САМАРИЙ

Самарий — Химические свойства

01 марта 2011

1. Самарий

2. История и происхождение названия
3. Изотопы4. Химические свойства

5. Биологическая роль

На воздухе самарий медленно окисляется, покрываясь сначала темной пленкой оксида Sm2O3, а затем — рассыпаясь в порошок с жёлтым оттенком.

Самарий — высокоактивный металл. Он растворим в кислотах, сгорает на воздухе, реагирует с азотом, углеродом, халькогенидами, водородом, кремнием, бором, с фосфором, мышьяком, сурьмой, висмутом, и всеми галогенами.

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 обнаруженный эффект генерации термоЭДС в моносульфиде самария SmS имеет весьма высокий КПД около 50 %.

Уже при нагревании монокристалла SmS до 130 °C 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, что позволяет думать о внедрении этого эффекта как основной силовой установки на автомобиле.

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.

Как термоэлектрический материал ограничено применяется также теллурид самария.

Тензочувствительные материалы

Моносульфид самария является одним из лучших тензочувствительных материалов. Он используется для производства тензочувствительных датчиков.

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 «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 обладает самарий-149. В атомной промышленности используется окись, гексаборид и карбид, 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 специального люминесцентного и поглощающего инфракрасное излучения стёкол.

Огнеупорные материалы

Оксид самария отличается весьма высокой огнеупорностью, стойкостью к расплавам активных металлов и высокой температурой плавления. 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.

Самарий (Sm) Samarium — все о металле (свойства и структура)

Материал Самарий был открыт во время разделения лантановой земли на составляющие с помощью спектрального анализа. Ученый Мозандер еще в 1841 году отделили два элемента лантан и дидимий.

Долгое время дидимий был в таблице Менделеева, но ученый Лекок де Буабодран смог выделить из него новый элемент, который назвали самарий.

Над самарием потом проводилось еще множество экспериментов, подтверждающих его существование.

А в 1900 году смогли установить спутник самария. Им оказался европий. Эту особенность открыл ученый Демарсэ. Металлический празеодим на данный момент стоит не более 400 долларов, а оксид празеодима не больше 200 долларов США. Хотя еще 3 года назад металлический празеодим можно было купить в два раза дешевле.

Химические свойства элемента

В природных условиях самарий встречается только в одном стабильном изотопе. Все остальные обладают другими свойствами. Сам самарий ходит в состав цериевой группы. Эти материалы больше обладают металлическими свойствами, чем отличаются от других редкоземельных металлов.

Хранить его на открытом воздухе невозможно, так как он быстро окисляется. При этом выделяются оксидные хлопья, которые обладают черным цветом и могут быть опасны для организма человека. Из-за этого его необходимо хранить только под слоем парафина или же в особых инертных условиях.

Так же он может взаимодействовать с сульфатом. При этой реакции образовываются кристаллы светло-зеленого оттенка. Эти кристаллы могут легко растворяться в воде. А при нагревании распадается и образует оксид празеодима.

Энергично ходит в реакцию с различными кислотами. А когда нагревается и входит в реакцию с водой, то получает новое свойство – устойчивость к действию щелочей.

Если же не вступает во взаимодействие с водой, то возгорается и выделяется оксид с валентностью три или 4. Почти во всех своих реакциях приобретает другую степень окисления.

Чаще всего это третья или четвертая, например, при реакции с кислородом или с сульфатом.

Физические свойства элемента

По своим характеристикам самарий почти не отличается от остальных редкоземельных металлов. Он обладает светло-серым цветом с серебреными переливами. Такой окрас очень похож на цвет церия или лантана. Плотность составляет 7,52 г/см3. Такой показатель не велик, но довольно значим. Среди лантаноидов встречаются металлы с более низкой плотностью.

Температура плавления металла составляет 1052 градуса по Цельсия. Такой показатель можно встретить у многих.

Однако температура кипения значительно превышает температуру плавления и составляет 1900 градусов по Цельсия. Стоит обратить внимание, что при взаимодействии с бромом температура плавления понижается.

Самое важное знчение самарий имеет в технике. Его соединения с кобальтом особенно популярны. Такие соединения часто используют для производства постоянных магнитов. Так же самарий применяют в производстве:

• Люминесцентных ламп;
• Радиолокаторов;
• Пигментации;
• Огнеупорных веществ;
• Катализаторов.

Помимо этого его применяют для активации катодов. Но только для оксидных катодов. Также его можно увидеть при производстве специального стекла. Такие стёкла могут поглощать инфракрасные лучи.

Производство Самария

В природе найти самарий в чистом виде почти невозможно. Обычно его выделяют из других редкоземельных металлов. Вообще самария на земле совсем не много.

Его можно найти в земной коре, но мало, всего лишь 8 грамм на тонну. Так же его обнаружили в водных ресурсах. Но там его концентрация совсем маленькая 0,0000017 миллиграмм на тонну.

Этот показатель самый маленький среди других лантаноидов.

Месторождения самария обнаружены во множестве стран. Его можно найти в США, России, Китае, Казахстане, Индии, Украине и других. В 2018 году США заключает контракт на добычу самария в Афганистане. Это может пошатнуть лидерство Китая по добыче редкоземельных металлов.

Искусственный синтез Самария

Из-за довольно ограниченного количества самария в природе его активно стараются производить. Для этого часто используют минералы редкоземельных металлов. В них находится не только самарий, но и другие материалы. Что бы отделить их друг от друга применяют экстракцию.

Также может помочь ионообменная сорбция или же комбинированный метод. Любой из них сможет отделить самарий от других элементов. При этом в виде карбоната или оксалата самарий отделяется от раствора и оседает. После этого его необходимо восстановитель. Для этого применяют лантан и вакуум.

Такая реакция проводится только при температуре 1600 градусов по Цельсия.

Во всем мире производят довольно много самария. По оценкам 2017 года производят несколько тонн самария в год. Однако лидером среди других стран по производству пока остается Китай.

Самарий

Введение
• 1 История и происхождение названия
• 2 Нахождение в природе
• 3 Изотопы
• 4 Получение
• 5 Физические свойства
• 6 Химические свойства
• 7 Применение
  • 7.1 Магнитные материалы
  • 7.2 Термоэлектрические материалы
  • 7.3 Тензочувствительные материалы
  • 7.

    4 Ядерная энергетика

  • 7.5 Гигантский магнитокалорический эффект
  • 7.6 Гигантский магнитоэлектрический эффект
  • 7.7 Производство стекла
  • 7.8 Огнеупорные материалы
  • 7.

    9 Другие области применения

• 8 Биологическая роль

Примечания

Сама́рий — химический элемент, металл из группы лантаноидов.

1. 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.

2. Нахождение в природе

Подробнее по этой теме см.: Редкоземельные элементы.

самария в земной коре 8 г/т, в воде океанов 1,7×10−6 мг/л[2].

2.1. Месторождения

Самарий входит в состав лантаноидов, которые часто встречаются в США, Казахстане, России, Украине, Австралии, Бразилии, Индии, Скандинавии[3].

3. 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)[4]. Так же, существуют искусственно синтезированные изотопы самария, самые долгоживущие из которых — 146Sm (период полураспада — 103 миллиона лет) и 151Sm (90 лет).

4. 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.

4.1. Цены

Цены на самарий в слитках чистотой 99—99,9 % колеблются около 50-60 долларов за 1 килограмм.

5. Физические свойства

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

6. Химические свойства

На воздухе самарий медленно окисляется, покрываясь сначала темной пленкой оксида Sm2O3, а затем — рассыпаясь в порошок с жёлтым оттенком.

Самарий — высокоактивный металл.

Он растворим в кислотах, сгорает на воздухе (образуя оксид), реагирует с азотом (образуя нитрид), углеродом (образуя карбиды), халькогенидами (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 (фторид, хлорид, бромид, йодид).

7.1. 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.

7.2. Термоэлектрические материалы

Недавно обнаруженный эффект генерации термоЭДС в моносульфиде самария SmS имеет весьма высокий КПД около 50 %[5].

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).

7.3. Тензочувствительные материалы

Моносульфид самария является одним из лучших тензочувствительных материалов. Он используется для производства тензочувствительных датчиков (например, для измерения механических напряжений в конструкциях).

7.4. 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.

7.5. Гигантский магнитокалорический эффект

Манганаты самария и стронция обладают гигантским магнитокалорическим эффектом и могут быть использованы для конструирования магнитных холодильников.

7.6. Гигантский магнитоэлектрический эффект

Молибдат самария обнаруживает на порядок больший по величине магнитоэлектрический эффект, чем, например, молибдат гадолиния, и интенсивно изучается.

7.7. Производство стекла

Оксид самария применяется для получения специального люминесцентного и поглощающего инфракрасное излучения стёкол.

7.8. 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.

7.9. 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.

8. Биологическая роль

Биологическая роль самария изучена слабо. Известно, что он стимулирует метаболизм. Токсичность самария и его соединений, как и у других редкоземельных элементов, невысока.

Примечания

1. Химическая энциклопедия: в 5-ти тт. / Редкол.:Зефиров Н. С. (гл. ред.). — Москва: Советская энциклопедия, 1995. — Т. 4. — С. 289. — 639 с. — 20 000 экз. — ISBN 5—85270—039—8
2. J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. I, 1965
3. Лантаноиды
4. G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot and A. H. Wapstra (2003).

   «The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties — www.nndc.bnl.gov/amdc/nubase/Nubase2003.pdf». Nuclear Physics A729: 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 — dx.doi.org/10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.

5. http://www.ioffe.rssi.ru/journals/ftt/2001/03/p423-426.pdf — www.ioffe.rssi.ru/journals/ftt/2001/03/p423-426.

   pdf

скачать
Данный реферат составлен на основе статьи из русской Википедии. Синхронизация выполнена 11.07.11 03:00:49
Похожие рефераты: Зеликин Самарий, Великовский Самарий, Зеликин Самарий Маркович, Великовский Самарий Израилевич, Гурарий Самарий Михайлович, Савшинский Самарий Ильич.

Категории: Химические элементы, Лантаноиды.

Текст доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareA.