Сурьма

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

[править] История

Сурьму применяли в странах Востока за 3000 лет до нашей эры. Латинское название элемента связано с минералом «стиби», из которого в Древней Греции получали сурьму. Русское «сурьма» происходит от турецкого «surme» — чернить брови (порошок для чернения бровей готовили из минерала сурьмяный блеск). По другой теории, от персидского "сурме" — металл. В 15 веке монах Василий Валентин описал процесс получения сурьмы, из сплава со свинцом для отливки типографского шрифта. Природную сернистую сурьму он назвал сурьмяным стеклом. В средние века использовали препараты сурьмы в медицинских целях, главным образом для вызывания рвоты: пилюли из сурьмы, вино, выдержанное в чашах из сурьмы (при этом образовывался «рвотный камень» K[C₄H₂O₆Sb (OH)₂]·1/2H₂O).

[править] Нахождение в природе

Содержание в земной коре 5·10^–5% по массе. Встречается в природе в самородном состоянии. Известно около 120 минералов, содержащих Sb, главным образом, a виде сульфида Sb₂S₃ (сурьмяный блеск, антимонит, стибнит). Продукт окисления сульфида кислородом воздуха Sb₂O₃ — белая сурьмяная руда (валентинит и сенармонтит). Сурьма часто содержится в свинцовых, медных и серебряных рудах (тетраэдрит Cu₁₂Sb₄S₁₃, джемсонит Pb₄FeSb₆S₁₄).

[править] Получение

Сурьму получают сплавлением сульфида Sb₂S₃ с железом: Sb₂S₃+3Fe=2Sb+3FeS; обжигом сульфида Sb₂S₃ и восстановлением полученного оксида углем: Sb₂S₃+5O₂=Sb₂O₄+3SO₂, Sb₂O₄+4C=2Sb+4CO. Чистую сурьму (99,9%) получают электролитическим рафинированием. Сурьму извлекают также из свинцовых концентратов, полученных при переработке полиметаллических руд.

[править] Физические и химические свойства

Сурьма — серебристо-серый с синеватым оттенком хрупкий неметалл. Серая сурьма, Sb I, с ромбоэдрической решеткой, устойчива при обычных условиях. Температура плавления 630,5 °C, кипения 1634 °C. Плотность 6,69 г/см3. При 5,5 ГПа Sb I переходит в кубическую модификацию Sb II, при давлении 8,5 ГПа — в гексагональную Sb III, выше 28 ГПа — Sb IV. Серая сурьма имеет слоистую структуру, где каждый атом Sb пирамидально связан с тремя соседями по слою (межатомное расстояние 0,288 нм) и имеет трех ближайших соседей в другом слое (межатомное расстояние 0,338 нм).

Известны три аморфные модификации сурьмы. Желтая сурьма образуется при действии кислорода на жидкий стибин SbH₃ и содержит незначительные количества химически связанного водорода. При нагревании или освещении желтая сурьма переходит в черную сурьму (плотность 5,3 г/см3), обладающую полупроводниковыми свойствами.

При электролизе SbCl₃ при малых плотностях тока образуется взрывчатая сурьма, содержащая небольшие количества химически связанного хлора (взрывается при трении). Черная сурьма при нагревании без доступа воздуха до 400 °C и взрывчатая сурьма при растирании превращаются в металлическую серую сурьму. Металлическая сурьма (Sb I) — полупроводник. Ширина запрещенной зоны 0,12 эВ. Диамагнитна. При комнатной температуре металлическая сурьма очень хрупка и легко растирается в порошок в ступке, выше 310 °C — пластична, также пластичны монокристаллы сурьмы высокой чистоты.

С некоторыми металлами сурьма образует антимониды: антимонид олова SnSb, никеля Ni₂Sb₃, NiSb, Ni₅Sb₂ и Ni₄Sb. Сурьма не взаимодействует с соляной, плавиковой и серной кислотами.

С концентрированной азотной кислотой образуется плохо растворимая b-сурьмяная кислота HSbO₃: 3Sb + 5HNO₃ = 3HSbO₃ + 5NO + H₂O.

Общая формула сурьмяных кислот Sb₂O₅·nH₂O. С концентрированной H₂SO₄ сурьма реагирует с образованием сульфата сурьмы (III) Sb₂(SO₄)₃: 2Sb + 6H₂SO₄ = Sb₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O.

Сурьма устойчива на воздухе до 600 °C. При дальнейшем нагревании окисляется до Sb₂O₃: 4Sb + 3O₂ = 2Sb₂O₃.

Оксид сурьмы (III) обладает амфотерными свойствами и реагирует с щелочами: Sb₂O₃ + 6NaOH + 3H₂O = 2Na₃[Sb (OH)₆] и кислотами: Sb₂O₃ + 6HCl = 2SbCl₃ + 3H₂O.

При нагревании Sb₂O₃ выше 700 °C в кислороде образуется оксид состава Sb₂O₄: 2Sb₂O₃ + O₂ = 2Sb₂O₄. Этот оксид одновременно содержит Sb (III) и Sb (V). В его структуре соединены друг с другом октаэдрические группировки [Sb^IIIO₆] и [Sb^VO₆].

При осторожном обезвоживании сурьмяных кислот образуется пентаоксид сурьмы Sb₂O₅: 2HSbO₃ = Sb₂O5 + H₂O, проявляющий кислотные свойства: Sb₂O₅ + 6NaOH = 2Na₃SbO₄ + 3H₂O, и являющийся окислителем: Sb₂O₅ + 10HCl = 2SbCl₃ + 2Cl₂ + 5H₂O.

Соли сурьмы легко гидролизуются. Выпадение гидроксосолей начинается при pH 0,5–0,8 для Sb (III) и pH 0,1 для Sb (V). Состав продукта гидролиза зависит от соотношения соль/вода и последовательности внесения реагентов: SbCl₃ + H₂O = SbOCl + 2HCl, 4SbCl₃ + 5H₂O = Sb₄O₅Cl₂ + 10HCl.

С фтором сурьма образует пентафторид SbF₅. При его взаимодействии с плавиковой кислотой HF возникает сильная кислота H[SbF₆].

Сурьма горит при внесении её порошка в Cl₂ с образованием смеси пентахлорида SbCl₅ и трихлорида SbCl₃: 2Sb + 5Cl₂ = 2SbCl₅, 2Sb + 3Cl₂ = 2SbCl₃.

С бромом и иодом Sb образует оригалогениды: 2Sb + 3I₂ = 2SbI₃.

При действии сероводорода H₂S на водные растворы Sb (III) и Sb (V), образуются оранжево-красный трисульфид Sb₂S₃ или оранжевый пентасульфид Sb₂S₅, которые взаимодействуют с сульфидом аммония (NH₄)₂S: Sb₂S₃ + 3 (NH₄)₂S = 2 (NH₄)₃SbS₃, Sb₂S₅ + 3 (NH₄)₂S = 2 (NH₄)₃SbS₄.

Под действием водорода на соли Sb выделяется газ стибин SbH₃: SbCl₃ + 4Zn + 5HCl = 4ZnCl₂ + SbH₃ + H₂. Стибин при нагревании разлагается на Sb и H₂.

Получены органические соединения сурьмы, производные стибина, например, oриметилстибин Sb (CH₃)₃: 2SbCl₃ + 3Zn (CH₃)₂ = 3ZnCl₂ + 2Sb (CH₃)₃.

[править] Применение

[править] Производство сплавов

Сурьма — компонент сплавов на основе свинца и олова (для аккумуляторных пластин, типографских шрифтов, подшипников, защитных экранов для работы с источниками ионизирующих излучений, посуды), на основе меди и цинка (для художественного литья).

[править] Электроника

Чистую сурьму используют для получения антимонидов с полупроводниковыми свойствами. Входит в состав сложных лекарственных синтетических препаратов. При изготовлении резины используют пентасульфид сурьмы Sb₂S₅.

[править] Ядерная энергетика, ядерное оружие

Очень важно значение в ядерной технологии имеют некоторые изотопы сурьмы, и в частности в технологии ядерных вооружений имеет пироантимонат ртути (оксистибат) с соответствующим изотопным составом (послужившее в значительной степени распространению легенд о так называемой "красной ртути". Особенность этого вещества состоит в том что оно является своего рода многофункциональным ядерным катализатором (коэффициент размножения нейтронов 7-9) и должно очень строго учитыватся любой страной ввиду угрозы ядерного терроризма.

[править] Цены

Цены на металлическую сурьму в слитках чистотой 99 % составили около 5,5 долл/кг.

[править] Термоэлектрические материалы

Теллурид сурьмы применяется как компонент термоэлектрических сплавов (термо-э.д.с 100—150 мкВ/К) с теллуридом висмута.

[править] Биологическая роль и воздействие на организм

Сурьма относится к микроэлементам, содержание в организме человека 10^–6% по массе. Постоянно присутствует в живых организмах, физиологическая и биохимическая роль не выяснена.

Нaкапливается в щитовидной железе, угнетает её функцию и вызывает эндемический зоб. Однако, попадая в пищеварительный тракт, соединения сурьмы не вызывают отравления, так как соли Sb (III) там гидролизуются с образованием малорастворимых продуктов.

Пыль и пары сурьмы вызывают носовые кровотечения, сурьмяную «литейную лихорадку», пневмосклероз, поражают кожу, нарушают половые функции. Для аэрозолей сурьмы ПДК в воздухе рабочей зоны 0,5 мг/м3, в атмосферном воздухе 0,01 мг/м3. ПДК в почве 4,5 мг/кг, в воде 0,05 мг/л.

[править] См. также

• Антимоний

[править] Ссылки

• Сурьма на Webelements
• Сурьма в Популярной библиотеке химических элементов