Samario

Samario
; 62	Sm
Aspetto
	Aspetto dell'elementobianco argenteo
	Linea spettrale; Linea spettrale dell'elemento
Generalità
Nome, simbolo, numero atomico	samario, Sm, 62
Serie	lantanidi
Gruppo, periodo, blocco	—, 6, f
Densità	7 353 kg/m³
Configurazione elettronica	Configurazione elettronica
Termine spettroscopico	7F0
Proprietà atomiche
Massa atomica	150,36 u
Raggio atomico (calc.)	180 pm
Raggio covalente	198±8 pm
Configurazione elettronica	[Xe]6s24f6
e− per livello energetico	2, 8, 18, 24, 8, 2
Stati di ossidazione	3 (debolmente basico)
Struttura cristallina	romboedrica
Proprietà fisiche
Stato della materia	solido
Punto di fusione	1 345 K (1 072 °C)
Punto di ebollizione	2 067 K (1 794 °C)
Volume molare	19,98×10−6 m³/mol
Entalpia di vaporizzazione	165 kJ/mol
Calore di fusione	8,62 kJ/mol
Tensione di vapore	563 Pa a 1 345 K
Velocità del suono	2130 m/s a 293,15 K
Altre proprietà
Numero CAS	7440-19-9
Elettronegatività	1,17 (scala di Pauling)
Calore specifico	200 J/(kg·K)
Conducibilità elettrica	9,56×105/m·Ω
Conducibilità termica	13,3 W/(m·K)
Energia di prima ionizzazione	544,5 kJ/mol
Energia di seconda ionizzazione	1 070 kJ/mol
Energia di terza ionizzazione	2 260 kJ/mol
Energia di quarta ionizzazione	3 990 kJ/mol
Isotopi più stabili
iso: isotopo; NA: abbondanza in natura; TD: tempo di dimezzamento; DM: modalità di decadimento; DE: energia di decadimento in MeV; DP: prodotto del decadimento

Il samario è un elemento chimico, con simbolo Sm e numero atomico 62. È un metallo argenteo moderatamente duro che si ossida lentamente all'aria. Essendo un membro della serie dei lantanidi, il samario di solito ha lo stato di ossidazione +3. Sono noti anche composti del samario(II), in particolare il monossido ${\ce {SmO}}$ , i monocalcogeni ${\ce {SmS}}$ , ${\ce {SmSe}}$ e ${\ce {SmTe}}$ , oltre all'ioduro di samario(II) ${\ce {SmI2}}$ .

Scoperto nel 1879 dal chimico francese Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran, il samario fu chiamato così in onore del minerale samarskite da cui venne isolato. Il minerale stesso fu chiamato in onore di un ingegnere russo, il colonnello Vassili Samarsky-Bykhovets.

Il samario si trova in concentrazioni fino al 2,8% in diversi minerali, tra cui cerite, gadolinite, samarskite, monazite e bastnaesite (gli ultimi due sono le fonti commerciali più comuni dell'elemento). Questi minerali si trovano principalmente in Cina, Stati Uniti, Brasile, India, Sri Lanka e Australia; la Cina è il leader mondiale nell'estrazione e nella produzione di samario.

L'uso commerciale principale del samario è nei magneti al samario-cobalto, che hanno una magnetizzazione permanente seconda solo ai magneti al neodimio; tuttavia, i composti di samario possono sopportare temperature significativamente più elevate, superiori a 700 °C, senza perdere le loro proprietà magnetiche permanenti. Il radioisotopo samario-153 è il componente attivo del farmaco samario ( ${\ce {^{153}Sm}}$ ) lexidronam, che distrugge le cellule tumorali nel cancro ai polmoni, al carcinoma prostatico, al cancro al seno e all'osteosarcoma. Un altro isotopo, ${\ce {^{149}Sm}}$ , è un forte assorbitore di neutroni ed è quindi aggiunto alle barre di controllo dei reattori nucleari. Si forma anche come prodotto di decadimento durante il funzionamento del reattore ed è uno dei fattori importanti considerati nella progettazione e nel funzionamento dei reattori.

Altri usi del samario includono la catalisi di reazioni chimiche, la datazione radioattiva e i laser a raggi X. In particolare, l'ioduro di samario(II) è un comune agente riducente nella sintesi chimica. Il samario non ha alcun ruolo biologico; alcuni sali di samario sono leggermente tossici.^[1]

Caratteristiche Fisiche

Il samario è un elemento delle terre rare, con durezza e densità simili allo zinco. Con un punto di ebollizione di 1.794 °C (3.261 °F), il samario è il terzo lantanoide più volatile dopo itterbio ed europio ed è comparabile a piombo e bario sotto questo aspetto; ciò facilita la separazione del samario dai suoi minerali.^[2]^[3] Quando è appena preparato, il samario ha uno splendore argentato e assume un aspetto più opaco quando ossidato nell'aria. Ha uno dei più grandi raggi atomici tra gli elementi; con un raggio di 238 pm, solo potassio, praseodimio, bario, rubidio e cesio sono più grandi.^[4]

In condizioni ambientali, il samario ha una struttura romboedrica (forma α). Riscaldandolo a 731 °C (1.348 °F), la sua simmetria cristallina cambia in struttura a impacchettamento compatto esagonale (hcp); la temperatura effettiva di transizione dipende dalla purezza del metallo. Un ulteriore riscaldamento a 922 °C (1.692 °F) trasforma il metallo in una fase cubica a corpo centrato (bcc). Il riscaldamento a 300 °C (572 °F) combinato con una compressione a 40 kbar produce una struttura a doppio impacchettamento esagonale compatto (dhcp). Pressioni più elevate dell'ordine di centinaia o migliaia di kilobar inducono una serie di trasformazioni di fase, in particolare con la comparsa di una fase tetragonale intorno a 900 kbar. In uno studio, la fase dhcp poteva essere prodotta senza compressione, utilizzando un regime di ricottura non in equilibrio con un rapido cambiamento di temperatura tra circa 400 °C (752 °F) e 700 °C (1.292 °F), confermando il carattere transitorio di questa fase del samario. Sottili film di samario ottenuti mediante deposizione da vapore possono contenere le fasi hcp o dhcp a condizioni ambientali.^[5]

Il samario e il suo sesquiossido sono paramagnetici a temperatura ambiente. I loro momenti magnetici effettivi corrispondenti, inferiori a 2 magnetoni di Bohr, sono i terzi più bassi tra i lantanidi (e le loro ossidi) dopo il lantanio e il lutezio. Il metallo si trasforma in uno stato antiferromagnetico raffreddandosi a 14,8 K.^[6]^[7] Singoli atomi di samario possono essere isolati incapsulandoli in molecole di fullerene.^[8]Possono anche essere intercalati nelle interstizi del C60 in blocco per formare una soluzione solida di composizione nominale Sm3C60, che è superconduttiva a una temperatura di 8 K.^[9] Il drogaggio con samario di superconduttori a base di ferro – una classe di superconduttori ad alta temperatura – aumenta la loro temperatura di transizione alla conduzione normale fino a 56 K, il valore più alto finora raggiunto in questa serie.^[10]

Caratteristiche Chimiche

All'aria, il samario si ossida lentamente a temperatura ambiente e si accende spontaneamente a 150 °C (302 °F).^[1]^[3] Anche se conservato sotto olio minerale, il samario si ossida gradualmente e sviluppa una polvere grigio-giallastra di miscela ossido-idrossido sulla superficie. L'aspetto metallico di un campione può essere preservato sigillandolo sotto un gas inerte come l'argon.

Il samario è abbastanza elettropositivo e reagisce lentamente con acqua fredda e rapidamente con acqua calda formando idrossido di samario:

${\ce {{2Sm_{(s)}}+6H2O_{(l)}->{2Sm(OH)3_{(aq)}}+3H2_{(g)}}}$

Il samario si dissolve facilmente in acido solforico diluito formando soluzioni contenenti ioni Sm(III) gialli o verde pallido, che esistono come complessi ${\ce {[Sm(OH2)9]^3+}}$ :

${\ce {{2Sm_{(s)}}+3H2SO4_{(aq)}->{2Sm_{(aq)}^{3+}}+3SO4^{2}-_{(aq)}+3H2_{(g)}}}$

Il samario è uno dei pochi lantanoidi con uno stato di ossidazione +2 relativamente accessibile, insieme a ${\ce {Eu}}$ e ${\ce {Yb}}$ .^[11] Gli ioni ${\ce {Sm^2+}}$ sono rosso sangue in soluzione acquosa.

Applicazioni

Tra gli usi del samario rientrano:

la produzione di lampade ad arco per la cinematografia, insieme ad altri elementi delle terre rare
il drogaggio dei cristalli di CaF₂ per la realizzazione di laser e maser
la realizzazione di assorbitori di neutroni nei reattori nucleari
alcune leghe speciali
la produzione di magneti permanenti a elevata resistenza alla smagnetizzazione, i magneti samario-cobalto SmCo₅
produzione di vetri capaci di assorbire la luce infrarossa mediante l'addizione di ossido di samario
la disidratazione e la deidrogenazione dell'etanolo, reazioni per cui l'ossido di samario è un catalizzatore
la medicina nucleare: l'isotopo 153 è utilizzato in medicina per la terapia delle metastasi ossee. Il samario 153 è sintetizzato a partire da altri isotopi dello stesso elemento esistenti in natura^[12], la cui stabilità come per il ¹⁵²Sm è stata oggetto di studio fin dagli anni '60^[13], unitamente ad alcune affinità con altri elementi^[14]^[15].

Storia

Il samario fu individuato per la prima volta nel 1853 per via spettroscopica dal chimico svizzero Jean Charles Galissard de Marignac, che ne ipotizzò la presenza nel didimio a partire da alcune righe spettrali. Fu poi il francese Paul Émile Lecoq de Boisbaudran a isolarlo nel 1879 dalla samarskite. Sia quest'ultimo minerale sia l'elemento prendono il nome dall'ingegnere russo Samarskij.

Ruolo biologico

Il samario non riveste alcun ruolo biologico noto.

Disponibilità

Il samario non si trova in natura allo stato nativo; come gli altri elementi delle terre rare è contenuto in diversi minerali, tra cui la monazite, la bastnasite e la samarskite. La monazite, che ne contiene fino a 2,8%, e la bastnasite sono le principali fonti industriali di questo elemento.

Solo in tempi relativamente recenti è stato possibile isolare il samario in forma abbastanza pura attraverso tecniche di scambio ionico, estrazione in solvente e galvanostegia.

Il samario metallico è spesso preparato per elettrolisi di una miscela di cloruro di samario e cloruro di sodio o cloruro di calcio fusi. Può essere preparato anche per riduzione dei suoi sali con il lantanio.

Composti

Tra i composti del samario si annoverano:

Isotopi

Il samario in natura si compone dei 4 isotopi stabili ¹⁴⁴Sm, ¹⁵⁰Sm, ¹⁵²Sm, ¹⁵⁴Sm e dei 3 isotopi radioattivi ¹⁴⁷Sm, ¹⁴⁸Sm, ¹⁴⁹Sm. Di questi ¹⁵²Sm è l'isotopo più abbondante e rappresenta in 26,75% del totale.

Gli isotopi radioattivi del samario sono 32, i più stabili sono ¹⁴⁸Sm con emivita di 7×10¹⁵ anni, ¹⁴⁹Sm con emivita di 2×10¹⁵ anni e ¹⁴⁷Sm con emivita di 1,06×10¹¹ anni.

Gli altri hanno emivita inferiore a 1,04×10⁸ anni e la maggior parte di essi inferiore a 48 secondi. Questo elemento possiede anche 5 stati metastabili di cui i più stabili sono ^141mSm (emivita: 22,6 minuti), ^143m1Sm (66 secondi) e ^139mSm (10,7 secondi).

La principale modalità di decadimento degli isotopi più leggeri di ¹⁵²Sm è la cattura elettronica con conseguente trasformazione in isotopi di promezio; quelli più pesanti subiscono invece solitamente il decadimento beta trasformandosi in isotopi dell'europio.

Precauzioni

Come per gli altri lantanidi, anche i composti del samario posseggono una tossicità medio-bassa, benché non ancora studiata in dettaglio.

Note

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«Natural samarium can also be used for the production of 153Sm, and the product SA will still be sufficient for the preparation of low-SA radiopharmaceuticals.»
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Bibliografia

Francesco Borgese, Gli elementi della tavola periodica. Rinvenimento, proprietà, usi. Prontuario chimico, fisico, geologico, Roma, CISU, 1993, ISBN 88-7975-077-1.
R. Barbucci, A. Sabatini e P. Dapporto, Tavola periodica e proprietà degli elementi, Firenze, Edizioni V. Morelli, 1998 (archiviato dall'url originale il 22 ottobre 2010).

Voci correlate

Altri progetti

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Collegamenti esterni

samario, su Treccani.it – Enciclopedie on line, Istituto dell'Enciclopedia Italiana.
(EN) samarium, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.
(EN) Samario, su periodic.lanl.gov, Los Alamos National Laboratory. URL consultato il 5 aprile 2005 (archiviato dall'url originale il 30 novembre 2010).
(EN) Samario, su WebElements.com.
(EN) Samario, su EnvironmentalChemistry.com.
(EN) It's Elemental – Samarium, su education.jlab.org.

Controllo di autorità	Thesaurus BNCF 38281 · LCCN (EN) sh85117001 · GND (DE) 4179010-8 · J9U (EN, HE) 987007553579605171

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[:0-1] John Emsley, Nature's building blocks: an A-Z guide to the elements, Reprinted with corrections, Oxford Univ. Press, 2003, ISBN 978-0-19-850340-8.

[2] Norbert Adolph Lange, Lange's handbook of chemistry, collana McGraw-Hill handbooks, 15. ed, McGraw-Hill, 1999, ISBN 978-0-07-016384-3. URL consultato il 10 febbraio 2026.

[:1-3] Chemical Rubber Company, CRC Handbook of chemistry and physics: a ready-reference book of chemical and physical data, 82nd edition, CRC Press, 2002, ISBN 978-0-8493-0481-1.

[4] (EN) E. Clementi, D. L. Raimondi e W. P. Reinhardt, Atomic Screening Constants from SCF Functions. II. Atoms with 37 to 86 Electrons, in The Journal of Chemical Physics, vol. 47, n. 4, 15 agosto 1967, pp. 1300–1307, DOI:10.1063/1.1712084. URL consultato il 10 febbraio 2026.

[5] (EN) N.L. Shi e D. Fort, Preparation of samarium in the double hexagonal close packed form, in Journal of the Less Common Metals, vol. 113, n. 2, 1985-11, pp. 21–23, DOI:10.1016/0022-5088(85)90294-2. URL consultato il 10 febbraio 2026.

[6] J M Lock, The Magnetic Susceptibilities of Lanthanum, Cerium, Praseodymium, Neodymium and Samarium, from 1.5 K to 300 K, in Proceedings of the Physical Society. Section B, vol. 70, n. 6, 1º giugno 1957, pp. 566–576, DOI:10.1088/0370-1301/70/6/304. URL consultato il 10 febbraio 2026.

[7] (EN) Paul G. Huray, S.E. Nave e R.G. Haire, Magnetism of the heavy 5f elements, in Journal of the Less Common Metals, vol. 93, n. 2, 1983-09, pp. 293–300, DOI:10.1016/0022-5088(83)90175-3. URL consultato il 10 febbraio 2026.

[8] (EN) Toshiya Okazaki, Kazutomo Suenaga e Kaori Hirahara, Electronic and geometric structures of metallofullerene peapods, in Physica B: Condensed Matter, vol. 323, n. 1-4, 2002-10, pp. 97–99, DOI:10.1016/S0921-4526(02)00991-2. URL consultato il 10 febbraio 2026.

[9] (EN) X. H. Chen e G. Roth, Superconductivity at 8 K in samarium-doped C 60, in Physical Review B, vol. 52, n. 21, 1º dicembre 1995, pp. 15534–15536, DOI:10.1103/PhysRevB.52.15534. URL consultato il 10 febbraio 2026.

[10] G Wu, Y L Xie e H Chen, Superconductivity at 56 K in samarium-doped SrFeAsF, in Journal of Physics: Condensed Matter, vol. 21, n. 14, 8 aprile 2009, pp. 142203, DOI:10.1088/0953-8984/21/14/142203. URL consultato il 10 febbraio 2026.

[11] The lanthanides and actinides: synthesis, reactivity, properties and applications, World Scientific, 2022, ISBN 978-1-80061-015-6.

[12] (EN) F. F. (Russ) Knapp, Ashutosh Dash, Radiopharmaceuticals for Therapy, su Google Books, Springer, 2016, p. 92, DOI:10.1007/978-81-322-2607-9, ISBN 978-81-322-2606-2, LCCN 2015960843. URL consultato il 21 maggio 2018.
«Natural samarium can also be used for the production of 153Sm, and the product SA will still be sufficient for the preparation of low-SA radiopharmaceuticals.»

[13] (EN) Gustafson, C.; Lamm, I.L.; Nilsson, B.; Nilsson, S.G., Nuclear Deformabilities in the Rare-Earth and Actinide Regions with Ther Excursions Off The Stability Line and into the Super Heavy Region, in Arkiv för Fysik, 36: 613-27(1967)., 1º gennaio 1966.
«From International Symposium on Why and How Should We Investigate Nuclides Far Off the Stability Line, Lysekil, Sweden. See CONF-660817»

[14] (EN) R.B.Firestone, V.S. Shirley, Tables of Isotopes, 8ª edizione, John Wiley and Sons, 1998. , integrabile con il The Lund/LNBL Nuclear Data Search versione 2.0 del febbraio 1999, LBNL di Berkleley in collaborazione con il Dipartimento di Fisica dell'Università di Lund (Svezia)

[15] (EN) 153 Sm, su isotopes.gov. URL consultato il 21 maggio 2018 (archiviato dall'url originale il 22 maggio 2018).

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