Как увековечить себя в таблице Менделеева, зачем НАСА распыляет самарий в ионосфере и что такое топологический изолятор.
Рассказываем про самарий: добыча, цена и главные направления использования.
Наименование
Наименование металла является производным от названия минерала самарскит, найденного немецкими геологами в окрестностях города Миасс современной Челябинской области.
Высокопоставленный горный инженер Василий Евграфович Самарский-Быховец дал разрешение иностранным коллегам на исследование образцов, а те в благодарность нарекли найденный новый минерал в его честь.
Как видим, иногда нужно совсем немного усилий, чтобы вписать своё имя в таблицу Менделеева.
Это был первый природный элемент в истории, названный в честь реального человека (а не героя античных мифов).
К сожалению, Самарский-Быховец металл своего имени так и не увидел. Физически самарий был выделен только 1879 году, через 9 лет после его кончины.
Магниты
Самарий (Sm) относится к редкоземельным металлам (РЗМ) и является самым хрупким в этой группе.
Главным его применением явились высокопрочные самарий-кобальтовые постоянные магниты, которые были разработаны в начале 1970-х годов и сразу же стали крайне востребованы в автопроме, производстве акустических систем и электроинструментов (например, электрогитар).
К сожалению, основной поставщик кобальта на мировой рынок - Демократическая Республика Конго (в то время Заир) во второй половине 70-х входила в очередной период вооружённой нестабильности, что взвинтило цены на кобальт и заставило срочно искать альтернативу.
Она и была найдена в начале 1980-х на основе сплава неодима, железа и бора, который по большинству параметров (в первую очередь, по мощности и дешевизне производства) превзошёл самарий-кобальт. Сейчас последний используется главным образом в тех областях, где важна устойчивость к размагничиванию при высоких температурах (до 700°С), например, в космической технике.
Другие применения
Способность самария к поглощению нейтронов используется в стержнях управления ядерным реактором.
Также Sm применяется в качестве катализатора, например, при производстве этилового спирта.
Оксид самария добавляют в стёкла, которым требуется увеличение способности поглощать инфракрасное излучение.
Электропроводность металла меняется в зависимости от давления, что находит своё применение в соответствующих датчиках.
Соединение самария с барием, фтором и хлором служит основой для люминофоров, которые испускают видимый свет под воздействием рентгеновского излучения. Это позволяет создавать приборы, с помощью которых можно наблюдать рентгеновские лучи в режиме реального времени.
Изотопы
Один из изотопов (самарий-153) используют как обезболивающий препарат при лечении рака костей.
Другой (самарий-147) имеет период полураспада в 106 миллиардов лет, что в 8 раз превышает нынешний возраст Вселенной и в 23 раза возраст Солнечной системы. При этом процесс распада устойчив к различного рода внешним воздействиям (температура, давление и другие). Эти качества делают его востребованным в геохронологии – науке об установлении возраста минералов.
Добыча
Как и все остальные РЗМ (за исключением прометия), самарий совсем не редок. По распространённости в земной коре он занимает 40-е место среди всех элементов, превосходя, например, олово.
В то же время в связи с не самым высоким спросом объёмы производства оксида самария незначительны. По данным U. S. Geological Survey, в России они составляют всего 0,7% от добываемых РЗМ, в США – 0,8%, в Австралии – 2,4%, в Индии – 2,5%.
Лучшее (по самарию) месторождение Китая в провинции Цзянси выдаёт 5,3%, остальные - от 0,8% до 4,5%.
Общее мировое производство оксида самария оценивается в 700 тонн в год, из которых на нашу страну приходится порядка 18 тонн. Львиная доля Sm извлекается в Китае.
Интересно, что в космосе самария было обнаружено крайне мало.
Цена
Самарий (наряду с церием и лантаном) – один из самых дешёвых РЗМ. На начало мая 2023 года цена оксида самария на азиатских биржах составила порядка $15 за 1 кг. Правда, четыре года назад он торговался по $2 за 1 кг, но в цене растут все РЗМ.
Квантовые компьютеры
Одним из самых перспективных материалов XXI века является топологический изолятор, в котором поверхность является электрическим проводником, а вся остальная часть – электрическим изолятором (то есть электроны перемещаются только по поверхности).
Теоретическая модель топологического изолятора была разработана в СССР в 1980-е годы.
Первый двухмерный ТИ был создан в 2007 году.
В 2012 году был получен трёхмерный топологический изолятор, которым стало соединение самария и бора (гексаборид самария).
Как ожидается, основным применением топологических изоляторов в ближайшем будущем станут спинтронные устройства квантовых компьютеров (мы об этом рассказывали здесь).
Исследования в верхних слоях атмосферы
НАСА использовало Sm для экспериментов в ионосфере. С этой целью, запущенные в мае 2013 года с полигона Рейгана на атолле Меншикова (Маршалловы острова) две зондирующие ракеты распылили по 6 кг порошкообразного самария на высоте 170 и 180 км. Сгенерированные облака заряженных частиц позволили учёным отследить их влияние на распространение радиоволн. Исследование велось с оборудования, установленного в пяти точках в разных частях планеты.
Возможно, Вам также будет интересно:
Если узнали что-то новое, просьба оставить лайк. Подпишитесь на канал, и мы обещаем ещё много интересного.