氢原子百科 
钐（英文名称：Samarium），一种稀土元素，元素符号Sm，元素周期表中第六周期ⅢB族元素、镧系元素，原子序数62。[1]纯态金属钐具有银白色光泽，硬而脆，具有微弱的天然放射性并且是最难消磁的元素之一。[5][6]钐能够与氧气、氢气、氮气、卤素以及金属等单质，酸、镧系元素氟化物、以及金属氧化物和氯化物等化合物，异丙醇等有机物发生反应。[7]钐在核工业、化工、医疗以及地质测量等领域中均有应用。[8][9][10]
发现历史
1879年法国德·布瓦斯博达朗（L·deBoisbaudran）以氨水沉淀“镭土”（钕和镨共存的氧化物）时，发现“镭土”沉淀以前就有一种物质先沉淀。经光谱研究，断定这是一种新物质，当时称为“钐土”，从而首先发现钐。1896年，德国的德马凯（E·Demarcay）发现“钐土”也不是一种纯物质，并分离出钐和铕。1901年他制得了纯度很高的钐化合物。钐的命名源自萨马斯基矿石，以纪念一位俄国的矿业官员萨马斯基（Самарский）。中文译为“钐”，元素符号Sm。[11]
分布情况
在地球各层圈中钐的含量，由地核、下地幔、土地幔到地壳依次增高。[12]钐在地壳中含量为0.000647%。[13]在多数陨石、岩石和沉积物中，钐的含量介于36×10⁻⁶ ppm与1078 ppm之间。在各类陨石中，钐的含量在铁陨石、石铁陨石、球粒陨石、无球粒陨石到玻璃陨石依次增高，并且分配不均匀。[14][15]在与多成因碳酸质岩石有关的某些富磁铁矿块状矿石中，钐的含量高达3191 ppm。除了多成因碳酸质岩石及其有关的各类矿石外，钐在碳酸岩、碱性岩、酸性岩及磷灰岩中的含量，一般也较高。尤其是酸性岩经过风化后，在风化壳中往往形成富含钐等元素的次生矿床，具有重要的工业远景。[14]在沉积物中，钐的平均含量与沉积物的类型有一定关系。由粉砂质泥、粉砂、细砂到中砂，钐的含量依次降低。[16]在海洋中钐的分布是不均匀的，由边缘海、海岸带洼地到外海，钐的平均含量依次降低。[17]在生物体中，一些鱼化石、珊瑚和贝壳等中，钐的含量都很低。[18]
物理性质
纯金属钐具有银白色光泽，菱形结晶，硬度似铁，密度为7.52 g/cm³，熔点1072 ℃，沸点1794 ℃。在空气中稳定，但表面迅速变暗而呈浅灰色。[1][19]它有3种金属变体，分别在734 ℃和922 ℃发生转变。[1]钐还具有微弱的天然放射性，是最难消磁的元素之一。[5][6]化学性质
氧气
钐在较低压力下能在空气中氧化生成SmO，钐的粉体在700 ℃加热5小时可生成SmO。[7]
氢气
氮气
钐能与无氧的氮气流在1000 ℃下反应生成SmN。[7]
卤素
金属
钐能与钋在加热的条件下反应生成热稳定性好的Sm₂Po₃。[7]
高温下，钐与铝在真空或惰性气氛中共熔能生成脆性产物Sm₃Al、SmAl₂。[7]
酸
镧系元素氟化物
将稍过量的钐与化学计量的相应的SmF₃、SmBr₃在700-1000 ℃下于钽管中反应6-10小时，再500-600 ℃下加热几天，可得到氟溴化亚钐。[7]
金属氯化物
金属氧化物
与有机化合物反应
钐的化合物
钐的常见化合物有Sm₂O₃、SmCl₃、Sm(OH)₃、Sm₂(SO)₄等。[20]氧化钐呈淡黄色，易溶于酸；钐的氯化物和硫化物易溶于酸；钐的氢氧化物在水中的溶解度极小；钐盐（SmCO₅）是制作永磁铁的良好材料，也可以作为有机化学反应的催化剂。[21][22]
钐的同位素
钐有质量数为129-162的34种同位素。其中包括7个稳定同位素，17个缺中子同位素和10个富中子同位素。[23]其中天然存在的同位素为七个，分别为：¹⁴⁴Sm、¹⁴⁷Sm、¹⁴⁸Sm、¹⁴⁹Sm、¹⁵⁰Sm、¹⁵²Sm、¹⁵⁴Sm，并且¹⁵²Sm含量最高。[8]而¹⁴⁷Sm、¹⁴⁸Sm、¹⁴⁹Sm的同位素的半衰期特别长，分别是1.06X10¹¹年，1.2X10¹³年和4X10¹⁴年，而且是放射性的，可以发射α粒子。[24]在核反应堆中，¹⁴⁹Sm是裂变产物中的一种重要的毒物，对反应堆的影响仅次于¹³⁵Xe。¹⁴⁹Sm达到平衡浓度的时间与中子通量密度有密切关系，平衡¹⁴⁹Sm浓度所引起的反应性变化值，称之为平衡钐中毒。[25]
金属钐制备
镧热换原法制备金属钐的做法是以煅烧后的氧化钐和为原料，将所需重量的富镧金属屑分布在称好重量的氧化钐上，先进行粗混，然后混合。接着将混合料放在油压机上进行压制，这是为了增加反应物料之间的接触和增加装料量。将压制好的物料抽真空并加热，在炉中进行还原——蒸馏反应，待反应完成后，进行冷却，接着再真空充氩气冷却后即可出炉。该方法得到的金属钐外观为银白色，纯度在99.5%以上。[26]
选择反萃法
选择反萃法可以从轻稀土混合物中回收氧化钐。稀土混合物中主要含有钐、钕以及少量铈、镨等，使用二（2-乙基乙基）磷酸（EHPA）为萃取剂，1.5%的盐酸溶液作为反萃取剂，能够在有机相富集钐，得到氧化钐产品[27]
汞齐法
这三种稀土元素离子能在水溶液中被钠汞齐中的钠还原成金属，从而与溶液中的三价稀土离子分离并与汞形成汞齐。需要注意的是，使用Na-Hg还原时，还原出的金属钠会与水反应生成NaOH，进而会生成氢氧化稀土沉淀，所以汞齐法需要在醋酸、柠檬酸等中进行。其中涉及的反应方程式如下。[28]
电解法
X射线荧光分析法
由于稀土元素的原子具有特殊的4f电子构型，5d、6s两电子层的构型相同，化学性质非常相似。因此，用化学分析方法分离或测定它们比较困难。而X射线荧光分析所用的特征谱线是来自原子内层电子的跃迁，谱线的数目少，而且试样制备后，可以长期保存，也便于重复测定。采用这种分析方法可以快速、准确地连续测定全部稀土元素。[30]
质谱分析法
目前常用的有火花源或电感耦合等离子体质谱分析法和质谱同位素稀释法两种。火花源或电感耦合等离子体质谱分析法灵敏度较高，并且样品用量较少，质谱图比较简单，干扰少。缺点是使用前抽真空时间较长，故测定时间慢，仪器复杂，价格昂贵。[30]
中子活化分析法
强磁体
稀土元素的一个重要作用是应用于高强度磁体。如：SmCo₅。SmCo₅作为一种永磁材料具有高剩磁、高频管、各种微波设备和航空、航天仪表等方面。[8]
核工业
化工
农业
地质测量
光学设备
医疗
¹⁵³Sm的半衰期短，能发射103 keV的γ射线，容易浓集于骨肿瘤且对组织的辐射损伤小，可用于进行肿瘤定位、剂量估算等。¹⁵³Sm-EDTMP（¹⁵³Sm-乙二胺四甲基磷酸）被应用于治疗转移性骨癌和由这种骨癌引起的骨痛的主选药物。在临床应用时，可使骨癌的体积缩小，镇痛效果提高与总缓解率增强。[10][34]
体内代谢
（1）吸收：从口摄入的钐，在弱碱性肠道内易形成难溶性的胶体氢氧化物，正常情况下胃肠和皮肤对钐的吸收率很低，但当皮肤受损时，对钐的吸收率会增高。[35]
（2）分布：人体吸收进入到血液中的钐，会形成难溶性的胶体氢氧化物，被网状内皮细胞吞噬后，主要滞留在网状内皮系统中，其它器官组织中的滞留量很少。[35]
（3）排除：从口摄入与入血的钐，未吸收前，绝大部分随粪便排出体外。[35]
损伤效应
机体不同，钐所造成的损伤效应也不同。在动物实验中，给大鼠器官注入钐的氧化物或氢氧化物，均可使血中免疫活性下降，溶酶菌、补体水平下降。当剂量达到1-3 mg/kg时，钐可使肝脏发生脂肪性变性，血中游离脂肪酸增加和甘油三酯增高、干扰细胞的正常生理功能。若在眼内直接滴入氯化钐，可引发角膜混浊或角膜溃疡。[35]
加速排除
注意事项
参考资料 37
- https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/23951
- 参考 2
- 参考 3
- 参考 4
- 参考 5
- 参考 6
- 参考 7
- 参考 8
- 参考 9
- 参考 10
- 参考 11
- 参考 12
- 参考 13
- 参考 14
- 参考 15
- 参考 16
- 参考 17
- 参考 18
- 参考 19
- 参考 20
- 参考 21
- 参考 22
- 参考 23
- 参考 24
- 参考 25
- 参考 26
- 参考 27
- 参考 28
- 参考 29
- 参考 30
- 参考 31
- 参考 32
- 参考 33
- 参考 34
- 参考 35
- 参考 36
- 参考 37