钐 （稀土金属）

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。

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。钐在地壳中含量为0.000647%。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。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。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。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。在生物体中，一些鱼化石、珊瑚和贝壳等中，钐的含量都很低。

理化性质

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。它有3种金属变体，分别在734 ℃和922 ℃发生转变。钐还具有微弱的天然放射性，是最难消磁的元素之一。化学性质

与单质反应

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。

钐分离方法

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

汞齐法

电解法

以石墨杯为阳极、液态锌为阴极，NaCl-KCl混合物和稀土金属氯化物作为电解质，将电流通过用瓷管与电解质绝缘的钼棒导入，能够实现钐的电解析出。电解后，将锌合金进行真空蒸馏可以将钐与锌分离。

测定方法

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。

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。

中子活化分析法

稀土元素的热中子活化截面积大，容易产生放射性核素和γ射线，灵敏度较高，而且通过适当地增加照射时间和中子通量又能提高其灵敏度，因此，用中子活化分析法测定稀土元素时，检出限很低，绝对灵敏度很高。

应用领域

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。

核工业

钐具有很高的热中子俘获截面，可做核反应控制棒和中子吸收材料。如：SmI₂。SmI₂是一种非常常见的还原剂和偶联剂。

化工

钐可以用作石油化工用的催化剂和用于阴极涂层。钐的氧化物可以作为醇类脱氢的活性催化剂，可用于各种醇类的脱氢，在525 ℃，钐的氧化物能使烷烃（不包括环烷烃）脱氢。

农业

稀土元素在农业中可作为微量元素肥料，在种植亚麻、豌豆的土壤中加入钐、铈、镧的氮化物能够加速植物的生长，果园中加入这些稀土元素的化合物也能够明显提高水果的收成。

地质测量

根据钐的衰变期，可以确定岩石的日期和起源。因为钐-钕地质年代计，几乎不受沉积和变质过程影响，因此钐可以用于确定岩石的地质年代。

光学设备

钐的氧化物在应用时需清洁，无明显的机械夹杂物。含Sm₂O₃的玻璃能吸收红外线，可用于制造光学滤光片和遮光眼镜。

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。

毒理性

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。

（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。

（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。

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。

加速排除

钐可与EDTA（乙二胺四乙酸）和DTPA（二亚乙基三胺五乙酸）在人体内形成稳定的络合物，故临床上遇钐中毒可给予EDTA、DTPA或喹胺酸治疗。

注意事项

金属钐在包装时，应装入铁罐（桶）中，使用石蜡覆盖金属锭，并密封或者抽真空而后充氩气包装。罐外应有明显标志，注明：供方名称、产品名称、牌号、批号、净重、毛重、出厂日期及“防潮”标志。在保存时，需存放在干燥处，不得露天放置，不得靠近高温和易燃易爆物品。并且密封时使用的金属锭不能暴露在空气中，以防氧化变质。