사마륨(Samarium)은 화학 원소로, 원소 기호는 Sm, 원자 번호는 62이다. 주기율표에서 란타넘족(란타니드 계열)에 속하는 희토류 원소이며, 은백색의 단단한 금속이다.
발견 및 명명
사마륨은 1879년 프랑스의 화학자 폴 에밀 르코크 드 부아보드랑(Paul Émile Lecoq de Boisbaudran)이 사마스카이트(samarskite)라는 광석에서 새로운 원소를 분리하여 발견하였다. 원소의 이름은 이 광석의 이름에서 유래하였으며, 사마스카이트라는 광물명은 러시아의 광물학자 바실리 사마르스키비호베츠(Vasily Samarsky-Bykhovets)의 이름을 딴 것이다. 이로 인해 사마륨은 최초로 사람의 이름을 따서 명명된 화학 원소로 기록된다. 발견 직후에는 Sm 외에도 Sa라는 기호가 사용되기도 하였으나, 1920년대 이후 Sm으로 통일되었다.
물리적 성질
사마륨은 실온에서 고체 상태이며, 녹는점은 약 1,345K(1,072°C), 끓는점은 약 2,067K(1,794°C)이다. 밀도는 7.52g/cm³로 아연과 비슷한 수준이다. 실온에서는 상자성(常磁性)을 띠며, 14.8K 이하로 냉각되면 반강자성(反強磁性)으로 전환된다. 상온에서는 삼방정계 구조(α 구조)를 가지며, 731°C 이상에서 육방정계, 922°C 이상에서 체심 입방정계로 결정 구조가 변화한다.
화학적 성질
사마륨은 란타넘족 원소 중에서 이터븀과 유로퓸 다음으로 반응성이 크다. 실온의 공기 중에서는 천천히 산화되며, 150°C 이상으로 가열하면 자연 발화할 수 있다. 뜨거운 물과 반응하여 수산화 사마륨(Sm(OH)₃)과 수소 기체를 생성한다. 주된 산화 상태는 +3이며, 란타넘족 중 드물게 +2 산화 상태도 가질 수 있다. Sm²⁺ 이온은 수용액에서 붉은색을 나타낸다.
존재 및 매장
사마륨은 지각에 약 8ppm(백만분의 8) 정도 포함되어 있으며, 지각 내 존재 비율로는 40번째로 흔한 원소이다. 이는 주석보다도 더 풍부한 양이다. 주요 광물로는 모나자이트, 바스트나이트, 사마스카이트 등이 있으며, 중국, 미국, 브라질, 인도, 스리랑카, 호주 등에 매장되어 있다. 전 세계 매장량은 약 2백만 톤으로 추정된다.
동위 원소
자연에는 네 가지 안정 동위 원소(¹⁴⁴Sm, ¹⁵⁰Sm, ¹⁵²Sm, ¹⁵⁴Sm)와 세 가지 방사성 동위 원소(¹⁴⁷Sm, ¹⁴⁸Sm, ¹⁴⁹Sm)가 존재한다. 가장 풍부한 동위 원소는 ¹⁵²Sm이다. ¹⁴⁷Sm은 반감기가 약 1.06×10¹¹년으로 매우 길어, 사마륨-네오디뮴 연대 측정법에 활용된다.
용도
사마륨의 가장 대표적인 용도는 사마륨-코발트(SmCo) 자석의 제조이다. 이 자석은 네오디뮴 자석 다음으로 강력한 영구 자석이며, 약 700°C의 고온에서도 자성을 유지하는 특성이 있어 소형 전동기, 헤드셋, 악기용 픽업 등에 사용된다. 사마륨-149는 중성자 흡수 단면적이 커서 원자로의 제어봉 재료로 사용된다. 방사성 동위 원소인 사마륨-153은 반감기 46.3시간의 베타 붕괴를 이용하여 암 치료제로 활용된다. 이 외에도 산화 사마륨은 적외선 흡수 유리 및 세라믹 첨가제, 플라스틱 분해 촉매, X선 레이저 등 다양한 분야에 응용된다.
안전성
사마륨은 생물체 내에서 생물학적 역할이 알려져 있지 않으며, 수용성 사마륨 화합물은 일부 독성을 나타낼 수 있다. 그러나 자연 상태에서 식물이 사마륨을 유의미한 수준으로 흡수하는 경우는 드물어, 일반적인 환경에서 인체에 유해할 가능성은 매우 낮은 것으로 알려져 있다.
