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Jul 09, 2023

Professor Haningtons Speaking of Science: Das Seltene

Samarium ist das nächste zu untersuchende Element auf unserer Liste, direkt nach dem radioaktiven Promethium, das wir vor zwei Wochen untersucht haben. 1879 vom französischen Chemiker Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran entdeckt, Samarium

Samarium ist das nächste zu untersuchende Element auf unserer Liste, direkt nach dem radioaktiven Promethium, das wir vor zwei Wochen untersucht haben. Samarium wurde 1879 vom französischen Chemiker Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran entdeckt und nach dem Mineral Samarskit benannt, einer radioaktiven Mineralreihe seltener Erden, deren chemische Zusammensetzung die chemische Formel (YFe3+Fe2+U,Th,Ca)2(Nb,Ta) hat. 2O8.

Das Mineral selbst wurde nach einem russischen Minenbeamten, Oberst Vassili Samarsky-Bykhovets, benannt, der damit der erste Mensch war, der ein chemisches Element nach ihm benannte, obwohl man sagen kann, dass dies indirekt geschah, das nächste war Gadolinium, benannt nach Finnisch Mineralogen Johan Gadolin im Jahr 1886.

Samarium ist ein mäßig hartes silbriges Metall, das ähnlich wie alle von uns behandelten Seltenen Erden langsam an der Luft oxidiert. Als typisches Mitglied der Lanthanoidreihe hat Samarium normalerweise die Oxidationsstufe +3. Samarium ist das 40. häufigste Element in der Erdkruste und kommt häufiger vor als Metalle wie Zinn. Es kommt in Konzentrationen von bis zu 2,8 % in mehreren Mineralien vor, darunter im Haupterz von Cer, Cerit. Bei sehr wenigen Mineralien ist Samarium das vorherrschende Element, möglicherweise bildet das brasilianische Mineral Florencit eine Ausnahme. Darüber hinaus kommt Samarium normalerweise in Monazit und Bastnäsit vor, zusammen mit anderen Seltenerdelementen, den häufigsten kommerziellen Quellen des Elements. Beide Mineralien kommen hauptsächlich in China vor, obwohl auch die Vereinigten Staaten einige davon produzieren. Eine große aktive Mine am Mountain Pass ist von der Interstate 15 aus zu sehen, kurz hinter Primm, nachdem Sie die kalifornische Grenze überquert haben.

Samarium wird hauptsächlich als Legierung mit Kobalt verwendet, um Magnete herzustellen, die fast so stark sind wie solche aus Neodym, aber deutlich höheren Temperaturen über 700 °C standhalten können, ohne ihre permanentmagnetischen Eigenschaften zu verlieren. Samarium hat eine ähnliche Härte und Dichte wie Zink und einen niedrigen Siedepunkt von nur 1.794 °C, was die Trennung von seinen Erzen erleichtert. Es ist außerdem paramagnetisch, das heißt, es wird nur schwach von den Polen eines Magneten angezogen, wenn auch nicht so stark wie Eisen, das tatsächlich ferromagnetisch ist.

An der Luft oxidiert Samarium bei Raumtemperatur langsam und beginnt bei 150 °C spontan zu brennen, wenn der Oxidationsprozess außer Kontrolle gerät. Auch bei Lagerung unter Mineralöl läuft das Metall gelb an. Etwa das einzige metallische Aussehen einer Probe kann erhalten bleiben, indem man sie in einer Glasampulle unter einem Inertgas wie Argon versiegelt.

Es gibt sieben natürlich vorkommende Samarium-Isotope, wobei Sm-152 mit 26,8 % am häufigsten vorkommt. Zwei der Isotope sind leicht radioaktiv und weisen enorme Halbwertszeiten auf: Sm-147 beträgt 1,06E11 Jahre und Sm-148 sogar 7E15 Jahre.

Die Halbwertszeiten von Samarium können in einem Prozess namens Samarium-Neodym-Datierung sinnvoll genutzt werden, einer Technik zur Bestimmung des Alters von Gesteinen und Meteoriten. Basierend auf dem Alpha-Zerfall des langlebigen Samarium-Isotops Sm-147 zum stabilen Neodym-Isotop Nd-143 entwickelt sich das Verhältnis der in einer Probe vorhandenen Elemente in einer Weise, die vom neuen Verhältnis von Samarium zu Neodym im Krustenmaterial abhängt im Gegensatz dazu im Mantelmaterial. Wissenschaftler sagen, dass die Samarium-Neodym-Datierung es ermöglicht, festzustellen, wann das Krustenmaterial gebildet wurde.

Samarium hat auch andere Verwendungsmöglichkeiten. Das Radioisotop Sm-153 (hergestellt in einem Reaktor) ist der aktive Bestandteil des Arzneimittels Samarium Lexidronam, manchmal auch Quadramet genannt, und wird zur Abtötung von Krebszellen zur Behandlung von Lungenkrebs, Prostatakrebs, Brustkrebs und Osteosarkom eingesetzt, da es Beta abgibt Partikel. Anstatt Emissionen abzugeben, kann das Isotop Sm-149 diese auch absorbieren und wird als wirksamer Neutronenabsorber in Steuerstäben von Kernreaktoren eingesetzt, da es weniger „vergiftet“ ist als Bor- oder Cadmiumstäbe.

Wie bereits erwähnt, besteht die wichtigste Verwendung von Samarium in der Herstellung von Magneten, die nominell aus SmCo5 oder Sm2Co17 bestehen. Diese Technologie wurde in den frühen 1960er Jahren auf der Grundlage von Arbeiten von Karl Strnat auf der Wright-Patterson Air Force Base entwickelt. Da sie fast so stark sind wie Neodym-Magnete, werden sie normalerweise in kleinen Motoren, Kopfhörern und hochwertigen magnetischen Tonabnehmern für Gitarren und andere Musikinstrumente verwendet, da sie der Entmagnetisierung besser widerstehen, wenn sie mechanischen Stößen ausgesetzt werden. Wenn Sie einen E-Gitarren-Tonabnehmer namens Samarium Cobalt Noiseless Pickup sehen, können Sie Ihren Freunden erzählen, was Sie jetzt über das Element wissen.

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Gary Hanington ist emeritierter Professor für Physik am Great Basin College und Chefwissenschaftler am AHV. Er kann unter [email protected] und [email protected] erreicht werden.

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