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Samário (Sm)

O samário é um elemento químico pertencente ao grupo dos lantanídeos, também conhecidos como metais terras-raras. É muito usado como um ímã permanente.

Pessoa segurando um cubo preto com laranja com o símbolo, o número atômico e a massa do elemento químico samário.
O elemento químico samário é muito usado como um ímã permanente.
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O samário é um elemento químico pertencente ao grupo dos lantanídeos, também conhecidos como metais terras-raras. O samário apresenta o estado de oxidação +3 clássico dos lantanídeos, mas também apresenta o estado de oxidação +2 estável. Apresenta boa resistência à corrosão, pois sua forma metálica produz uma capa que o protege de processos corrosivos mais profundos.

Em sua forma metálica, é obtido via redução com lantânio, em altas temperaturas, em um processo industrial descontínuo com duração de aproximadamente dez horas. O samário é principalmente empregado na produção de ímãs permanentes, na forma da liga samário e cobalto, SmCo. É um ímã que mantém suas propriedades magnéticas em boas temperaturas, com preço acessível e sendo resistente à corrosão. Também é aplicado como hastes de controle de nêutrons em reatores nucleares.

Leia também: Cromo — outro elemento químico conhecido por sua boa resistência à corrosão

Tópicos deste artigo

Resumo sobre o samário

  • O samário, símbolo Sm e número atômico 62, é um metal pertencente aos lantanídeos, também conhecidos como metais terras-raras.

  • Assim como os demais lantanídeos, apresenta estado de oxidação +3 em compostos, mas também apresenta o estado +2 estável.

  • Apresenta boa resistência à corrosão.

  • É encontrado principalmente na monazita e na bastnasita.

  • Sua forma metálica é produzida via redução com lantânio.

  • É principalmente utilizado para produção de ímãs permanentes quando forma ligas metálicas com o cobalto.

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Propriedades do samário

  • Símbolo: Sm.

  • Número atômico: 62.

  • Massa atômica: 150,36 u.m.a.

  • Eletronegatividade: 1,17.

  • Ponto de fusão: 1072 °C.

  • Ponto de ebulição: 1794 °C.

  • Densidade: 7,520 g.cm-3 (forma α, 25 °C).

  • Configuração eletrônica: [Xe] 6s2 4f6.

  • Série química: metais terras-raras, lantanídeos.

Características do samário

Amostra do metal samário, com pureza de 99,9%.
Amostra do metal samário, com pureza de 99,9%.

O samário é um dos elementos metálicos pertencentes à série dos lantanídeos, também conhecida como metais terras-raras. Como os demais metais desse grupo, o samário é um metal macio e de coloração branca. Contudo, tais metais são comumente cobertos por uma fina camada de óxido que os protegem de processos oxidativos mais severos.

Como todos os demais lantanídeos, o Sm apresenta o estado de oxidação +3 em solução. O que o distingue, entretanto, é o estado de oxidação +2 bem definido, algo que apenas compartilha com os elementos itérbio (Yb) e európio (Eu) dessa série.

Quando em contato com ácidos diluídos ou vapor, o samário libera gás H2, além de formar o óxido Sm2O3 quando queimado em presença do ar atmosférico. Quando aquecido, o samário pode reagir com o H2 e formar hidretos, como o SmH2 e o SmH3. Carbetos de samário também podem ser formados quando esse elemento é aquecido com o carbono, formando o Sm2C3 e o SmC2.

O samário natural é composto por sete isótopos, sendo dois deles instáveis, o 147Sm e o 148Sm. Contudo, seus tempos de meia-vida são muito extensos, sendo 1,06 x 1011 anos e 7 x 1015 anos, respectivamente.

Onde o samário pode ser encontrado?

Amostra do mineral bastnasita, uma das principais fontes de metais terras-raras, como o samário.
Amostra do mineral bastnasita, uma das principais fontes de metais terras-raras, como o samário.

Todos os lantanídeos, à exceção do promécio (Pm), são encontrados na natureza em dois minerais, principalmente a bastnasita, uma mistura de fluoretos de carbonatos de terras-raras, e a monazita, um fosfato de terras-raras.

Ainda assim, é possível encontrar samário em outros minerais, como a fergusonita (um óxido que mistura terras-raras leves, pesados, actinídeos e outros metais), a xenotima (um fosfato de ítrio) e a eudialita (um silicato de diversos metais que possui terras-raras leves e pesados em sua composição).

Obtenção do samário

Compostos de samário, como seus óxidos, fosfatos e fluoretos, podem ser obtidos a partir de fontes minerais de samário. São usadas técnicas de mineração de craqueamento e preparação do mineral, até sua passagem por lixiviação ácida, purificação e separação dos compostos, seja por cristalização seletiva, troca iônica ou extração por solvente.

Contudo, para a obtenção do samário metálico, puro, cujas aplicações são mais exploradas, é necessária outra técnica: sua redução.

A redução do samário ocorre por outro metal terra-rara, o lantânio (La). O samário é produzido na forma de vapor, e a reação ocorre em temperatura de 1200 °C:

Sm2O3 (s) + 2 La (l) → La2O3 (s) + 2 Sm (g)

Tal reação ocorre também dentro de uma câmara a vácuo, com pressão na faixa de 10-3 a 10-4 Pascals. A taxa de recuperação de samário a partir de seu óxido é na faixa de 90%. O processo ocorre em batelada, com duração média de dez horas, e produz de 20 a 40 kg de samário metálico. Uma planta industrial pode chegar a produzir 100 kg de vapor de samário por dia.

Aplicações do samário

A principal aplicação do samário é na produção de ímãs permanentes. Isso é alcançado quando ele forma a liga com o cobalto (Co), cujas formas cristalinas são o SmCo5 e Sm2Co17. Destaca-se pelo seu baixo preço e pela sua grande resistência a altas temperaturas, ou seja, mantém suas propriedades magnéticas estáveis mesmo em temperaturas na faixa dos 150 °C, necessárias para aplicação em motores e geradores de energia.

Isso o coloca à frente do seu principal concorrente, os ímãs permanentes de NdFeB (os quais vêm tendo maior destaque ultimamente), que necessitam substituir átomos de neodímio (Nd) por disprósio (Dy) ou térbio (Tb) para ter maior resistência térmica, o que aumenta seu preço final. Além disso, os ímãs de SmCo são mais resistentes à corrosão.

Ímãs permanentes de samário e cobalto.
Ímãs permanentes de samário e cobalto.

O samário também é aplicado como haste de controle em reatores nucleares (dispositivos que controlam a energia liberada em uma fissão), já que seu isótopo 149Sm tem grande afinidade por nêutrons. Isso auxilia no controle cinético das reações nucleares, fazendo o controle da energia produzida nas plantas nucleares.

Veja também: Estrôncio — outro elemento químico utilizado na produção de ímãs

História do samário

Nas montanhas russas Ilmen foram descobertos dois minerais de onde diversos terras-raras foram descobertos: a monazita e a samarskita. Esta foi descrita inicialmente em 1839 pelo mineralogista alemão Gustav Rose.

Ele encontrou urânio e tântalo na composição da samarskita e, assim, propôs o nome de uranotantalita. O irmão de Gustav, o químico Heinrich Rose, fez uma análise independente em 1844 e descobriu que boa parte do mineral era, na verdade, composta por nióbio, cunhando o nome para esse metal que, à altura, chamava-se colúmbio. Para diferenciar o nome do metal e a composição do mineral, Heirinch decidiu renomear o mineral de “samarskita”, em homenagem ao Coronel Samarksy-Bykhovets, que lhe proveu com amostras.

Grandes quantidades do mineral samarskita foram encontradas na América do Norte em 1878, tornando-se um material de partida para isolar novos elementos terras-raras. Lecoq de Boisbaudran isolou, em 1879, um novo óxido metálico a partir do mineral samarskita, propondo-lhe o nome samário, mantendo a etimologia do mineral samarskita.

 

Por Stéfano Araújo Novais
Professor de Química

Escritor do artigo
Escrito por: Stéfano Araújo Novais Stéfano Araújo Novais, além de pai da Celina, é também professor de Química da rede privada de ensino do Rio de Janeiro. É bacharel em Química Industrial pela Universidade Federal Fluminense (UFF) e mestre em Química pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ).

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

NOVAIS, Stéfano Araújo. "Samário (Sm)"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/samario-sm.htm. Acesso em 20 de junho de 2024.

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