Sm

4f6 6s22, 8, 18, 24, 8, 2蒸气压第一：544.5 kJ·mol−1 第二：1070 kJ·mol−1 第三：2260 kJ·mol主条目：钐的同位素钐是一种化学元素，符号为Sm，原子序数为 62。钐是一种中等硬度的银白色金属，在空气中容易氧化。它属于典型的镧系元素，氧化态通常为+3。最常见的钐(II)的化合物有SmO（氧化钐(II)），SmS，SmSe 和 SmTe。最后一个化合物在化学合成是一种常见的还原剂。钐没有显著的生物学作用，只有轻微毒性。钐于1879年由法国的化学家保罗·埃米尔·勒科克·德布瓦博德兰发现，并以它所分离而来的矿物铌钇矿命名。此矿物早期命名为一名俄罗斯矿官员，上校Vasili Samarsky-Bykhovets，虽然是间接的，他成为第一个以自己名字命名一种化学元素的人。钐虽然归类为一个稀土元素但在地壳中是第40最丰富的元素，比锡等金属还要常见。钐在多种矿物质中组成比例高达2.8%，包括硅藻土，硅铍钇矿，铌钇矿，独居石和氟碳铈矿，最后两个是最常见的商业元素来源。这些矿物质主要分布在中国，美国，巴西，印度，斯里兰卡，澳大利亚，中国钐开采及生产是目前世界领先的。钐主要的商业应用为钐钴磁铁,其具有仅次于钕磁铁的永久磁化，钐化合物可以承受700℃以上的显著高温，而不会失去其磁性，钐153放射性的同位素药物的重要组成成分为钐-153lexidronam（Quadramet），可以杀死癌细胞，例如肺癌，前列腺癌，乳腺癌，骨肉瘤。另一种同位素钐-149，是一种强的中子吸收剂，可添加到核反应堆的控制棒。在反应器操作过程中它也形成一个衰变产物，是反应器的设计和操作中的一个重要的考虑因素。钐的其他应用包括催化的化学反应，放射性年代测定和X射线激光。钐是一种稀土类金属具有类似锌的硬度和密度。沸点为1794℃，钐是镱和铕之外第三容易挥发的镧系元素,此属性便于从矿石矿物中分离钐。在环境条件下，钐通常假定一个三角结构（α-型）。当加热至731℃，其成六方紧密堆积（hcp结构），但是转变温度的金属的纯度取决于晶体的对称性变化。进一步加热到922℃下将金属成的体心立方（bcc结构）相。加热到300°C并压缩至40千巴会形成一个双六方紧密堆积结构（DHCP）。此可应用在高温下和具有四方相约900千巴时，数百或数千千巴的顺序导致的一系列相变。在一项研究中，DHCP相可以不压缩的情况下产生的，使用约400℃和700℃之间的急剧的温度变化下的非平衡热处理制度，确认钐本阶段的瞬态特征。钐（和锗倍半氧化物）在室温下为顺磁性。相应的有效磁矩低于 2 µB，为镧和之外第三低的镧系元素（及它们的氧化物）。金属变换到一个反磁性状态后，冷却至14.8 K，钐原子可以通过封装到富勒烯分子而分离。它们还可以和C 60分子中的富勒烯固体掺杂，使超导温度低于8 K，钐掺杂铁基超导体为最新的类高温超导体，可提高其相变温度为56 K，在该系列中这是目前为止最高值。制备钐有银白色的光泽。在空气中，它慢慢地在室温下氧化和在150°C下自发性点燃，即使储存于矿物油中，钐也会逐渐氧化和在表面形成具有灰黄色粉末的氢氧化物混合物。金属外观可以被完整保存在密封的惰性气体中（如氩气）。钐带有正电，可用缓慢的冷水和迅速的热水反应形成氢氧化钐：2 Sm (s) + 6 H2O (l) → 2 Sm(OH)3 (aq) + 3 H2 (g)钐易溶于稀硫酸形成含有黄色至浅绿​​色的 Sm(III) 离子，其存在形式为 3+ 复合物：2 Sm (s) + 3 H2SO4 (aq) → 2 Sm3+ (aq) + 3 SO42-(aq) + 3 H2 (g)钐是镧系元素，为少数镧系元素氧化态为+2之一。Sm(II) 离子溶液为血红色。钐最稳定的氧化物为三氧化二钐Sm2O3。正如许多其他的钐化合物，它存在于几个结晶相。而三角形是从熔体​​缓慢冷却得到的。的Sm2O3的熔点相当高（2345℃），因此熔点通常不以直接加热达到，而使用感应加热通过一个射频线圈。Sm2O3的粉末可以经由火焰熔融法（Verneuil的过程）产生Sm2O3结晶的单斜晶的对称晶体，晶体为筒状的晶柱约数厘米长，直径大约一厘米。当晶柱是纯净的时候为透明，否则则为橙色。加热三角形的Sm2O3至1900℃，可将它转换到更稳定的单斜晶相。钐是少数可以形成一个一氧化碳SMO的镧系元素之一。在升高的温度（1000℃）和高于50千巴的压力下，Sm2O3的减少能得到有光泽的金黄色的化合物，降低的压力导致一个不完整的反应中得到。SmO有岩盐立方晶格结构。钐形成三价的硫化物，硒化物，碲化物。也被称为二价硫族化合物，SmS，SMSE和SMTE为立方岩盐晶体结构。它们处于显著状态为在室温下提高压力从半导体转换到金属态。由于过渡是连续且发生在20-30千巴在SMSE和SMTE，在SmS只需要6.5千巴。这种效应会使SmS的颜色从黑色变成金黄色，其晶体薄膜被划伤或抛光。过渡不改变晶格的对称性，但结晶体积会急剧下降（〜15％），显示当压力下降，SmS返回到半导体状态时的迟滞。金属钐与所有的卤素反应，形成三卤化反应：2 Sm (s) + 3 X2 (g) → 2 SmX3 (s) （ X = 氯、溴或碘 ）它们与钐、锂或钠金属在高温（约700-900℃）进行还原反应而产生的二卤化物。可以通过加热 SmI3，或在室温下金属与无水四氢呋喃中1,2 -二碘乙烷反应制备而成：Sm (s) + ICH2-CH2I → SmI2 + CH2=CH2除了铝二卤化物，还原反应也产生大量有明显晶体结构的非化学计量的钐卤化物，如 Sm14F33、Sm3F7、Sm27F64、Sm11Br24、Sm5Br11 和 Sm6Br13。钐卤化物改变其晶体结构，一个类型的卤原子取代另一个，对大多数元素（例如，锕系元素）而言这是一种罕见的行为。许多卤化物的结构有两个主要的结晶相，其中之一是更稳定，另一个是亚稳态。后者的形成为先压缩或加热，然后进行骤冷至室温。例如压缩单斜晶系二碘化钐再释放压力会造成PBCL2型的斜方晶系结构（密度5.90克/厘米3）的压力的结果，在一个新的阶段三碘化钐（密度5.97克/厘米3）也有类似反应。在真空中，钐和氧化硼的烧结粉末含有几个钐硼化物相，混合比例可以控制它们的体积比。依赖于不同的熔点/ 结晶温度SMB （2580°C），SMB （约2300°C）和SMB 66（2150°C），特定的钐硼化物粉末可以被使用电弧或区熔技术熔化转换成较大的晶体。所有这些材料是硬，脆，暗灰色的固体与硬度随着硼含量上升而增加。钐硼化钛的挥发性过高无法使用这些方法产生，需要高压力（约65千巴）和低温1140和1240°C之间稳定其增长。温度上升使SMB6优先形成。六硼化钐是一个典型的中间价化合物，其中Sm2+和Sm3+的比率为三比七。它属于一种近藤绝缘体，在高温下（高于50 K），它的属性是典型的近藤金属，强电子散射使其具有金属导电性，而在低温下，它表现为具有窄约4-14毫电子伏特带隙的非磁性的绝缘层。SMB6伴随着由热导率急剧增加使冷却引起的金属-绝缘体转变，峰值在约15 K，增加的原因是电子低温下无助于热导率，使占主导地位的电子浓度的减少降低电子-声子散射率。一项新的研究指出，它可能是一个拓扑绝缘体。钐碳化物是在惰性气氛中通过熔化金属石墨的混合物制备而来。合成后它们在空气中不稳定，需在惰性气体下进行研究。钐monophosphide SMP是为1.10电子伏特带隙的半导体，和硅相同，且硅为高导电性的n-型半导体。它可以在1100℃下热处理含有磷和钐的混合粉末的真空石英安瓿制备而来。磷在高温下具有高挥发性，有可能发生爆炸，所以加热速率要保持在低于1℃/分钟。类似的程序被采用在SMAS的monarsenide，但合成温度高于1800℃。大量的结晶性二元化合物是钐和一个基团-4，5或6的元素X形成，其中X是硅，锗，锡，铅，锑，钐和金属合金形成另一个大型基。它们都从何相应元素的混合粉末热处理制备而来。所得到的化合物是许多非化学计量的，有标称组合物的Sm a X b ，其中b / a的比率变化范围在0.5和3之间。钐形成一个基环戊二烯的Sm（C5H5）3和chloroderivatives的Sm（C5H5）2Cl和2Sm（C5H5）Cl。氯。它们是三氯化钛与四氢呋喃中的NAC5H5反应制备来。和大多数其它镧系元素的环戊二烯相反，在Sm（C5H5）3中，一些C5H5彼此环桥形成环的顶点η1或边缘η2朝向另一个相邻钐原子，产生聚合链。chloroderivative的Sm（C5H5）2Cl具有二聚体结构更精确地表示为(η5- C5H5)2Sm(µ-Cl)2(η5 -C5H5)2。在那里氯桥可以被更换，例如，碘，氢或氮的原子或CN基团。钐环戊二烯中（C5H5）-离子可以被indenide（C9H7）-或环戊二烯（C8H8）2-环替代，产生Sm（C9H7）3或KSM（η8-C8H8）2。后者的化合物uranocene具有相似的结构。也有一个二价钐的环戊二烯，Sm（C5H5）2-固体，在约85℃下升华，和二茂铁相反，在Sm（C5H5）中2C5H5的环是不平行的，但倾斜40°。钐的烷基和芳基在在四氢呋喃或乙醚中分解反应得到：Sm(OR)3 + 3 LiCH(SiMe3)2 → Sm{CH(SiMe3)2}3 + 3 LiOR钐在自然界的放射性为128(贝克/公克)。钐包含4种稳定的同位素:144Sm,150Sm,152Sm,154Sm，还有3种半衰期极长的放射性同位素 147Sm (t1/2= 1.06×1011 年), 148Sm (7×1015 年) 和 149Sm (>2×1015年)，其中152Sm为含量最丰富的(自然界中的含量占 26.75%). 大多资料来源认为149Sm是一种稳定放射性同位素。146Sm, 147Sm, 和 148Sm,这种半衰期长的同位素，主要会经历