Samaryum

Samaryum, ₆₂Sm

Samaryum
Telaffuz	/səˈmɛəriəm/ ​(sə-MAIR-ee-əm)
Görünüm	gümüş beyazı
Standart atom ağırlığı Ar, std(Sm)	7002150360000000000♠150.36(2)
Periyodik tablodaki Samaryum
– ↑ Sm ↓ Pu prometyum ← samaryum → evropiyum
Atom numarası (Z)	62
Grup	grup n/a
Period	periyot 6
Blok	f-blok
Element kategorisi	Lantanid
Elektron konfigürasyonu	[Xe] 4f6 6s2
Kabuk başına elektron	2, 8, 18, 24, 8, 2
Fiziksel özellikler
STP de Faz	katı
Erime noktası	1345 K ​(1072 °C, ​1962 °F)
Kaynama noktası	2173 K ​(1900 °C, ​3452 °F)
Yoğunluk (r.t. yakın)	7.52 g/cm3
sıvı olduğunda ( m.p.)	7.16 g/cm3
Isı entalpisi	8.62 kJ/mol
Buharlaştırma ısı	192 kJ/mol
Molar ısı kapasitesi	29.54 J/(mol·K)
Buhar basıncı P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k at T (K) 1001 1106 1240 (1421) (1675) (2061)
Atom özellikleri
Oksidasyon durumları	0, +1, +2, +3 (bir hafif baz oksit)
Elektronegatiflik	Pauling ölçeği: 1.17
İyonlaşma enerjisi	1.: 544.5 kJ/mol 2.: 1070 kJ/mol 3.: 2260 kJ/mol
Atom yarıçapı	deneysel: 180 pm
Kovalent yarıçapı	198±8 pm
samaryum spektral çizgileri
Diğer özellikler
Kristal yapı	​romboedrik
Sesin hızı kalay çubuk	2130 m/s (20 °C)
Termal Genleşme	(r.t.) (α, poly) 12.7 µm/(m·K)
Termal iletkenlik	13.3 W/(m·K)
Elektriksel direnç	(r.t.) (α, poly) 0.940 µΩ·m
Manyetik sıralama	paramanyetik
Manyetik alınganlık	+1860.0·10−6 cm3/mol (291 K)
Young modülü	α form: 49.7 GPa
Kayma modülü	α form: 19.5 GPa
Bulk modülü	α form: 37.8 GPa
Poisson oranı	α form: 0.274
Vickers sertliği	410–440 MPa
Brinell sertliği	440–600 MPa
CAS Numarası	7440-19-9
Tarihçe
Adlandırma	mineral samarskite'den sonra (adını Vassili Samarsky-Bykhovets'ten almıştır)
Keşfeden ve ilk izolasyon	Lecoq de Boisbaudran (1879)
samaryum ana izotopları
İzo­top Bol­luk Half-life (t1/2) Bozunma modu Boz­unma 144Sm 3.08% kararlı 145Sm syn 340 d ε 145Pm 146Sm syn 6.8×107 y α 142Nd 147Sm 15.00% 1.06×1011 y α 143Nd 148Sm 11.25% 7×1015 y α 144Nd 149Sm 13.82% kararlı 150Sm 7.37% kararlı 151Sm syn 90 y β− 151Eu 152Sm 26.74% kararlı 153Sm syn 46.284 h β− 153Eu 154Sm 22.74% kararlı

Samaryum, sembolü Sm ve atom numarası 62 olan kimyasal bir elementtir. Havada yavaşça oksitlenen orta derecede sert gümüşi bir metaldir. Lantanit serisinin tipik bir üyesi olan samaryum, genellikle +3 oksidasyon durumunu varsayar. Samaryum(II) bileşikleri de bilinmektedir, en önemlisi monoksit SmO, monokalkojenidler SmS, SmSe ve SmTe ve ayrıca samaryum(II) iyodür. Son bileşik, kimyasal sentezde yaygın bir indirgeyici maddedir. Samaryumun önemli bir biyolojik rolü yoktur, ancak çok az toksiktir.

Samaryum, 1879'da Fransız kimyager Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran tarafından keşfedildi ve izole edildiği mineral samarskite adını aldı. Mineralin kendisi daha önce bir Rus maden yetkilisi olan Albay Vassili Samarsky-Bykhovets'in adını almıştır ve bu sayede dolaylı olarak da olsa kimyasal bir elemente sahip olan ilk kişi olmuştur. Nadir toprak elementi olarak sınıflandırılmasına rağmen samaryum, Dünya'nın kabuğunda en bol bulunan 40. elementtir ve kalay gibi metallerden daha yaygındır. Samaryum, son ikisi elementin en yaygın ticari kaynakları olan serit, gadolinit, samarskit, monazit ve bastnäsite dahil olmak üzere çeşitli minerallerde %2.8'e varan konsantrasyonla oluşur. Bu mineraller çoğunlukla Çin, Amerika Birleşik Devletleri, Brezilya, Hindistan, Sri Lanka ve Avustralya'da bulunur; Çin, samaryum madenciliği ve üretiminde açık ara dünya lideridir.

Samaryumun başlıca ticari uygulaması, yalnızca neodim mıknatıslardan sonra ikinci kalıcı mıknatıslamaya sahip olan samaryum-kobalt mıknatıslardır; bununla birlikte, samaryum bileşikleri, alaşımın daha yüksek Curie noktası nedeniyle manyetik özelliklerini kaybetmeden, 700 °C'nin (1,292 °F) üzerindeki sıcaklıklara önemli ölçüde dayanabilir. Radyoaktif izotop samaryum-153, akciğer kanseri, prostat kanseri, meme kanseri ve osteosarkom tedavisinde kanser hücrelerini öldüren ilaç samaryum (¹⁵³Sm) lexidronam'ın (Quadramet) aktif bileşenidir. Diğer bir izotop olan samaryum-149, güçlü bir nötron emicidir ve bu nedenle nükleer reaktörlerin kontrol çubuklarına eklenir. Reaktör çalışması sırasında da bozunma ürünü olarak oluşur ve reaktör tasarımı ve işletmesinde dikkate alınan önemli faktörlerden biridir. Samaryumun diğer uygulamaları arasında kimyasal reaksiyonların katalizi, radyoaktif tarihleme ve X-ışını lazerleri bulunur.

Tarihçe

Samaryum ve ilgili unsurların tespiti 19. yüzyılın ikinci yarısında birkaç bilim adamı tarafından duyuruldu; ancak çoğu kaynak, önceliği Fransız kimyager Paul Émile Lecoq de Boisbaudran'a verir. Boisbaudran, 1879'da Paris'te samaryum oksit ve / veya hidroksiti mineral samarskitten ((Y,Ce,U,Fe)₃(Nb,Ta,Ti)₅O₁₆) izole etti ve keskin optik absorpsiyon hatları aracılığıyla yeni bir element belirledi. İsviçreli kimyager Marc Delafontaine 1878'de yeni bir desipium elementi duyurdu (Latince'den: decipiens "aldatıcı, yanıltıcı" anlamına gelir), ancak daha sonra 1880-1881'de, Boisbaudran'ın samaryumuyla aynı olan birkaç elementin bir karışımı olduğunu gösterdi. Samarskite ilk olarak Uralların uzak Rus bölgesinde bulunmasına rağmen, 1870'lerin sonlarında yatakları, minerali birçok araştırmacı için uygun hale getiren başka yerlerde bulunmuştu. Özellikle, Boisbaudran tarafından izole edilen samaryumun da saf olmadığı ve karşılaştırılabilir miktarda öropiyum içerdiği bulundu. Saf element yalnızca 1901'de Eugène-Anatole Demarçay tarafından üretildi.

Boisbaudran, kendi elementine samaria adını, daha sonra Vassili Samarsky-Bykhovets'i (1803-1870) onurlandıran mineral samarskitten sonra adlandırdı. Samarsky-Bykhovets, Rus Maden Mühendisleri Birliği'nin Kurmay Başkanı olarak, iki Alman mineralojisti, Gustav Rose ve Heinrich Rose kardeşlere Urallardan gelen mineral örneklerini incelemek için erişim izni vermişti. Bu anlamda samaryum, bir kişinin adını alan ilk kimyasal elementtir. Daha sonra Boisbaudran tarafından kullanılan samaria adı, diğer element adlarına uymak için samaryuma dönüştürüldü ve günümüzde samaria, bazen yitriya, zirkonya, alümina, ceria, holmia vb. İle benzetilerek samaryum oksidi ifade etmek için kullanılmaktadır. Sm sembolü samaryum için önerildi; ancak 1920'lere kadar bunun yerine sıklıkla alternatif bir Sa kullanıldı.

1950'lerde iyon değişimli ayırma teknolojisinin ortaya çıkmasından önce, samaryumun saf biçimde ticari kullanımı yoktu. Bununla birlikte, neodimyumun fraksiyonel kristalizasyon saflaştırmasının bir yan ürünü, onu yapan şirketten sonra "Lindsay Mix" adını alan bir samaryum ve gadolinyum karışımıydı. Bu malzemenin bazı erken nükleer reaktörlerde nükleer kontrol çubukları için kullanıldığı düşünülüyor. Günümüzde benzer bir ticari ürün "samaryum-öropyum-gadolinyum" (SEG) konsantresi adını taşımaktadır. Bastnasitten (veya monazitten) izole edilen karışık lantanitlerden çözücü ekstraksiyonu ile hazırlanır. Daha ağır lantanitler, kullanılan çözücü için daha büyük afiniteye sahip olduklarından, nispeten küçük oranlarda çözücü kullanılarak yığıntan kolayca çıkarılırlar. Bastnäsite işleyen tüm nadir toprak üreticileri, tipik olarak orijinal cevherin yalnızca yüzde bir veya ikisini oluşturan SEG bileşenlerinin ayrılmasına devam etmek için yeterince büyük bir ölçekte bunu yapmaz. Bu tür üreticiler bu nedenle SEG'yi uzmanlaşmış işlemcilere pazarlamak için yapacaklar. Bu şekilde, cevherin değerli öropiyum içeriği fosfor üretiminde kullanılmak üzere kurtarılır. Samaryum saflaştırması, öropiyumun çıkarılmasını takip eder. 2012 itibariyle, aşırı arzda olan samaryum oksit, ticari ölçekte cevherdeki nispi bolluğundan daha ucuzdur.

Fiziki ozellikleri

Samaryum, çinkoya benzer bir sertliğe ve yoğunluğa sahip nadir bir toprak metalidir. Kaynama noktası 1794 °C olan samaryum, iterbiyum ve öropyumdan sonra en uçucu üçüncü lantanittir; bu özellik samaryumun mineral cevherinden ayrılmasını kolaylaştırır. Ortam koşullarında, samaryum normalde eşkenar dörtgen bir yapı (α formu) varsayar. 731 °C'ye ısıtıldığında, kristal simetrisi altıgen olarak kapalı paketlenmiş (hcp) olarak değişir, ancak geçiş sıcaklığı metal saflığına bağlıdır. 922 °C'ye daha fazla ısıtma, metali hacim merkezli kübik (bcc) faza dönüştürür. Sıkıştırmayla birlikte 40 kbar'a kadar 300 °C'ye ısıtma, çift altıgen olarak kapalı paketli bir yapı (dhcp) ile sonuçlanır. Yüzlerce veya binlerce kilobar düzeyinde daha yüksek basınç uygulamak, özellikle yaklaşık 900 kbar'da görünen bir tetragonal fazla bir dizi faz dönüşümüne neden olur. Bir çalışmada, dhcp fazı, bu samaryum fazının geçici karakterini doğrulayan, yaklaşık 400 ila 700 °C arasında hızlı bir sıcaklık değişimi ile dengede olmayan bir tavlama rejimi kullanılarak sıkıştırılmadan üretilebilir. Ayrıca, buhar biriktirme ile elde edilen ince samaryum filmleri, ortam koşullarında hcp veya dhcp fazlarını içerebilir.

Samaryum (ve seskioksiti) oda sıcaklığında paramanyetiktir. Karşılık gelen etkili manyetik momentleri, 2μ_B'nin altında, lantanitler (ve oksitleri) arasında lantan ve lutetiumdan sonra en düşük 3. sıradadır. Metal, 14,8 K'ye soğutulduğunda antiferromanyetik duruma dönüşür. Tek tek samaryum atomları, fulleren moleküllerine kapsüllenerek izole edilebilir. Ayrıca fulleren katısındaki C₆₀ molekülleri arasına katılabilirler ve 8 K'nin altındaki sıcaklıklarda süper iletken hale getirebilirler. En son yüksek sıcaklık süperiletken sınıfı olan demir bazlı süperiletkenlerin samaryum katkısı, geçiş sıcaklıklarının 56 K'ye yükseltilmesine olanak tanır ki bu, bu seride şimdiye kadar elde edilen en yüksek değerdir.

Kimyasal özellikler

Taze hazırlanmış samaryum gümüşi bir parlaklığa sahiptir. Havada oda sıcaklığında yavaşça oksitlenir ve 150 °C'de kendiliğinden tutuşur. Mineral yağ altında depolandığında bile, samaryum kademeli olarak oksitlenir ve yüzeyde grimsi-sarı bir oksit-hidroksit karışımı tozu oluşturur. Bir numunenin metalik görünümü, argon gibi bir inert gaz altında mühürlenerek korunabilir.

Samaryum oldukça elektropozitiftir ve samaryum hidroksit oluşturmak için soğuk suyla yavaş ve sıcak suyla oldukça hızlı reaksiyona girer:

2 Sm (s) + 6 H₂O (l) → 2 Sm(OH)₃ (aq) + 3 H₂ (g)

Samaryum, [Sm(OH₂)₉]³⁺ kompleksleri olarak var olan sarı ila soluk yeşil Sm (III) iyonlarını içeren çözeltiler oluşturmak için seyreltik sülfürik asitte kolayca çözünür:

2 Sm (s) + 3 H₂SO₄ (aq) → 2 Sm³⁺ (aq) + 3 SO2−
4 (aq) + 3 H₂ (g)

Samaryum, +2 oksidasyon durumunu gösteren birkaç lantanitten biridir. Sm²⁺ iyonları sulu çözeltide kan kırmızısıdır.

Bileşikler

Formül	renk	simetri	uzay grubu	No	Pearson sembolü	a (pm)	b (pm)	c (pm)	Z	yoğunluk, g/cm3
Sm	gümüşi	üç köşeli	R3m	166	hR9	362.9	362.9	2621.3	9	7.52
Sm	gümüşi	altıgen	P63/mmc	194	hP4	362	362	1168	4	7.54
Sm	gümüşi	dörtgen	I4/mmm	139	tI2	240.2	240.2	423.1	2	20.46
SmO	altın	kübik	Fm3m	225	cF8	494.3	494.3	494.3	4	9.15
Sm2O3		üç köşeli	P3m1	164	hP5	377.8	377.8	594	1	7.89
Sm2O3		monoklinik	C2/m	12	mS30	1418	362.4	885.5	6	7.76
Sm2O3		kübik	Ia3	206	cI80	1093	1093	1093	16	7.1
SmH2		kübik	Fm3m	225	cF12	537.73	537.73	537.73	4	6.51
SmH3		altıgen	P3c1	165	hP24	377.1	377.1	667.2	6
Sm2B5	gri	monoklinik	P21/c	14	mP28	717.9	718	720.5	4	6.49
SmB2		altıgen	P6/mmm	191	hP3	331	331	401.9	1	7.49
SmB4		dörtgen	P4/mbm	127	tP20	717.9	717.9	406.7	4	6.14
SmB6		kübik	Pm3m	221	cP7	413.4	413.4	413.4	1	5.06
SmB66		kübik	Fm3c	226	cF1936	2348.7	2348.7	2348.7	24	2.66
Sm2C3		kübik	I43d	220	cI40	839.89	839.89	839.89	8	7.55
SmC2		dörtgen	I4/mmm	139	tI6	377	377	633.1	2	6.44
SmF2	mor	kübik	Fm3m	225	cF12	587.1	587.1	587.1	4	6.18
SmF3	beyaz	ortorombik	Pnma	62	oP16	667.22	705.85	440.43	4	6.64
SmCl2	kahverengi	ortorombik	Pnma	62	oP12	756.28	450.77	901.09	4	4.79
SmCl3	sarı	altıgen	P63/m	176	hP8	737.33	737.33	416.84	2	4.35
SmBr2	kahverengi	ortorombik	Pnma	62	oP12	797.7	475.4	950.6	4	5.72
SmBr3	Sarı	ortorombik	Cmcm	63	oS16	404	1265	908	2	5.58
SmI2	yeşil	monoklinik	P21/c	14	mP12
SmI3	turuncu	üç köşeli	R3	63	hR24	749	749	2080	6	5.24
SmN		kübik	Fm3m	225	cF8	357	357	357	4	8.48
SmP		kübik	Fm3m	225	cF8	576	576	576	4	6.3
SmAs		kübik	Fm3m	225	cF8	591.5	591.5	591.5	4	7.23

Oksitler

Samaryumun en kararlı oksidi seskioksit Sm₂O₃'tür. Diğer birçok samaryum bileşiğinde olduğu gibi, birkaç kristal fazda bulunur. Üçgen form, eriyikten yavaş soğutma ile elde edilir. Sm₂O₃'ün erime noktası oldukça yüksektir (2345 °C) ve bu nedenle erime genellikle doğrudan ısıtma ile değil, bir radyo frekansı bobini aracılığıyla indüksiyonla ısıtma ile elde edilir. Monoklinik simetrinin Sm₂O₃ kristalleri, birkaç santimetre uzunluğa ve yaklaşık bir santimetre çapa kadar silindirik bukleler veren Sm₂O₃ tozundan alev füzyon yöntemi (Verneuil işlemi) ile büyütülebilir. boules saf ve hatasız olduğunda şeffaftır ve aksi halde turuncudur. Yarı kararlı trigonal Sm₂O₃'ün 1900 °C'ye ısıtılması, onu daha kararlı monoklinik faza dönüştürür. Kübik Sm₂O₃ de tanımlanmıştır.

Samaryum, bir monoksit, SmO oluşturan birkaç lantanitten biridir. Bu parlak altın sarısı bileşik, Sm₂O₃'ün yüksek sıcaklıkta (1000 °C) ve 50 kbar'ın üzerindeki basınçta samaryum metali ile indirgenmesiyle elde edildi; basıncın düşürülmesi tamamlanmamış bir reaksiyona neden oldu. SmO, kübik kaya tuzu kafes yapısına sahiptir.

Kalkojenitler

Samaryum, üç değerlikli sülfid, selenid ve tellurid oluşturur. Kübik kaya tuzu kristal yapısına sahip iki değerlikli kalkojenitler SmS, SmSe ve SmTe de bilinmektedir. Basınç uygulandığında oda sıcaklığında yarı iletkenden metalik duruma dönüşerek dikkat çekicidirler. Geçiş süreklidir ve SmSe ve SmTe'de yaklaşık 20–30 kbar'da gerçekleşirken, SmS'de anidir ve sadece 6.5 kbar gerektirir. Bu etki, film kristalleri çizildiğinde veya cilalandığında SmS'de siyahtan altın sarısına muhteşem renk değişimi ile sonuçlanır. Geçiş, kafes simetrisini değiştirmez, ancak kristal hacminde keskin bir azalma (~% 15) vardır. Histerezis gösterir, yani basınç serbest bırakıldığında SmS, yaklaşık 0.4 kbar'lık çok daha düşük basınçta yarı iletken duruma döner.

Halojenürler

Samaryum metali tüm halojenlerle reaksiyona girerek trihalojenürler oluşturur:

2 Sm (s) + 3 X₂ (g) → 2 SmX₃ (s) (X = F, Cl, Br or I)

Yüksek sıcaklıklarda (yaklaşık 700-900 °C) samaryum, lityum veya sodyum metalleriyle daha fazla indirgenmeleri dihalidler verir. Diiyodid ayrıca SmI₃'ü ısıtarak veya metalin oda sıcaklığında susuz tetrahidrofuran içinde 1,2-diiyodoetan ile reaksiyona sokulmasıyla da hazırlanabilir:

Sm (s) + ICH₂-CH₂I → SmI₂ + CH₂=CH₂.

Dihalidlere ek olarak, indirgeme ayrıca Sm₃F₇, Sm₁₄F₃₃, Sm₂₇F₆₄, Sm₁₁Br₂₄, Sm₅Br₁₁ ve Sm₆Br₁₃ gibi iyi tanımlanmış kristal yapıya sahip çok sayıda stoikiometrik olmayan samaryum halojenür üretir.

Yukarıdaki tabloda yansıtıldığı gibi, samaryum halojenürler, bir tür halojenür atomu diğeriyle ikame edildiğinde kristal yapılarını değiştirir, bu çoğu element için (örneğin aktinitler) nadir görülen bir davranıştır. Birçok halojenür, bir bileşim için iki ana kristal faza sahiptir, biri önemli ölçüde daha kararlıdır ve diğeri yarı kararlıdır. İkincisi, sıkıştırma veya ısıtma üzerine oluşturulur, ardından çevre koşullarına söndürülür. Örneğin, olağan monoklinik samaryum diiyodürün sıkıştırılması ve basıncın serbest bırakılması, bir PbCl₂-tipi ortorombik yapı (yoğunluk 5.90 g/cm³) ve benzer işlem, yeni bir samaryum triiyodür fazı (yoğunluk 5.97 g/cm³) ile sonuçlanır.

Borürler

Vakumda samaryum oksit ve bor sinterleme tozları, birkaç samaryum borid fazı içeren bir toz verir ve bunların hacim oranları karıştırma oranıyla kontrol edilebilir. Toz, SmB₆ (2580 ° C), SmB₄ (yaklaşık 2300 °C) ve SmB₆₆'nın (2150 °C) farklı erime/kristalizasyon sıcaklığına bağlı olarak ark eritme veya bölge eritme teknikleri kullanılarak belirli bir samaryum borürün daha büyük kristallerine dönüştürülebilir. ). Tüm bu malzemeler sert, kırılgan, bor içeriği ile sertliği artan koyu gri katılardır. Samaryum diborid, bu yöntemlerle üretilemeyecek kadar uçucudur ve büyümesini stabilize etmek için yüksek basınç (yaklaşık 65 kbar) ve 1140 ile 1240 °C arasında düşük sıcaklıklar gerektirir. Sıcaklığın arttırılması, SmB₆'nın tercihli oluşumlarına neden olur.

Samaryum hekzaborür

Samaryum hekzaborür, samaryumun 3:7 oranında hem Sm²⁺ hem deSm³⁺ iyonları olarak mevcut olduğu tipik bir orta değerli bileşiktir. Yüksek sıcaklıklarda (50 K'nin üzerinde) bir Kondo izolatör sınıfına aittir, özellikleri, güçlü elektron saçılması ile karakterize metalik elektrik iletkenliğine sahip bir Kondo metalinin tipik özelliğidir, oysa düşük sıcaklıklarda, yaklaşık 4–14 meV'lik dar bir bant aralığına sahip manyetik izolatör. SmB₆'daki soğutma kaynaklı metal izolatör geçişine, termal iletkenlikte keskin bir artış eşlik eder ve yaklaşık 15 K'da zirveye ulaşır. Bu artışın nedeni, elektronların kendilerinin fononların baskın olduğu düşük sıcaklıklarda ısıl iletkenliğe katkıda bulunmaması, ancak elektron konsantrasyonundaki düşüşün elektron-fonon saçılma oranını düşürmesidir.

Yeni araştırma, bunun topolojik bir yalıtkan olabileceğini gösteriyor gibi görünüyor.

Diğer inorganik bileşikler

Samaryum karbürler, bir grafit-metal karışımının inert bir atmosferde eritilmesiyle hazırlanır. Sentezden sonra havada kararsızdırlar ve ayrıca inert atmosfer altında incelenirler. Samaryum monofosfit SmP, 1.10 eV bant aralığı, silikondakiyle aynı ve n-tipi yüksek elektrik iletkenliği olan bir yarı iletkendir. 1100 °C'de karıştırılmış fosfor ve samaryum tozları içeren havası alınmış bir kuvars ampulü tavlanarak hazırlanabilir. Fosfor, yüksek sıcaklıklarda oldukça uçucudur ve patlayabilir, bu nedenle ısıtma hızının 1 °C /dk'nın çok altında tutulması gerekir. Monarsenid SmAs için benzer prosedür benimsenmiştir, ancak sentez sıcaklığı 1800 °C'de daha yüksektir.

Samaryum için çok sayıda kristalin ikili bileşik bilinmektedir ve X'in Si, Ge, Sn, Pb, Sb veya Te olduğu grup-14, 15 veya 16 elementlerinden biri ve samaryumun metalik alaşımları başka bir büyük grubu oluşturur. Hepsi, ilgili elementlerin karışık tozlarının tavlanmasıyla hazırlanır. Elde edilen bileşiklerin çoğu stokiyometrik değildir ve nominal bileşimlere Sm_aX_b sahiptir, burada b/a oranı 0.5 ile 3 arasında değişir.

Organometalik bileşikler

Samaryum, bir siklopentadienid Sm(C₅H₅)₃ ve bunun kloroderivatifleri Sm(C₅H₅)₂Cl ve Sm(C₅H₅)Cl₂ oluşturur. Samaryum triklorürün tetrahidrofuranda NaC₅H₅ ile reaksiyona sokulmasıyla hazırlanırlar. Diğer lantanitlerin çoğunun siklopentadienidlerinin aksine, Sm(C₅H₅)_{3</sub'te bazı C5H5 halkaları, halka tepe noktaları η1 veya kenarlar η2 oluşturarak diğer komşu samaryum atomuna doğru birbirini köprüleyerek polimerik zincirler oluşturur. Kloroderivatif Sm(C5H5)2Cl, daha doğru bir şekilde(η⁵-C5H5)2Sm(μ-Cl)2(η⁵-C5H5)2 olarak ifade edilen bir dimer yapısına sahiptir. Orada, klor köprüleri, örneğin iyot, hidrojen veya nitrojen atomları veya CN grupları ile değiştirilebilir.}

Samaryum siklopentadienidlerdeki (C₅H₅)⁻ iyonu, indenid (C₉H₇)⁻ veya siklooktatetraenid (C₈H₈)²⁻ halkası ile değiştirilebilir ve Sm(C₉H₇)₃ veya KSm(η⁸-C₈H₈)₂ ile sonuçlanır. İkinci bileşik, uranosene benzer bir yapıya sahiptir. Ayrıca, yaklaşık 85 °C'de süblimleşen bir katı olan iki değerlikli samaryumun bir siklopentadienidi, Sm(C₅H₅)₂ de vardır. Ferrocenin aksine, Sm(C₅H₅)₂'deki C₅H₅ halkaları paralel değildir ancak 40 ° eğimlidir.

Samaryum alkilleri ve arilleri, tetrahidrofuran veya eterde bir metatez reaksiyonu yoluyla elde edilir:

SmCl₃ + 3 LiR → SmR₃ + 3 LiCl

Sm(OR)₃ + 3 LiCH(SiMe₃)₂ → Sm{CH(SiMe₃)₂}₃ + 3 LiOR

Burada R bir hidrokarbon grubudur ve Me metil anlamına gelir.

İzotoplar

Doğal olarak oluşan samaryum 128 Bq/g radyoaktiviteye sahiptir. Beş kararlı izotoptan oluşur: ¹⁴⁴Sm, ¹⁴⁹Sm, ¹⁵⁰Sm, ¹⁵²Sm ve ¹⁵⁴Sm, ve son derece uzun ömürlü iki radyoizotop, ¹⁴⁷Sm (yarı ömür t_1/2 = 1.06×10¹¹ yıl) ve ¹⁴⁸Sm ((7×10¹⁵ yıl), ¹⁵²Sm en bol olanıdır (doğal bolluk %26.75). ¹⁴⁹Sm , çeşitli kaynaklar tarafından ya kararlı ya da radyoaktif olarak listelenmiştir, ancak sadece yarı ömrü için daha düşük bir sınır verilmiştir.

Uzun ömürlü izotoplar olan ¹⁴⁶Sm, ¹⁴⁷Sm, ve ¹⁴⁸Sm, öncelikle alfa parçacıklarının neodim izotoplarına yayılmasıyla bozunur. Samaryumun daha hafif kararsız izotopları, elektron yakalama yoluyla prometyum izotoplarına bozunurken, daha ağır olanlar beta bozunması yoluyla öropiyum izotoplarına dönüşür.

¹⁴⁷Sm'den ¹⁴³Nd'ye kadar 1.06×10¹¹ yıllık yarı ömre sahip alfa bozunması, samaryum-neodim yaş tayini için hizmet eder.

¹⁵¹Sm ve ¹⁴⁵Sm yarı ömürleri sırasıyla 90 yıl ve 340 gündür. Kalan tüm radyoizotopların yarı ömürleri 2 günden azdır ve bunların çoğunun yarılanma ömrü 48 saniyeden azdır. Samarium ayrıca en kararlı olanı ^141mSm (yarı ömür 22.6 dakika), ^143m1Sm (t_1/2 = 66 saniye) ve ^139mSm (t_1/2 = 10.7 saniye) olan beş nükleer izomere sahiptir.

Oluşum ve üretim

Milyonda yaklaşık 8 parça (ppm) olan ortalama konsantrasyonla samaryum, Dünya'nın kabuğunda en bol bulunan 40. elementtir. En bol bulunan beşinci lantanittir ve kalay gibi elementlerden daha yaygındır. Topraktaki samaryum konsantrasyonu 2 ila 23 ppm arasında değişir ve okyanuslar trilyonda yaklaşık 0.5-0.8 parça içerir. Samaryumun topraklardaki dağılımı büyük ölçüde kimyasal durumuna bağlıdır ve çok homojen değildir: kumlu topraklarda samaryum konsantrasyonu, toprak parçacıklarının yüzeyinde, aralarında sıkışan suya göre yaklaşık 200 kat daha fazladır ve bu oran killerde 1.000'i geçebilir.

Samaryum doğada özgür bulunmaz, ancak diğer nadir toprak elementleri gibi, monazit, bastnäsite, cerite, gadolinite ve samarskite dahil olmak üzere birçok mine ralde bulunur; monazit (% 2,8'e varan konsantrasyonlarda samaryum oluşur) ve bastnäsite çoğunlukla ticari kaynak olarak kullanılır. Dünya samaryum kaynaklarının iki milyon ton olduğu tahmin edilmektedir; Çoğunlukla Çin, ABD, Brezilya, Hindistan, Sri Lanka ve Avustralya'da bulunmaktadırlar ve yıllık üretim yaklaşık 700 tondur. Ülke üretim raporları genellikle birleştirilmiş tüm nadir toprak metalleri için verilir. Şimdiye kadar Çin, yılda 120.000 ton madencilikle en büyük üretime sahiptir; onu ABD (yaklaşık 5.000 ton) ve Hindistan (2.700 ton) izlemektedir. Samaryum genellikle yaklaşık 30 ABD $/kg fiyatına en ucuz lantanit oksitlerden biri olan oksit olarak satılır. Mischmetal - yaklaşık %1 samaryum içeren nadir toprak metallerinin bir karışımı - uzun süredir kullanılırken, nispeten saf samaryum, iyon değişim süreçleri, çözücü ekstraksiyon teknikleri ve elektrokimyasal biriktirme yoluyla ancak yakın zamanda izole edilmiştir. Metal genellikle erimiş bir samaryum (III) klorür karışımının sodyum klorür veya kalsiyum klorür ile elektroliziyle hazırlanır. Samaryum, oksitini lantan ile indirgeyerek de elde edilebilir. Ürün daha sonra samaryumu (kaynama noktası 1794 °C) ve lantanı (b.p. 3464 °C) ayırmak için damıtılır.

Uygulamalar

Samaryumun en önemli uygulamalarından biri, nominal bileşimi SmCo₅ veya Sm₂Co₁₇ olan samaryum-kobalt mıknatıslardır. Onlar, demirin yaklaşık 10.000 katı olan ve neodim mıknatıslardan sonra ikinci olan yüksek kalıcı mıknatıslanmaya sahiptirler. Bununla birlikte, samaryum bazlı mıknatıslar, 700 °C'nin üzerindeki sıcaklıklara (neodim mıknatıslar için 300-400 °C'ye bakın) dayanıklı olduklarından manyetikleşmeye karşı daha yüksek dirence sahiptir. Bu mıknatıslar küçük motorlarda, kulaklıklarda ve gitarlar ve ilgili müzik aletleri için yüksek kaliteli manyetik manyetiklerde bulunur. Örneğin, güneş enerjisiyle çalışan elektrikli bir uçak olan Solar Challenger'ın motorlarında ve Samarium Cobalt Noiseless elektro gitar ve bas manyetiklerinde kullanılırlar.

Samaryum ve bileşiklerinin bir diğer önemli uygulaması da katalizör ve kimyasal reaktiftir. Samaryum katalizörleri, plastiklerin ayrışmasına, poliklorlu bifeniller (PCB'ler) gibi kirletici maddelerin klorsuzlaştırılmasına ve ayrıca etanolün dehidrasyonuna ve dehidrojenasyonuna yardımcı olur. Samarium (III) triflat (Sm(OTf)₃, yani Sm(CF₃SO₃)₃), alkenlerle halojen teşvikli Friedel-Crafts reaksiyonu için en etkili Lewis asidi katalizörlerinden biridir. Samaryum (II) iyodür, organik sentezde, örneğin desülfonilasyon reaksiyonlarında çok yaygın bir indirgeme ve birleştirme ajanıdır; anülasyon; Danishefsky, Kuwajima, Mukaiyama ve Holton Taxol toplam sentezleri; striknin toplam sentezi; Barbier reaksiyonu ve samaryum (II) iyodür ile diğer indirgemeler.

Her zamanki oksitlenmiş formunda samaryum, kızılötesi ışığın emilimini artırdığı seramik ve camlara eklenir. Mischmetalin (küçük) bir parçası olan samaryum, birçok çakmak ve meşalenin "çakmaktaşı" ateşleme cihazında bulunur.

Radyoaktif samaryum-153, yarı ömrü 46,3 saatlik bir beta yayıcıdır. Akciğer kanseri, prostat kanseri, meme kanseri ve osteosarkom tedavisinde kanser hücrelerini öldürmek için kullanılır. Bu amaçla samaryum-153, etilen diamin tetrametilen fosfonat (EDTMP) ile şelatlanır ve intravenöz olarak enjekte edilir. Şelasyon, vücutta aşırı radyasyona ve yeni kanser hücrelerinin oluşmasına neden olacak radyoaktif samaryum birikimini önler. Karşılık gelen ilacın samaryum ¹⁵³Sm lexidronam dahil olmak üzere birkaç adı vardır; ticari adı Quadramet'dir.

Samaryum-149, nötron yakalama için yüksek enine kesite sahiptir (41.000 barns) ve bu nedenle nükleer reaktörlerin kontrol çubuklarında kullanılır. Bor ve kadmiyum gibi rakip malzemelere kıyasla avantajı, emilimin kararlılığıdır - samaryum-149'un füzyon ve bozunma ürünlerinin çoğu, aynı zamanda iyi nötron emiciler olan samaryumun diğer izotoplarıdır. Örneğin samaryum-151'in enine kesiti 15.000 barns, ¹⁵⁰Sm, ¹⁵²Sm, ve ¹⁵³Sm, için yüzlerce ahır düzenindedir ve doğal (karışık izotop) samaryum için 6.800 barns. Bir nükleer reaktördeki bozunma ürünleri arasında samaryum-149, reaktör tasarımı ve çalışması için xenon-135'ten sonra en önemli ikinci olarak kabul edilir.

SmB₆ olarak kısaltılan samaryum hekzaborürün son zamanlarda kuantum hesaplamaya yönelik potansiyel uygulamaları olan bir topolojik yalıtıcı olduğu gösterilmiştir.

Ticari olmayan ve potansiyel uygulamalar

Samaryum katkılı kalsiyum florür kristalleri, 1961'in başlarında IBM araştırma laboratuvarlarında Peter Sorokin (boya lazerinin ortak mucidi) ve Mirek Stevenson tarafından tasarlanan ve yapılan ilk katı hal lazerlerinden birinde aktif bir ortam olarak kullanıldı. Bu samaryum lazer, 708.5 nm'de kırmızı ışık atımları yaydı. Sıvı helyum ile soğutulması gerekiyordu ve bu nedenle pratik uygulamalar bulamadı.

Bir başka samaryum tabanlı lazer, 10 nanometreden daha kısa dalga boylarında çalışan ilk doymuş X-ışını lazeri oldu. Holografi, biyolojik örneklerin yüksek çözünürlüklü mikroskobu, deflektometri, interferometri ve hapsetme füzyonu ve astrofizik ile ilgili yoğun plazmaların radyografisindeki uygulamalar için uygun 7,3 ve 6,8 nm'de 50 pikosaniye darbeleri sağladı. Doymuş çalışma, maksimum olası gücün lazer ortamından çıkarılması anlamına gelir ve 0,3 mJ'lik yüksek tepe enerjisi ile sonuçlanır. Aktif ortam, samaryum kaplı camın darbeli kızılötesi Nd-cam lazer (dalga boyu ~ 1.05 μm) ile ışınlanmasıyla üretilen samaryum plazmasıydı.

Samaryum monokalkojenitlerinde elektriksel özdirençteki değişiklik, bir basınç sensöründe veya bir düşük direnç ve yüksek direnç durumu arasında harici basınçla tetiklenen bir bellek cihazında kullanılabilir ve bu tür cihazlar ticari olarak geliştirilmektedir. Samaryum monosülfür ayrıca termoelektrik güç dönüştürücülerine uygulanabilen yaklaşık 150 °C'ye kadar orta derecede ısıtma üzerine elektrik voltajı üretir.

¹⁴⁷Sm, ¹⁴⁴Nd, ve ¹⁴³Nd samaryum ve neodim izotoplarının bağıl konsantrasyonlarının analizi, samaryum-neodim tarihlendirmesinde kayaların ve göktaşlarının yaşının ve kökeninin belirlenmesine olanak tanır. Her iki element de lantanittir ve çok benzer fiziksel ve kimyasal özelliklere sahiptir. Bu nedenle, Sm-Nd tarihlemesi ya çeşitli jeolojik süreçler sırasında işaret elemanlarının bölümlemesine duyarsızdır ya da bu tür bölümleme, ilgili elemanların iyonik yarıçaplarından iyi anlaşılabilir ve modellenebilir.

Sm³⁺ iyonu, sıcak beyaz ışık yayan diyotlarda kullanım için potansiyel bir aktivatördür. Dar emisyon bantları nedeniyle yüksek ışık etkinliği sunar, ancak genel olarak düşük kuantum verimliliği ve UV-A'dan mavi spektral bölgeye yetersiz absorpsiyon ticari uygulamayı engeller.

Biyolojik rol

Samaryum

Tehlikeler
GHS piktogramlar
GHS işaret kelimesi	Danger
GHS Tehlike bildirimleri	H228, H261, H373
GHS Önlem Açıklamaları	P210, P231, P232, P422
NFPA 704	2 0 2 W
Aksi belirtilmediği sürece, veriler malzemelerin standart hallerinde verilir (25 °C'de [77 °F], 100 kPa).
Bilgikutusu referansı

Samaryum tuzları metabolizmayı uyarır, ancak bunun samaryumun veya onunla birlikte bulunan diğer lantanitlerin etkisi olup olmadığı belirsizdir. Yetişkinlerdeki toplam samaryum miktarı, çoğunlukla karaciğer ve böbreklerde olmak üzere yaklaşık 50 μg'dır ve kanda yaklaşık 8 μg/L çözülür. Samaryum bitkiler tarafından ölçülebilir bir konsantrasyonda emilmez ve bu nedenle normalde insan diyetinin bir parçası değildir. Bununla birlikte, birkaç bitki ve sebze, milyonda 1 samaryum içerebilir. Samaryumun çözünmeyen tuzları toksik değildir ve çözünür olanlar sadece hafif toksiktir.

Yutulduğunda, samaryum tuzlarının sadece yaklaşık %0,05'i kan dolaşımına emilir ve geri kalanı atılır. Kandan yaklaşık %45'i karaciğere gider ve %45'i yaklaşık 10 yıl kaldığı kemiklerin yüzeyinde birikir; bakiye %10 atılır.