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Samarium

chemisches Element mit dem Elementsymbol Sm und der Ordnungszahl 62

Samarium (nach dem Mineral Samarskit, das vom deutschen Mineralogen Heinrich Rose nach dem russischen Bergbauingenieur Wassili Samarski-Bychowez benannt wurde)[11] ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Sm und der Ordnungszahl 62. Im Periodensystem steht das silbrig glänzende Element in der Gruppe der Lanthanoide und zählt damit auch zu den Metallen der Seltenen Erden. Samarium ist das erste natürlich vorkommende Element, das nach einer Person benannt wurde.[11]

Eigenschaften
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl Samarium, Sm, 62
Elementkategorie Lanthanoide
Gruppe, Periode, Block La, 6, f
Aussehen silbrig weiß
CAS-Nummer

7440-19-9

EG-Nummer 231-128-7
ECHA-InfoCard 100.028.298
Massenanteil an der Erdhülle 6 ppm (44. Rang)[1]
Atomar[2]
Atommasse 150,36(2)[3] u
Atomradius (berechnet) 185 (238) pm
Kovalenter Radius 198 pm
Elektronenkonfiguration [Xe] 4f6 6s2
1. Ionisierungsenergie 5.64371(17) eV[4] ≈ 544.54 kJ/mol[5]
2. Ionisierungsenergie 11.078(20) eV[4] ≈ 1068.9 kJ/mol[5]
3. Ionisierungsenergie 23.55(8) eV[4] ≈ 2270 kJ/mol[5]
4. Ionisierungsenergie 41.64(11) eV[4] ≈ 4020 kJ/mol[5]
5. Ionisierungsenergie 62.7(4) eV[4] ≈ 6050 kJ/mol[5]
Physikalisch[2]
Aggregatzustand fest
Kristallstruktur trigonal
Dichte 7,536 g/cm3 (25 °C)[6]
Magnetismus paramagnetisch (χm = 1,2 · 10−3)[7]
Schmelzpunkt 1345 K (1072 °C)
Siedepunkt 2173 K[8] (1900 °C)
Molares Volumen 19,98 · 10−6 m3·mol−1
Verdampfungsenthalpie 192 kJ·mol−1[8]
Schmelzenthalpie 8,6 kJ·mol−1
Schallgeschwindigkeit 2130 m·s−1 bei 293,15 K
Elektrische Leitfähigkeit 1,06 · 106 S·m−1
Wärmeleitfähigkeit 13 W·m−1·K−1
Chemisch[2]
Oxidationszustände +2, +3
Elektronegativität 1,17 (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZA ZE (MeV) ZP
144Sm 3,07 % Stabil
145Sm {syn.} 340 d ε 0,617 145Pm
146Sm {syn.} 92 ± 2,6 · 106 a[9] α 2,455 142Nd
147Sm 14,99 % 1,06 · 1011 a α 2,310 143Nd
148Sm 11,24 % 7 · 1015 a α 1,986 144Nd
149Sm 13,82 % 2 · 1015 a α 145Nd
150Sm 7,38 % Stabil
151Sm {syn.} 90 a β− 0,077 151Eu
152Sm 26,75 % Stabil
153Sm {syn.} 46,27 h β− 0,808 153Eu
154Sm 22,75 % Stabil
Weitere Isotope siehe Liste der Isotope
NMR-Eigenschaften
  Spin-
Quanten-
zahl I 		γ in
rad·T−1·s−1 		Er (1H) fL bei
B = 4,7 T
in MHz
147Sm 7/2 −1,115 · 107 4,17
149Sm 7/2 −0,919 · 107 3,44
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung[10]

Pulver

Gefahrensymbol

Gefahr

H- und P-Sätze H: 260
P: 402+404[10]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Geschichte

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Zur Entdeckung des Samariums gibt es in der Literatur mehrere Darstellungen, bei denen die Schweizer Jean Charles Galissard de Marignac und Marc Delafontaine sowie der Franzose Paul Émile Lecoq de Boisbaudran genannt werden:

  1. 1853 wies Galissard de Marignac Samarium spektroskopisch anhand einer scharfen Absorptionslinie im Didymoxid nach. 1879 isolierte Lecoq de Boisbaudran das Element aus dem Mineral Samarskit ((Y,Ce,U,Fe)3(Nb,Ta,Ti)5O16).
  2. 1878 entdeckte Delafontaine Samarium, das er Decipum nannte, im Didymiumoxid. 1879 entdeckte unabhängig von ihm Lecoq de Boisbaudran Samarium. 1881 zeigte Delafontaine, dass sein isoliertes Element neben Samarium ein weiteres Element enthält.
  3. Die unter 1 erwähnte spektroskopische Entdeckung von 1853 durch Marignac wurde 1878 von Lecoq de Boisbaudran gemacht.

1903 stellte der deutsche Chemiker Wilhelm Muthmann metallisches Samarium durch Elektrolyse her.

Die Bezeichnung des Elements leitet sich vom Mineral Samarskit ab, das nach dem russischen Berginspektor (Bergbaubeamten) Oberst Samarski-Bychowez benannt wurde, der das Mineral entdeckt hatte.

Vorkommen

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Samarium in Ampulle unter Argongas

Samarium wird derzeit fast ausschließlich in China gewonnen.[12][13]

Gediegen kommt elementares Samarium nicht vor. Einige Mineralien wie Monazit, Bastnäsit und Samarskit enthalten jedoch das Element. Monazit enthält bis zu 1 % Samarium.

Gewinnung und Darstellung

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Ausgehend vom Monazit oder Bastnäsit werden Seltenerdmetalle über Ionentausch, Solvent-Extraktion oder elektrochemische Deposition aufgetrennt. In einem letzten Verfahrensschritt wird das hochreine Samariumoxid mit metallischem Lanthan zum Metall reduziert und absublimiert.

Eigenschaften

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In Luft ist Samarium halbwegs beständig, es bildet eine passivierende, gelbliche Oxidschicht aus. Metallisch glänzendes Samarium entzündet sich oberhalb von 150 °C. Mit Sauerstoff reagiert es zum Sesquioxid Sm2O3. Mit Wasser reagiert es heftig unter Bildung von Wasserstoff und Samariumhydroxid. Die beständigste Oxidationsstufe ist wie bei allen Lanthanoiden +3.

Samarium kommt in drei Modifikationen vor. Die Umwandlungspunkte liegen bei 734 °C und 922 °C. Sm3+-Kationen färben wässrige Lösungen gelb.

Die Halbwertszeit von Samarium-146 wurde auf 92 ± 2,9 Millionen Jahre bestimmt.[14][15] Gem. Medienmitteilung vom Paul Scherrer Institut im August 2024 wurde die Halbwertszeit noch präziser bestimmt. Sie beträgt 92 ± 2,6 Millionen Jahre.[16] Die Halbwertszeit von Samarium-146 wurde in einem präzisen Experiment ermittelt, das sich in drei Hauptschritte gliedert.[16] Zuerst wurde eine hochreine Samarium-146-Probe hergestellt, indem Tantal-Proben an der Schweizer Spallations-Neutronenquelle bestrahlt und anschließend chemisch gereinigt wurden.[16] Dann wurde die Aktivität der Probe gemessen, indem sie in einem exakt kalibrierten Detektor platziert wurde, um die Alpha-Zerfälle zu zählen.[16] Schließlich wurde die Anzahl der Samarium-146-Atome durch Massenspektrometrie bestimmt.[16] Diese Kombination erlaubte es, die Halbwertszeit einigermaßen exakt festzulegen.

Isotope

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Es existieren vier stabile und 19 instabile, radioaktive Isotope. Die häufigsten natürlichen Isotope sind 152Sm (26,7 %), 154Sm (22,7 %) und 147Sm (15 %).

Verwendung

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  • Zusammen mit anderen Seltenerdmetallen für Kohle-Lichtbogenlampen für Filmvorführanlagen.
  • Dotieren von Calciumfluorid-Einkristallen für Maser und Laser.
  • Wegen seines großen Wirkungsquerschnitts für thermische und epithermische Neutronen wird Samarium als Neutronen-Absorber in nuklearen Anwendungen verwendet. Da Sm‑149 auch als Spaltprodukt entsteht, ist es ein unvermeidbares Neutronengift in Kernreaktoren.
  • Samarium-Cobalt-Magnete:
    Permanentmagnete aus SmCo5 weisen einen hohen Widerstand gegen Entmagnetisierung auf sowie eine Koerzitivfeldstärke von bis zu 2200 kA/m. Die verbesserte Legierung Sm2Co17 ist in der Herstellung aufwendiger, weist aber höhere magnetische Eigenschaften und eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit auf.
    Verwendung finden sie in Schrittmotoren für Quarzuhren, Antriebsmotoren in Kleinsttonbandgeräten (Walkman, Diktiergeräten), Kopfhörern, Sensoren, Kupplungen in Rührwerken und Festplattenlaufwerken. Als gewichtssparende Magnetwerkstoffe werden sie auch in der Luft- und Raumfahrt verwendet.
  • Samariumoxid wird optischem Glas zur Absorption von infrarotem Licht zugesetzt.
  • Samariumverbindungen werden zur Sensibilisierung von (Leucht‑)Phosphor für Bestrahlung mit infrarotem Licht genutzt.
  • Als Katalysator; Samariumoxid katalysiert die Hydrierung und Dehydrierung von Ethanol (Alkohol).
  • Verbindungen mit Samarium in der weniger günstigen Oxidationsstufe +2 (insbesondere Samarium(II)-iodid und Samarium(II)-bromid) finden Anwendung in der organischen Synthese (Reduktionsmittel und Ein-Elektronen-Transferreagenz, z. B. samariumvermittelte Pinakol-Kupplungen).
  • In Verbindung mit dem Radiopharmakon Ethylendiamintetra(methylenphosphonsäure) in der Nuklearmedizin zur palliativen Therapie von Knochen- und Skelettmetastasen.
  • In der Medizin wird das Isotop Sm‑153 in Verbindung mit einem Bisphosphonat (Lexidronam) zur Behandlung von Knochenschmerzen bei Krebserkrankungen eingesetzt (Radionuklidtherapie bei Knochenmetastasen).

Verbindungen

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Commons: Samarium – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary: Samarium – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
  • Eintrag zu Samarium. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 3. Januar 2015.

Einzelnachweise

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  1. ↑ Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
  2. ↑ Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Samarium) entnommen.
  3. ↑ CIAAW, Standard Atomic Weights Revised 2013.
  4. ↑ a b c d e Eintrag zu samarium in Kramida, A., Ralchenko, Yu., Reader, J. und NIST ASD Team (2019): NIST Atomic Spectra Database (ver. 5.7.1). Hrsg.: NIST, Gaithersburg, MD. doi:10.18434/T4W30F (physics.nist.gov/asd). Abgerufen am 13. Juni 2020.
  5. ↑ a b c d e Eintrag zu samarium bei WebElements, www.webelements.com, abgerufen am 13. Juni 2020.
  6. ↑ N. N. Greenwood, A. Earnshaw: Chemie der Elemente. 1. Auflage. VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9, S. 1579.
  7. ↑ Robert C. Weast (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990, ISBN 0-8493-0470-9, S. E-129 bis E-145. Werte dort sind auf g/mol bezogen und in cgs-Einheiten angegeben. Der hier angegebene Wert ist der daraus berechnete maßeinheitslose SI-Wert.
  8. ↑ a b Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang: Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks. In: Journal of Chemical & Engineering Data. 56, 2011, S. 328–337, doi:10.1021/je1011086.
  9. ↑ Nadine M. Chiera, Peter Sprung, Yuri Amelin, Rugard Dressler, Dorothea Schumann, Zeynep Talip: The $$^{146}\text{Sm}$$ half-life re-measured: consolidating the chronometer for events in the early Solar System. In: Scientific Reports. Band 14, Nr. 1, 1. August 2024, S. 17436, doi:10.1038/s41598-024-64104-6, PMID 39090187, PMC 11294585 (freier Volltext).
  10. ↑ a b Datenblatt Samarium Pulver bei Merck, abgerufen am 26. April 2017.
  11. ↑ a b Chemistry in Its Element – Samarium, Royal Society of Chemistry.
  12. ↑ Vorkommen und Produktion mineralischer Rohstoffe - ein Ländervergleich. (PDF) Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, abgerufen am 22. Oktober 2015.
  13. ↑ Seltene Erden: Streit über Chinas Marktmacht geht in neue Runde. In: heise.de. Abgerufen am 22. Oktober 2015.
  14. ↑ Nadja Podbregar: Halbwertszeit von Samarium-146 bestimmt. 1. August 2024, abgerufen am 3. August 2024 (deutsch).
  15. ↑ Nadine M. Chiera, Peter Sprung, Yuri Amelin, Rugard Dressler, Dorothea Schumann, Zeynep Talip: The $$^{146}\text{Sm}$$ half-life re-measured: consolidating the chronometer for events in the early Solar System. In: Scientific Reports. Band 14, Nr. 1, 1. August 2024, S. 17436, doi:10.1038/s41598-024-64104-6.
  16. ↑ a b c d e Einmalig präzise: Neuer Wert für die Halbwertszeit von Samarium-146 | News & Events | PSI. 1. August 2024, abgerufen am 18. August 2024.
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