სამარიუმი

სამარიუმი (; ქიმიური სიმბოლო — ) — ელემენტთა პერიოდული სისტემის მეექვსე პერიოდის, ჯგუფგარეშე (ძველი კლასიფიკაციით მესამე ჯგუფის თანაური ქვეჯგუფის, ბ) ქიმიური ელემენტი. განეკუთვნება ლანთანოიდების ოჯახს. ატომური ნომერია — 62, ატომური მასა — 150.36, დნ — 1072 °, დუღ — 1900 °, სიმკვრივე — 7.52 გ/სმ3. მოვერცხლისფრო-მოთეთრო, იშვიათ მიწათა ლითონი. სამარიუმი ბუნებაში გვხვდება ექვსი მდგრადი და ერთი რადიოაქტიული იზოტოპის სახით. 1879 წელს აღმოაჩინა ლეკოკ დე ბუაბოდრანმა სამარიუმის ოქსიდის სახით. დედამიწის ქერქში მასის მიხედვით სამარიუმის შემცველობაა %. სამარიუმის ჟანგვის ხარისხია +2, +3. ღებულობენ ტრიფთორიდის აღდგენით. იყენებენ შენადნობების, ნათურების დასამზადებლად და სხვა.

ისტორია და სახელწოდების წარმომავლობა
ელემენტი გამოყოფილ იქნა მინერალ სამარსკიტიდან (3516). ამ მინერალს 1847 წელს სახელი მიეცა რუსი სამთო ინჟინერის პოლკოვნიკ ვასილი სამარსკი-ბიხოვეცის პატივსაცემად (გერმანელი ქიმიკოსის ჰენრიხ როზეს წარდგენით, რომელსაც სამარსკიმ გადასცა ამ მინერალის ნიმუშები). ახალი, ადრე უცნობი ელემენტი სამარსკიტში აღმოჩენილი იქნა სპექტროსკოპიულად ფრანგი ქიმიკოსების 1878 წელს ლაფონტენის და 1879 წელს პოლ ემილ ლეკოკ დე ბუაბოდრანის მიერ. 1880 წელს აღმოჩენა დამტკიცებული იქნა შვეიცარიელი ქიმიკოსის ჟან შარლგალისარდ მარინიაკის მიერ. სუფთა ლითონური სამარიუმი პირველად ქიმიურად გამოყოფილი იქნა მხოლოდ საუკუნის დასაწყისში.

ბუნებაში
სამარიუმის შემცველობა დედამიწის ქერქში შეადგენს 8 გრ/ტ, ოკეანის წყალში 1,7 მგრ/ლ.

საბადოები
სამარიუმი შედის ლანთანოიდების შემადგენლობაში, რომლებიც ხშირად გვხვდება აშშ-ში, ყაზახეთში, რუსეთში, უკრაინაში, ავსტრალიაში, ბრაზილიაში, ინდოეთში, სკანდინავიაში.

იზოტოპები
ბუნებრივი სამარიუმი შედგება ოთხი სტაბილური იზოტოპისაგან 144 (იზოტოპური გავრცობადობა 3,07 %), 150 (7,38 %), 152 (26,75 %), 154 (22,75 %) და სამი სუსტრადიოაქტიური იზოტოპისაგან 147 (14,99 %, ნახევარდაშლის პერიოდი — 106 მილიარდი წელი), 148 (11,24 %; 7 წელი), 149 (13,82 %; > 2 წელი, ზოგ წყაროში აღნიშნულია როგორც სტაბილური). ასევე არსებობს ხელოვნურად სინთეზირებული სამარიუმის იზოტოპები, რომელთა შორის ყველაზე ხანგრძლივად არსებულია — 146 (ნახევარდაშლის პერიოდი — 103 მილიონი წელი) და 151 (90 წელი).

სტანდარტული ატომური მასა
სამარიუმის სტანდარტულ ატომურ მასად მიღებულია — 150.36, რომელიც როგორც წესი იანგარიშება ბუნებაში არსებულ ყველა სტაბილურ იზოტოპტთა საშუალო შეწონილი მასით, მათი დედამიწის ქერქსა და ატმოსფეროში გავრცელების პროპორციულად.

მიღება
ლითონურ სამარიუმს მიიღებენ მეტალოთერმული და ელექტოლიტური მეთოდით, წარმოების სტრუქტურის და ეკონომიკური მონაცემების გათვალისწინებით. სამარიუმის მსოფლიო წარმოება შეფასებულია რამდენიმე ასეულ ტონად, მისი უდიდესი ნაწილი მოიპოვება იონოგამცვლელი მეთოდით მონაციტის ქვიშისაგან.

ღირებულება
99—99,9 % სიწმინდის სამარიუმის ზოდების ფასი მერყეობს მიახლოებით 50-60 დოლარი 1 კილოგრამზე.

ფიზიკური თვისებები
ლითონური სამარიუმი არის — ლითონი რომელიც შესახედად ჰგავს ტყვიას, ხოლო მექანიკური თვისებებით - თუთიას.

ქიმიური თვისებები
ჰაერზე სამარიუმი ნელა იჟანგება, ჯერ იფარება მუქი ფერის ოქსიდის ფენით 23, ხოლო შემდეგ — ფხვნილად დაშლის დროს იღებს მოყვითალო ელფერს.

სამარიუმი — მაღალაქტიური ლითონია. ის იხსნება მჟავეებში, იწვის ჰაერზე (ოქსიდის წარმოქმნით), რეაგირებს აზოტთან (ნიტრიდის წარმოქმნით), ნახშირბადთან (კარბიდების წარმოქმნით), ჰალკოგენიდებთან (მონო- და ორ-სამ ვალენტიანი სულფიდების, სელენიდების, ტელურიდების წარმოქმნით), წყალბადთან (ჰიდრიდების წარმოქმნით), სილიციუმთან (სილიციდების წარმოქმნით), ბორთან (ბორიდების წარმოქმნით), ფოსფორთან (ფოსფიდები), დარიშხანთან (არსენიდები), სტიბიუმთან (ანტიმონიდები), ბისმუტთან (ბისმუტიდები) და ყველა ჰალოგენიდებთან (ფთორიდები, ქლორიდები, ბრომიდები, იოდიდები).

გამოყენება
მაგნიტური მასალები
სამარიუმი ფართოდ გამოიყენება ზემძლავრი მუდმივი მაგნიტების წარმოებისათვის, კობალტთან და სხვა ელემენტების შენადნობებში. თუმცა ბოლო წლებში შეიმჩნევა ამ მაგნიტებში სამარიუმის ჩანაცვლება ნეოდიმიუმით, ამის მიუხედავად სამარიუმის შენადნობების შესაძლებლობები ამით არ ამოიწურება.

სამარიუმის და კობალტის შენადნობების ლეგირებით ისეთი ელემენტებით, როგორიცაა ცირკონიუმი, ჰაფნიუმი, სპილენძი, რკინა და ვერცხლისწყალი მიღწეულია კოერციტიული ძალის და ინდუქციის საკმაოდ მაღალი მაჩვენებლები. ასევე მის საფუძველზე შესაძლებელია მუდმივი მანითების შექმნა რომლებიც 3-ჯერ და უფრო მეტჯერ უკეთესი მახასიათებლები აქვთ მაგნუტური ენერგიისა და ველის მიხედვით, ვიდრე სხვა მაგნიტურ შენადნობებს რომლებიც იშვიათმიწა ლითონების საფუძველზე არიან შექმნილნი.

თერმოელექტრული მასალები
ეხლახან აღმოჩენილ თერმო-ე.მ.ძ-ის გენერაციის ეფექტს სამარიუმის მონოსულფიდში აქვს საკმაოდ მაღალი მარგი ქმედების კოეფიციენტი მიახლოებით 50%. უკვე მონოკრისტალის გახურებისას 130 °-მდე (რაც ხსნის პერსპექტივას დაბალპოტენციური სითბოს უტილიზაციისა) ამ ეფექტისა და თერმოელექტრული ემისიის ერთობლივი ექსპლუატაციის შემთხვევაში ან კლასიკურ თერმოელემენტებთან, ადვილად შეიძლება მიღწეულ იქნას ელექტროენერგიის გამომუშავების მ.ქ.კ. 67—85 %-მდე, რაც ძალიან აქტუალურია ორგანული საწვავების შეზღუდული მარაგის შემცირების გამო. უკვე დღეს საცდელი გენერატორები კონკურენტუნარიანნი არიან ყველანაირი სითბური ძრავასთან შედარებით (დიზელისა და სტირლინგის ძრავების ჩათვლით), რაც იძლევა საშუალებას ვიფიქროთ ავტომობილში ამ ეფექტის დანერგვის შესახებ როგორც ძირითადი ძალური დანადგარისა. იმის გათვალისწინებით რომ სამარიუმი მეტად რადიაციამედეგია, სამარიუმის მონოსულფიდი შეიძლება გამოყენებული იქნას ატომური რეაქტორების კონსტრუირებისას. ის პირდაპირ გარდაქმნის თბო და ნაწილობრივ იონიზირებად გამოსხივებას ელექტროენერგიად (კოსმოსური რეაქტორები, ღრმა კოსმოსის რეაქტორები). ასე რომ, სამარიუმის მონოსულფიდი ახლო მომავალში დაიკავებს ერთ ერთ მოწინავე ადგილს მცირე და დიდ ენერგეტიკაში, კოსმოსური ბაზირების და ავიაციური ტრანსპორტის ატომური ძალური დამადგარების წარმოებაში, მომავლის ავტომობილების ძალოვანი დანადგარების წარმოებაში, საყოფაცხოვრებო და სამხედრო საჭიროების კომპაქტური და მძლავრი დენის წყაროების წარმოებაში. საინტერესოა აღინიშნოს, ის გარემოება, რომ სამარიუმის მონოსულფიდის საფუძველზე ადვილად გადასაწყვეტია ამოცანა ავტომობილური ტრანსპორტის ბირთვული ძალოვანი დანადგარების შესაქმნელად, და ამასთან საკმაოდ უსაფრთხოსი (ბირთვული ავტომობილი).

როგორც ელექტრული მასალა შეზღუდულად გამოიყენება სამარიუმის ტელურიდი (თერმო-ე.მ.ძ 320 მკვ/).

ბირთვული ენერგეტიკა
ბირთვული ენერგეტიკაში სამარიუმი გამოიყენება ატომური რეაქტორის სამართავად, რადგანაც ბუნებრივი სამარიუმისათვის სითბური ნეიტრონების მიტაცების განიკვეთი 6800 ბარნზე მეტია. სამარიუმი სხვა მითაცების მაღალი განიკვეთის მქონე ელემენტებთან განსხვავებით (ბორი, კადმიუმი) რეაქტორში «არ გამოიწვება», რადგანაც ინტენსიური ნეიტრონული დასხივებისას წარმოიქმნება სამარიუმის შვილობილი იზოტოპები, რომლებსაც ასევე აქვთ ნეიტრონების მიტაცების დიდი განიკვეთი. სითბული ნეიტრონების მიტაცების ყველაზე დიდი განიკვეთი სამარიუმის იზოტოპებს შორის (ბუნებრივ ნარევში) აქვს სამარიუმ-149 (41000 ბარნი). ატომურ მრეწველობაში გამოიყენება ჟანგი (სპეციალური მინანქარი და მინები), ჰექსაბორიდი და კარბიდი (მარეგულირებელი ღეროები), სამარიუმის ბორატი.

გიგანტური მაგნიტოკალორიული ეფექტი
სამარიუმის და სტრონციუმის მანგანატები ფლობენ გიგანტურ მაგნიტოკალორიული ეფექტს და შეიძლება გამოყენებულ იქნან მაგნიტური მაცივრების კონსტრუირებისას.

გიგანტური მაგნიტოელექტრული ეფექტი
სამარიუმის მოლიბდატი ფლობს მეტად დიდ მაგნიტოელექტრულ ეფექტს, ვიდრე, მაგალითად, გადოლინიუმის მოლიბდატი, და ახლა ინტენსიურად შეისწავლება.

მინის წარმოება
სამარიუმის ოქსიდი გამოიყენება სპეციალური ლუმინესცენტნური და ინფრაწითელი გამოსხივების მშთანთქავი მინების ცარმოებისას.

ცეცხლგამძლე მასალები
სამარიუმის ოქსიდი გამოირჩევა მეტად მაღალი ცეცხლმედეგობით, აქტიური ლითონების შენაერთების (შენადნობები) მიმართ მედეგობით და ლღვობის მაღალი ტემპერატურით (2270 °). ამის გამო ის გამოიყენება როგორც კარგი ცეცხლგამძლე მასალა.

გამოყენების სხვა დარგები
სამარიუმი შეიძლება გამოყენებულ იქნას ლაზერული გამოსხივების ასამოქმედებლად თხევად და მყარ გარემოებში. სამარიუმი ასევე გამოიყენება როგორც ლუმინოფორების აქტივატორი, ფერადი ტელევიზორების და მობილური ტელეფონების ცარმოებაში.

ლითონური სამარიუმი გამოიყენება მბჟუტავი განმუხტვის სტარტერის ელექტროდების წარმოებაში.

სამარიუმის ზესუფთა ოქსიდი გამოიყენება მიკროელექტრონიკაში როგორც დიელექტრიკი.

ბიოლოგიური როლი
სამარიუმის ბიოლოგიური როლი ძალიან სუსტადაა შესწავლილი. ცნობილია, რომ ის ასტიმულირებს მეტაბოლიზმს. სამარიუმისა და მისი ნაერთების ტოქსიკურობა, როგორც სხვა იშვიათმიწა ელემენტებისა, არც ისე მაღალია.