62 Sm サマリウム 150.36
ランタノイド fブロック 6周期

サマリウム

Sm · 元素 62 · ランタノイド

ネオジムを破壊する温度でも磁石が機能し続ける希土類元素です。

20°Cでの状態 固体
原子量 150.36 u
電子配置[Xe] 4f⁶ 6s²

構造

サマリウムの原子

リング上の点の図ではありません — 占有されている各副殻の実際の確率密度|ψ|²をモンテカルロ法でサンプリングしたものです。ドラッグして回転できます。青と紫は波動関数の反対の符号を示しており、それによって結合が可能になります。

軌道雲

測定値

物性表

各バーは、その性質についてサマリウムが118元素全体の中でどの位置にあるかを示しています。

物理的性質

密度 7.52 g/cm³ 49%
融点 1345 K 61%
沸点 2067 K 45%
比熱 0.197 J/g·K
熱伝導率 13.3 W/m·K 34%

原子

原子半径 180 pm 66%
共有結合半径 198 pm
ファンデルワールス半径 229 pm

電子

電気陰性度 1.17 18%
イオン化エネルギー 544.2 kJ/mol 15%
電子親和力 —

存在

地殻中の存在度 7.05 mg/kg 67%

同一性

元素記号Sm
原子番号62
原子量150.36 u
分類ランタノイド
ブロックf
結晶構造菱面体晶系
酸化数+2, +3
発見年1879
発見者Lecoq de Boisbaudran

出典:IUPAC 2021標準原子量・CRC化学・物理学ハンドブック・NIST。~が付いた値は測定値ではなく予測値です。

大きさ、実寸比

サマリウムの原子はどのくらいの大きさですか?

半径180 pmです。これは0.18 nmなので、約2.78百万個を横に並べると1ミリメートルになります。

熱範囲

固体、液体、気体—そしてそのとき

サマリウムは、1345 Kから2067 Kまでの722 Kの範囲で液体です。

位置

表での位置

サマリウムはランタノイド系列に位置し、メインのグリッドの下に表示されます。

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物語

サマリウムとは何か、そしてどのように発見されたか

ネオジムを破壊する温度でも磁石が機能し続ける希土類元素です。

サマリウムの発見

🔬 フランスの科学的快挙

ポール=エミール・ルコック・ド・ボワボードラン(1879年)

フランスの化学者ポール=エミール・ルコック・ド・ボワボードランは、ノースカロライナ産の鉱物サマルスカイトを研究中にサマリウムを発見しました。先駆的な分光技術を用いて、既知の元素では説明できない新しいスペクトル線を検出しました。

分光学的検出

ボワボードランは炎光分光法を用いて希土類濃縮物を分析し、それまで記録されたことのない特徴的な橙赤色の発光線を、特定の波長で観測しました。綿密な観察と体系的な手法により、サマリウムは分光分析によって発見された最初の希土類元素となりました。

命名の由来

この元素はサマルスカイト鉱物にちなんで命名されました。鉱物名自体は、ロシアの鉱山技師ワシーリー・サマルスキー=ビホヴェッツ大佐に敬意を表したものです。これによりサマリウムは、鉱物名を介してではあるものの、生存中の人物にちなんで名付けられた最初の元素となりました。

単離の課題

純粋なサマリウム金属が単離されたのは、1901年にウジェーヌ=アナトール・ドマルセーによってであり、塩化サマリウムの電気化学的還元が用いられました。発見から単離まで22年を要したことは、希土類元素の精製における技術的な難しさを示しています。

産業的発展

商業的なサマリウム生産は、イオン交換分離技術の開発に伴い1960年代に始まりました。1966年にアルバート・ダーンとケネス・ストラットがサマリウムコバルト磁石を発見したことで、サマリウムは実験室の珍しい物質から戦略的に重要な材料へと変わりました。

科学的影響

サマリウムの発見は、次の分野に貢献しました。

  • 希土類化学の理解
  • 分光技術の発展
  • 周期表の完成
  • ランタノイド系列の特性解明
🏆 科学的遺産:ボワボードランの発見方法は、新元素の同定における分光学の主要な手段としての地位を確立し、分析化学に革命をもたらしました。

用途

サマリウムの用途

🧲 磁気技術の革新

サマリウムは、高性能磁石、核技術、先端材料科学の革新を支える、戦略的に非常に重要な希土類元素の一つです。独自の磁気特性と中性子吸収特性により、現代技術に不可欠です。

超強力な永久磁石

サマリウムコバルト(SmCo)磁石は永久磁石技術の最高峰であり、ネオジム磁石が機能しなくなる350°Cまで磁力を維持します。これらの磁石は、衛星、軍用誘導システム、高級オーディオ機器の精密モーターを駆動します。

原子炉の制御

サマリウム149は、安定な原子核の中で熱中性子吸収断面積が最大であり、原子炉の制御棒に不可欠です。この同位体は核分裂生成物として原子炉の炉心に自然に蓄積するため、原子炉物理の計算では慎重な管理が必要です。

先進的ながん治療

サマリウム153は、骨がんの転移を治療する放射性医薬品として使用されます。同位体が骨組織に標的集積し、ベータ線を制御して放出することで、健康な臓器への損傷を抑えながら正確な治療放射線を照射できます。

精密光学とレーザー

サマリウム添加ガラスは、暗視システム、レーザー距離計、光ファイバー通信など、赤外線用途向けの特殊な光学部品を作ります。この元素の鋭い吸収線により、正確な波長フィルタリングが可能になります。

触媒プロセス

サマリウム触媒は、特に医薬品製造における有機合成で炭素-炭素結合の形成を促進します。ヨウ化サマリウム(SmI₂)は、従来の触媒では不可能な独自の還元反応を可能にします。

⚡ イノベーションの推進力:サマリウムコバルト磁石は高性能モーターの小型化を可能にし、精密ロボットから超高効率の風力タービンまで、さまざまな技術を実現します。

⚙️ 日常技術での用途

電気自動車のモーター

高性能電気自動車は、優れた温度安定性と出力密度を持つサマリウムコバルト磁石を駆動モーターに使用します。これらの磁石は、急加速時や高速運転時にも効率を維持します。

航空宇宙用途

民間航空機や軍用航空機では、アクチュエーター、センサー、航法機器にサマリウムコバルト磁石が使われています。高度や極端な温度での減磁に対する耐性により、航空宇宙環境でも信頼性の高い動作が確保されます。

医療機器

MRI装置では、特定の組織をより鮮明に画像化するため、造影剤にサマリウム化合物を使用します。サマリウムの磁気特性により、特定の疾患に対する画像の解像度と診断精度が向上します。

オーディオ機器

高級スピーカーやヘッドホンでは、ドライバーにサマリウムコバルト磁石を使用し、歪みを最小限に抑えた優れた音質を実現します。オーディオ愛好家は、その卓越した磁気安定性と音響性能を高く評価しています。

産業用モーター

製造装置では、精密位置決め、高速加工、自動組立システムにサマリウム系永久磁石モーターを使用します。これらのモーターは、優れた効率と制御性を備えています。

家電・電子機器

スマートフォン、タブレット、ノートパソコンには、カメラのオートフォーカス、触覚フィードバック、冷却ファン用にサマリウム磁石を備えたマイクロモーターが搭載されています。これらの強力な磁石による小型化により、より薄く効率的な機器が実現します。

📈 高まる需要

  • 再生可能エネルギー発電システム
  • 電気自動車の充電インフラ
  • 先進ロボット工学と自動化
  • 次世代通信機器

起源

自然界での存在

地殻に7.05 mg/kg存在し、67%の元素より存在度が高い

🌍 世界の希土類鉱床

主な鉱物資源

サマリウムは主にモナザイトとバストネサイトの鉱床に存在し、通常、希土類元素の含有量の1〜8%を占めます。経済的に採掘可能な最大規模の鉱床は、中国(バヤンオボ)、米国(カリフォルニア州マウンテンパス)、オーストラリア(マウント・ウェルド)にあります。

地質学的形成

サマリウムは、マグマ分化の過程を通じて、アルカリ性火成岩やそれに伴うペグマタイトに濃集します。二酸化炭素に富むマグマから形成されたカーボナタイト複合体には、結晶化時の優先的な分別により、最も高濃度のサマリウムが含まれます。

地理的分布

重要なサマリウム資源は次の地域に存在します。

  • 中国:内モンゴルの鉱床(世界生産量の60%)
  • 米国:カリフォルニア州とアラスカ州の希土類鉱山
  • オーストラリア:西オーストラリア州のラテライト鉱床
  • インド:ケーララ州沿岸のモナザイト砂
  • ブラジル:ミナスジェライス州の鉱物複合体

抽出の課題

サマリウムの分離には、イオン交換、溶媒抽出、分別結晶化を含む複雑な多段階プロセスが必要です。ランタノイドの化学的性質が似ているため、精製には多くのエネルギーと高度な技術が必要です。

環境面での配慮

希土類の採掘では、放射性のトリウムとウランが共抽出されることが多く、専門的な廃棄物管理が必要です。環境保護対策には、地下水の監視、鉱さいダムの管理、大気質管理システムなどがあります。

サプライチェーンの安全保障

世界のサマリウム供給が少数の国に集中しているため、技術に依存する国々にとって戦略物資に関する懸念が生じています。供給の安全確保には、リサイクル計画と代替供給源の開発がますます重要です。

📊 地殻中の存在度:サマリウムは地球の地殻中に約6ppm存在し、スズより豊富ですが、銅より希少です。

取り扱い

安全性

⚠️ 中程度の危険性への取り扱い

物理的危険性

サマリウム金属は、細かく分割されると火災の危険があり、150°Cを超える空気中では自然発火します。金属片や粉末は、酸化とそれに伴う燃焼を防ぐため、不活性雰囲気下で保管する必要があります。

化学反応性

サマリウムは水や酸とゆっくり反応し、水素ガスと熱を発生します。激しい反応を引き起こす可能性があるため、強力な酸化剤との接触を避けてください。サマリウム化合物は、直接接触すると皮膚や眼を刺激することがあります。

個人用保護具

  • 粉末を扱う際は安全眼鏡とフェイスシールド
  • 耐薬品性手袋(ニトリルまたはネオプレン)
  • 白衣とつま先が覆われた靴
  • 粒子が発生する場合は防じんマスクまたは呼吸用保護具

安全な取り扱い方法

サマリウム化合物を扱う際は、換気の良い場所またはドラフト内で作業してください。粉末を扱う場合は、接地ストラップと静電気防止手順を使用してください。不適合物質は分離し、明確に表示してください。

保管要件

酸化を防ぐため、サマリウム金属は鉱油または不活性ガス中で保管してください。化合物は、酸や酸化剤から離れた涼しく乾燥した場所で、密閉容器に保管してください。安定性を最適に保つため、温度は25°C未満に維持してください。

緊急時の対応

火災事故:乾燥砂、塩化ナトリウム、またはD種火災用消火器を使用してください。サマリウム金属の火災には決して水を使用しないでください。化学物質の流出:弱酸で中和し、不活性物質で吸収して、規則に従って廃棄してください。

✅ 低毒性:サマリウムの急性毒性は比較的低いものの、体内への蓄積曝露を防ぐため、標準的な実験室の安全対策に従って取り扱う必要があります。

簡単な回答

サマリウム:よくある質問

サマリウムとは何ですか?

サマリウム(記号Sm)は周期表の元素62で、6周期のランタノイドです。 ネオジムを破壊する温度でも磁石が機能し続ける希土類元素です。 室温では固体です。

サマリウムの電子配置はどのようなものですか?

サマリウムの基底状態の電子配置は[Xe] 4f⁶ 6s²で、2, 8, 18, 24, 8, 2という分布の電子殻が6個あります。

サマリウムの融点と沸点は何ですか?

サマリウムの融点は1345 K(1071.9 °C)、沸点は2067 K(1793.9 °C)です。

サマリウムの原子量は何ですか?

サマリウムの標準原子量は150.36 uです。これは天然に存在する同位体の加重平均であるため、整数になることはほとんどありません。

サマリウムの密度はどのくらいですか?

サマリウムの密度は7.52 g/cm³です。水は1.0 g/cm³なので、サマリウムの塊は約7.5倍重いです。

サマリウムの電気陰性度はどのくらいですか?

サマリウムのポーリング電気陰性度は1.17です。この尺度は、電子を最も引きつけにくいフランシウムの0.70から、最も引きつけやすいフッ素の3.98までです。 このように低い値は、最外殻の電子を容易に放出して陽イオンを形成することを意味します。

サマリウムを発見したのは誰で、いつですか?

サマリウムは1879年にLecoq de Boisbaudranによって発見されました。 鉱物samarskiteにちなんで名付けられました。

地球上でサマリウムはどのくらい一般的ですか?

地球の地殻におけるサマリウムの割合は約7.1 mg/kgで、珍しいものの希少ではありません。