Строение
Это не диаграмма из точек на кольцах, а выборка методом Монте-Карло из фактической плотности вероятности |ψ|² для каждой занятой подоболочки. Перетаскивайте, чтобы вращать. Синий и фиолетовый цвета обозначают противоположные знаки волновой функции, благодаря чему возможно образование химических связей.
Измеренные значения
Каждый столбец показывает положение самарий среди всех 118 элементов по этому свойству.
Источники: стандартные атомные веса IUPAC 2021 года · Справочник CRC по химии и физике · NIST. Значения, отмеченные символом ~, являются расчётными, а не измеренными.
Размер в масштабе
Радиус 180 pm — это 0,18 нм, поэтому около 2,78 миллионов таких атомов, расположенных бок о бок, протянулись бы на миллиметр.
Тепловой диапазон
Самарий находится в жидком состоянии в диапазоне 722 K — от 1345 K до 2067 K.
История
Редкоземельный элемент, магниты которого продолжают работать при температурах, разрушающих неодим.
Французский химик Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran открыл самарий, исследуя минерал самарскит из Северной Каролины. Используя разработанные им передовые спектроскопические методы, он обнаружил новые спектральные линии, которые нельзя было отнести к известным элементам.
Boisbaudran применял пламенную спектроскопию для анализа концентратов редкоземельных элементов и наблюдал характерные оранжево-красные эмиссионные линии на длинах волн, которые ранее никогда не регистрировались. Его тщательные наблюдения и систематический подход утвердили самарий как первый редкоземельный элемент, открытый с помощью спектроскопического анализа.
Элемент был назван в честь минерала самарскита, который, в свою очередь, получил название в честь русского горного инженера полковника Василия Самарского-Быховца. Благодаря этому самарий стал первым элементом, названным в честь живого человека, хотя и опосредованно — через название минерала.
Чистый металлический самарий был выделен лишь в 1901 году Эженом-Анатолем Демарсе, который использовал электрохимическое восстановление хлорида самария. 22-летний промежуток между открытием и выделением демонстрирует технические сложности очистки редкоземельных элементов.
Промышленное производство самария началось в 1960-х годах с развитием методов разделения на основе ионного обмена. Открытие самарий-кобальтовых магнитов Альбертом Дааном и Кеннетом Стрнатом в 1966 году превратило самарий из лабораторной диковинки в стратегически важный материал.
Открытие самария способствовало:
Применение
Самарий — один из наиболее стратегически важных редкоземельных элементов, стимулирующий инновации в области высокоэффективных магнитов, ядерных технологий и передового материаловедения. Его уникальные магнитные свойства и способность поглощать нейтроны делают его незаменимым для современных технологий.
Самарий-кобальтовые (SmCo) магниты представляют собой вершину технологии постоянных магнитов, сохраняя магнитную силу при температурах до 350°C, при которых неодимовые магниты выходят из строя. Эти магниты приводят в действие прецизионные двигатели в спутниках, системах военного наведения и высококачественном аудиооборудовании.
Самарий-149 обладает наибольшим сечением поглощения тепловых нейтронов среди всех стабильных ядер, что делает его важным для управляющих стержней ядерных реакторов. Этот изотоп естественным образом накапливается в активных зонах реакторов как продукт деления, поэтому при расчётах реакторной физики требуется тщательный контроль.
Самарий-153 используется как радиофармацевтический препарат для лечения метастазов рака костей. Избирательное накопление изотопа в костной ткани и контролируемое бета-излучение обеспечивают точное терапевтическое облучение, сводя к минимуму повреждение здоровых органов.
Стёкла, легированные самарием, создают специализированные оптические компоненты для инфракрасных применений, включая системы ночного видения, лазерные дальномеры и волоконно-оптические системы связи. Резкие линии поглощения элемента обеспечивают точную фильтрацию длин волн.
Катализаторы на основе самария способствуют образованию углерод-углеродных связей в органическом синтезе, особенно при производстве фармацевтических препаратов. Дииодид самария (SmI₂) обеспечивает уникальные реакции восстановления, невозможные с обычными катализаторами.
⚡ Двигатель инноваций: Самарий-кобальтовые магниты позволяют миниатюризировать высокоэффективные двигатели, делая возможным всё — от прецизионной робототехники до сверхэффективных ветряных турбин.Высокоэффективные электромобили используют самарий-кобальтовые магниты в тяговых двигателях благодаря исключительной температурной стабильности и высокой плотности мощности. Эти магниты сохраняют эффективность при быстром ускорении и работе на высокой скорости.
Гражданские и военные самолёты используют самарий-кобальтовые магниты в приводах, датчиках и навигационном оборудовании. Устойчивость магнитов к размагничиванию на высоте и при экстремальных температурах обеспечивает надёжную работу в аэрокосмической среде.
МРТ-аппараты включают соединения самария в состав контрастных веществ для улучшения визуализации определённых тканей. Магнитные свойства самария повышают разрешение изображений и точность диагностики при некоторых заболеваниях.
Высококачественные громкоговорители и наушники оснащены самарий-кобальтовыми магнитами в своих излучателях, обеспечивая превосходное качество звука с минимальными искажениями. Аудиофилы ценят эти компоненты за исключительную магнитную стабильность и акустические характеристики.
Производственное оборудование использует двигатели с постоянными магнитами на основе самария для точного позиционирования, высокоскоростной обработки и автоматизированных сборочных систем. Эти двигатели отличаются исключительной эффективностью и управляемостью.
Смартфоны, планшеты и ноутбуки содержат микродвигатели с магнитами из самария для автофокусировки камер, тактильной обратной связи и работы охлаждающих вентиляторов. Миниатюризация, обеспечиваемая этими мощными магнитами, позволяет создавать более тонкие и эффективные устройства.
Откуда он происходит
7,05 мг/кг земной коры · более распространён, чем 67% элементов
Самарий встречается главным образом в месторождениях монацита и бастнезита, обычно составляя 1-8% содержания редкоземельных элементов. Крупнейшие экономически рентабельные месторождения расположены в Китае (Баян-Обо), США (Маунтин-Пасс, Калифорния) и Австралии (Маунт-Уэлд).
Самарий концентрируется в щелочных магматических породах и связанных с ними пегматитах в ходе процессов магматической дифференциации. Карбонатитовые комплексы, образованные магмами, богатыми углекислым газом, содержат наиболее высокие концентрации самария благодаря преимущественному фракционированию при кристаллизации.
Значительные ресурсы самария существуют в:
Разделение самария требует сложных многостадийных процессов, включающих ионный обмен, экстракцию растворителями и дробную кристаллизацию. Сходство химических свойств лантаноидов делает очистку энергоёмкой и технически сложной.
Добыча редкоземельных элементов часто сопровождается совместным извлечением радиоактивных тория и урана, что требует специализированного обращения с отходами. Меры защиты окружающей среды включают мониторинг грунтовых вод, управление хвостохранилищами и системы контроля качества воздуха.
Концентрация мировых поставок самария в нескольких странах создаёт проблемы со стратегическими материалами для технологически зависимых государств. Программы переработки и разработка альтернативных источников становятся всё более важными для безопасности поставок.
📊 Распространённость в земной коре: Самарий содержится в земной коре в количестве примерно 6 частей на миллион, поэтому он распространённее олова, но встречается реже меди.Обращение
Металлический самарий представляет опасность возгорания в мелкодисперсном состоянии, самовоспламеняясь на воздухе при температуре выше 150°C. Металлическую стружку и порошок необходимо хранить в инертной атмосфере для предотвращения окисления и возможного горения.
Самарий медленно реагирует с водой и кислотами, выделяя газообразный водород и тепло. Избегайте контакта с сильными окислителями, которые могут вызвать бурные реакции. Соединения самария при прямом контакте могут вызывать раздражение кожи и глаз.
Работайте в хорошо проветриваемых помещениях или вытяжных шкафах при обращении с соединениями самария. При работе с порошками используйте заземляющие браслеты и антистатические процедуры. Храните несовместимые материалы отдельно и снабжайте их чёткими этикетками.
Храните металлический самарий под минеральным маслом или инертным газом для предотвращения окисления. Соединения следует держать в плотно закрытых контейнерах в прохладных сухих местах вдали от кислот и окислителей. Для оптимальной стабильности поддерживайте температуру ниже 25°C.
При пожаре: используйте сухой песок, хлорид натрия или огнетушители класса D. Никогда не используйте воду для тушения пожара металлического самария. При химических разливах: нейтрализуйте слабой кислотой, соберите инертным материалом и утилизируйте в соответствии с нормативами.
✅ Низкая токсичность: Самарий обладает относительно низкой острой токсичностью, однако при работе с ним следует соблюдать стандартные меры лабораторной безопасности, чтобы предотвратить накопительное воздействие.Краткие ответы
Самарий (символ Sm) — элемент 62 в периодической таблице, представитель семейства Лантаноид в 6 периоде. Редкоземельный элемент, магниты которого продолжают работать при температурах, разрушающих неодим. При комнатной температуре это твёрдое вещество.
[Xe] 4f⁶ 6s²; она включает 6 занятых электронных оболочек с распределением 2, 8, 18, 24, 8, 2.Самарий плавится при 1345 K (1071.9 °C) и кипит при 2067 K (1793.9 °C).
Стандартная атомная масса Самарий составляет 150.36 u. Это средневзвешенное значение для его природных изотопов, поэтому оно редко бывает целым числом.
Плотность Самарий составляет 7.52 г/см³. Плотность воды — 1,0 г/см³, поэтому блок из Самарий примерно в 7.5× тяжелее.
Электроотрицательность Самарий по шкале Полинга составляет 1.17. Шкала простирается от 0,70 (франций, наименее склонный притягивать электроны) до 3,98 (фтор, наиболее склонный). Такое низкое значение означает, что он легко отдаёт свои внешние электроны, образуя положительные ионы.
Самарий был открыт в 1879 году Lecoq de Boisbaudran. Назван в честь минерал самарскит.
На долю Самарий приходится около 7.1 мг/кг земной коры — он встречается нечасто, но не является редким.