Samário (Sm, Z = 62): Um Ímã Terrestre com Origens Estelares
Modelo atômico simplificado do átomo de samário. O isótopo mais abundante é o \(\,^{152}\mathrm{Sm}\,\) com seus 62 prótons, 62 elétrons e 90 nêutrons.
Fonte da imagem: astronoo.com (nova janela) — imagem gerada por IA, domínio público.
Papel em Astrofísica e Cosmologia do Samário
O samário é um elemento produzido principalmente pelo processo de captura neutrônica lenta (processo s) em estrelas do ramo assintótico das gigantes (AGB). Uma fração também é sintetizada pelo processo de captura neutrônica rápida (processo r) durante eventos cataclísmicos como fusões de estrelas de nêutrons ou supernovas.
A abundância de samário nas estrelas é um indicador valioso para os astrônomos. A razão de abundância entre o samário e outros elementos produzidos por processos similares (como o neodímio ou o európio) ajuda a traçar a história da nucleossíntese em nossa galáxia. A medição das abundâncias de samário em estrelas antigas pobres em metais ajuda a entender a eficiência relativa dos processos s e r no universo primordial. Além disso, o isótopo radioativo 146Sm (meia-vida de 68 milhões de anos) existiu no início do sistema solar. Sua presença passada, detectada por seus produtos de decaimento em meteoritos, é usada como cronômetro para datar a diferenciação planetária e a formação dos núcleos dos planetas telúricos como a Terra e Marte.
História da Descoberta do Samário
A história do samário começa com a análise de um mineral raro, a samarskita, identificado nos Urais por volta de 1847 e nomeado em homenagem ao coronel russo Vassili Samarski (1803-1870). O químico suíço Jean Charles Galissard de Marignac (1817-1894) foi o primeiro a observar linhas espectrais desconhecidas neste mineral em 1853, sugerindo a presença de um novo elemento. Mas foi o químico francês Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran (1838-1912) quem, em 1879, conseguiu isolar um óxido de um novo elemento a partir da samarskita. Ele confirmou sua descoberta por espectroscopia e nomeou este elemento samário em referência ao mineral de origem. Esta foi a primeira identificação de um elemento do grupo das terras raras a partir deste mineral, abrindo caminho para a descoberta de outros lantanídeos.
N.B.:
O samário não existe em estado nativo. É extraído principalmente de minérios como a monazita e a bastnasita, que contêm uma mistura de terras raras. Sua abundância na crosta terrestre é de cerca de 7 ppm, o que é superior à de elementos como o estanho. A separação do samário de outros lantanídeos, um processo complexo devido às suas propriedades químicas muito similares, é realizada por técnicas modernas como troca iônica ou extração por solvente.
Estrutura e Propriedades Fundamentais
O samário (símbolo Sm, número atômico 62) é um elemento da série dos lantanídeos, pertencente ao grupo das terras raras. Seu átomo possui 62 prótons, geralmente 90 nêutrons (para o isótopo mais abundante \(\,^{152}\mathrm{Sm}\)) e 62 elétrons com a configuração eletrônica [Xe] 4f⁶ 6s².
À temperatura ambiente, o samário é um metal sólido prateado, relativamente duro e quebradiço. É um elemento moderadamente denso (densidade ≈ 7,52 g/cm³) e apresenta um leve magnetismo à temperatura ambiente.
Ponto de fusão (estado líquido) do samário: 1.345 K (1.072 °C).
Ponto de ebulição (estado gasoso) do samário: 2.067 K (1.794 °C).
Tabela de Isótopos Notáveis do Samário
| Isótopo / Notação | Prótons (Z) | Nêutrons (N) | Massa atômica (u) | Abundância natural | Meia-vida / Estabilidade | Decaimento / Observações |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Samário-152 — \(\,^{152}\mathrm{Sm}\,\) | 62 | 90 | 151.919732 u | ≈ 26,75 % | Estável | Isótopo estável mais abundante. |
| Samário-154 — \(\,^{154}\mathrm{Sm}\,\) | 62 | 92 | 153.922209 u | ≈ 22,75 % | Estável | Segundo isótopo estável. |
| Samário-147 — \(\,^{147}\mathrm{Sm}\,\) | 62 | 85 | 146.914898 u | ≈ 14,99 % | 1,06 × 10¹¹ anos | Radioativo, emissor α. Fundamental para datação geológica (Sm-Nd). |
| Samário-149 — \(\,^{149}\mathrm{Sm}\,\) | 62 | 87 | 148.917185 u | ≈ 13,82 % | Estável | Isótopo estável. É um poderoso veneno neutrônico. |
| Samário-150 — \(\,^{150}\mathrm{Sm}\,\) | 62 | 88 | 149.917276 u | ≈ 7,38 % | Estável | Isótopo estável. |
| Samário-144 — \(\,^{144}\mathrm{Sm}\,\) | 62 | 82 | 143.912006 u | ≈ 3,07 % | Estável | Isótopo estável mais leve. |
| Samário-153 — \(\,^{153}\mathrm{Sm}\,\) | 62 | 91 | 152.922097 u | Sintético | 46,3 horas | Emissor β⁻. Usado em medicina nuclear para o tratamento de dores ósseas. |
Configuração Eletrônica e Camadas Eletrônicas do Samário
N.B.:
As camadas eletrônicas: Como os elétrons se organizam ao redor do núcleo (nova janela).
O samário possui 62 elétrons distribuídos em seis camadas eletrônicas. Sua configuração eletrônica completa é: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ 4f⁶ 6s², ou de maneira simplificada: [Xe] 4f⁶ 6s². Esta configuração também pode ser escrita como: K(2) L(8) M(18) N(24) O(8) P(2).
Estrutura Detalhada das Camadas
Camada K (n=1): 2 elétrons (1s²).
Camada L (n=2): 8 elétrons (2s² 2p⁶).
Camada M (n=3): 18 elétrons (3s² 3p⁶ 3d¹⁰).
Camada N (n=4): 24 elétrons (4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f⁶). A subcamada 4f, parcialmente preenchida com 6 elétrons, é responsável pelas propriedades magnéticas e ópticas únicas do samário.
Camada O (n=5): 8 elétrons (5s² 5p⁶).
Camada P (n=6): 2 elétrons (6s²).
Elétrons de Valência e Estados de Oxidação
Os elétrons de valência do samário são principalmente os 2 elétrons 6s², mas os 6 elétrons 4f também participam ativamente na ligação química. Esta configuração leva a vários estados de oxidação possíveis.
O estado de oxidação mais comum e estável é +3 (Sm³⁺), onde o átomo perde seus dois elétrons 6s² e um elétron 4f, atingindo uma configuração [Xe] 4f⁵ particularmente estável (subcamada f semi-preenchida).
O estado de oxidação +2 (Sm²⁺) também é conhecido e relativamente estável para um lantanídeo, onde o átomo perde apenas seus dois elétrons 6s² para dar [Xe] 4f⁶. O Sm²⁺ é um redutor poderoso.
Esta dualidade (+2/+3) confere ao samário uma química rica, usada em aplicações de redução em síntese orgânica.
Reatividade Química
O samário é um metal relativamente reativo. Ele escurece lentamente no ar, formando um óxido (Sm₂O₃) em sua superfície. Em forma dividida, pode inflamar espontaneamente. Reage com a água para liberar hidrogênio, embora mais lentamente do que os metais alcalino-terrosos. Dissolve-se facilmente em ácidos diluídos. O samário reage com a maioria dos não-metais (halogênios, hidrogênio, nitrogênio, enxofre) em temperaturas moderadas. Sua química em solução aquosa é dominada pelo íon Sm³⁺, que forma complexos estáveis e apresenta uma cor amarela pálida característica.
Aplicações Industriais e Tecnológicas do Samário
- em ímãs permanentes Samário-Cobalto (SmCo₅, Sm₂Co₁₇) para motores de aeronaves, geradores, sensores e sistemas críticos (alta temperatura, estabilidade);
- como absorvedor de nêutrons (149Sm) nas barras de controle de alguns reatores nucleares;
- em catálise, especialmente o iodeto de samário(II) (SmI₂), um redutor poderoso e seletivo em síntese orgânica;
- em cristais dopados com samário para lasers de semicondutor e amplificadores ópticos;
- como agente de dopagem em vidros e cerâmicas para modificar suas propriedades ópticas;
- em medicina nuclear, o isótopo 153Sm é usado na forma de lexidronam para aliviar dores relacionadas a metástases ósseas;
- em sensores e atuadores de sistemas microeletromecânicos (MEMS);
- para dopagem de fósforos em telas e certos dispositivos de exibição;
- como traçador isotópico (147Sm/144Nd) em geoquímica e petrologia para datação de rochas;
- em aplicações de calibração de detectores de radiação gama.
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