Samarium

Samarium - chemisches Zeichen Sm, Ordnungszahl 62 - ist ein silberglänzendes, ziemlich luftbeständiges, in zwei Modifikationen auftretendes, metallisches chemisches Element aus der Gruppe der Lanthanoide (Seltene Erden).

Die kommerzielle Hauptanwendung von Samarium liegt in Herstellung von Samarium-Cobalt-Magneten, deren Permanent-Magnetisierung nach Neodym-Magneten an zweiter Stelle steht. Samariumverbindungen können auf Grund des höheren Curie-Punkts der Legierung deutlich höheren Temperaturen von über 700 °C standhalten, ohne ihre magnetischen Eigenschaften zu verlieren.

Samariumsalze stimulieren den Stoffwechsel - es ist jedoch unklar, ob dies die Wirkung von Samarium oder anderen darin enthaltenen Lanthaniden ist. Die Gesamtmenge an Samarium bei Erwachsenen beträgt etwa 50 μg, hauptsächlich in Leber und Nieren, etwa 8 μg davon sind im Blut gelöst.

Samarium wird von Pflanzen nicht in messbaren Konzentrationen aufgenommen; daher ist das Seltenerdmetall normalerweise auch kein Bestandteil der menschlichen Ernährung. Unlösliche Salze von Samarium sind ungiftig und die löslichen sind nur geringfügig toxisch.

 

Übersicht: Allgemeine Daten zum Samarium

 

Das Sm-Atom - und damit das chemische Element Samarium - besitzt 62 positiv geladene Protonen im Atomkern und - im ungeladenen Samarium-Atom - die gleiche Anzahl an Elektronen in der Atomhülle.

Für Unterschiede bei den Atomkernen sorgen die Kernbausteine der Neutronen. Diese Atomsorten werden unter dem Begriff Samarium-Isotope zusammengefasst (Isotopen-Daten: siehe dort).

Die irdischen Samarium-Vorkommen bestehen aus einem Isotopengemisch aus vier verschiedenen Nukliden. Die relative Atommasse des Samariums wird mit 150,36(2) u angegeben.

 

Elektronenkonfiguration

Symbol

OZ

Kurzform

1s

2s

2p

3s

3p

3d

4s

4p

4d

4f

5s

5p

5d

5f

6s

6p

6d

6f

Sm

62

[Xe] 4f6 6s2

2

2

6

2

6

10

2

6

10

2

6

2

 

Ionisierungsenergien

Die folgende Tabelle listet die Bindungsenergien bzw. die Ionisierungsenergien IE des Samariums auf, also die erforderliche Energie in Elektronenvolt (eV), um ein bestimmtes Elektron von einem Sm-Atom zu trennen.

1. IE:

5,6437 eV

2. IE:

11,07 eV

3. IE:

23,4 eV

4. IE:

41,4 eV

5. IE:

eV

6. IE:

eV

 

Elektronenbindungsenergie

Die nachfolgende Tabelle listet die Elektronenbindungsenergien der einzelnen Samarium-Elektronen in den jeweiligen Orbitalen auf. Die Werte sind in Elektronenvolt (eV) angegeben.

K	LI	LII	LIII
1s	2s	2p1/2	2p3/2
46834	7737	7312	6716

 

MI	MII	MIII	MIV	MV
3s	3p1/2	3p3/2	3d3/2	3d5/2
1723	1541	1420	1110,9	1083,4

 

NI	NII	NIII	NIV	NV	NVI	NVII
4s	4p1/2	4p3/2	4d3/2	4d5/2	4f5/2	4f7/2
347,2	265,6	247,4	129	129	5,2	5,2

 

OI	OII	OIII	OIV	OV
5s	5p1/2	5p3/2	5d3/2	5d5/2
37,4	21,3	21,3

 

Weitere Daten

 

Spektrallinien des Samariums

Die nachfolgende Abbildung zeigt ein Emissionsspektrum des Samariums mit den charakteristischen Spektrallinien im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 400 und 700 nm:

 

 

Frisch zubereitete Samarium-Oberflächen zeigen einen silbrigen Glanz. An der Luft bei Raumtemperatur oxidiert das Metall langsam; es entzündet sich spontan bei 150 °C.

Samarium ist ziemlich elektropositiv und reagiert langsam mit kaltem Wasser und schneller mit heißem Wasser unter Bildung von Samariumhydroxid.

Die beständigste Oxidationsstufe der Samarium-Verbindungen ist - wie bei allen Lanthanoiden - +III. Darüber hinaus ist eines der wenigen Lanthaniden, die die Oxidationsstufe +2 aufweisen können.

 

Chemische Daten

 

Standardpotentiale

Normalpotential des Samariums:

E0 (V)	Nox	Name Ox.	Ox.	e-	⇔	Red.	Name Red.	Nox
-2,68	+ II	Samarium(II)-Kation	Sm2+	+ 2 e-	⇔	Sm (s)	Samarium	0
-2,304	+ III	Samarium(III)-Kation	Sm3+	+ 3 e-	⇔	Sm (s)	Samarium	0
-1,55	+ III	Samarium(III)-Kation	Sm3+	+ e-	⇔	Sm2+	Samarium(II)-Kation	+ II

 

Die nachfolgende Übersicht führt einige physikalische Daten sowie Materialeigenschaften des reinen, elementaren Samarium-Metalls auf.

 

Unter normalen Umgebungsbedingungen nimmt das Samarium eine rhomboedrische Struktur an, die als α-Sm bezeichnet wird. Beim Erhitzen auf 731 °C ändert sich die Kristallsymmetrie in eine hexagonal dichte Packung (hcp), die Übergangstemperatur hängt jedoch von der Metallreinheit ab. Durch weiteres Erhitzen auf 922 ° C wird das Metall in eine kubisch-raumzentrierten Phase (bcc) umgewandelt.

Das Erhitzen auf 300 °C in Kombination mit einer Kompression auf 40 kbar führt zu einer doppelt hexagonal dicht gepackten Struktur (dhcp). Das Anlegen eines noch höheren Drucks in der Größenordnung von Hunderten oder Tausenden von Kilobar induziert eine Reihe von Phasenumwandlungen, insbesondere mit einer tetragonalen Phase, die bei etwa 900 kbar auftritt. Auch Dünnschichten, die durch Aufdampfen von Samarium erhalten werden, können als hcp oder dhcp- Phasen unter normalen Umgebungsbedingungen vorliegen.

Samarium ist bei Raumtemperatur paramagnetisch. Das entsprechende effektive magnetische Momente liegt unter 2μ_B und ist nach Lanthan und Lutetium das niedrigste unter den Lanthanoiden. Samarium wandelt sich beim Abkühlen auf 14,8 K in einen antiferromagnetischen Zustand um.

 

Mit einer durchschnittlichen Konzentration von etwa 8 ppm steht Samarium an 40. Stelle der Häufigkeiten der chemischen Elemente in der Erdkruste. Es ist das fünfthäufigste Lanthanoid und häufiger als Zinn. Die Samariumkonzentration in Böden variiert zwischen 2 und 23 ppm; die Ozeane enthalten etwa 0,5 bis 0,8 Teile pro Billion.

Samarium kommt nicht als freies Metall in der Natur vor, ist aber - wie andere Seltenerdelemente - in vielen Mineralien als Begleiter enthalten, darunter Monazit, Bastnäsit, Cerit , Gadolinit und Samarskit. Monazit (Samarium-Konzentration von bis zu 2,8%) und Bastnäsit werden meist als kommerzielle Quellen verwendet. Mit Abstand größter Produzent ist derzeit China; daneben gibt es Vorkommen in den USA, Brasilien, Indien, Sri Lanka und Australien.

 

(Allgemeine Hinweise ohne Gewähr auf Richtigkeit und Vollständigkeit)

H228 - Entzündbarer Feststoff.
H261 - In Berührung mit Wasser entstehen entzündbare Gase.

Quelle: Echa Substanz-Info 100.028.298.

 

[1] - Stanislav Strekopytov:
Salute to samarium.
In: Nature Chemistry, 2016, DOI 10.1038/nchem.2565, open access.

 

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Gruppenelemente - Informationen

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Einzelne Verbindungen

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Geochemie und Biogeochemie

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Dissertationen

 

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Kategorie: Chemische Elemente

Aktualisiert am 16.04.2020.

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