Първият елемент, кръстен на човек — руският минен инженер Василий Самарски-Биховец. Използва се в лечение на рак и в магнити за космически кораби.

Самарий — Sm · №62

Самарий (Sm) — химичен елемент №62

Повечето елементи в периодичната таблица носят имена на митологични богове, страни или астрономически обекти. Самарият е изключение — той е кръстен на съвсем реален човек, руски чиновник, чието пълно ли мe малко хора знаят днес. А зад тази куриозна история се крие метал, който буквално задвижва космически кораби и помага в лечението на рак.

История на откриването

Историята на самария започва не в лаборатория, а в Уралските планини — с минерал, открит в рудниците около Миас в средата на XIX век. Минералогът Густав Роуз го описва за пръв път около 1839 г. и го кръщава самарскит — в чест на Василий Самарски-Биховец, руски полковник и главен инспектор на минната промишленост. Самарски-Биховец не е учен и не е направил никакво химично откритие. Той просто е бил началникът, който е отворил вратите на рудниците за изследователи. Въпреки това именно той се е превърнал в първия жив човек, по чието има е наречен химичен елемент.

Самият самарий като елемент изолира французинът Пол Емил Льокок дьо Боабодран — същият химик, открил галия три години по-рано. През 1879 г. той анализира самарскита спектроскопски и забелязва характерни линии, непринадлежащи на нито един познат елемент. Техниката на спектралния анализ, разработена от Густав Кирхоф и Роберт Бунзен само две десетилетия по-рано, вече се е оказала незаменима за разгадаване на лантанидите — група елементи, толкова сходни помежду си, че класическата химия трудно ги различава. Льокок дьо Боабодран успял да отдели фракция, богата на новия елемент, и публикувал откритието в „Comptes Rendus" — тогавашното главно списание на Парижката академия на науките.

Интересното е, че чистият самарий е изолиран едва по-късно — процесът е изключително труден заради близостта на лантанидите. Дори в началото на XX век много „проби" от самарий всъщност са съдържали смеси от съседни редкоземни елементи. Днес може да разгледате самарий (и всичките му съседи) на пълната периодична таблица на елементите, но да ги разграничите в природата е история, отнела на химиците десетилетия.

Физични свойства

Самарият е сребристобял метал с лек жълтеникав оттенък — нещо, което лесно се забелязва на прясно нарязана повърхност. С плътност от 7.52 g/cm³ е по-тежък от желязото (7.87 g/cm³), но разликата е почти неусетима на ръка. Топи се при 1072°C и кипи при 1803°C — температури, характерни за лантанидите, нито изключително ниски, нито поразително високи.

На въздух самарият бързо потъмнява. Ако оставите парче от него изложено на влажност, за броени дни ще се покрие с жълто-сива оксидна коричка. Именно затова на практика металът се съхранява под инертна атмосфера или в минерално масло. При стайна температура самарият е крехък — може да се начупи с чук, а не да се разкове като желязото или медта.

Интересна особеност: самарият притежава необичайна електрическа проводимост, която се изменя с температурата по начин, различен от повечето метали. Това, съчетано с магнитните му свойства, го прави интересен от гледна точка на физиката на твърдото тяло. Освен това той е един от малкото елементи, при които се наблюдава отрицателен линеен коефициент на термично разширение в определен температурен диапазон — тоест при нагряване се свива вместо да се разширява.

Химични свойства

Доминиращата окислителна степен на самария е +3 — стандартът за лантанидите. Йонът Sm³⁺ е стабилен и се среща в огромната част от известните съединения. Но самарият е един от малкото лантаниди, при които е достъпна и степен +2, реализирана в самариев(II) йодид (SmI₂) — тъмнозелено кристално вещество, което химиците органици познават много добре.

SmI₂ е мощен редуциращ агент, прилаган в органичната химия за изграждане на сложни молекули. Реакциите с негово участие се провеждат в тетрахидрофуран (ТХФ) и дават продукти, трудно достижими по друг начин — особено при синтез на природни продукти с биологична активност. Не е преувеличение да се каже, че този единствен реагент е открил цяло ново поле в синтетичната химия след 1977 г., когато Жан-Луи Нами го популяризира за органичен синтез.

На въздух самарият реагира бавно при стайна температура, но при нагряване гори и образува Sm₂O₃ — бледожълт оксид, неразтворим във вода. С разредени киселини самарият реагира относително лесно, освобождавайки водород. Хлоридът SmCl₃ и нитратът Sm(NO₃)₃ са водноразтворими и служат като изходни вещества при производство на другите му съединения.

Къде го срещаме

Ако имате слушалки с малки, но силни постоянни магнити, добри шансове са там да има самарий-кобалтови магнити (SmCo₅ или Sm₂Co₁₇). Те бяха доминиращата технология преди неодимовите магнити да ги изместят в потребителската електроника — но в специализирани приложения самарий-кобалтовите магнити остават незаменими. Причината: те запазват магнитните си свойства при температури до 300–350°C, докато неодимовите губят мощността си около 80°C. Затова именно тях ще намерите в двигателите на ракети, сателити и военни системи, където нагряването е неизбежно.

В медицината самарият присъства под формата на самарий-153 — радиоактивен изотоп, използван при лечение на костни метастази. Прилага се под формата на самарий-153 лексидронам (Quadramet) — съединение, което се натрупва точно в костните метастази и облъчва туморните клетки с бета-лъчение, като едновременно с това облекчава болката. Процедурата е одобрена от FDA от 1997 г. и е давала облекчение на хиляди пациенти с рак на простатата и гърдата.

В ядрената промишленост самарият играе по-мрачна роля: самарий-149 е сред най-мощните поглъщатели на неутрони, познати на науката. Той се образува по верижна реакция в работещи реактори и може да потисне реакцията — явление, познато като „ядрено отравяне". Инженерите трябва постоянно да отчитат натрупването му при управление на реактора.

Биологична роля

Самарият не изпълнява известна биологична функция в живите организми. Въпреки това той се усвоява в малки количества с храна и вода — предимно от растения, отглеждани в почви с геохимична концентрация на редкоземни елементи. Токсичността на самария е ниска: при лабораторни животни смъртоносната доза е сравнително висока, а смъртни случаи при хора от самарий като такъв не са документирани. Въпреки това разтворимите му соли се считат за умерено токсични и изискват предпазни мерки при работа с тях.

Парадоксалното е, че самарий-153 — радиоактивен и по природа разрушителен — се прилага именно за лечение. Медицинската му употреба е пример за това как контролираната доза лъчение може да действа избирателно срещу тумора, без да уврежда критично здравата тъкан наоколо.

Любопитни факти

Кръстен на чиновник, не на учен. Самарият е единственият елемент в периодичната таблица, кръстен по косвен начин на съвсем реален бюрократ — Василий Самарски-Биховец никога не е провеждал химични изследвания. Минералогът Роуз просто е искал да му изкаже уважение за улесненото научно сътрудничество в рудниците.

Магнити, летели в Космоса. Самарий-кобалтовите магнити са използвани в множество космически апарати — включително в двигателите за ориентация на спътници. Когато температурните условия са непредвидими и надеждността е критична, самарият печели пред неодима.

Отровата на ядрения реактор. Самарий-149 може да спре работещ ядрен реактор, ако концентрацията му скочи рязко — например след внезапно намаляване на мощността. Инженерите трябва да изчакат изотопът да се изгори или да компенсират с контролните пръти. Това не е хипотетична опасност — именно подобно явление (с ксенон-135, не самарий) е изиграло роля в Чернобилската катастрофа от 1986 г.

Реагентът на органиците. SmI₂ е толкова ценен в лабораториите, че много органични химици го имат наготово в хладилника. Той участва в синтезата на редица противоракови и антибиотични вещества, изследвани в академичните лаборатории по целия свят.

Труден за разграничаване. Самарият в природата се среща предимно в минералите монацит и бастнезит заедно с десетки други лантаниди. Концентрацията му е около 8 mg/kg в земната кора — не рядък, но и не лесен за отделяне. Получаването на чист самарий изисква многократна екстракция и йонно-обменна хроматография. Ако искате да разберете как се наредени всичките тези елементи един спрямо друг, разгледайте периодичната таблица на елементите — лантанидите образуват отделен ред точно под основната таблица.

Самарият е един от