원소번호 62번 Sm 사마륨

란타넘족에 속하는 희토류 원소의 하나로, 1879년에 사마스카이트 광석에서 처음 발견되었는데, 이 광석을 발견한 사람 사마스키의 이름을 따서 광석은 ‘사마스카이트’ 그리고 원소는 ‘사마륨’으로 명명되었다. 원소 이름이 사람 이름을 따서 지어진 최초의 원소이다. 사마륨은 란타넘족 원소 중에서 5번째로 풍부하며, 높은 온도에서도 강한 자석의 성질을 유지하는 사마륨-코발트 자석에 주로 사용된다. 사마륨은 또한 화학 반응의 촉매와 시약, 태고적 암석의 방사능 연대 측정, X-선 레이저 등에도 유용하게 사용되며, 원자로의 중성자 제어봉에도 들어간다. 방사성 동위원소 사마륨-153(153Sm)은 방사성 암 치료제와 통증 완화제로 사용된다.

사마륨의 가장 큰 용도는 코발트(Co)와 합금시켜 강한 영구자석을 만드는 것이다. 사마륨-코발트 자석은 보통SmCo₅ 또는 Sm₂Co₁₇의 조성을 갖는데, 나중에 개발된 네오디뮴(Nd) 자석에 비해 값이 비싸고 자기장의 세기가 조금 약한 단점이 있으나, 높은 온도에서도 안정하고 잘 녹슬지 않는 장점이 있다. 사마륨 자석은 전기 모터, 헤드폰, 전기 기타(guitar)의 픽업(pickup, 소리나 빛, 진동을 전기적 신** 변환시키는 장치) 등에 사용된다. 여러 사마륨 화합물들이 화학 반응의 촉매로 사용되며, 다이아이오드화사마륨(II)(SmI₂)는 유기 화학 반응에서 탄소-탄소 결합 형성의 짝지음제와 환원제로 널리 사용된다. 방사성 동위원소 153Sm은 방사성 암 치료제와 전이성 골암에 의한 뼈 통증 완화제로 사용되는 방사성 의약품의 주 성분이며, 149Sm은 강한 중성자 흡수제로 원자로 제어봉에 첨가된다. 또한 다른 희토류 원소들처럼, 사마륨도 유리에 색을 내거나 적외선 흡수 유리와 같은 특수 광학 유리를 만드는데 쓰이며, 특수 용도의 레이저를 만드는데도 사용된다.

사마륨은 순수한 상태에서는 은색을 띠며, 굳기와 밀도는 아연(Zn)과 비슷한데, 희토류 원소들 중에서는 가장 단단하고 가장 부서지기 쉽다. 공기 중에서는 표면이 쉽게 산화되어 노란색을 띤다. 녹는점은 1072oC이고 끓는점은 1794oC인데, 란타넘족 원소 중에서는 끓는점이 이터븀(1196oC)과 유로퓸(1527oC) 다음으로 낮아 금속 사마륨을 증류 방법으로 분리하기도 한다. 25oC에서의 밀도는 7.52g/cm3이다. 실온에서는 삼방정(trigonal) 구조를 하는 α-형으로 존재하는데, 가열하면 731oC에서 육방조밀격자(hcp) 구조로 변하고, 더욱 가열하면 922oC에서 체심입방(bcc) 구조로 전환된다. 실온에서는 상자기성(paramagnetic)을 보이나, 온도를 내리면 14.8K에서 반강자성(antiferromagnetic: 원자의 전자 스핀이 인접한 스핀과 크기는 같으나 반대 방향으로 배열하여 순 자성이 0인 상태)으로 전환된다. 전기 비저항은 25oC에서 약 940nΩ?m이다. 한편, 사마륨 원자를 플러렌(C60, 60개의 탄소 원자로 이루어진 축구공 모양의 탄소 동소체)에 캡슐화시키거나 플러렌 사이에 포함시킬 수 있는데 이렇게 생성된 물질은 8K이하에서 초전도 성질을 보인다. 또한 사마륨을 철을 기반으로 하는 초전도체에 첨가하면 초전도 전이온도가 56K까지 올라가는 것이 관찰되었다.