62 Sm ساماريوم 150.36
لانثانيد المستوى الفرعي f الدورة 6

ساماريوم

Sm · العنصر 62 · لانثانيد

عنصر أرضي نادر تواصل مغناطيساته عملها عند درجات حرارة تدمر نيوديميوم.

الحالة عند 20°C صلب
الكتلة الذرية 150.36 u
التوزيع الإلكتروني[Xe] 4f⁶ 6s²
61Pm كل العناصر الـ118 63Eu

البنية

ذرة ساماريوم

ليس مخططًا لنقاط على حلقات — بل عينة مونتِ كارلو من كثافة الاحتمال الفعلية |ψ|² لكل غلاف فرعي مشغول. اسحب للتدوير. يشير الأزرق والبنفسجي إلى الإشارتين المتعاكستين لدالة الموجة، وهذا ما يجعل الترابط ممكنًا.

سحابة المدار

القيم المقاسة

ورقة الخصائص

يوضح كل شريط موضع ساماريوم بين جميع العناصر الـ118 بالنسبة إلى تلك الخاصية.

الفيزيائية

الكثافة 7.52 g/cm³ 49%
نقطة الانصهار 1345 K 61%
نقطة الغليان 2067 K 45%
الحرارة النوعية 0.197 J/g·K
الموصلية الحرارية 13.3 W/m·K 34%

الذرية

نصف القطر الذري 180 pm 66%
نصف القطر التساهمي 198 pm
نصف قطر فان دير فالس 229 pm

الإلكترونية

الكهروسلبية 1.17 18%
طاقة التأين 544.2 kJ/mol 15%
الألفة الإلكترونية —

الوجود

الوفرة في القشرة 7.05 mg/kg 67%

الهوية

الرمزSm
العدد الذري62
الكتلة الذرية150.36 u
الفئةلانثانيد
المستوى الفرعيf
البنية البلوريةرومبوهدري
حالات الأكسدة+2, +3
سنة الاكتشاف1879
اكتشفهLecoq de Boisbaudran

المصادر: الأوزان الذرية القياسية لـ IUPAC لعام 2021 · دليل CRC للكيمياء والفيزياء · NIST. القيم المعلّمة بـ ~ متوقعة وليست مقاسة.

الحجم، وفق المقياس

ما حجم ذرة ساماريوم؟

نصف القطر 180 pm — أي 0.18 nm، ولذلك فإن نحو 2.78 مليون ذرة منها متجاورة ستغطي ملليمترًا واحدًا.

المدى الحراري

صلب، سائل، غاز — ومتى

يكون ساماريوم سائلًا ضمن مجال 722 K، من 1345 K إلى 2067 K.

موضعه

موضعه في الجدول

تقع ساماريوم في سلسلة لانثانيد، المطبوعة أسفل الشبكة الرئيسية.

عناصر اللانثانيدات الأخرى

57La 58Ce 59Pr 60Nd 61Pm 63Eu 64Gd 65Tb 66Dy 67Ho 68Er 69Tm 70Yb 71Lu
جميع عناصر اللانثانيدات

القصة

ماهيّة ساماريوم وكيف اكتشفناه

عنصر أرضي نادر تواصل مغناطيساته عملها عند درجات حرارة تدمر نيوديميوم.

اكتشاف ساماريوم

🔬 انتصار علمي فرنسي

Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran (1879)

اكتشف الكيميائي الفرنسي Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran الساماريوم أثناء دراسة معدن السمارسكيت من كارولاينا الشمالية. وباستخدام تقنياته الرائدة في التحليل الطيفي، رصد خطوطًا طيفية جديدة لا يمكن نسبها إلى العناصر المعروفة.

الكشف التحليلي الطيفي

استخدم Boisbaudran التحليل الطيفي باللهب لتحليل مركزات العناصر الأرضية النادرة، ولاحظ خطوط انبعاث برتقالية حمراء مميزة عند أطوال موجية لم تُسجّل من قبل. وقد أثبتت ملاحظاته الدقيقة ومنهجه المنهجي أن الساماريوم أول عنصر أرضي نادر يُكتشف من خلال التحليل الطيفي.

أصل التسمية

سُمّي العنصر نسبةً إلى معدن السمارسكيت، الذي كُرّم به مهندس التعدين الروسي Colonel Vasili Samarsky-Bykhovets. وبذلك أصبح الساماريوم أول عنصر يُسمّى على اسم شخص حي، وإن كان ذلك بصورة غير مباشرة عبر اسم المعدن.

تحديات العزل

لم يُعزل معدن الساماريوم النقي حتى عام 1901 على يد Eugène-Anatole Demarçay، الذي استخدم الاختزال الكهروكيميائي لكلوريد الساماريوم. وتوضح الفجوة البالغة 22 عامًا بين الاكتشاف والعزل التحديات التقنية لتنقية العناصر الأرضية النادرة.

التطوير الصناعي

بدأ الإنتاج التجاري للساماريوم في الستينيات مع تطوير تقنيات الفصل بالتبادل الأيوني. وقد أدى اكتشاف مغناطيسات الساماريوم-كوبالت على يد Albert Daane وKenneth Strnat في 1966 إلى تحويل الساماريوم من مادة تثير الفضول في المختبر إلى مادة مهمة استراتيجيًا.

الأثر العلمي

أسهم اكتشاف الساماريوم في:

  • فهم كيمياء العناصر الأرضية النادرة
  • تطوير تقنيات التحليل الطيفي
  • استكمال الجدول الدوري
  • توصيف سلسلة اللانثانيد
🏆 الإرث العلمي: أرست أساليب Boisbaudran في الاكتشاف التحليل الطيفي بوصفه الأداة الأساسية لتحديد العناصر الجديدة، مما أحدث ثورة في الكيمياء التحليلية.

الاستخدامات

استخدامات ساماريوم

🧲 ثورة التكنولوجيا المغناطيسية

يُعدّ الساماريوم أحد العناصر الأرضية النادرة الأكثر أهمية من الناحية الاستراتيجية، إذ يدفع عجلة الابتكارات في المغناطيسات عالية الأداء، والتكنولوجيا النووية، وعلم المواد المتقدمة. وتجعل خصائصه الفريدة في المغناطيسية وامتصاص النيوترونات منه عنصرًا لا غنى عنه للتكنولوجيا الحديثة.

مغناطيسات دائمة فائقة القوة

مغناطيسات الساماريوم-كوبالت (SmCo) تمثل قمة تكنولوجيا المغناطيسات الدائمة، إذ تحافظ على قوتها المغناطيسية عند درجات حرارة تصل إلى 350°C، حيث تفشل مغناطيسات النيوديميوم. وتُشغّل هذه المغناطيسات محركات دقيقة في الأقمار الصناعية، وأنظمة التوجيه العسكرية، ومعدات الصوت عالية الجودة.

التحكم في المفاعلات النووية

يمتلك الساماريوم-149 أعلى مقطع عرضي لامتصاص النيوترونات الحرارية بين جميع النوى المستقرة، مما يجعله مهمًا لقضبان التحكم في المفاعلات النووية. ويتراكم هذا النظير طبيعيًا في قلوب المفاعلات بوصفه ناتجًا من نواتج الانشطار، مما يتطلب إدارة دقيقة في حسابات فيزياء المفاعلات.

علاج السرطان المتقدم

يُستخدم الساماريوم-153 بوصفه مستحضرًا دوائيًا إشعاعيًا لعلاج نقائل سرطان العظام. ويوفر تراكم النظير الموجّه في النسيج العظمي وانبعاث بيتا المضبوط إشعاعًا علاجيًا دقيقًا مع تقليل الضرر الذي يلحق بالأعضاء السليمة.

البصريات والليزر الدقيقان

تُنتج الزجاجات المطعّمة بالساماريوم مكوّنات بصرية متخصصة لتطبيقات الأشعة تحت الحمراء، بما في ذلك أنظمة الرؤية الليلية، وأجهزة تحديد مدى الليزر، واتصالات الألياف الضوئية. وتمكّن خطوط الامتصاص الحادة للعنصر من ترشيح الأطوال الموجية بدقة.

العمليات التحفيزية

تسهّل محفزات الساماريوم تكوين روابط كربون-كربون في التخليق العضوي، ولا سيما في تصنيع المستحضرات الصيدلانية. ويتيح ثنائي يوديد الساماريوم (SmI₂) تفاعلات اختزال فريدة يستحيل إجراؤها باستخدام المحفزات التقليدية.

⚡ محرك الابتكار: تتيح مغناطيسات الساماريوم-كوبالت تصغير حجم المحركات عالية الأداء، مما يجعل كل شيء ممكنًا، من الروبوتات الدقيقة إلى توربينات الرياح فائقة الكفاءة.

⚙️ تطبيقات التكنولوجيا اليومية

محركات المركبات الكهربائية

تستخدم المركبات الكهربائية عالية الأداء مغناطيسات الساماريوم-كوبالت في محركات الدفع الخاصة بها بفضل ثباتها الاستثنائي عند درجات الحرارة وكثافة قدرتها. وتحافظ هذه المغناطيسات على كفاءتها أثناء التسارع السريع والتشغيل بسرعات عالية.

تطبيقات الطيران والفضاء

تعتمد الطائرات التجارية والعسكرية على مغناطيسات الساماريوم-كوبالت في المشغلات، والمستشعرات، ومعدات الملاحة. وتضمن مقاومة المغناطيسات لإزالة المغنطة عند الارتفاعات العالية وتحت درجات الحرارة القصوى تشغيلًا موثوقًا في بيئات الطيران والفضاء.

الأجهزة الطبية

تدمج أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي مركّبات الساماريوم في عوامل التباين لتحسين تصوير أنسجة محددة. وتحسّن الخصائص المغناطيسية للساماريوم دقة الصورة والدقة التشخيصية لبعض الحالات الطبية.

معدات الصوت

تحتوي مكبرات الصوت وسماعات الرأس عالية الجودة على مغناطيسات الساماريوم-كوبالت في محركاتها، فتنتج جودة صوت فائقة مع أقل قدر من التشوه. ويقدّر عشاق الصوت هذه المكونات بفضل ثباتها المغناطيسي وأدائها الصوتي الاستثنائيين.

المحركات الصناعية

تستخدم معدات التصنيع محركات مغناطيسية دائمة قائمة على الساماريوم لتحديد المواضع بدقة، والتشغيل الآلي عالي السرعة، وأنظمة التجميع المؤتمتة. وتوفر هذه المحركات كفاءة استثنائية وإمكانية تحكم عالية.

الإلكترونيات الاستهلاكية

تحتوي الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية والحواسيب المحمولة على محركات دقيقة بمغناطيسات الساماريوم للضبط البؤري التلقائي للكاميرا، والتغذية الراجعة اللمسية، ومراوح التبريد. ويتيح التصغير الذي توفره هذه المغناطيسات القوية أجهزة أنحف وأكثر كفاءة.

📈 الطلب المتزايد

  • أنظمة توليد الطاقة المتجددة
  • البنية التحتية لشحن المركبات الكهربائية
  • الروبوتات المتقدمة والأتمتة
  • معدات الاتصالات من الجيل التالي

مصدره

الوجود الطبيعي

7.05 mg/kg من القشرة الأرضية · أوفر من 67% من العناصر

🌍 رواسب العناصر الأرضية النادرة عالميًا

المصادر المعدنية الرئيسية

يوجد الساماريوم أساسًا في رواسب المونازيت والبازنازيت، ويشكّل عادةً 1-8% من محتوى العناصر الأرضية النادرة. وتقع أكبر الرواسب القابلة للاستغلال اقتصاديًا في الصين (بايان أوبو)، والولايات المتحدة (ماونتن باس، كاليفورنيا)، وأستراليا (ماونت ويلد).

التكوّن الجيولوجي

يتركز الساماريوم في الصخور النارية القلوية والبيغماتيتات المرتبطة بها عبر عمليات التمايز الصهاري. وتحتوي معقدات الكربوناتيت، التي تتكوّن من صهارات غنية بثاني أكسيد الكربون، على أعلى تراكيز الساماريوم بسبب التجزؤ التفضيلي أثناء التبلور.

التوزيع الجغرافي

توجد موارد مهمة من الساماريوم في:

  • الصين: رواسب منغوليا الداخلية (60% من الإنتاج العالمي)
  • الولايات المتحدة: مناجم العناصر الأرضية النادرة في كاليفورنيا وألاسكا
  • أستراليا: رواسب اللاتيريت في غرب أستراليا
  • الهند: رمال الشواطئ المونازيتية على طول ساحل كيرالا
  • البرازيل: معقدات المعادن في ولاية ميناس جيرايس

تحديات الاستخلاص

يتطلب فصل الساماريوم عمليات معقدة متعددة المراحل تشمل التبادل الأيوني، والاستخلاص بالمذيب، والتبلور التجزيئي. وتجعل أوجه التشابه بين الخصائص الكيميائية لللانثانيدات عملية التنقية كثيفة استهلاك الطاقة ومتطلبة تقنيًا.

الاعتبارات البيئية

غالبًا ما يتضمن تعدين العناصر الأرضية النادرة الاستخلاص المشترك للثوريوم واليورانيوم المشعين، مما يتطلب إدارة متخصصة للنفايات. وتشمل تدابير حماية البيئة مراقبة المياه الجوفية، وإدارة أحواض المخلفات، وأنظمة التحكم في جودة الهواء.

أمن سلسلة الإمداد

يؤدي تركز إمدادات الساماريوم العالمية في عدد قليل من البلدان إلى مخاوف بشأن المواد الاستراتيجية لدى الدول المعتمدة على التكنولوجيا. وتزداد أهمية برامج إعادة التدوير وتطوير مصادر بديلة لأمن الإمداد.

📊 الوفرة في القشرة الأرضية: يوجد الساماريوم بتركيز يقارب 6 أجزاء في المليون في قشرة الأرض، مما يجعله أوفر من القصدير لكنه أندر من النحاس.

التعامل

السلامة

⚠️ التعامل مع خطر متوسط

المخاطر الفيزيائية

يشكّل معدن الساماريوم مخاطر نشوب حريق عند تقسيمه إلى دقائق، إذ يشتعل تلقائيًا في الهواء فوق 150°C. ويتطلب تخزين شظايا المعدن ومسحوقه في جو خامل لمنع الأكسدة والاحتراق المحتمل.

التفاعل الكيميائي

يتفاعل الساماريوم ببطء مع الماء والأحماض، منتجًا غاز الهيدروجين والحرارة. تجنّب ملامسته للعوامل المؤكسدة القوية، التي قد تسبب تفاعلات عنيفة. وقد تسبب مركّبات الساماريوم تهيج الجلد والعينين عند التلامس المباشر.

الحماية الشخصية

  • نظارات السلامة ودرع واقٍ للوجه عند التعامل مع المسحوق
  • قفازات مقاومة للمواد الكيميائية (من النتريل أو النيوبرين)
  • معطف مختبر وأحذية مغلقة المقدمة
  • قناع غبار أو جهاز تنفس عند توليد الجسيمات

ممارسات التعامل الآمن

اعمل في مناطق جيدة التهوية أو خزانات شفط الأبخرة عند التعامل مع مركّبات الساماريوم. استخدم أحزمة التأريض وإجراءات مقاومة الكهرباء الساكنة عند العمل مع المساحيق. أبقِ المواد غير المتوافقة منفصلة وموسومة بوضوح.

متطلبات التخزين

خزّن معدن الساماريوم تحت الزيت المعدني أو الغاز الخامل لمنع الأكسدة. ويجب حفظ المركّبات في حاويات محكمة الإغلاق في أماكن باردة وجافة بعيدًا عن الأحماض والعوامل المؤكسدة. حافظ على درجة حرارة أقل من 25°C لتحقيق أفضل ثبات.

إجراءات الطوارئ

حوادث الحريق: استخدم الرمل الجاف، أو كلوريد الصوديوم، أو مطفآت الحرائق من الفئة D. لا تستخدم الماء مطلقًا في حرائق معدن الساماريوم. انسكابات المواد الكيميائية: حيّدها بحمض ضعيف، وامتصصها بمواد خاملة، وتخلّص منها وفقًا للوائح.

✅ سمية منخفضة: يتمتع الساماريوم بسمية حادة منخفضة نسبيًا، لكن ينبغي التعامل معه وفق احتياطات السلامة المختبرية القياسية لمنع التعرض التراكمي.

إجابات سريعة

أسئلة شائعة عن ساماريوم

ما هو ساماريوم؟

ساماريوم (رمزه Sm) هو العنصر 62 في الجدول الدوري، وينتمي إلى لانثانيد في الدورة 6. عنصر أرضي نادر تواصل مغناطيساته عملها عند درجات حرارة تدمر نيوديميوم. في درجة حرارة الغرفة، يكون صلباً.

ما التوزيع الإلكتروني لـ ساماريوم؟

التوزيع الإلكتروني للحالة الأرضية لـساماريوم هو [Xe] 4f⁶ 6s²، ويشغل 6 مستويات من مستويات الطاقة بتوزيع 2, 8, 18, 24, 8, 2.

ما نقطتا انصهار وغليان ساماريوم؟

ينصهر ساماريوم عند 1345 K (1071.9 °C) ويغلي عند 2067 K (1793.9 °C).

ما الكتلة الذرية لـ ساماريوم؟

تبلغ الكتلة الذرية القياسية لـ ساماريوم ‏150.36 u. وهذا متوسط موزون لنظائره الموجودة طبيعياً، ولذلك نادراً ما يكون عدداً صحيحاً.

ما كثافة ساماريوم؟

تبلغ كثافة ساماريوم مقدار 7.52 g/cm³. تبلغ كثافة الماء 1.0 g/cm³، لذا تكون كتلة من ساماريوم أثقل بنحو 7.5×.

ما الكهروسلبية لـ ساماريوم؟

تبلغ كهروسلبية ساماريوم وفق مقياس باولنغ 1.17. ويتراوح المقياس من 0.70 (الفرانسيوم، الأقل ميلاً إلى جذب الإلكترونات) إلى 3.98 (الفلور، الأكثر ميلاً). تعني قيمة كهذه الانخفاض أنه يمنح إلكتروناته الخارجية بسهولة، مكوِّنًا أيونات موجبة.

من اكتشف ساماريوم ومتى؟

اكتُشف ساماريوم في 1879 على يد Lecoq de Boisbaudran. سُمّي على اسم معدن السامارسكيت.

ما مدى وفرة ساماريوم على الأرض؟

يشكّل ساماريوم حوالي 7.1 mg/kg من قشرة الأرض — وهو غير شائع، لكنه ليس نادرًا.

→ السابق Pm بروميثيوم العنصر 61 · لانثانيد التالي ← Eu يوروبيوم العنصر 63 · لانثانيد