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钐的特性
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釤在元素周期表中的位置
總體特性
名稱, 符號, 序號 钐、Sm、62
系列 鑭系元素
周期, 元素分區 6, f
密度硬度 7.54 g/cm3、無數據
颜色和外表 銀白色
Samarium-2.jpg
地殼含量 3.5ppm
原子屬性
原子量 150.36(2) 原子量單位
原子半徑(計算值) 185(238)pm
共價半徑 198
范德華半徑 無數據
價电子分布 []6s24f6
電子在每能階的分布 2,8,18,24,8,2
氧化價(氧化物) 3(弱鹼性)
晶體結構 菱形晶體
物理屬性
物質狀態 固態順磁性
熔點 1345 K(1072 °C
沸點 2064 K(1791 °C)
摩爾體積 19.98×10-6m3/mol
汽化熱 166.4 kJ/mol
熔化熱 8.63 kJ/mol
蒸氣壓 563 (1345K)
聲速 2130 m/s(293.15K)
其他性質
電負性 1.77(鲍林標度
比熱 200 J/(kg·K)
電導率 0.956×106/(米歐姆)
熱導率 13.3 W/(m·K)
第一游離能 544.5 kJ/mol
第二游離能 1070 kJ/mol
第三游離能 2260 kJ/mol
第四游離能 3990 kJ/mol
最穩定的同位素
同位素 溫度 半衰期 衰變模式 衰變能量
MeV
衰變產物
144Sm 3.07 % 穩定
146Sm 人造 1.03×108 α衰變 2.529 142Nd
147Sm 14.99 % 1.06×1011 α衰變 2.310 143Nd
148Sm 11.24 % 7×1015 α衰變 1.986 144Nd
149Sm 13.82 % >2×1015 α衰變 無數據 145Nd
150Sm 7.38 % 穩定
152Sm 26.75 % 穩定
154Sm 22.75 % >2.3×1018 雙β衰變 無數據 154Gd
核磁公振特性
147Sm 149Sm
核自旋 -7/2 -7/2
靈敏度 0.00148 0.000747
在没有特别注明的情况下使用的是
國際標準基準單位單位和標準氣溫和氣壓

是一個化學符號為Sm原子序數為 62的化學元素。這是一個中等硬度的銀白色金屬,在空氣中容易氧化。作為一個典型的部件的鑭系元素系列,釤通常假定的氧化態+3。釤(II)的化合物,也是最常見的是SmO(氧化釤(II)),SmS,SmSe 和 SmTe。最後一個化合物在化學合成是一種常見的還原劑。釤沒有顯著的生物學作用,只有輕微毒性。

釤於1879年由法國的化學家Paul Émile Lecoq de Boisbaudran發現,並以它所分離而來的礦物samarskite命名。此礦物早期命名為一名俄羅斯礦官員,上校Vasili Samarsky-Bykhovets,雖然是間接的,他成為第一個以自己名字命名一種化學元素的人。釤雖然歸類為一個稀土元素但在地殼中是第40最豐富的元素,比錫等金屬還要常見。釤在多種礦物質中組成比例高達2.8%,包括矽藻土矽鈹釔礦samarskite獨居石氟碳鈰礦,最後兩個是最常見的商業元素來源。這些礦物質主要分佈在中國美國巴西印度斯里蘭卡澳大利亞,中國釤開採及生產是目前世界領先的。

釤主要的商業應用為釤鈷磁鐵,其具有僅次於釹磁鐵永久磁化,釤化合物可以承受700℃以上的顯著高溫,而不會失去其磁性,釤153放射性的同位素藥物的重要組成成分為釤-153lexidronam(Quadramet),可以殺死癌細胞,例如肺癌前列腺癌乳腺癌骨肉瘤。另一種同位素釤-149,是一種強的中子吸收劑,可添加到核反應堆控制棒。在反應器操作過程中它也形成一個衰變產物,是反應器的設計和操作中的一個重要的考慮因素。釤的其他應用包括催化化學反應放射性年代測定X射線激光

物理性質[编辑]

釤是一種稀土類金屬具有類似的硬度和密度。沸點為1794℃,釤是之外第三容易揮發的鑭系元素,此屬性便於從礦石礦物中分離釤。在環境條件下,釤通常假定一個三角結構(α-型)。當加熱至731℃,其成六方緊密堆積(hcp結構),但是轉變溫度的金屬的純度取決於晶體的對稱性變化。進一步加熱到922℃下將金屬成的體心立方(bcc結構)相。加熱到300°C並壓縮至40千巴會形成一個雙六方緊密堆積結構(DHCP)。此可應用在高溫下和具有四方相約900千巴時,數百或數千千巴的順序導致的一系列相變。在一項研究中,DHCP相可以不壓縮的情況下產生的,使用約400℃和700℃之間的急劇的溫度變化下的非平衡熱處理制度,確認釤本階段的瞬態特徵。

釤(和鍺倍半氧化物)在室溫下為順磁性。相應的有效磁矩低於 2 µB,為鑭和之外第三低的鑭系元素(及它們的氧化物)。金屬變換到一個反磁性狀態後,冷卻至14.8 K,釤原子可以通過封裝到富勒烯分子而分離。它們還可以和C 60分子中的富勒烯固體摻雜,使超導溫度低於8 K,釤摻雜鐵基超導體為最新的類高溫超導體,可提高其相變溫度為56 K,在該系列中這是目前為止最高值。

化學性質[编辑]

製備釤有銀白色的光澤。在空氣中,它慢慢地在室溫下氧化和在150°C下自發性點燃,即使儲存於礦物油中,釤也會逐漸氧化和在表面形成具有灰黃色粉末的氫氧化物混合物。金屬外觀可以被完整保存在密封的惰性氣體中(如氬氣)。

釤帶有正電,可用緩慢的冷水和迅速的熱水反應形成氫氧化釤:

2 SM(S)+ 6 H 2 O(L)→2 SM(OH)3(AQ)+ 3 H 2(G)

釤易溶於稀硫酸形成含有黃色至淺綠​​色的Sm(III)離子,其存在形式為[Sm(OH 2)9 ] 3 +複合物:

2 SM(S)+ 3 H 2 SO 4(aq)→2的Sm 3 +(AQ)+ SO 2 -4(AQ)+ 3 H 2(G)

釤是鑭系元素,為少數鑭矽元素氧化態為+2之一。SM 2 +離子溶液為血紅色。

化合物[编辑]

氧化物[编辑]

釤最穩定的氧化物為三氧化二釤Sm2O3。正如許多其他的釤化合物,它存在於幾個結晶相。而三角形是從熔體​​緩慢冷卻得到的。的Sm2O3的熔點相當高(2345℃),因此熔點通常不以直接加熱達到,而使用感應加熱通過一個射頻線圈。Sm2O3的粉末可以經由火焰熔融法(Verneuil的過程)產生Sm2O3結晶的單斜晶的對稱晶體,晶體為筒狀的晶柱約數厘米長,直徑大約一厘米。當晶柱是純淨的時候為透明,否則則為橙色。加熱三角形的Sm2O3至1900℃,可將它轉換到更穩定的單斜晶相。

釤是少數可以形成一個一氧化碳SMO的鑭系元素之一。在升高的溫度(1000℃)和高於50千巴的壓力下,Sm2O3的減少能得到有光澤的金黃色的化合物,降低的壓力導致一個不完整的反應中得到。SmO有岩鹽立方晶格結構。

硫屬化合物[编辑]

釤形成三價的硫化物硒化物碲化物。也被稱為二價硫族化合物,SmS,SMSE和SMTE為立方岩鹽晶體結構。它們處於顯著狀態為在室溫下提高壓力從半導體轉換到金屬態。由於過渡是連續且發生在20-30千巴在SMSE和SMTE,在SmS只需要6.5千巴。這種效應會使SmS的顏色從黑色變成金黃色,其晶體薄膜被劃傷或拋光。過渡不改變晶格的對稱性,但結晶體積會急劇下降(〜15%),顯示當壓力下降,SmS返回到半導體狀態時的遲滯。

鹵化物[编辑]

金屬釤與所有的鹵素X = 氯,溴或碘,形成三鹵化反應:

2Sm(s)+ 3 X 2(g)→2 SMX 3(s)

它們與釤,鋰或鈉金屬在高溫(約700-900℃C)進行還原反應而產生的二鹵化物。可以通過加熱SMI3,或在室溫下金屬與無水四氫呋喃中1,2 -二碘乙烷反應製備而成:

Sm(s)+ ICH 2 -CH 2 I→SMI 2 + CH 2 = CH 2

除了鋁二鹵化物,還原反應也產生大量有明顯晶體結構的非化學計量的釤鹵化物,如Sm14F33,Sm3F7,Sm27F64,Sm11Br24, Sm5Br11和Sm6Br13。

釤鹵化物改變其晶體結構,一個類型的鹵原子取代另一個,對大多數元素(例如,錒系元素)而言這是一種罕見的行為。許多鹵化物的結構有兩個主要的結晶相,其中之一是更穩定,另一個是亞穩態。後者的形成為先壓縮或加熱,然後進行驟冷至室溫。例如壓縮單斜晶系二碘化釤再釋放壓力會造成PBCL2型的斜方晶系結構(密度5.90克/厘米3)的壓力的結果,在一個新的階段三碘化釤(密度5.97克/厘米3)也有類似反應。

硼化物[编辑]

在真空中,釤和氧化硼的燒結粉末含有幾個釤硼化物相,混合比例可以控制它們的體積比。依賴於不同的熔點/ 結晶溫度SMB (2580°C),SMB (約2300°C)和SMB 66(2150°C),特定的釤硼化物粉末可以被使用電弧區熔技術熔化轉換成較大的晶體。所有這些材料是硬,脆,暗灰色的固體與硬度隨著硼含量上升而增加。釤硼化鈦的揮發性過高無法使用這些方法產生,需要高壓力(約65千巴)和低溫1140和1240°C之間穩定其增長。溫度上升使SMB6優先形成。

釤六硼化[编辑]

六硼化釤是一個典型的中間價化合物,其中Sm2+和Sm3+的比率為三比七。它屬於一種近藤絕緣體,在高溫下(高於50 K),它的屬性是典型的近藤金屬,強電子散射使其具有金屬導電性,而在低溫下,它表現為具有窄約4-14毫電子伏特帶隙的非磁性的絕緣層。SMB6伴隨著由熱導率急劇增加使冷卻引起的金屬-絕緣體轉變,峰值在約15 K,增加的原因是電子低溫下無助於熱導率,使佔主導地位的電子濃度的減少降低電子-聲子散射率。

一項新的研究指出,它可能是一個拓撲絕緣體

其他無機化合物[编辑]

碳化物是在惰性氣氛中通過熔化金屬石墨的混合物製備而來。合成後它們在空氣中不穩定,需在惰性氣體下進行研究。釤monophosphide SMP是為1.10電子伏特帶隙的半導體,和矽相同,且矽為高導電性的n-型半導體。它可以在1100℃下熱處理含有磷和釤的混合粉末的真空石英安瓿製備而來。磷在高溫下具有高揮發性,有可能發生爆炸,所以加熱速率要保持在低於1℃/分鐘。類似的程序被採用在SMAS的monarsenide,但合成溫度高於1800℃。

大量的結晶性二元化合物是釤和一個基團-4,5或6的元素X形成,其中X是矽,鍺,錫,鉛,銻,釤和金屬合金形成另一個大型基。它們都從何相應元素的混合粉末熱處理製備而來。所得到的化合物是許多非化學計量的,有標稱組合物的Sm a X b ,其中b / a的比率變化範圍在0.5和3之間。

有機金屬化合物[编辑]

釤形成一個基環戊二烯的Sm(C5H5)3和chloroderivatives的Sm(C5H5)2Cl和2Sm(C5H5)Cl。氯。它們是三氯化鈦與四氫呋喃中的NAC5H5反應製備來。和大多數其它鑭系元素的環戊二烯相反,在Sm(C5H5)3中,一些C5H5彼此環橋形成環的頂點η1或邊緣η2朝向另一個相鄰釤原子,產生聚合鏈。chloroderivative的Sm(C5H5)2Cl具有二聚體結構更精確地表示為(η5- C5H5)2Sm(µ-Cl)2(η5 -C5H5)2。在那裡氯橋可以被更換,例如,碘,氫或氮的原子或CN基團。

環戊二烯中(C5H5)-離子可以被indenide(C9H7)-或環戊二烯(C8H8)2-環替代,產生Sm(C9H7)3或KSM(η8-C8H8)2。後者的化合物uranocene具有相似的結構。也有一個二價釤的環戊二烯,Sm(C5H5)2-固體,在約85℃下昇華,和二茂鐵相反,在Sm(C5H5)中2C5H5的環是不平行的,但傾斜40°。

釤的烷基和芳基在在四氫呋喃或乙醚中分解反應得到:

Sm(OR)3 + 3 LiCH(SiMe3)2 → Sm{CH(SiMe3)2}3 + 3 LiOR

同位素[编辑]


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