釤（英文名稱：Samarium），一種ree，元素符號Sm，元素周期表中第六周期ⅢB族元素、系元素，原子序數(shù)62。純態(tài)金屬釤具有銀白色光澤，硬而脆，具有微弱的天然放射性并且是最難消磁的元素之一。釤能夠與氧氣、氫氣、氮氣、鹵族元素以及金屬等單質(zhì)，酸、鑭系元素氟化物、以及金屬氧化物和氯化物等化合物，2-丙醇等有機(jī)化合物發(fā)生反應(yīng)。釤在中核集團(tuán)、化工、醫(yī)療以及地質(zhì)測量等領(lǐng)域中均有應(yīng)用。
發(fā)現(xiàn)歷史
1879年法國德·布瓦斯博達(dá)朗（L·deBoisbaudran）以氨水沉淀“鐳土”（和共存的氧化物）時，發(fā)現(xiàn)“鐳土”沉淀以前就有一種物質(zhì)先沉淀。經(jīng)光譜研究，斷定這是一種新物質(zhì)，當(dāng)時稱為“釤土”，從而首先發(fā)現(xiàn)釤。1896年，德國的德馬凱（E·Demarcay）發(fā)現(xiàn)“釤土”也不是一種純物質(zhì)，并分離出釤和。1901年他制得了純度很高的釤化合物。釤的命名源自薩馬斯基礦石，以紀(jì)念一位俄羅斯的礦業(yè)官員薩馬斯基（Самарский）。中文譯為“釤”，元素符號Sm。
分布情況
在地球各層圈中釤的含量，由地核、下地幔、土地幔到地殼依次增高。釤在地殼中含量為0.000647%。在多數(shù)石隕石、巖石和沉積物中，釤的含量介于36×10?? ppm與1078 ppm之間。在各類隕石中，釤的含量在鐵隕石、石鐵隕石、球粒隕石、無球粒隕石到玻璃隕石依次增高，并且分配不均勻。在與多成因碳酸質(zhì)巖石有關(guān)的某些富磁鐵礦塊狀礦石中，釤的含量高達(dá)3191 ppm。除了多成因碳酸質(zhì)巖石及其有關(guān)的各類礦石外，釤在碳酸巖、堿性巖、酸性巖及磷灰?guī)r中的含量，一般也較高。尤其是酸性巖經(jīng)過風(fēng)化后，在風(fēng)化殼中往往形成富含釤等元素的次生礦床，具有重要的工業(yè)遠(yuǎn)景。在沉積物中，釤的平均含量與沉積物的類型有一定關(guān)系。由粉砂質(zhì)泥、粉砂、細(xì)砂到中砂，釤的含量依次降低。在海洋中釤的分布是不均勻的，由邊緣海、海岸帶洼地到外海，釤的平均含量依次降低。在生物體中，一些魚化石、珊瑚和貝殼等中，釤的含量都很低。
理化性質(zhì)
物理性質(zhì)
純金屬釤具有銀白色光澤，菱形結(jié)晶，硬度似鐵，密度為7.52 g/cm3，熔點1072 ℃，沸點1794 ℃。在空氣中穩(wěn)定，但表面迅速變暗而呈淺灰色。它有3種金屬變體，分別在734 ℃和922 ℃發(fā)生轉(zhuǎn)變。釤還具有微弱的天然放射性，是最難消磁的元素之一。化學(xué)性質(zhì)
與單質(zhì)反應(yīng)
氧氣
釤在較低壓力下能在空氣中氧化生成SmO，釤的粉體在700 ℃加熱5小時可生成SmO。
氫氣
稀土金屬都是氫的優(yōu)良吸附劑，常溫下反應(yīng)緩慢。真空中暗紅熱狀態(tài)脫氣2小時后的釤，在常溫下吸附氫的速度會加快。釤與氫反應(yīng)方程式如下：
氮氣
釤能與無氧的氮氣流在1000 ℃下反應(yīng)生成SmN。
鹵素
高溫釤氣體在低壓中反應(yīng)生成激發(fā)態(tài)SmF?，產(chǎn)生洋紅色熒光。
釤粉在氯中稍受熱即可燃燒。氣體釤在高溫下與氯反應(yīng)同樣會產(chǎn)生熒光。
金屬
釤能與釙在加熱的條件下反應(yīng)生成熱穩(wěn)定性好的Sm?Po?。
高溫下，釤與鋁在真空或惰性氣氛中共熔能生成脆性產(chǎn)物Sm?Al、SmAl?。
與無機(jī)化合物反應(yīng)
酸
釤能與稀硫酸反應(yīng)并放出氫氣，加熱時反應(yīng)速度加快；在硫酸中會生成鈍化膜抑制反應(yīng)。
釤能在硝酸中溶解并釋放出氫氣。
鑭系元素氟化物
將稍過量的釤與化學(xué)計量的相應(yīng)的SmF?、SmBr?在700-1000 ℃下于管中反應(yīng)6-10小時，再500-600 ℃下加熱幾天，可得到氟溴化亞釤。
金屬氯化物
釤能與等物質(zhì)的量的氯化鈉和氯化鉀的混合熔液，在690 ℃下于氣分鐘反應(yīng)，其中氯化鉀不參與反應(yīng)。
金屬氧化物
釤能與氧化鐿在真空、1450 ℃的條件下反應(yīng)。
釤能與氧化鎳反應(yīng)生成氧化釤。
與有機(jī)化合物反應(yīng)
使用少量HgCl?催化，釤能與2-丙醇在回流加熱的條件下反應(yīng)。
釤的化合物
釤的常見化合物有Sm?O?、SmCl?、Sm(OH)?、Sm?(SO)?等。氧化釤呈淡黃色，易溶于酸；釤的氯化物和硫化物易溶于酸；釤的氫氧化物在水中的溶解度極小；釤鹽（SmCO?）是制作永磁鐵的良好材料，也可以作為有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的催化劑。
釤的同位素
釤有質(zhì)量數(shù)為129-162的34種同位素。其中包括7個穩(wěn)定同位素，17個缺中子同位素和10個富中子同位素。其中天然存在的同位素為七個，分別為：1??Sm、1??Sm、1??Sm、1??Sm、1??Sm、1?2Sm、1??Sm，并且1?2Sm含量最高。而1??Sm、1??Sm、1??Sm的同位素的半衰期特別長，分別是1.06X1011年，1.2X1013年和4X101?年，而且是放射性的，可以發(fā)射α粒子。在核反應(yīng)堆中，1??Sm是裂變產(chǎn)物中的一種重要的毒物，對反應(yīng)堆的影響僅次于13?Xe。1??Sm達(dá)到平衡濃度的時間與中子通量密度有密切關(guān)系，平衡1??Sm濃度所引起的反應(yīng)性變化值，稱之為平衡釤中毒。
制備方法
金屬釤制備
鑭熱換原法制備金屬釤的做法是以煅燒后的氧化釤和為原料，將所需重量的富鑭金屬屑分布在稱好重量的氧化釤上，先進(jìn)行粗混，然后混合。接著將混合料放在油壓機(jī)上進(jìn)行壓制，這是為了增加反應(yīng)物料之間的接觸和增加裝料量。將壓制好的物料抽真空并加熱，在爐中進(jìn)行還原——蒸餾反應(yīng)，待反應(yīng)完成后，進(jìn)行冷卻，接著再真空充氬冷卻后即可出爐。該方法得到的金屬釤外觀為銀白色，純度在99.5%以上。
釤分離方法
選擇反萃法
選擇反萃法可以從輕稀土混合物中回收氧化釤。稀土混合物中主要含有釤、釹以及少量、鐠等，使用二（2-乙基乙基）磷酸（EHPA）為萃取劑，1.5%的鹽酸溶液作為反萃取劑，能夠在有機(jī)相富集釤，得到氧化釤產(chǎn)品
汞齊法
這三種ree離子能在水溶液中被鈉汞齊中的鈉還原成金屬，從而與溶液中的三價稀土離子分離并與汞形成汞齊。需要注意的是，使用Na-Hg還原時，還原出的鈉會與水反應(yīng)生成氫氧化鈉，進(jìn)而會生成氫氧化稀土沉淀，所以汞齊法需要在食用醋酸、檸檬酸等中進(jìn)行。其中涉及的反應(yīng)方程式如下。
電解法
以石墨杯為陽極、液態(tài)鋅為陰極，NaCl-氯化鉀混合物和稀土金屬氯化物作為電解質(zhì)，將電流通過用瓷管與電解質(zhì)絕緣的棒導(dǎo)入，能夠?qū)崿F(xiàn)釤的電解析出。電解后，將鋅合金進(jìn)行真空蒸餾可以將釤與鋅分離。
測定方法
X射線熒光分析法
由于ree的原子具有特殊的4f電子構(gòu)型，5d、6s兩電子層的構(gòu)型相同，化學(xué)性質(zhì)非常相似。因此，用化學(xué)分析方法分離或測定它們比較困難。而X射線熒光分析所用的特征譜線是來自原子內(nèi)層電子的躍遷，譜線的數(shù)目少，而且試樣制備后，可以長期保存，也便于重復(fù)測定。采用這種分析方法可以快速、準(zhǔn)確地連續(xù)測定全部稀土元素。
質(zhì)譜分析法
目前常用的有火花源或電感耦合等離子體質(zhì)譜分析法和質(zhì)譜同位素稀釋法兩種。火花源或電感耦合等離子體質(zhì)譜分析法靈敏度較高，并且樣品用量較少，質(zhì)譜圖比較簡單，干擾少。缺點是使用前抽真空時間較長，故測定時間慢，儀器復(fù)雜，價格昂貴。
中子活化分析法
ree的熱中子活化截面積大，容易產(chǎn)生放射性核素和γ射線，靈敏度較高，而且通過適當(dāng)?shù)卦黾诱丈鋾r間和中子通量又能提高其靈敏度，因此，用中子活化分析法測定稀土元素時，檢出限很低，絕對靈敏度很高。
應(yīng)用領(lǐng)域
強磁體
稀土元素的一個重要作用是應(yīng)用于高強度磁體。如：SmCo?。SmCo?作為一種永磁材料具有高剩磁、高頻管、各種微波設(shè)備和航空、航天儀表等方面。
核工業(yè)
釤具有很高的熱中子俘獲截面，可做核反應(yīng)控制棒和中子吸收材料。如：SmI?。SmI?是一種非常常見的還原劑和偶聯(lián)劑。
化工
釤可以用作石油化工用的催化劑和用于陰極涂層。釤的氧化物可以作為醇類脫氫的活性催化劑，可用于各種醇類的脫氫，在525 ℃，釤的氧化物能使烷烴（不包括環(huán)烷烴）脫氫。
農(nóng)業(yè)
ree在農(nóng)業(yè)中可作為微量元素肥料，在種植亞麻、豌豆的土壤中加入釤、鈰、鑭的氮化物能夠加速植物的生長，果園中加入這些稀土元素的化合物也能夠明顯提高水果的收成。
地質(zhì)測量
根據(jù)釤的衰變期，可以確定巖石的日期和起源。因為釤-釹地質(zhì)年代計，幾乎不受沉積和變質(zhì)過程影響，因此釤可以用于確定巖石的地質(zhì)年代。
光學(xué)設(shè)備
釤的氧化物在應(yīng)用時需清潔，無明顯的機(jī)械夾雜物。含Sm?O?的玻璃能吸收紅外線，可用于制造光學(xué)濾光片和遮光眼鏡。
醫(yī)療
1?3Sm的半衰期短，能發(fā)射103 keV的γ射線，容易濃集于骨腫瘤且對組織的輻射損傷小，可用于進(jìn)行腫瘤定位、劑量估算等。1?3Sm-EDTMP（1?3Sm-乙二胺四甲基磷酸）被應(yīng)用于治療轉(zhuǎn)移性骨癌和由這種骨癌引起的骨痛的主選藥物。在臨床應(yīng)用時，可使骨癌的體積縮小，鎮(zhèn)痛效果提高與總緩解率增強。
毒理性
體內(nèi)代謝
（1）吸收：從口攝入的釤，在弱堿性腸道內(nèi)易形成難溶性的膠體氫氧化物，正常情況下胃腸和皮膚對釤的吸收率很低，但當(dāng)皮膚受損時，對釤的吸收率會增高。
（2）分布：人體吸收進(jìn)入到血液中的釤，會形成難溶性的膠體氫氧化物，被網(wǎng)狀內(nèi)皮細(xì)胞吞噬后，主要滯留在網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)中，其它器官組織中的滯留量很少。
（3）排除：從口攝入與入血的釤，未吸收前，絕大部分隨糞便排出體外。
損傷效應(yīng)
機(jī)體不同，釤所造成的損傷效應(yīng)也不同。在動物實驗中，給大鼠器官注入釤的氧化物或氫氧化物，均可使血中免疫活性下降，溶酶菌、補體水平下降。當(dāng)劑量達(dá)到1-3 mg/kg時，釤可使肝臟發(fā)生脂肪性變性，血中游離脂肪酸增加和三酸甘油脂增高、干擾細(xì)胞的正常生理功能。若在眼內(nèi)直接滴入氯化釤，可引發(fā)角膜混濁或角膜潰瘍。
加速排除
釤可與乙二胺四乙酸二鈉（乙二胺四乙酸）和DTPA（二亞乙基三胺五乙酸）在人體內(nèi)形成穩(wěn)定的螯合肥，故臨床上遇釤中毒可給予EDTA、DTPA或胺酸治療。
注意事項
金屬釤在包裝時，應(yīng)裝入鐵罐（桶）中，使用石蠟覆蓋金屬錠，并密封或者抽真空而后充氬包裝。罐外應(yīng)有明顯標(biāo)志，注明：供方名稱、產(chǎn)品名稱、牌號、批號、凈重、毛重、出廠日期及“防潮”標(biāo)志。在保存時，需存放在干燥處，不得露天放置，不得靠近高溫和易燃易爆物品。并且密封時使用的金屬錠不能暴露在空氣中，以防氧化變質(zhì)。
參考資料 >