El samario es un elemento químico ; tiene símbolo Sm y número atómico 62. Es un metal plateado moderadamente duro que se oxida lentamente en el aire. Al ser un miembro típico de la serie de los lantánidos , el samario suele tener el estado de oxidación +3. También se conocen compuestos de samario (II), en particular el monóxido SmO, los monocalcogenuros SmS, SmSe y SmTe, así como el yoduro de samario (II) .
Descubierto en 1879 por el químico francés Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran , el samario recibió su nombre del mineral samarskita del que se aisló. El mineral en sí lleva el nombre de un funcionario minero ruso, el coronel Vassili Samarsky-Bykhovets , quien se convirtió así en la primera persona en tener un elemento químico con su nombre, aunque sea de forma indirecta.
El samario es el elemento número 40 más abundante en la corteza terrestre y más común que metales como el estaño . Ocurre en concentraciones de hasta el 2,8% en varios minerales, incluidos cerita , gadolinita , samarskita, monacita y bastnäsita , siendo las dos últimas las fuentes comerciales más comunes del elemento. Estos minerales se encuentran principalmente en China, Estados Unidos, Brasil, India, Sri Lanka y Australia; China es, con diferencia, el líder mundial en extracción y producción de samario.
El principal uso comercial del samario es en los imanes de samario-cobalto , [8] que tienen una magnetización permanente superada sólo por los imanes de neodimio ; sin embargo, los compuestos de samario pueden soportar temperaturas significativamente más altas, superiores a 700 °C (1292 °F), sin perder sus propiedades magnéticas permanentes. El radioisótopo samario-153 es el componente activo del fármaco samario ( 153 Sm) lexidronam (Quadramet), que mata las células cancerosas en el cáncer de pulmón , el cáncer de próstata , el cáncer de mama y el osteosarcoma . Otro isótopo, el samario-149 , es un fuerte absorbente de neutrones y por eso se añade a las barras de control de los reactores nucleares . También se forma como producto de desintegración durante la operación del reactor y es uno de los factores importantes considerados en el diseño y operación del reactor. Otros usos del samario incluyen la catálisis de reacciones químicas , la datación radiactiva y los láseres de rayos X. El yoduro de samario (II), en particular, es un agente reductor común en la síntesis química .
El samario no tiene ningún papel biológico; Algunas sales de samario son ligeramente tóxicas. [9]
El samario es un elemento de tierras raras con una dureza y densidad similar al zinc . Con un punto de ebullición de 1.794 °C (3.261 °F), el samario es el tercer lantánido más volátil después del iterbio y el europio y comparable a este respecto con el plomo y el bario ; esto ayuda a separar el samario de sus minerales. [10] [11] Cuando está recién preparado, el samario tiene un brillo plateado y adquiere una apariencia más apagada cuando se oxida en el aire. Se calcula que el samario tiene uno de los radios atómicos más grandes de los elementos; Con un radio de 238 pm, solo el potasio , el praseodimio , el bario , el rubidio y el cesio son más grandes. [12]
En condiciones ambientales, el samario tiene una estructura romboédrica (forma α). Al calentarse a 731 °C (1348 °F), la simetría de su cristal cambia a hexagonal compacto ( hcp ); Tiene una temperatura de transición real que depende de la pureza del metal. Un calentamiento adicional a 922 °C (1692 °F) transforma el metal en una fase cúbica centrada en el cuerpo ( bcc ). El calentamiento a 300 °C (572 °F) más la compresión a 40 kbar da como resultado una estructura compacta de doble hexágono ( dhcp ). Una presión más alta del orden de cientos o miles de kilobares induce una serie de transformaciones de fase, en particular con una fase tetragonal que aparece a aproximadamente 900 kbar. [13] En un estudio, la fase dhcp podría producirse sin compresión, utilizando un régimen de recocido sin equilibrio con un rápido cambio de temperatura entre aproximadamente 400 °C (752 °F) y 700 °C (1292 °F), lo que confirma el carácter transitorio. de esta fase de samario. Las películas delgadas de samario obtenidas por deposición de vapor pueden contener las fases hcp o dhcp en condiciones ambientales. [13]
El samario y su sesquióxido son paramagnéticos a temperatura ambiente. Sus correspondientes momentos magnéticos efectivos, por debajo de 2 magnetones de Bohr , son los terceros más bajos entre los lantánidos (y sus óxidos) después del lantano y el lutecio. El metal se transforma a un estado antiferromagnético al enfriarse a 14,8 K. [14] [15] Los átomos individuales de samario se pueden aislar encapsulándolos en moléculas de fullereno . [16] También se pueden intercalar en los intersticios del C 60 en masa para formar una solución sólida de composición nominal Sm 3 C 60 , que es superconductora a una temperatura de 8 K. [17] Dopaje con samario de superconductores a base de hierro – una clase de superconductor de alta temperatura : aumenta su transición a la temperatura de conductividad normal hasta 56 K, el valor más alto alcanzado hasta ahora en esta serie. [18]
En el aire, el samario se oxida lentamente a temperatura ambiente y se enciende espontáneamente a 150 °C (302 °F). [9] [11] Incluso cuando se almacena bajo aceite mineral , el samario se oxida gradualmente y desarrolla un polvo amarillo grisáceo de la mezcla de óxido e hidróxido en la superficie. La apariencia metálica de una muestra se puede conservar sellándola bajo un gas inerte como el argón .
El samario es bastante electropositivo y reacciona lentamente con agua fría y rápidamente con agua caliente para formar hidróxido de samario: [19]
El samario se disuelve fácilmente en ácido sulfúrico diluido para formar soluciones que contienen iones Sm(III) de color amarillo [20] a verde pálido, que existen como complejos [Sm(OH 2 ) 9 ] 3+ : [19]
El samario es uno de los pocos lantánidos con un estado de oxidación +2 relativamente accesible, junto con Eu e Yb. [21] Los iones Sm 2+ son de color rojo sangre en solución acuosa. [22]
El óxido de samario más estable es el sesquióxido Sm 2 O 3 . Como muchos compuestos de samario, existe en varias fases cristalinas. La forma trigonal se obtiene mediante un enfriamiento lento de la masa fundida. El punto de fusión del Sm 2 O 3 es alto (2345 °C), por lo que normalmente no se funde mediante calentamiento directo, sino por calentamiento por inducción , a través de una bobina de radiofrecuencia. Los cristales de Sm 2 O 3 de simetría monoclínica se pueden cultivar mediante el método de fusión por llama ( proceso Verneuil ) a partir de polvo de Sm 2 O 3 , que produce bolas cilíndricas de hasta varios centímetros de largo y aproximadamente un centímetro de diámetro. Las bolas son transparentes cuando están puras y sin defectos y de color naranja en caso contrario. Calentar el trigonal metaestable Sm 2 O 3 a 1900 °C (3450 °F) lo convierte en la fase monoclínica más estable. [25] También se ha descrito el Sm 2 O 3 cúbico . [26]
El samario es uno de los pocos lantánidos que forman un monóxido, SmO. Este brillante compuesto de color amarillo dorado se obtuvo reduciendo Sm 2 O 3 con samario metálico a alta temperatura (1000 °C) y una presión superior a 50 kbar; la reducción de la presión dio como resultado una reacción incompleta. SmO tiene una estructura reticular cúbica de sal gema. [24] [44]
El samario forma un sulfuro , seleniuro y telururo trivalentes . Se conocen calcogenuros divalentes SmS, SmSe y SmTe con una estructura cristalina cúbica de sal de roca. Estos calcogenuros se convierten de un estado semiconductor a un estado metálico a temperatura ambiente tras la aplicación de presión. [45] Mientras que la transición es continua y ocurre entre 20 y 30 kbar en SmSe y SmTe, es abrupta en SmS y requiere solo 6,5 kbar. Este efecto da como resultado un espectacular cambio de color en SmS de negro a amarillo dorado cuando sus cristales de películas se rayan o pulen. La transición no cambia la simetría de la red, pero hay una fuerte disminución (~15%) en el volumen del cristal. [46] Presenta histéresis , es decir, cuando se libera la presión, el SmS vuelve al estado semiconductor a una presión mucho más baja de aproximadamente 0,4 kbar. [9] [47]
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El samario metálico reacciona con todos los halógenos , formando trihaluros: [48]
Su reducción adicional con metales de samario, litio o sodio a temperaturas elevadas (alrededor de 700 a 900 °C) produce los dihaluros. [37] El diyoduro también se puede preparar calentando SmI 3 o haciendo reaccionar el metal con 1,2-diyodoetano en tetrahidrofurano anhidro a temperatura ambiente: [49]
Además de los dihaluros, la reducción también produce muchos haluros de samario no estequiométricos con una estructura cristalina bien definida, como Sm 3 F 7 , Sm 14 F 33 , Sm 27 F 64 , [36] Sm 11 Br 24 , Sm 5 Hab 11 y Sm 6 Hab 13 . [50]
Los haluros de samario cambian sus estructuras cristalinas cuando un tipo de anión haluro se sustituye por otro, lo cual es un comportamiento poco común para la mayoría de los elementos (por ejemplo, actínidos). Muchos haluros tienen dos fases cristalinas principales para una composición, una que es significativamente más estable y otra metaestable. Este último se forma por compresión o calentamiento, seguido de enfriamiento a condiciones ambientales. Por ejemplo, comprimir el diyoduro de samario monoclínico habitual y liberar la presión da como resultado una estructura ortorrómbica de tipo PbCl 2 (densidad 5,90 g/cm 3 ), [51] y un tratamiento similar da como resultado una nueva fase de triyoduro de samario (densidad 5,97 g/cm 3 ). cm3 ) . [52]
La sinterización de polvos de óxido de samario y boro, al vacío, produce un polvo que contiene varias fases de boruro de samario; la relación entre estas fases se puede controlar mediante la proporción de mezcla. [53] El polvo se puede convertir en cristales más grandes de boruros de samario utilizando técnicas de fusión por arco o de fusión por zonas , dependiendo de las diferentes temperaturas de fusión/cristalización de SmB 6 (2580 °C), SmB 4 (aproximadamente 2300 °C) y SmB 66. (2150°C). Todos estos materiales son sólidos duros, quebradizos y de color gris oscuro, cuya dureza aumenta con el contenido de boro. [32] El diboruro de samario es demasiado volátil para producirse con estos métodos y requiere alta presión (alrededor de 65 kbar) y bajas temperaturas entre 1140 y 1240 °C para estabilizar su crecimiento. El aumento de la temperatura da como resultado la formación preferencial de SmB 6 . [30]
El hexaboruro de samario es un compuesto típico de valencia intermedia donde el samario está presente como iones Sm 2+ y Sm 3+ en una proporción de 3:7. [53] Pertenece a una clase de aisladores Kondo ; a temperaturas superiores a 50 K, sus propiedades son típicas de un metal Kondo, con una conductividad eléctrica metálica caracterizada por una fuerte dispersión de electrones, mientras que a temperaturas más bajas, se comporta como un aislante no magnético con una banda prohibida estrecha de aproximadamente 4 a 14 meV . [54] La transición metal-aislante inducida por el enfriamiento en SmB 6 va acompañada de un fuerte aumento en la conductividad térmica , alcanzando un máximo de aproximadamente 15 K. La razón de este aumento es que los electrones en sí no contribuyen a la conductividad térmica a bajas temperaturas. , que está dominado por fonones , pero la disminución en la concentración de electrones reduce la tasa de dispersión de electrones y fonones. [55]
Los carburos de samario se preparan fundiendo una mezcla de grafito y metal en una atmósfera inerte. Después de la síntesis, son inestables en el aire y deben estudiarse en atmósfera inerte. [34] El monofosfuro de samario SmP es un semiconductor con una banda prohibida de 1,10 eV, la misma que en el silicio , y una conductividad eléctrica de tipo n . Se puede preparar recociendo a 1100 °C (2010 °F) una ampolla de cuarzo evacuada que contiene polvos mixtos de fósforo y samario. El fósforo es muy volátil a altas temperaturas y puede explotar, por lo que la velocidad de calentamiento debe mantenerse muy por debajo de 1 °C/min. [42] Se adopta un procedimiento similar para el monarseniuro SmAs, pero la temperatura de síntesis es mayor, 1.800 °C (3.270 °F). [43]
Se conocen numerosos compuestos binarios cristalinos del samario y de uno de los elementos X del grupo 14, 15 o 16, donde X es Si, Ge, Sn, Pb, Sb o Te, y las aleaciones metálicas de samario forman otro gran grupo. Todos ellos se preparan recociendo polvos mezclados de los elementos correspondientes. Muchos de los compuestos resultantes no son estequiométricos y tienen composiciones nominales Sm a X b , donde la relación b/a varía entre 0,5 y 3. [56] [57]
El samario forma un ciclopentadienuro Sm(C 5 H 5 ) 3 y sus cloroderivados Sm(C 5 H 5 ) 2 Cl y Sm(C 5 H 5 )Cl 2 . Se preparan haciendo reaccionar tricloruro de samario con NaC 5 H 5 en tetrahidrofurano . A diferencia de los ciclopentadienuros de la mayoría de los otros lantánidos, en Sm(C 5 H 5 ) 3 algunos anillos de C 5 H 5 se unen entre sí formando vértices de anillo η 1 o bordes η 2 hacia otro samario vecino, creando así cadenas poliméricas. [22] El cloroderivado Sm(C 5 H 5 ) 2 Cl tiene una estructura dímera, que se expresa con mayor precisión como (η( 5 )−C 5 H 5 ) 2 Sm(−Cl) 2 (η( 5 )−C 5 H 5 ) 2 . Allí los puentes de cloro pueden sustituirse, por ejemplo, por átomos de yodo, hidrógeno o nitrógeno o por grupos CN . [58]
El ion ( C 5 H 5 ) − en los ciclopentadienuros de samario puede reemplazarse por el anillo indenuro ( C 9 H 7 ) − o ciclooctatetraenuro ( C 8 H 8 ) 2− , lo que da como resultado Sm(C 9 H 7 ) 3 o KSm( η( 8 )−C 8 H 8 ) 2 . Este último compuesto tiene una estructura similar al uranoceno . También hay un ciclopentadienuro de samario divalente, Sm(C 5 H 5 ) 2 , un sólido que se sublima a aproximadamente 85 °C (185 °F). A diferencia del ferroceno , los anillos C 5 H 5 en Sm(C 5 H 5 ) 2 no son paralelos sino que están inclinados 40°. [58] [59]
Una reacción de metátesis en tetrahidrofurano o éter da alquilos y arilos de samario: [58]
Aquí R es un grupo hidrocarbonado y Me = metilo .
El samario natural se compone de cinco isótopos estables : 144 Sm, 149 Sm, 150 Sm, 152 Sm y 154 Sm, y dos radioisótopos de vida extremadamente larga , 147 Sm (vida media t 1/2 = 1,06 × 1011 años) y 148 Sm (7 × 1015 años), siendo 152 Sm el más abundante ( 26,75% ). [7] Varias fuentes consideran que el 149 Sm es estable, [7] [60] pero algunas fuentes afirman que es radiactivo, [61] con un límite inferior para su vida media dado como2 × 10 15 años. [7] Se predice que algunos isótopos de samario observacionalmente estables se descompondrán en isótopos de neodimio . [62] Los isótopos de larga vida 146 Sm, 147 Sm y 148 Sm sufren desintegración alfa a isótopos de neodimio . Los isótopos inestables más ligeros del samario se desintegran principalmente por captura de electrones a prometio , mientras que los más pesados se desintegran beta a europio . [7] Los isótopos conocidos oscilan entre 129 Sm y 168 Sm. [7] [63] Las vidas medias de 151 Sm y 145 Sm son de 90 años y 340 días, respectivamente. Todos los radioisótopos restantes tienen vidas medias inferiores a 2 días, y la mayoría tienen vidas medias inferiores a 48 segundos. El samario también tiene doce isómeros nucleares conocidos , los más estables de los cuales son 141 m Sm ( vida media de 22,6 minutos), 143 m1 Sm ( t 1/2 = 66 segundos) y 139 m Sm ( t 1/2 = 10,7 segundos). [7] El samario natural tiene una radiactividad de 127 Bq /g, principalmente debido al 147 Sm, [64] que decae alfa a 143 Nd con una vida media de 1,06 × 1011 años y se utiliza en la datación con samario-neodimio . [65] [66] 146 Sm es un radionucleido extinto , con una vida media de 1,03 × 10 8 años. [67] Se han realizado búsquedas del samario-146 como un nucleido primordial , porque su vida media es lo suficientemente larga como para que pequeñas cantidades del elemento deberían persistir en la actualidad. [68] Puede utilizarse en la datación radiométrica. [69]
El samario-149 es un isótopo observacionalmente estable de samario (se prevé que se desintegrará, pero nunca se han observado desintegraciones, lo que le otorga una vida media al menos varios órdenes de magnitud más larga que la edad del universo), y un producto de la desintegración. cadena del producto de fisión 149 Nd (rendimiento 1,0888%). El 149 Sm es un producto de desintegración y un absorbente de neutrones en los reactores nucleares , con un efecto de veneno de neutrones que ocupa el segundo lugar en importancia para el diseño y funcionamiento de reactores, sólo superado por el 135 Xe . [70] [71] Su sección transversal de neutrones es de 41000 graneros para neutrones térmicos . [72] Debido a que el samario-149 no es radiactivo y no se elimina por desintegración, presenta problemas algo diferentes de los encontrados con el xenón-135. La concentración de equilibrio (y por lo tanto el efecto de envenenamiento) alcanza un valor de equilibrio durante las operaciones del reactor en aproximadamente 500 horas (aproximadamente tres semanas), y dado que el samario-149 es estable, su concentración permanece esencialmente constante durante la operación del reactor. [73]
Samario-153 es un emisor beta con una vida media de 46,3 horas. Se utiliza para destruir células cancerosas en cáncer de pulmón , cáncer de próstata , cáncer de mama y osteosarcoma . Para ello, el samario-153 se quela con fosfonato de etilendiaminotetrametileno ( EDTMP ) y se inyecta por vía intravenosa. La quelación evita la acumulación de samario radiactivo en el cuerpo, lo que provocaría una irradiación excesiva y la generación de nuevas células cancerosas. [9] El fármaco correspondiente tiene varios nombres, entre ellos samario ( 153 Sm) lexidronam ; su nombre comercial es Quadramet. [74] [75] [76]
Varios científicos anunciaron la detección de samario y elementos relacionados en la segunda mitad del siglo XIX; sin embargo, la mayoría de las fuentes dan prioridad al químico francés Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran . [77] [78] Boisbaudran aisló óxido y/o hidróxido de samario en París en 1879 del mineral samarskita ((Y,Ce,U,Fe) 3 (Nb,Ta,Ti) 5 O 16 ) e identificó un nuevo elemento en a través de líneas nítidas de absorción óptica. [11] El químico suizo Marc Delafontaine anunció un nuevo elemento decipium (del latín : decipiens que significa "engañoso, engañoso") en 1878, [79] [80] pero más tarde, en 1880-1881, demostró que era una mezcla de varios elementos, uno siendo idéntico al samario de Boisbaudran. [81] [82] Aunque la samarskita se encontró por primera vez en los Montes Urales en Rusia , a fines de la década de 1870 se había encontrado en otros lugares, lo que la puso a disposición de muchos investigadores. En particular, se descubrió que el samario aislado por Boisbaudran también era impuro y tenía una cantidad comparable de europio . El elemento puro no fue producido hasta 1901 por Eugène-Anatole Demarçay . [83] [84] [85] [86] [87]
Boisbaudran nombró a su elemento samario en honor al mineral samarskita, que a su vez honró a Vassili Samarsky-Bykhovets (1803-1870). Samarsky-Bykhovets, como Jefe de Estado Mayor del Cuerpo Ruso de Ingenieros de Minas, había concedido acceso a dos mineralogistas alemanes, los hermanos Gustav y Heinrich Rose , para estudiar las muestras minerales de los Urales. [88] [89] [90] El samario fue, por tanto, el primer elemento químico que recibió el nombre de una persona. [83] [91] La palabra samaria se utiliza a veces para referirse al óxido de samario (III), por analogía con la itria , la circona , la alúmina , la ceria , la holmia , etc. Se sugirió el símbolo Sm para el samario, pero a menudo se utilizaba una alternativa Sa. en cambio, hasta la década de 1920. [83] [92]
Antes de la llegada de la tecnología de separación por intercambio iónico en la década de 1950, el samario puro no tenía usos comerciales. Sin embargo, un subproducto de la purificación por cristalización fraccionada de neodimio fue una mezcla de samario y gadolinio que recibió el nombre de "Lindsay Mix" en honor a la empresa que la fabricó, y se utilizó para barras de control nuclear en algunos de los primeros reactores nucleares. [93] Hoy en día, un producto comercial similar lleva el nombre de concentrado de "samario-europio- gadolinio " (SEG). [91] Se prepara mediante extracción con disolventes a partir de lantánidos mixtos aislados de bastnäsita (o monacita). Dado que los lantánidos más pesados tienen más afinidad por el disolvente utilizado, se extraen fácilmente del volumen utilizando proporciones relativamente pequeñas de disolvente. No todos los productores de tierras raras que procesan bastnäsita lo hacen a una escala lo suficientemente grande como para continuar separando los componentes de SEG, que normalmente representa sólo entre el 1% y el 2% del mineral original. Por tanto, dichos productores fabrican SEG con vistas a comercializarlo entre los transformadores especializados. De esta manera, el valioso europio del mineral se rescata para utilizarlo en la producción de fósforo . La purificación del samario sigue a la eliminación del europio. A partir de 2012 [update], debido al exceso de oferta, el óxido de samario es más barato a escala comercial de lo que podría sugerir su relativa abundancia en el mineral. [94]
Con una concentración promedio de aproximadamente 8 partes por millón (ppm), el samario es el cuadragésimo elemento más abundante en la corteza terrestre. Es el quinto lantánido más abundante y tiene una concentración mayor que muchos otros elementos como el estaño (que tiene una concentración promedio de 2 ppm). La concentración de samario en los suelos varía entre 2 y 23 ppm, y los océanos contienen entre 0,5 y 0,8 partes por billón. [9] La distribución del samario en los suelos depende en gran medida de su estado químico y es muy poco homogénea: en suelos arenosos, la concentración de samario es aproximadamente 200 veces mayor en la superficie de las partículas del suelo que en el agua atrapada entre ellas, y esta proporción puede exceder los 1.000. en arcillas. [95]
El samario no se encuentra libre en la naturaleza, pero, al igual que otros elementos de tierras raras, está contenido en muchos minerales, entre ellos la monacita , la bastnäsita , la cerita , la gadolinita y la samarskita ; La monacita (en la que el samario se encuentra en concentraciones de hasta el 2,8%) [11] y la bastnäsita se utilizan principalmente como fuentes comerciales. Los recursos mundiales de samario se estiman en dos millones de toneladas ; se encuentran principalmente en China, EE. UU., Brasil, India, Sri Lanka y Australia, y la producción anual es de unas 700 toneladas. [9] Los informes de producción nacional generalmente se presentan para todos los metales de tierras raras combinados. China tiene con diferencia la mayor producción, con 120.000 toneladas extraídas al año; le siguen los Estados Unidos (alrededor de 5.000 toneladas) [95] y la India (2.700 toneladas). [96] El samario se vende normalmente como óxido, que a un precio de unos 30 dólares EE.UU./kg es uno de los óxidos de lantánido más baratos. [94] Mientras que el mischmetal (una mezcla de metales de tierras raras que contiene aproximadamente un 1% de samario) se ha utilizado durante mucho tiempo, sólo recientemente se ha aislado samario relativamente puro, mediante procesos de intercambio iónico , técnicas de extracción con disolventes y deposición electroquímica . El metal suele prepararse mediante electrólisis de una mezcla fundida de cloruro de samario (III) con cloruro de sodio o cloruro de calcio . El samario también se puede obtener reduciendo su óxido con lantano . Luego, el producto se destila para separar el samario (punto de ebullición 1794 °C) y el lantano (pe 3464 °C). [78]
En muy pocos minerales el samario es el elemento más dominante. Los minerales con samario esencial (dominante) incluyen monacita-(Sm) y florencita-(Sm) . Estos minerales son muy raros y suelen encontrarse conteniendo otros elementos, normalmente cerio o neodimio . [97] [98] [99] [100] El samario-151 se produce en la fisión nuclear de uranio con un rendimiento de aproximadamente el 0,4% de todas las fisiones. También se produce mediante la captura de neutrones por el samario-149, que se añade a las barras de control de los reactores nucleares. Por tanto, 151 Sm está presente en el combustible nuclear gastado y en los residuos radiactivos. [95]
Un uso importante del samario son los imanes de samario-cobalto , que nominalmente son SmCo 5 o Sm 2 Co 17 . Tienen una alta magnetización permanente, unas 10.000 veces mayor que la del hierro y sólo superada por los imanes de neodimio . Sin embargo, los imanes de samario resisten mejor la desmagnetización; son estables a temperaturas superiores a 700 °C (1292 °F) (cf. 300–400 °C para los imanes de neodimio). Estos imanes se encuentran en pequeños motores, auriculares y pastillas magnéticas de alta gama para guitarras e instrumentos musicales relacionados. [9] Por ejemplo, se utilizan en los motores de un avión eléctrico impulsado por energía solar , el Solar Challenger , y en las pastillas de bajo y guitarra eléctrica Samarium Cobalt Noiseless .
El samario y sus compuestos son importantes como catalizadores y reactivos químicos . Los catalizadores de samario ayudan a la descomposición de plásticos, a la decloración de contaminantes como los bifenilos policlorados (PCB), así como a la deshidratación y deshidrogenación del etanol. [11] El triflato de samario (III) Sm(OTf) 3 , es decir Sm(CF 3 SO 3 ) 3 , es uno de los catalizadores ácidos de Lewis más eficientes para una reacción de Friedel-Crafts con alquenos promovida por halógeno. [101] El yoduro de samario (II) es un agente reductor y acoplador muy común en la síntesis orgánica , por ejemplo en reacciones de desulfonilación ; anulación ; Síntesis totales de Danishefsky , Kuwajima , Mukaiyama y Holton Taxol ; síntesis total de estricnina ; "Reacción de Barbier y otras reducciones con yoduro de samario (II) ". [102]
En su forma oxidada habitual, el samario se añade a la cerámica y al vidrio, donde aumenta la absorción de luz infrarroja. Como parte (menor) del mischmetal , el samario se encuentra en los dispositivos de encendido de " pedernal " de muchos encendedores y antorchas. [9] [11]
El samario-149 tiene una sección transversal elevada para la captura de neutrones (41.000 graneros ) y por eso se utiliza en barras de control de reactores nucleares . Su ventaja en comparación con materiales de la competencia, como el boro y el cadmio, es la estabilidad de la absorción: la mayoría de los productos de fusión del 149 Sm son otros isótopos de samario que también son buenos absorbentes de neutrones . Por ejemplo, la sección transversal del samario-151 es de 15.000 graneros, del orden de cientos de graneros para 150 Sm, 152 Sm y 153 Sm, y 6.800 graneros para el samario natural (isótopo mixto). [11] [95] [103]
Se utilizaron cristales de fluoruro de calcio dopados con samario como medio activo en uno de los primeros láseres de estado sólido diseñados y construidos por Peter Sorokin (coinventor del láser de colorante ) y Mirek Stevenson en los laboratorios de investigación de IBM a principios de 1961. Este láser de samario Dio pulsos de luz roja a 708,5 nm. Tenía que enfriarse con helio líquido y por eso no encontró aplicaciones prácticas. [104] [105] Otro láser basado en samario se convirtió en el primer láser de rayos X saturado que opera en longitudes de onda inferiores a 10 nanómetros. Dio pulsos de 50 picosegundos a 7,3 y 6,8 nm adecuados para usos en holografía , microscopía de alta resolución de especímenes biológicos, deflectometría, interferometría y radiografía de plasmas densos relacionados con la fusión por confinamiento y la astrofísica . El funcionamiento saturado significó que se extrajo la máxima potencia posible del medio láser, lo que dio como resultado un pico de energía alto de 0,3 mJ. El medio activo era plasma de samario producido irradiando vidrio recubierto de samario con un láser de vidrio Nd infrarrojo pulsado (longitud de onda ~ 1,05 μm). [106]
En 2007 se demostró que el BaFCl:Sm 3+ nanocristalino preparado por coprecipitación puede servir como un fósforo de almacenamiento de rayos X muy eficiente . [107] La coprecipitación conduce a nanocristalitos del orden de 100 a 200 nm de tamaño y su sensibilidad como fósforos de almacenamiento de rayos X aumenta unas notables ~500.000 veces debido a las disposiciones específicas y la densidad de los centros de defectos en comparación con los microcristalinos. Muestras preparadas por sinterización a alta temperatura. [108] El mecanismo se basa en la reducción de Sm 3+ a Sm 2+ atrapando electrones que se crean tras la exposición a radiación ionizante en el huésped BaFCl. Las líneas de luminiscencia 5 D J - 7 F J f – f se pueden excitar de manera muy eficiente mediante la paridad permitida 4f 6 →4f 5 5d transición a ~417 nm. Esta última longitud de onda es ideal para una excitación eficiente mediante diodos láser azul-violeta, ya que la transición es un dipolo eléctrico permitido y, por lo tanto, relativamente intensa (400 L/(mol⋅cm)). [109] El fósforo tiene aplicaciones potenciales en dosimetría personal, dosimetría e imágenes en radioterapia e imágenes médicas. [110]
Las sales de samario estimulan el metabolismo, pero no está claro si esto se debe al samario o a otros lantánidos presentes en ellas. La cantidad total de samario en adultos es de aproximadamente 50 μg , principalmente en el hígado y los riñones y ~8 μg/L disueltos en la sangre. Las plantas no absorben el samario en una concentración mensurable y, por lo tanto, normalmente no forma parte de la dieta humana. Sin embargo, algunas plantas y vegetales pueden contener hasta 1 parte por millón de samario. Las sales insolubles de samario no son tóxicas y las solubles son sólo ligeramente tóxicas. [9] [124] Cuando se ingiere, sólo el 0,05% de las sales de samario se absorben en el torrente sanguíneo y el resto se excreta. De la sangre, el 45% pasa al hígado y el 45% se deposita en la superficie de los huesos donde permanece durante 10 años; el 10% restante se excreta. [95]
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