает, одновременно с физическим успокоением ум подделал для него и причины нравственного успокоения. Мысль, успокоившая Растопчина, была не новая. С тех пор как существует мир и люди убивают друг друга, никогда ни один человек не совершил преступления над себе подобным, не успокоивая себя этой самой мыслью. Мысль эта есть le bien publique [общественное благо], предполагаемое благо других людей.
Для человека, не одержимого страстью, благо это никогда не известно; но человек, совершающий преступление, всегда верно знает, в чем состоит это благо. И Растопчин теперь знал это.
Он не только в рассуждениях своих не упрекал себя в сделанном им поступке, но находил причины самодовольства в том, что он так удачно умел воспользоваться этим a propos [удобным случаем] – наказать преступника и вместе с тем успокоить толпу.
«Верещагин был судим и приговорен к смертной казни, – думал Растопчин (хотя Верещагин сенатом был только приговорен к каторжной работе). – Он был предатель и изменник; я не мог оставить его безнаказанным, и потом je faisais d'une pierre deux coups [одним камнем делал два удара]; я для успокоения отдавал жертву народу и казнил злодея».
Приехав в свой загородный дом и занявшись домашними распоряжениями, граф совершенно успокоился.
Через полчаса граф ехал на быстрых лошадях через Сокольничье поле, уже не вспоминая о том, что было, и думая и соображая только о том, что будет. Он ехал теперь к Яузскому мосту, где, ему сказали, был Кутузов. Граф Растопчин готовил в своем воображении те гневные в колкие упреки, которые он выскажет Кутузову за его обман. Он даст почувствовать этой старой придворной лисице, что ответственность за все несчастия, имеющие произойти от оставления столицы, от погибели России (как думал Растопчин), ляжет на одну его выжившую из ума старую голову. Обдумывая вперед то, что он скажет ему, Растопчин гневно поворачивался в коляске и сердито оглядывался по сторонам.
Сокольничье поле было пустынно. Только в конце его, у богадельни и желтого дома, виднелась кучки людей в белых одеждах и несколько одиноких, таких же людей, которые шли по полю, что то крича и размахивая руками.
Один вз них бежал наперерез коляске графа Растопчина. И сам граф Растопчин, и его кучер, и драгуны, все смотрели с смутным чувством ужаса и любопытства на этих выпущенных сумасшедших и в особенности на того, который подбегал к вим.
Шатаясь на своих длинных худых ногах, в развевающемся халате, сумасшедший этот стремительно бежал, не спуская глаз с Растопчина, крича ему что то хриплым голосом и делая знаки, чтобы он остановился. Обросшее неровными клочками бороды, сумрачное и торжественное лицо сумасшедшего было худо и желто. Черные агатовые зрачки его бегали низко и тревожно по шафранно желтым белкам.
– Стой! Остановись! Я говорю! – вскрикивал он пронзительно и опять что то, задыхаясь, кричал с внушительными интонациями в жестами.
Он поравнялся с коляской и бежал с ней рядом.
– Трижды убили меня, трижды воскресал из мертвых. Они побили каменьями, распяли меня… Я воскресну… воскресну… воскресну. Растерзали мое тело. Царствие божие разрушится… Трижды разрушу и трижды воздвигну его, – кричал он, все возвышая и возвышая голос. Граф Растопчин вдруг побледнел так, как он побледнел тогда, когда толпа бросилась на Верещагина. Он отвернулся.
– Пош… пошел скорее! – крикнул он на кучера дрожащим голосом.
Коляска помчалась во все ноги лошадей; но долго еще позади себя граф Растопчин слышал отдаляющийся безумный, отчаянный крик, а перед глазами видел одно удивленно испуганное, окровавленное лицо изменника в меховом тулупчике.
Как ни свежо было это воспоминание, Растопчин чувствовал теперь, что оно глубоко, до крови, врезалось в его сердце. Он ясно чувствовал теперь, что кровавый след этого воспоминания никогда не заживет, но что, напротив, чем дальше, тем злее, мучительнее будет жить до конца жизни это страшное воспоминание в его сердце. Он слышал, ему казалось теперь, звуки своих слов:
«Руби его, вы головой ответите мне!» – «Зачем я сказал эти слова! Как то нечаянно сказал… Я мог не сказать их (думал он): тогда ничего бы не было». Он видел испуганное и потом вдруг ожесточившееся лицо ударившего драгуна и взгляд молчаливого, робкого упрека, который бросил на него этот мальчик в лисьем тулупе… «Но я не для себя сделал это. Я должен был поступить так. La plebe, le traitre… le bien publique», [Чернь, злодей… общественное благо.] – думал он.
У Яузского моста все еще теснилось войско. Было жарко. Кутузов, нахмуренный, унылый, сидел на лавке около моста и плетью играл по песку, когда с шумом подскакала к нему коляска. Человек в генеральском мундире, в шляпе с плюмажем, с бегающими не то гневными, не то испуганными глазами подошел к Кутузову и стал по французски говорить ему что то. Это был граф Растопчин. Он говорил Кутузову, что явился сюда, потому что Москвы и столицы нет больше и есть одна армия.
– Было бы другое, ежели бы ваша светлость не сказали мне, что вы не сдадите Москвы, не давши еще сражения: всего этого не было бы! – сказал он.
Кутузов глядел на Растопчина и, как будто не понимая значения обращенных к нему слов, старательно усиливался прочесть что то особенное, написанное в эту минуту на лице говорившего с ним человека. Растопчин, смутившись, замолчал. Кутузов слегка покачал головой и, не спуская испытующего взгляда с лица Растопчина, тихо проговорил:
– Да, я не отдам Москвы, не дав сражения.
Думал ли Кутузов совершенно о другом, говоря эти слова, или нарочно, зная их бессмысленность, сказал их, но граф Растопчин ничего не ответил и поспешно отошел от Кутузова. И странное дело! Главнокомандующий Москвы, гордый граф Растопчин, взяв в руки нагайку, подошел к мосту и стал с криком разгонять столпившиеся повозки.


В четвертом часу пополудни войска Мюрата вступали в Москву. Впереди ехал отряд виртембергских гусар, позади верхом, с большой свитой, ехал сам неаполитанский король.
Около середины Арбата, близ Николы Явленного, Мюрат остановился, ожидая известия от передового отряда о том, в каком положении находилась городская крепость «le Kremlin».
Вокруг Мюрата собралась небольшая кучка людей из остававшихся в Москве жителей. Все с робким недоумением смотрели на странного, изукрашенного перьями и золотом длинноволосого начальника.
– Что ж, это сам, что ли, царь ихний? Ничево! – слышались тихие голоса.