Samarium

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Samarium
Samarium dans une ampoule.
Prométhium ← Samarium → Europium —     62 Sm                                                                                                                                                                                                                                                                                           ↑ Sm ↓ Pu Tableau complet Tableau étendu
Position dans le tableau périodique
Symbole	Sm
Nom	Samarium
Numéro atomique	62
Groupe	–
Période	6e période
Bloc	Bloc f
Famille d'éléments	Lanthanide
Configuration électronique	[Xe] 4f6 6s2
Électrons par niveau d’énergie	2, 8, 18, 24, 8, 2
Propriétés atomiques de l'élément
Masse atomique	150,36 ± 0,03 u[1]
Rayon atomique (calc)	185 pm (238 pm)
Rayon de covalence	198 ± 8 pm[2]
État d’oxydation	3
Électronégativité (Pauling)	1,17
Oxyde	Base
Énergies d’ionisation[3]
1re : 5,643 7 eV	2e : 11,07 eV
3e : 23,4 eV	4e : 41,4 eV
Isotopes les plus stables
Iso AN Période MD Ed PD MeV 144Sm 3,07 % stable avec 82 neutrons 146Sm Traces ? / {syn.} 0,68×108 a[4] α 2.529 142Nd 147Sm 14,99 % 1,06×1011 a α 2.310 143Nd 148Sm 11,24 % 7×1015 a α 1.986 144Nd 149Sm 13,82 % >2×1015 a α no data 145Nd 150Sm 7,38 % stable avec 88 neutrons 152Sm 26,75 % stable avec 90 neutrons 154Sm 22,75 % stable avec 92 neutrons
Propriétés physiques du corps simple
État ordinaire	solide
Masse volumique	7,520 g·cm-3 (25 °C, α)[1]
Système cristallin	Rhomboédrique
Couleur	blanc argenté
Point de fusion	1 072 °C[1]
Point d’ébullition	1 794 °C[1]
Enthalpie de fusion	8,63 kJ·mol-1
Enthalpie de vaporisation	166,4 kJ·mol-1
Volume molaire	19,98×10-6 m3·mol-1
Pression de vapeur	563 Pa à 1 345 K
Vitesse du son	2 130 m·s-1 à 20 °C
Chaleur massique	200 J·kg-1·K-1
Conductivité électrique	0,956×106 S·m-1
Conductivité thermique	13,3 W·m-1·K-1
Divers
No CAS	7440-19-9[5]
No ECHA	100.028.298
No CE	231-128-7
Précautions
SGH[6]
H228, H261, H373, P210, P231+P232 et P422 H228 : Matière solide inflammable H261 : Dégage, au contact de l'eau, des gaz inflammables H373 : Risque présumé d'effets graves pour les organes (indiquer tous les organes affectés, s'ils sont connus) à la suite d'expositions répétées ou d'une exposition prolongée (indiquer la voie d'exposition s'il est formellement prouvé qu'aucune autre voie d'exposition ne conduit au même danger) P210 : Tenir à l’écart de la chaleur/des étincelles/des flammes nues/des surfaces chaudes. — Ne pas fumer. P231+P232 : Manipuler sous gaz inerte. Protéger de l’humidité. P422 : Stocker le contenu sous …
Transport[6]
- 2910 Numéro ONU : 2910 : MATIÈRES RADIOACTIVES, QUANTITÉS LIMITÉES EN COLIS EXCEPTÉS Classe : 7 Étiquette : 7 : Matières radioactives
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.
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Le samarium est l’élément chimique de numéro atomique 62, de symbole Sm. Il appartient au groupe des lanthanides (inclus dans les terres rares). Le corps simple samarium est un métal.

Le samarium est un métal rare sur la Terre. Il est présent en concentration jusqu’à 2,8 % dans plusieurs minéraux, notamment la cérite, la gadolinite, la samarskite, la monazite et la bastnäsite, les deux derniers étant les sources commerciales les plus courantes de l’élément. Ces minéraux se trouvent principalement en Chine, aux États-Unis, au Brésil, en Inde, au Sri Lanka et en Australie. La Chine est de loin le leader mondial de l’extraction et de la production de samarium.

Le samarium est découvert par spectroscopie en 1853 par le chimiste suisse Jean Charles Galissard de Marignac, par l'observation de ses fines raies d'absorption dans le didyme. Il est isolé (sous forme d'un mélange de deux oxydes) à Paris en 1879 par le chimiste français Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran à partir de la samarskite, un minéral de formule chimique (Y,Ce,U,Fe)₃(Nb,Ta,Ti)₅O₁₆. En 1901, le chimiste français Eugène Demarçay réussit à séparer les deux oxydes, et découvre ainsi l'europium.

Le nom du samarium provient de celui de la samarskite, découverte par le colonel Samarsky dans une mine de l'Oural.

Le samarium est de couleur argentée, relativement stable à l'air libre et s'enflamme spontanément à 150 °C.

Le samarium est un élément de terre rare d’une dureté et d’une densité similaires à celles du zinc. Avec un point d’ébullition de 1 794 °C, le samarium est le troisième lanthanide le plus volatil après l’ytterbium et l’europium et comparable à cet égard au plomb et au baryum ; cela aide à séparer le samarium de ses minerais^[8],[1]. Lorsqu’il est fraîchement préparé, le samarium a un éclat argenté et prend un aspect plus terne lorsqu’il est oxydé à l’air. On calcule que le samarium a l’un des plus grands rayons atomiques des éléments ; avec un rayon de 238 pm (238 × 10⁻¹² m), seuls le potassium, le praséodyme, le baryum, le rubidium et le césium sont plus grands^[9].

Dans des conditions ambiantes, le samarium a une structure rhomboédrique (forme α). Lorsqu’il est chauffé à 731 °C, sa symétrie cristalline devient hexagonale compacte (hcp) ; il a une température de transition réelle dépendant de la pureté du métal. Un chauffage supplémentaire à 922 °C transforme le métal en une phase cubique centrée (bcc). Le chauffage à 300 °C et la compression à 40 kbar (kilobars) permettent d’obtenir une structure hexagonale compacte double (dhcp). Une pression plus élevée de l’ordre de centaines ou de milliers de kilobars induit une série de transformations de phase, notamment une phase tétragonale apparaissant à environ 900 kbar^[10]. Dans une étude, la phase dhcp a pu être produite sans compression, en utilisant un régime de recuit hors équilibre et un changement de température rapide entre environ 400 et 700 °C), confirmant le caractère transitoire de cette phase de samarium. Les couches minces de samarium obtenues par dépôt en phase vapeur peuvent contenir les phases hcp ou dhcp dans des conditions ambiantes^[10].

Le samarium et son sesquioxyde sont paramagnétiques à température ambiante. Leurs moments magnétiques effectifs correspondants, inférieurs à 2 magnétons de Bohr, sont les troisièmes plus faibles parmi les lanthanides (et leurs oxydes) après le lanthane et le lutécium. Le métal adopte un état antiferromagnétique lors du refroidissement à 14,8 K^[11],[12]. Les atomes de samarium individuels peuvent être isolés en les encapsulant dans des molécules de fullerène^[13]. Ils peuvent également être intercalés dans les interstices du C₆₀ massif pour former une solution solide de composition nominale Sm₃C₆₀, qui est supraconductrice à une température de 8 K. Le dopage des supraconducteurs à base de fer avec du samarium – une famille de supraconducteurs à haute température – augmente leur température de transition vers la conductivité normale jusqu’à 56 K, la valeur la plus élevée atteinte à ce jour dans cette série^[14].

Dans l’air, le samarium s’oxyde lentement à température ambiante et s’enflamme spontanément à 150 °C^[15],[1]. Même lorsqu'il est stocké sous huile minérale, le samarium s’oxyde progressivement et développe une poudre jaune grisâtre du mélange oxyde-hydroxyde à la surface. L’aspect métallique d’un échantillon peut être préservé en le scellant sous un gaz inerte tel que l'argon.

Le samarium est assez électropositif et réagit lentement avec l’eau froide et rapidement avec l’eau chaude pour former de l’hydroxyde de samarium^[16] :

2Sm_(s) + 6H₂O_(l) → 2Sm(OH)_3(aq) + 3H_2(g)

Le samarium se dissout facilement dans l'acide sulfurique dilué pour former des solutions contenant les ions jaunes à vert pâle Sm(III)^[17], qui existent sous forme de complexes [Sm(OH₂)₉]^3+[16] :

2Sm_(s) + 3H₂SO_4(aq) → 2Sm³⁺_(aq) + 3SO₄^2-_(aq) + 3H_2(g)

Le samarium est l’un des rares lanthanides avec un état d’oxydation +2 relativement accessible, aux côtés de Eu et de Yb^[18]. Les ions Sm²⁺ sont rouge sang en solution aqueuse^[19].

Le samarium naturel est composé de cinq isotopes stables (¹⁴⁴Sm, ¹⁴⁹Sm, ¹⁵⁰Sm, ¹⁵²Sm et ¹⁵⁴Sm) et de deux radioisotopes de très longue demi-vie, ¹⁴⁷Sm (1,06 × 10¹¹ a) et ¹⁴⁸Sm (7 × 10¹⁵ a), ¹⁵²Sm étant le plus abondant (22,75 %). ¹⁴⁶Sm a également une très longue demi-vie (1,03 × 10⁸ a), mais il n'est présent naturellement qu'à l'état de traces, comme produit de la nucléosynthèse explosive^[20].

• aimants permanents : en alliage avec le cobalt : SmCo₅ et de Sm₂Co₁₇. Les aimants au samarium-cobalt possèdent la résistance à la démagnétisation la plus élevée connue^[21].
• Capteur de neutrons : le samarium possède une très grande capacité de capture des neutrons thermiques. Ses isotopes sont des produits de fission communs dans les réacteurs nucléaires particulièrement l'isotope 149 qui est un poison neutronique, le samarium 149 s'accumule dans le cœur créant une perte de réactivité que l'on appelle l'empoisonnement samarium dont le mécanisme est proche de l'empoisonnement xénon.
• Électronique : des condensateurs céramiques utilisent un diélectrique à base d'oxydes de lanthane, de néodyme ou de samarium.
• Optique : ajouté au verre, son oxyde Sm₂O₃ permet une forte absorption de l'infrarouge.
• Médecine : le ¹⁵³Sm est utilisé en radiothérapie symptomatique, principalement pour soulager les douleurs dues aux métastases osseuses.
• On le retrouve dans les microphones de guitares électriques comme dans les barres de contrôle de certains réacteurs nucléaires.

En raison de conflits commerciaux avec les États-Unis et l'Union européenne, la Chine suspend en avril 2025 ses exportations de samarium vers tous les pays^[22].

Le samarium métallique n'a pas de rôle biologique connu dans le corps humain. Les sels de samarium sont réputés stimuler le métabolisme, mais il n'est pas certain que cet effet provienne du samarium lui-même plutôt que des autres lanthanides présents avec lui. La quantité totale de samarium chez l'adulte est de l'ordre de 50 µg, essentiellement dans le foie et les reins avec environ 8 µg/L dans le sang.

Après ingestion, seuls 0,05 % des sels de samarium sont absorbés dans le sang, le reste étant directement excrété. Depuis le sang, environ 45 % du samarium passe dans le foie et 45 % se dépose à la surface des os, où il demeure environ dix ans, les 10 % restants étant à leur tour excrétés^[23].

Le samarium n'est généralement pas absorbé par les plantes dans des quantités mesurables et n'entre donc pas dans l'alimentation humaine. Cependant, certaines d'entre elles^{[Lesquelles ?]} peuvent en contenir 1 ppm. Les sels du samarium insolubles dans l'eau ne sont pas toxiques, ceux qui sont solubles l'étant légèrement^[15].

• Jean Charles Galissard de Marignac

• (en) « Technical data for Samarium » (consulté le 11 août 2016), avec en sous-pages les données connues pour chaque isotope.

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