稀土元素科普系列
——钐
2021-04-04
1879年,法国化学家德·波依斯包德朗(Paul Emile Lecoq de Boisbaudran)从铌钇矿中提取出了一种元素,为了纪念采出铌钇矿(Samarskite)的俄国采矿官员Vasili Samarsky Bykhovets,这一元素被命名为钐(Samarium)。
钐的元素符号是Sm,原子序数为62,原子量150.36,原子半径(计算值)185pm,电子构型为[Xe]4f6 6S2。作为一个典型的镧系元素,钐主要表现为+3价和+2 价,电负性为1.17。钐单质为中等硬度的银白色金属,密度为7.54g/cm3,熔点1345K,沸点2064K,蒸气压563Pa(1345K)。在室温下,金属钐为三方晶结构(α-型),具有良好的可塑性,加热至731℃时转变为六方紧密堆积(hcp 结构),进一步加热到922℃变为体心立方相(bcc 结构),若加热到300℃并压缩至40kbar,则会形成双六方紧密堆积结构(DHCP)。在空气中,金属钐在室温下氧化缓慢,但在150℃下会发生自燃,即使储存于矿物油中,钐也会逐渐氧化在表面形成灰黄色粉末状的氢氧化物混合物。
钐虽然归类为稀土元素,但在地壳中的丰度排第40 位,平均浓度达到百万分之六,比锡等金属的储量还要丰富,不过在自然界中很难找到游离的钐元素。它通常和其他稀土元素共存于矿物中,在包括硅藻土,硅铍钇矿,铌钇矿,独居石和氟碳铈矿等多种矿物中含量较高。这些矿物主要分布在中国、美国、巴西、印度、斯里兰卡和澳大利亚,其中独居石和氟碳铈矿是最常见的钐元素来源,独居石中稀土元素的质量分数能够达到50%以上,而在稀土各元素中钐的占比往往超过2.8%。
我国拥有丰富的稀土资源,氧化钐的储量约为65 万吨,居世界首位(林河成,我国氧化钐的生产应用及市场)。同时我国拥有世界领先的钐开采及生产技术,年产氧化钐逾千吨。……
