СУРЬМА: ИСТОРИЯ, СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И РИСКИ - ХИМИЯ - 2026

Сурьма является металлоидом блестящим, серебром, и с некоторым голубоватым оттенком. Его твердое вещество также отличается очень хрупкостью и шелушением по текстуре. Он принадлежит к 15-й группе таблицы Менделеева, возглавляемой азотом. После висмута (и московского) это самый тяжелый элемент группы.

Он представлен химическим символом Sb. В природе он встречается в основном в минеральных рудах стибита и ульманнита, химические формулы которых Sb ₂ S ₃ и NiSbS соответственно. Его высокая склонность к образованию сульфидов вместо оксидов обусловлена ​​тем, что он химически мягкий.

Кристаллическая сурьма. Источник: Best Sci-Fatcs

С другой стороны, сурьма также физически мягкая, ее твердость составляет 3 балла по шкале Мооса. Он стабилен при комнатной температуре и не вступает в реакцию с кислородом воздуха. Но при нагревании в присутствии кислорода он образует триоксид сурьмы, Sb ₂ O ₃ .

Точно так же он устойчив к действию слабых кислот; но в горячем состоянии на него воздействуют азотная и соляная кислоты.

Сурьма имеет множество применений, в том числе ее используют в сплавах со свинцом и оловом, в производстве автомобильных аккумуляторов, материалов с низким коэффициентом трения и т. Д.

Этот металлоид имеет редкое свойство увеличиваться в объеме при затвердевании, что позволяет его сплавам полностью занимать пространство, используемое для формования инструмента, который будет изготовлен.

История его открытия

До нашей эры

Есть свидетельства того, что с 3100 г. до н.э. сульфид сурьмы использовался в Египте в косметических целях. В Месопотамии, на территории современного Ирака, были обнаружены остатки вазы и другого артефакта, предположительно датируемого периодом между 3000 и 2200 годами до нашей эры, в производстве которого использовалась сурьма.

Введение термина

Римский ученый Плиний Старший (23-79 г. н.э.) описал использование сурьмы, которую он называл стибиусом, при разработке семи лекарств в своем «Трактате по естественной истории». Алхимику Абу Мусса Джахиру ибн Хайяну (721-815) приписывают введение термина сурьма для названия элемента.

Он использовал следующую этимологию: «анти» как синоним отрицания, а «моно» - только. Затем он хотел подчеркнуть, что сурьма встречается не только в природе. Уже известно, что он входит в состав сульфидных минералов, а также многих других элементов.

получение

Считается, что греческий натурист Педаниус Диаскоридес получил чистую сурьму, нагревая сульфид сурьмы в потоке воздуха. Итальянский металлург Ванносио Бирингучо в книге De la Pirotecnia (1540 г.) описывает метод выделения сурьмы.

Немецкий химик Андреас Либавиус (1615 г.), используя расплавленную смесь железа, сульфида сурьмы, соли и тартрата калия, получил кристаллическую сурьму.

Первое подробное сообщение о сурьме было сделано в 1707 году французским химиком Николя Лемери (1645-1715) в его книге «Трактат о сурьме».

Состав сурьмы

Морщинистые слои, составляющие кристаллическую структуру металлической или серебряной сурьмы. Источник: Materialscientist

Верхнее изображение показывает морщинистую слоистую структуру, заимствованную атомами мышьяка. Однако сероватая сурьма, более известная как металлическая сурьма, также принимает эту структуру. Она называется «морщинистой», потому что атомы Sb движутся вверх и вниз по плоскости, состоящей из оболочки.

Эти слои, хотя и отвечают за взаимодействующие с ним фотоны, сияют серебристым блеском, заставляя сурьму выглядеть как металл, правда в том, что силы, которые их объединяют, слабы; следовательно, видимые металлические фрагменты Sb могут быть легко измельченными и хрупкими или отслаивающимися.

Кроме того, атомы Sb в морщинистых слоях недостаточно близко расположены, чтобы сгруппировать свои атомные орбитали вместе и, таким образом, создать полосу, которая обеспечивает электрическую проводимость.

Глядя на сероватую сферу по отдельности, можно увидеть, что она имеет три связи Sb-Sb. С более высокой плоскости можно было увидеть Sb в центре треугольника с тремя Sb, расположенными в его вершинах. Однако треугольник не плоский и имеет два уровня или этажа.

При боковом воспроизведении таких треугольников и их связей образуются морщинистые слои, которые выстраиваются в ряд, образуя ромбоэдрические кристаллы.

аллотропия

Только что описанная структура соответствует сероватой сурьме, наиболее устойчивой из четырех ее аллотропов. Остальные три аллотропа (черный, желтый и взрывной) метастабильны; то есть они могут существовать в очень суровых условиях.

Информации об их строении немного. Однако известно, что черная сурьма аморфна, поэтому ее структура нечеткая и запутанная.

Желтая сурьма устойчива при температурах ниже -90 ° C, ведет себя как неметаллический элемент, и можно предположить, что она состоит из небольших агломератов типа Sb ₄ (подобных агломератам фосфора); при нагревании превращается в черный аллотроп.

Что касается взрывоопасной сурьмы, то она состоит из гелеобразного осадка, образующегося на катоде при электролизе водного раствора галогенида сурьмы.

При малейшем сильном трении или ударе мягкое твердое тело выделяет столько тепла, что оно взрывается и стабилизируется по мере того, как его атомы перегруппировываются в ромбоэдрическую кристаллическую структуру сероватой сурьмы.

свойства

Атомный вес

121,76 г / моль.

Атомный номер

51.

Электронная конфигурация

4д ¹⁰ 5с ² 5п ³ .

Состояния окисления

-3, -2, -1, +1, +2, +3, +4, +5.

Физическое описание

Блестящее серебристое твердое вещество, ломкое, с чешуйчатой ​​поверхностью, с голубоватым оттенком. Он также может выглядеть как черный порошок.

Температура плавления

630,63 ° С.

Точка кипения

1635 ° С.

плотность

-6,697 г / см ³ при комнатной температуре.

-6,53 г / см ³ в жидком состоянии, температура равна или выше точки плавления.

Теплота плавления

19,79 кДж / моль.

Теплота испарения

193,43 кДж / моль.

Молярная калорийность

25,23 Дж / моль К

Электроотрицательность

2,05 (шкала Полинга).

Атомное радио

140 часов.

твердость

Это мягкий элемент с твердостью 3 по шкале Мооса, его можно поцарапать стеклом.

стабильность

Он стабилен при комнатной температуре, не подвергается окислению. Он также устойчив к воздействию кислот.

Изотопы

В нем два стабильных изотопа: ¹²¹ Sb и ¹²³ Sb. Кроме того, существует 35 радиоактивных изотопов. Радиоактивный изотоп ¹²⁵ Sb имеет самый длинный период полураспада: 2,75 года. Обычно радиоактивные изотопы испускают β ⁺ и β ^- излучение .

Электро- и теплопроводность

Сурьма плохо проводит тепло и электричество.

Химическая реактивность

Он не может вытеснить водород из разбавленных кислот. Образует ионные комплексы с органическими и неорганическими кислотами. Металлическая сурьма не реагирует с воздухом, но во влажном воздухе быстро превращается в оксид.

Галогены и сульфиды легко окисляют сурьму, если процесс происходит при повышенных температурах.

Приложения

сплавы

Сурьма используется в сплаве со свинцом для изготовления пластин для автомобильных аккумуляторов, что улучшает их сопротивление, а также характеристики зарядов.

Сплав со свинцом и оловом был использован для улучшения характеристик сварных швов, а также трассирующих пуль и детонаторов патронов. Он также используется в сплавах для покрытия электрических кабелей.

Сурьма используется в антифрикционных сплавах, при производстве олова и упрочняющих сплавах с низким содержанием олова при производстве органов и других музыкальных инструментов.

Он имеет общую с водой характеристику увеличения объема при конденсации; Следовательно, сурьма, присутствующая в сплавах со свинцом и оловом, заполняет все пространства в формах, улучшая четкость структур, изготовленных из указанных сплавов.

Огнестойкий материал

Триоксид сурьмы используется для изготовления антипиренов, всегда в сочетании с галогенированными антипиренами, бромидами и хлоридами.

Антипирены могут реагировать с атомами кислорода и радикалами ОН, что препятствует возгоранию. Эти антипирены используются в детской одежде, игрушках, самолетах и ​​автомобильных сиденьях.

Их также добавляют в полиэфирные смолы и композиты из стекловолокна для изделий, используемых в качестве крышек для двигателей легких самолетов.

Соединения сурьмы, которые используются в качестве антипиренов, включают: оксихлорид сурьмы, SbOCl; пятиокись сурьмы, SbO ₅ ; трихлорид сурьмы, SbCl ₃ ; и триоксид сурьмы, SbO ₃ .

Электроника

Он используется в производстве полупроводников, диодов, детекторов среднего инфракрасного диапазона, а также в производстве транзиторов. Сурьма высокой чистоты, используемая в полупроводниковой технологии, получается восстановлением соединений сурьмы водородом.

Медицина и ветеринария

Соединения сурьмы использовались в медицине с древних времен как рвотные средства и противопротозойные средства. Тартрат калия (рвотный камень) долгое время применялся в качестве антишистосомы; используется, кроме того, как отхаркивающее, потогонное и рвотное средство.

Соли сурьмы также использовались для кондиционирования кожи жвачных животных; такие как аниомалин и тиомалат сурьмы лития.

Антимониат меглумина - препарат, применяемый при лечении лейшманиоза в наружных очагах домашних животных. Хотя терапевтический эффект был ограничен.

Пигменты и краски

Соединения сурьмы используются при производстве красок и глушителей для эмалей. Они также используются в красных, желтых и оранжевых пигментах, которые являются продуктами медленного окисления сульфидов сурьмы.

Некоторые из его органических солей (тартраты) используются в текстильной промышленности для связывания определенных красителей.

Сульфид сурьмы использовался в Древнем Египте как косметическое средство для затемнения глаз.

Другое использование

Некоторые соли сурьмы используются в качестве покрывающих агентов для удаления микроскопических пузырьков, образующихся на экранах телевизоров. Ионы сурьмы взаимодействуют с кислородом, устраняя его склонность к образованию пузырьков.

Сульфид сурьмы (III) используется в головках некоторых спичек. Сульфид сурьмы также используется для стабилизации коэффициента трения материалов, используемых в автомобильных тормозных колодках.

Изотоп ¹²⁴ Sb вместе с бериллием используется в качестве источника нейтронов со средней энергией 24 кэВ. Кроме того, сурьма используется в качестве катализатора при производстве пластмасс.

риски

Это хрупкий элемент, поэтому при обращении с ним может образоваться загрязняющая пыль из окружающей среды. У рабочих, подвергшихся воздействию сурьмяной пыли, наблюдались дерматиты, рениты, воспаления верхних дыхательных путей и конъюнктивит.

Пневмокониоз, иногда сочетающийся с обструктивными изменениями легких, был описан после длительного воздействия.

Триоксид сурьмы может вызвать нарушение функции сердца, которое может быть фатальным.

У людей, подвергшихся воздействию этого элемента, наблюдались преходящие гнойничковые инфекции кожи.

Постоянный прием низких доз этого металла может вызвать диарею, рвоту и язву желудка. Также максимально допустимая концентрация в воздухе составляет 0,5 мг / м ³ .

Ссылки

1. Шивер и Аткинс. (2008). Неорганическая химия. (Четвертое издание). Мак Гроу Хилл.
2. Мэнни. (11 марта 2009 г.). Желтая сурьма и взрывоопасная сурьма. Получено с: antimonyproperties.blogspot.com
3. Проф. Эрнст Коэн и Дж. К. Ван ден Бош. (1914). Аллотропия сурьмы. Труды Королевской акад. Амстердам. Том XVII.
4. Wikipedia. (2019). Сурьма. Получено с: en.wikipedia.org
5. Advameg, Inc. (2019). Сурьма. Получено с: chemistryexplained.com
6. Соболь Мак'Онил. (15 сентября 2018 г.). Химия: свойства и применение Sb-сурьмы. Получено с: medium.com