Samarium

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
Atomar
Atommasse	150,36(2) 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
Aggregatzustand	fest
Kristallstruktur	trigonal
Dichte	7,536 g/cm3 (25 °C)
Magnetismus	paramagnetisch (Χm = 1,2 · 10−3)
Schmelzpunkt	1345 K (1072 °C)
Siedepunkt	2173 K (1900 °C)
Molares Volumen	19,98 · 10−6 m3/mol
Verdampfungswärme	192 kJ/mol
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
Oxidationszustände	2, 3
Elektronegativität	1,17 (Pauling-Skala)
Isotope
Weitere Isotope siehe Liste der Isotope
NMR-Eigenschaften
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung Gefahr
H- und P-Sätze	H: 260
	P: 402+404
	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 Wassili Samarski-Bychowez 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

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

1853 wies der Schweizer Jean Charles Galissard de Marignac Samarium spektroskopisch anhand einer scharfen Absorptionslinie im Didymoxid nach. 1879 isolierte der Franzose Paul Émile 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 Samarski-Bychowez, der das Mineral entdeckte.
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.
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

Samarium in Ampulle unter Argongas

Samarium wird derzeit fast ausschließlich in China gewonnen.^[10]^[11]

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

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

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

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

Verwendung

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 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 nutzt man zur Sensibilisierung von (Leucht-)Phosphor für Bestrahlung mit infrarotem Licht.
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 ¹⁵³Samarium in Verbindung mit einem Bisphosphonat (Lexidronam) zur Behandlung von Knochenschmerzen bei Krebserkrankungen eingesetzt (Radionuklidtherapie bei Knochenmetastasen).

Verbindungen

Samarium(III)-oxid Sm₂O₃

Samarium(III)-sulfat Sm₂(SO₄)₃

Samarium-Cobalt Sm₂Co₇
Samarium-153-EDTMP

Einzelnachweise

↑ Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
↑ Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Samarium) entnommen.
↑ CIAAW, Standard Atomic Weights Revised 2013.
↑ N. N. Greenwood, A. Earnshaw: Chemie der Elemente. 1. Auflage. VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9, S. 1579.
↑ 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.
↑ ^6,0 ^6,1 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.
↑ Norikazu Kinoshita u. a.: A Shorter ¹⁴⁶Sm Half-Life Measured and Implications for ¹⁴⁶Sm-¹⁴²Nd Chronology in the Solar System. In: Science. Vol 335, Issue 6076, 30. März 2012, S. 1614–1617. (PDF; 4,3 MB) Literaturwerte bisher: 103 ± 5 · 10⁶a.
↑ ^8,0 ^8,1 Datenblatt Samarium (PDF) bei Merck, abgerufen am 26. April 2017.
↑ ^9,0 ^9,1 Chemistry in Its Element – Samarium, Royal Society of Chemistry.
↑ Vorkommen und Produktion mineralischer Rohstoffe - ein Ländervergleich. (PDF) Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, abgerufen am 22. Oktober 2015.
↑ Seltene Erden: Streit über Chinas Marktmacht geht in neue Runde. In: heise.de. Abgerufen am 22. Oktober 2015.