Samarium

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Eigenschaften
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl Samarium, Sm, 62
Serie Lanthanoide
Gruppe, Periode, Block La, 6, f
Aussehen silbrig weiß
CAS-Nummer 7440-19-9
Massenanteil an der Erdhülle 6 ppm[1]
Atomar [2]
Atommasse 150,36(2)[3] u
Atomradius (berechnet) 185 (238) pm
Kovalenter Radius 198 pm
Elektronenkonfiguration [Xe] 4f6 6s2
1. Ionisierungsenergie 544,5 kJ/mol
2. Ionisierungsenergie 1070 kJ/mol
3. Ionisierungsenergie 2260 kJ/mol
Physikalisch [2]
Aggregatzustand fest
Kristallstruktur trigonal
Dichte 7,536 g/cm3 (25 °C)[4]
Magnetismus paramagnetisch (\chi_{m} = 1,2 · 10−3)[5]
Schmelzpunkt 1345 K (1072 °C)
Siedepunkt 2173 K[6] (1900 °C)
Molares Volumen 19,98 · 10−6 m3/mol
Verdampfungswärme 192 kJ/mol[6]
Schmelzwärme 8,6 kJ/mol
Schallgeschwindigkeit 2130 m/s bei 293,15 K
Elektrische Leitfähigkeit 1,06 · 106 A/(V · m)
Wärmeleitfähigkeit 13 W/(m · K)
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.}

68 ± 9 · 106 a[7] α 2,529 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 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 [8]
02 – Leicht-/Hochentzündlich

Gefahr

H- und P-Sätze H: 260
P: 402+404 [8]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Samarium (nach dem Mineral Samarskit, das vom deutschen Mineralogen Heinrich Rose nach dem russischen Bergbauingenieur Wasili M. Samarski benannt wurde)[9] 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.[9]

Geschichte[Bearbeiten]

Zur Entdeckung des Samariums gibt es in der Literatur mehrere Darstellungen.

  1. 1853 wies der Schweizer Jean Charles Galissard de Marignac Samarium spektroskopisch anhand einer scharfen Absorptionslinie im Didymoxid nach. 1879 isolierte der Franzose Paul Emile Lecoq de Boisbaudran das Element aus dem Mineral Samarskit ((Y,Ce,U,Fe)3(Nb,Ta,Ti)5O16). Mineral- und Elementbezeichnung leiten sich ab von dem russischen Berginspektor (Bergbaubeamten) Oberst Samarsky, der das Mineral entdeckte.
  2. 1878 entdeckt der schweizerische Chemiker Marc Delafontaine Samarium, das er Decipum nennt, im Didymiumoxid. 1879 entdeckt unabhängig von ihm Paul Emile Lecoq de Boisbaudran Samarium. 1881 zeigt 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 Paul Emile Lecoq de Boisbaudran gemacht.

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

Vorkommen[Bearbeiten]

Samarium in Ampulle unter Argongas

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[Bearbeiten]

Ausgehend vom Monazit oder Bastnäsit werden Seltene Erden 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[Bearbeiten]

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.

Isotope[Bearbeiten]

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

Verwendung[Bearbeiten]

  • Zusammen mit anderen Seltenen Erden 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 unvermeidliches 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 nutzt man zur Sensibilisierung von (Leucht-) Phosphor bei Bestrahlung mit infrarotem Licht.
  • Als Katalysator; Samariumoxid katalysiert die Hydrierung und Dehydrierung von Ethanol (Alkohol).
  • In der Medizin wird das Isotop 153Samarium in Verbindung mit einem Bisphosphonat (Lexidronam) zur Behandlung von Knochenschmerzen bei Krebserkrankungen eingesetzt (Radionuklidtherapie bei Knochenmetastasen).
  • 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.

Verbindungen[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  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. N. N. Greenwood, A. Earnshaw: Chemie der Elemente, 1. Auflage, VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9, S. 1579.
  5. Weast, Robert C. (ed. in chief): CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990. Seiten E-129 bis E-145. ISBN 0-8493-0470-9. Werte dort sind auf g/mol bezogen und in cgs-Einheiten angegeben. Der hier angegebene Wert ist der daraus berechnete maßeinheitslose SI-Wert.
  6. 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.
  7. Norikazu Kinoshita et al. (2012) (PDF; 4,3 MB) Literaturwerte bisher: 103 ± 5 · 106a
  8. a b c Datenblatt Samarium (PDF) bei Merck, abgerufen am 7. September 2012.
  9. a b Chemistry in Its Element – Samarium, Royal Society of Chemistry.

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Samarium – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
 Wiktionary: Samarium – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen