Els empèdocles moderns – Paul Émile Lecoq de Boisbaudran (1879) i l’element 62 (Sm) – samari (nilhexibi, Nhb)

Al llarg d’aquesta sèrie hem vist com els “elements moderns” eren descoberts o redescoberts en l’aire, en l’aigua, en matèria orgànica i, fins i tot, en l’observació de la llum solar. Però la immensa majoria foren descoberts en el Regne Mineral. L’avenç de l’orictognòsia, de la mineralogia, tingué un fort impacte en el desenvolupament de la química moderna. I, inversament, una vegada madurada la química analítica, aquesta s’aplicà profusament, juntament amb els mètodes físics, a la caracterització de minerals. Aquesta imbricació també la trobem entre allò que hom designa com la “revolució científica”, i els processos caracteritzats com a “revolució industrial”. La mineria, en la classificació més habitual, es considerada “sector primari”, en tant que el seu producte són matèries primeres. Dins d’aquest sector primari, és una activitat fonamentalment extractiva (amb les excepcions de les activitats “mineres” renovables, com les salines de mar) i amb un ús intensiu de mà d’obra i de tecnologia. La distribució dels recursos minerals econòmicament atractius fa que l’activitat minera sigui repartida molt irregularment en el territori, i que tingui un impacte social i ambiental altament concentrat en l’espai i en el temps. És comprensible que les dinàmiques socials dels miners, especialment en els darrers 200 anys, hagin estat més assimilables a les dels treballadors del sector secundari. Més encara, si hom atén les necessitats de mitjans de producció que té la mineria, i la necessitat que tenen els seus productes d’una transformació industrial. El desplegament de la mineria va fer possible la industrialització europea, i és simptomàtic que el nucli de l’actual Unió Europea fos una Comunitat Econòmica del Carbó i de l’Acer pensada en la represa posterior a la Segona Guerra Mundial. El grau de concentració de l’activitat minera pròpiament dita és considerable, però no és tan marcat en les activitats de prospecció. Al llarg d’aquests capítols, hem vist la rellevància de les autoritats reials en la mineria, especialment dels recursos estratègics. A la Rússia dels segles XVIII i XIX, la carrera en l’administració de mines era una de les sortides per als joves nobles. Aquest fou el cas de Vasili Evgrafovitx Samarskij-Bjkhovets (Васи́лий Евгра́фович Сама́рский-Быховец), nascut el 7 de novembre del 1803, en el si d’una família noble de la província de Tomsk, a la Sibèria Occidental. Es va formar en el Cos de Cadets de Mineria d’aquesta província. Graduat com a enginyer militar de mines, fou destinat en el 1823 als Urals. En el 1828 passà a Sant Petersburg. Fou successivament ajudant del Gabinet Imperial, secretari en cap del Departament de Mines, ajudant en cap del Cos d’Enginyers Miners, bo i passant pels graus militars de capità i de coronel (1845). En el 1846 era Cap de la Plana Major del Cos d’Enginyers de Mines. A banda d’això, era professor a l’Institut de Mineria de Sant Petersburg i membre del consell científic, a través del qual participà en la supervisió i assistència de diversos projectes de recerca. Continuaven els ascensos militars (en el 1860, a tinent general) i professionals (en el 1861 esdevenia President del Consell del Cos d’Enginyers de Mines i president de la Comissió de Revisió del Pla de Mines). Entre el 1862 i el 1865 realitzà una excedència en el curs de la qual visità l’Europa Occidental i assistí a diverses exposicions i trobades científiques. Reprengué la carrera en el 1865, fins que es va morir el 31 de maig del 1870, a 67 anys. El seu cognom procedeix en darrer terme de la localitat de Samara, a la riba del Volga. Ja en el 1847, havia estat homenatjat quan un mineral procedent de Miass, en la serralada d’Ilmen (al sud dels Urals), va rebre el nom de samarskita.

L’edifici de l’actual Universitat Nacional de Recursos Miners, de Sant Petersburg, que data del 1811, és obra d’Andrej Voronikhin (1759-1814). El president Vladimir Putin s’hi doctorà en el 1996. El centre fou fundat en el 1773 com l’Escola de Mines. En el 1804, va adoptar el nom de Cos de Cadets de Mines, i s’hi van crear delegacions en diferents governacions. En el 1833, passava a adoptar el nom d’Institut del Cos d’Enginyers de Mines. En l’època soviètica es va denominar Institut de Mines G. V. Plekhanov, ja que l’introductor del marxisme a Rússia hi havia estudiat en els anys 1870. Davant d’aquests canvis de nom, el més habitual és designar el centre senzillament com a Горный .

Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran i la descoberta del samari

François Lecoq de Boisbaudran havia esdevingut cèlebre en el 1875, amb la descoberta del “gal•li”, element que omplia un forat en la taula periòdica de Dmitri Mendeleev. A finals de la dècada, el seu interès se centrava especialment en els elements de les terres rares. Les tècniques d’anàlisi espectroscòpica, més refinades, havien conduït, sobretot des del 1878, a una sèrie de descripcions de nous elements signades, entre d’altres, per Jean Charles Galissard de Marignac (1817-1894), Marc Delafontaine (1837-1911), Jacques-Louis Soret (1827-1890), John Lawrence Smith (1818-1883), Lars Fredrik Nilson (1840-1889) o Per Teodor Cleve (1840-1905).

El mateix Lecoq estudià a París mostres de samarskita. La samarskita havia estat descrita en el 1847, en el marc dels estudis mineralògics dels germans Heinrich (1795-1864) i Gustav Rose (1798-1873). El nom de samarskita era un reconeixement al llavors coronel d’enginyers miners Vasili Samarsky-Bykhovets, que havia facilitat als germans Rose mostres de minerals rars procedents dels Urals. Concretament, l’espècimen tipus de samarskita procedia de Miass, en la serra d’Ilmen, als Urals meridionals. Aquest espècimen havia estat classificat primerament en el 1839 per Gustav Rose com a un mineral de tàntal i urani, i el denominà “urano-tàntal”. La redenominació de Heinrich Rose, en 1847, com a samarskita evitava l’ús del nom del tàntal, ja que el mineral en qüestió era més ric en niobi que no pas en tàntal. Des de llavors hom havia descrit la samarskita també en altres localitats de dins i fora de Rússia. Se sabia que, a més, de niobi, tàntal, urani i ferro, la samarskita contenia la terra rara coneguda com a itèrbia.

Peces de samarskita, a una de les quals se l’ha fet un trencament per evidenciar la superfície fresca

Lecoq considerà que el patró de línies d’absorció mostrava la presència addicional d’una terra rara diferent de l’ítria o itèrbia. A aquesta terra rara, que certament es trobava en una concentració molt minsa, la denominà “samària”, per raó de la samarskita. La samària seria l’òxid o hidròxid, d’un nou element, el samari (samarium). Com a símbol químic, calia utilitzar el de “Sa”, si bé també es va fer ús del símbol “Sm”.

La proliferació de descripcions d’elements de terres rares, però, presentava diversos problemes. Descripcions de diferents autors podien correspondre a un mateix element. Tot sovint, tampoc no es disposava d’una quantitat suficient o prou ben aïllada, com per emprendre altres anàlisis més enllà de l’espectroscòpia. Lecoq, en el mateix 1879, aconseguir aïllar la samària no pas de la samarskita sinó de minerals que contenien terra dídima. Però també en aquest cas, el samari era un component minoritari.

Lecoq analitzà també mostres de “decípia”, la terra rara que Delafontaine havia descrit en el 1878. En el 1881, Lecoq conclogué que la decípia no era pas un compost d’un element (el decipi, Dp) sinó una barreja, entre les qual hi havia efectivament “samari”. El nom de “samari” s’imposà sobre el de “decipi”.

Marignac, en el 1880, en un estudi espectroscòpic sobre l’itri, havia identificat dos possibles elements nous, als que designà provisionalment com a Yα i Yβ. Lecoq els assignaria, respectivament, al gadolini i al samari. També fou identificat com a samari, l’element X observat espectroscòpicament per William Crookes (1832-1919) en el 1886.

En el 1900, Eugène-Anatole Demarçay identificà en mostres de samària, un component menor, al qual denominà “europi”. La determinació dels pesos atòmics dels principals elements de terres rares, inclòs el samari, havia ajudat a sistematitzar-los i, com ja feia Bohuslav Brauner en el 1902, a postular-ne el nombre. Entre els anys 1910 i 1920, el nombre d’elements de terres rares o de lantànids, se situava en 14, dels quals l’únic element pendent de descobrir seria l’element 61, és a dir el situat entre el neodimi (element 60) i el samari (element 62).

En els anys 1920, ja s’imposava definitivament l’ús de “Sm” com a símbol químic del samari, en detriment de “Sa”, ús que seria finalment ratificat per la IUPAC.

El samari apareixia com a component menor de diversos preparats de terres rares. Un d’aquests, elaborat per la companyia Lindsay com a subproducte en la purificació de neodimi per cristal•lització fraccional, contenia bàsicament una barreja de samari i gadolini. Aquesta “barreja de Lindsay” fou utilitzada en les barres de control d’alguns dels primers reactors nuclears.

A partir dels anys 1950, s’introduí la tecnologia de separació per bescanvi iònic aplicada a minerals terres rares. El samari apareixia com un subproducte relativament assequible.

En el 1961, Peter Sorkin i Mirek Stevenson desenvolupaven un làser d’estat sòlid amb cristalls de fluorur càlcic dopats amb samari. Els requeriments de molt baixa temperatura, impossibilitaren una aplicació pràctica.

En els anys 1970, Gale & Daas, de la Raytheon Corporation, desenvoluparen un magnet permanent a partir d’un aliatge de samari-cobalt.

Zhang et al. (1997) desenvoluparen un làser de plasma de samari de raigs X, el primer làser saturat per a longituds d’ona inferiors a 10 nm.

El samari: isòtops i abundància

La massa atòmica estàndard del samari és de 150,36 uma, valor que resulta de la mitjana ponderada dels seus isòtops més abundants (¹⁵²Sm, ¹⁵⁴Sm, ¹⁴⁷Sm, ¹⁴⁹Sm, ¹⁴⁸Sm, ¹⁵⁰Sm, ¹⁴⁴Sm). El llistat complet d’isòtops coneguts fa:
– samari-128 (¹²⁸Sm; 127,95808 uma). Nucli format per 62 protons i 66 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,5 s.
– samari-129 (¹²⁹Sm; 128,95464 uma). Nucli format per 62 protons i 67 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,55 s.
– samari-130 (¹³⁰Sm; 129,94892 uma). Nucli format per 62 protons i 68 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1 s. Decau a prometi-130, amb emissió d’un positró.
– samari-131 (¹³¹Sm; 130,94611 uma). Nucli format per 62 protons i 69 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,2 s. Decau a prometi-131 (amb emissió d’un positró) o, més rarament, a neodimi-130 (amb emissió d’un protó i d’un positró).
– samari-132 (¹³²Sm; 131,94069 uma). Nucli format per 62 protons i 70 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 4,0 s. Decau a prometi-132 (amb emissió d’un positró) o, més rarament, a neodimi-131 (amb emissió d’un protó i d’un positró).
– samari-133 (¹³³Sm; 132,93867 uma). Nucli format per 62 protons i 71 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,9 s. Decau a prometi-133 (amb emissió d’un positró) o, més rarament, a neodimi-132 (amb emissió d’un protó i d’un positró).
– samari-134 (¹³⁴Sm; 133,93397 uma). Nucli format per 62 protons i 72 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 10 s. Decau a prometi-134, amb emissió d’un positró.
– samari-135 (¹³⁵Sm; 134,93252 uma). Nucli format per 62 protons i 73 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 10,3 s. Decau normalment (99,98%) a prometi-135 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (0,02%), a neodimi-134 (amb emissió d’un protó i d’un positró). Posseeix un estat metastable (^135mSm) que té una semivida de 2,4 s, i que decau directament a prometi-135.
– samari-136 (¹³⁶Sm; 135,928276 uma). Nucli format per 62 protons i 74 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 47 s. Decau a prometi-136, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (^136mSm) a 2264,7 keV, que té una semivida de 1,5•10^-5 s.
– samari-137 (¹³⁷Sm; 136,92697 uma). Nucli format per 62 protons i 75 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 45 s. Decau a prometi-137, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (^137mSm) a 180 keV, que té una semivida de 20 s, i que decau directament a prometi-137.
– samari-138 (¹³⁸Sm; 137,923244 uma). Nucli format per 62 protons i 76 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 190 s (3 minuts). Decau a prometi-138, amb emissió d’un positró.
– samari-139 (¹³⁹Sm; 138,922297 uma). Nucli format per 62 protons i 77 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 154 s (3 minuts). Decau a prometi-139, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (^139mSm) a 457,4 keV, que té una semivida de 10,7 s, i que decau bé a l’estat basal (93,7%) o directament a prometi-139 (6,3%).
– samari-140 (¹⁴⁰Sm; 139,918995 uma). Nucli format per 62 protons i 78 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 889,2 s (15 minuts). Decau a prometi-140, amb emissió d’un positró.
– samari-141 (¹⁴¹Sm; 140,918476 uma). Nucli format per 62 protons i 79 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 612 s (10 minuts). Decau a prometi-141, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (^141mSm) a 176 keV, que té una semivida de 1360 s i que decau bé a l’estat basal (0,31%) o directament a prometi-141 (99,69%).
– samari-142 (¹⁴²Sm; 141,915198 uma). Nucli format per 62 protons i 80 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 4349 s (72 minuts).
– samari-143 (¹⁴³Sm; 142,914628 uma). Nucli format per 62 protons i 81 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 525 s (9 minuts). Decau a prometi-143, amb emissió d’un positró. Posseeix dos estats metastables, un a 753,99 keV (^143m1Sm; que té una semivida de 66 s, i que decau bé a l’estat basal (99,76%) bé directament a prometi-143 (0,24%)) i un altre a 2793,8 keV (^143m2Sm; que té una semivida de 0,03 s).
– samari-144 (¹⁴⁴Sm; 143,911999 uma). Nucli format per 62 protons i 82 neutrons. Teòricament, decau a neodimi-140 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o a neodimi-144 (amb emissió de dos positrons). Ho faria, però, amb una semivida tan llarga que, a efectes observacionals, és un isòtop estable. La seva freqüència és de 3,07%. Posseeix un estat metastable (^144mSm) a 2323,6 keV, que té una semivida de 8,8•10^-7 s.
– samari-145 (¹⁴⁵Sm; 144,913410 uma). Nucli format per 62 protons i 83 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,94•10⁷ s (340 dies). Decau a prometi-145, per captura electrònica. Posseeix un estat metastable (^145mSm) a 8786,2 keV, que té una semivida de 9,9•10^-7 s.
– samari-146 (¹⁴⁶Sm; 145,913041 uma). Nucli format per 62 protons i 84 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3,25•10¹⁵ s (103 milions d’anys). Decau a neodimi-142, amb emissió d’un nucli d’heli-4. La llarga semivida permet que encara quedi un romanent de la dotació originària a la Terra, per bé que en forma de traça.
– samari-147 (¹⁴⁷Sm; 146,9148979 uma). Nucli format per 62 protons i 85 neutrons. Decau a neodimi-143, amb emissió d’heli-4. Ho fa, però, amb una semivida prou llarga, de 3,35•10¹⁸ s (1 ordre de magnitud superior a l’edat actual de l’univers). La freqüència d’aquest isòtop és de 14,99%. De la dotació present a la Terra, una part és primordial i una altra producte de la fissió de radioisòtops més pesants. És un dels isòtops considerats en el sistema de datació de samari-neodimi.
– samari-148 (¹⁴⁸Sm; 147,9148227 uma). Nucli format per 62 protons i 86 neutrons. Decau a neodimi-144, amb emissió d’un nucli d’heli-4. Ho fa, però, amb una semivida tan llarga (2•10²³ s; 5 ordres de magnitud superior a l’edat actual de l’univers), que a efectes pràctics seria gairebé un isòtop estable. La seva freqüència és de 11,24%. La major part de la dotació a la Terra és primordial.
– samari-149 (¹⁴⁹Sm; 148,9171847 uma). Nucli format per 62 protons i 87 neutrons. Teòricament, decau a neodimi-145, amb emissió d’un nucli d’heli-4. Ho faria, però, amb una semivida tan llarga (6•10²² s; 5 ordres de magnitud superior a l’edat actual de l’univers), que a efectes observacionals és un isòtop estable. La seva freqüència és de 13,82%. És producte de la fissió de radioisòtops més pesants (amb un rendiment de l’1% en el cas de l’urani). La seva elevada capacitat d’absorció de neutrons (40140 barns per a neutrons termals) pot afectar el rendiment de reactors nuclears.
– samari-150 (¹⁵⁰Sm; 149,9172755 uma). Nucli format per 62 protons i 88 neutrons. Teòricament, decau a neodimi-146, amb emissió d’un nucli d’heli-4. Ho faria, però, amb una semivida tan llarga que a efectes observacionals és un isòtop estable. La seva freqüència és de 7,38%.
– samari-151 (¹⁵¹Sm; 150,9199324 uma). Nucli format per 62 protons i 89 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,80•10⁹ s (89 anys). Decau a europi-151, amb emissió d’un electró. És producte de la fissió de radioisòtops més pesants (rendiments inferiors a l’1%), i per la seva capacitat d’absorció de neutrons (15200 barns) pot provocar disfuncions en reactors nuclears. Posseeix un estat metastable (^151mSm) a 261,13 keV, que té una semivida de 1,4•10^-6 s.
– samari-152 (¹⁵²Sm; 151,9197324 uma). Nucli format per 62 protons i 90 neutrons. Teòricament, decau a neodimi-148, amb emissió d’un nucli d’heli-4. Ho faria, però, amb una semivida tan llarga que, a efectes observacionals, és un isòtop estable. La seva freqüència és de 26,75%. En part, és producte de la fissió de radioisòtops pesants.
– samari-153 (¹⁵³Sm; 152,9220974 uma). Nucli format per 62 protons i 91 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,6662•10⁵ s (46 hores). Decau a europi-153, amb emissió d’un electró. És producte de la fissió de radioisòtops més pesants. Posseeix un estat metastable a 98,37 keV, que té una semivida de 0,0106 s, i que decau a l’estat basal. El samari-153, quelat amb EDTMP (etilendiamina de fosfonat de tetrametilè), és emprat en radiomedicina per al tractament de diversos tipus de càncer (pulmó, pròstata, mama, osteosarcoma).
– samari-154 (¹⁵⁴Sm; 153,9222093 uma). Nucli format per 62 protons i 92 neutrons. Teòricament, decau a gadolini-154, amb emissió de dos electrons. Ho faria, però, amb una semivida tan llarga (7,3•10²⁵ s; vuit ordres de magnitud superior a l’edat actual de l’univers) que, a efectes observacionals, és un isòtop estable. La seva freqüència és de 22,75%. Part de la dotació de la Terra és producte de la fissió de radioisòtops més pesants.
– samari-155 (¹⁵⁵Sm; 154,9246402 uma). Nucli format per 62 protons i 93 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1340 s (22 minuts). Decau a europi-155, amb emissió d’un electró.
– samari-156 (¹⁵⁶Sm; 155,925528 uma). Nucli format per 62 protons i 94 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3,4•10⁴ s (9 hores). Decau a europi-156, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (^156mSm) a 1397,55 keV, que té una semivida de 1,85•10^-7 s.
– samari-157 (¹⁵⁷Sm; 156,92836 uma). Nucli format per 62 protons i 95 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 482 s (8 minuts). Decau a europi-157, amb emissió d’un electró.
– samari-158 (¹⁵⁸Sm; 157,92999 uma). Nucli format per 62 protons i 96 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 318 s (5 minuts). Decau a europi-157, amb emissió d’un electró.
– samari-159 (¹⁵⁹Sm; 158,93321 uma). Nucli format per 62 protons i 97 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 11,37 s. Decau a europi-159, amb emissió d’un electró.
– samari-160 (¹⁶⁰Sm; 159,93514 uma). Nucli format per 62 protons i 98 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 9,6 s. Decau a europi-160, amb emissió d’un electró.
– samari-161 (¹⁶¹Sm; 160,93883 uma). Nucli format per 62 protons i 99 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 4,8 s. Decau a europi-161, amb emissió d’un electró.
– samari-162 (¹⁶²Sm; 161,94122 uma). Nucli format per 62 protons i 100 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,4 s. Decau a europi-162, amb emissió d’un electró.
– samari-163 (¹⁶³Sm; 162,94536 uma). Nucli format per 62 protons i 101 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1 s. Decau a europi-163, amb emissió d’un electró.
– samari-164 (¹⁶⁴Sm; 163,94828 uma). Nucli format per 62 protons i 102 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,5 s. Decau a europi-164, amb emissió d’un electró.
– samari-165 (¹⁶⁵Sm; 164,95298 uma). Nucli format per 62 protons i 103 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,2 s. Decau a europi-165, amb emissió d’un electró.

L’àtom neutre de prometi conté 61 electrons, amb una configuració basal d’escorça de 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰4f⁶5s²5p⁶6s². És, doncs, un element del període 6 i del bloc f. Se’l defineix, per tant, com a lantànid (“element de terra rara”), i dins d’aquests se’l col•loca en el “subgrup del ceri” (lantànids lleugers). Hom pot també definir-lo dins un grup f6, en el qual en el setè període hi hauria el plutoni. L’estat d’oxidació més habitual és +3 (Sm³⁺), encara que també el podem trobar amb +4, +2 (Sm²⁺), +1 i 0. El radi atòmic és de 1,80•10^-10 m.

Samari sublimat ultrapur, conservat en atmosfera d’argó. El samari metàl•lic també es pot preservar sota oli mineral, però en aquest cas tendeix a desenvolupar una capa superficial gris-groguenca d’òxid i hidròxid de samari

En condicions estàndards de pressió i temperatura, el samari elemental es presenta com un sòlid metàl•lic de color i llustre argentí. Se’n coneixen diversos al•lòtrops:
– samari-alfa (α-Sm): és l’al•lòtrop estable en condicions estàndards. Segueix una estructura cristal•lina trigonal, amb una densitat en aquestes condicions de 7520 kg•m^-3.
– en condicions estàndards de pressió, a una temperatura superior a 1004 K, l’α-Sm transiciona a una estructura cristal•lina hexagonal estretament empacada. Aquesta forma té una densitat de 7540 kg•m^-3 en condicions estàndards.
– si hom eleva la temperatura a 1195 K, es produeix la transició a una forma cristal•lina cúbica centrada en el cos.
– l’α-Sm, sotmès a una pressió de 4•10⁹ Pa i a una temperatura de 573 K, passa a una estructura hexagonal doble estretament empacada.
– a pressions superiors a 9•10¹⁰ Pa, es transiciona a una fase tetragonal. En condicions estàndards, aquest al•lòtrop presenta una densitat de 20460 kg•m^-3.

En condicions estàndards de pressió, el samari elemental fon a una temperatura de 1345 K. El samari líquid en el punt de fusió té una densitat de 7160 kg•m^-3.

En condicions estàndards de pressió, el samari elemental bull a una temperatura de 2173 K.

Exposat a l’aire, el samari s’oxida lentament. L’oxidació és ràpida i completa, a temperatures superiors a 423 K.

En solucions aquoses, el cations Sm³⁺ formen complexos [Sm(OH₂)₉]³⁺, que ofereixen una tonalitat entre groc i verd pàl•lid. Les solucions Sm²⁺ presenten un color vermell viu.

L’òxid de samari més estable és Sm₂O₃. A partir de l’òxid fos, si se’l deixa refredar lentament, l’òxid sòlid adopta una estructura cristal•lina trigonal. La forma monoclínica es pot obtindre a partir d’òxid polvoritzat fos a la flama (2173 K)

Entre els compostos químics del samari podem esmentar:
– òxids: SmO (sòlid cristal•lí cúbic, de color daurat i densitat de 9150 kg•m^-3), Sm₂O₃ (amb estructures cristal•lines trigonal-7890 kg•m^-3; monoclínica-7760 kg•m^-3; o cúbica-7100 kg•m^-3).
– hidròxid. El samari metàl•lic, en contacte amb l’aigua, forma Sm(OH)₃.
– halurs: SmF₂ (sòlid púrpura, cristall cúbic, 6180 kg•m^-3), SmF₃ (sòlid blanc, cristall ortoròmbic, 6640 kg•m^-3), SmCl₂ (sòlid bru, cristall ortoròmbic, 4790 kg•m^-3), SmCl₃ (sòlid groc, cristall hexagonal, 4350 kg•m^-3), SmBr₂ (sòlid bru, cristall ortoròmbic, 5720 kg•m^-3), SmBr₃ (sòlid groc, cristall ortoròmbic, 5580 kg•m^-3), SmI₂ (sòlid verd, cristall monoclínic), SmI₃ (sòlid taronja, cristall trigonal).
– hidrurs: SmH₂ (sòlid cúbic de 6510 kg•m^-3), SmH₃ (sòlid cristal•lí hexagonal).
– borurs: Sm₂B₅ (sòlid gris, d’estructura cristal•lina monoclínica i densitat de 6490 kg•m^-3), SmB₂ (cristall hexagonal, 7490 kg•m^-3), SmB₄ (cristall tetragonal, 6140 kg•m^-3), SmB₆ (cristall cúbic, 5060 kg•m^-3), SmB₆₆ (cristall cúbic, 2660 kg•m^-3).
– carburs: Sm₂C₃ (cristall cúbic, 7550 kg•m^-3), SmC₂ (cristall tetragonal, 6440 kg•m^-3).
– sulfurs: SmS (cristall cúbic), SmS₃
– sulfat: Sm₂(SO₄)₃ (sòlid de color groc)
– seleniürs: SmSe₃, SmSe (cristall cúbic).
– tel•luriürs: SmTe (cristall cúbic), SmTe₃
– nitrur: SmN (cristall cúbic, 8480 kg•m^-3).
– fosfur: SmP (cristall cúbic, 6300 kg•m^-3).
– arseniür (cristall cúbic, 7230 kg•m^-3).
– compostos orgànics: Sm(C₅H₅)₃, etc.

Sulfat de samari (III)

L’abundància atòmica del samari en l’univers és condicionada pels processos nucleosintètics en estels madurs i supernoves, per les rutes de desintegració de radioisòtops més pesants i per l’estabilitat dels seus isòtops. Com correspon a un element de nombre Z parell, disposa de diversos isòtops estables o quasi-estables, la qual cosa n’afavoreix l’abundor. El samari és més abundant que alguns elements de nombre Z inferior (el tecneci, l’indi, el praseodimi i el prometi). Dels elements de nombre Z superior, el depassen en abundància atòmica el gadolini, el disprosi, l’osmi, l’iridi, el platí, el mercuri i el plom.

En la Terra, l’abundància atòmica del samari és de 0,047 ppm (0,27 ppm en termes de massa). Com a element litòfil, es troba més concentrat en l’escorça terrestre, on assoleix les 8 ppm (en termes de massa). A la natura el trobem en forma combinada, sobretot com a òxid. Entre els minerals que contenen quantitats notables de samari podem esmentar la monazita (fins a 2,8%), la bastnasita, la cerita, la gadolinita o la samarkista. En sòls la concentració se situa típicament entre 2-23 ppm, encara que és força heterogènia i molt més elevada en la superfície de les partícules que no pas en l’aigua intersticial.

La solubilitat dels ions Sm³⁺ és limitada, i això el fa poc abundant en la hidrosfera. La concentració típica dels oceans és de 0,45 μg•m^-3.

La concentració de samari en l’atmosfera és transitòria i en forma de traça.

Pel que se sap, el samari no és bioelement per a cap organisme. És present en la biosfera de manera passiva. Per exemple, per a un cos humà de 70 kg, hi hauria un contingut total típic de samari de 50 μg, del qual uns 8 μg circularien per la sang, i una bona part es concentraria en fetge i ronyons. En teixits vegetals, el samari és normalment exclòs, si bé en algunes espècies pot arribar a concentrar-se fins a 1 ppm.

Com en altres lantànids, hom suposa que els ions Sm³⁺ mimetitzen algunes funcions de cations biològics com el Ca²⁺, amb una possible acció general d’estimulació metabòlica. Potser això explicaria els efectes tòxics observats experimentalment per a les sals solubles de samari.

L’acció tòxica potencial, però, es veu contrarestada per la dificultat d’absorbir-lo (en el cas humà, tan sols un 0,05% de les sals de samari ingerides són absorbides). Dels teixits humans, tan sols el teixit ossi n’acumularia, amb una taxa d’aclariment de 10 anys.

Aplicacions del samari

El samari és, essencialment, subproducte de l’explotació de minerals de terres rares, particularment de monazita i bastnasita. La producció mundial anual de samari és de l’ordre de 700 tones, una bona part procedent de la Xina. Les reserves mundial accessibles de samari cobreixen amb escreix la demanda actual, amb uns valors de 2 milions de tones.

Diversos preparats de terres rares o dels seus metalls contenen majors o menors concentracions de samari. La barreja de metalls de terres rares, emprada per exemple en pedres d’encenedors, conté típicament un 1% de samari. Una altra barreja, més processada, és el concentrat de samari-europi-gadolini (SEG), obtingut per extracció amb solvents. A partir de la bastnasita, el rendiment d’obtenció de SEG és de l’ordre del 1-2%.

Entre les tècniques de separació emprades en l’obtenció de samària i samari purs, hi ha el bescanvi iònic, l’extracció amb solvents i la deposició química. Aquestes tècniques se solen aplicar sobre el concentrat de SEG, sovint amb la finalitat primera de separar-ne l’europi.

El samari metàl•lic es preparat sovint per electròlisi d’una barreja fosa de SmCl₃ amb NaCl o CaCl₂, o a través de la reducció de Sm₂O₃ amb lantà. La purificació del samari es veu afavorida per la seva volatilitat (tan sols superada entre els lantànids, per l’iterbi i l’europi).

La limitació d’aplicacions industrials quantitatives de samari o dels seus compostos, fa que els productors el vegin essencialment com un subproducte i que el seu preu sigui relativament baix en relació a la seva raresa.

Una de les aplicacions quantitatives del samari és la confecció de magnets de samari-cobalt, amb formulacions de SmCo₅ (sèrie 1:5) i Sm₂Co₁₇ (sèrie 2:17). En comparació amb els magnets de neodimi (Nd₂Fe₁₄B) presenten una força similar, però mostren una major resistència a altes temperatures (>1000 K) i una major coercivitat (és a dir, una major resistència a desmagnetitzar-se). Per contra, els magnets de samari-cobalt són mecànicament més fràgils que els de neodimi. Els magnets de samari-cobalt són utilitzats en un ample ventall d’aplicacions: motors petits, auriculars, instruments musicals elèctrics, etc.

Una altra aplicació quantitativa del samari és l’elaboració de catalitzadors químics. Entre els catalitzadors i reactius químics de samari podem esmentar el triflat de samari (Sm(CF₃SO₃)₃) i el iodur de samari (II).

Exemple de reacció de Barbier, amb SmI₂ com a agent reductor

L’òxid de samari és emprat com a additiu en ceràmiques i vidres, on entre d’altres causes augmenta l’absorbància de radiació infraroja.

En reactors nuclears, la formació de samari-149 i, en menor mesura, de samari-151, com a subproductes de la fissió és un factor rellevant en l’estabilitat de la reacció. El samari-149, en particular, té una elevada capacitat d’absorció de neutrons, i pot contribuir a l’anomenat “enverinament neutrònic”.

Estructura química de l’EDTMP-¹⁵³Sm, comercialitzat amb el nom de Quadramet com a tractament de càncer d’ossos

En mostres geològiques, la concentració de samari-147, especialment quan se l’expressa en relació al neodimi-144 i al neodimi-143 és la base del sistema de datació de samari-neodimi. La datació de Sm-Nd és complementada habitualment amb la de rubidi-estronci, per exemple en la datació d’escorça continental.

S’hi fa recerca en tota una sèrie d’aplicacions potencials del samari o dels seus compostos:
– els làsers de raigs X de plasma de samari. La ionització del samari s’aconsegueix amb un làser associat de vidre de neodimi que emet en la banda d’infraroig.
– el sulfur, el seleniür i el tel•luriür de samari (II) presenten interessants variacions en resistivitat elèctrica segons la pressió. Això podria tindre aplicacions en sensors de pressions, dispositius de memòria, etc. De manera similar, el SmS genera voltatge elèctric quan és escalfat a més 420 K, cosa que es podria aprofitar en el disseny de convertidors termoelèctrics.
– el SmB₆ pot actuar com un aïllant topològic (Wolgast et al., 2012) i podria tindre aplicacions en sistemes de computació quàntica.
– compostos de samari (III) podrien utilitzar-se com a activadors en díodes emissors de llum blanca. En aquest sentit, Baur et al. (2014) han sintetitzat i explorat les propietats òptiques de la pols de Li₃Ba₂La₃(MoO₄)₈:Sm³⁺.