ИСТОРИЯ

ЗАЙМЕМСЯ
ХИМИЕЙ


Название: Сурьма (stibium)
Порядковый номер: 51
Группа: v
Период: 5
Электронное строение: 5s2 5p3
Атомная масса: 121,75
Электроотрицательность: 2,05
Температура плавления: 630,74?С
Температура кипения: 1587?С
Плотность (г/см3): 6,684
Характерные степени окисления: -3 +5
Цвет: Серебристо-белый
Кем открыт: неизвестно
Год открытия: до н.э.
Страна открытия: неизвестно
Кристалическая структура:
ромбоэдрическая

Сурьма (лат. stibium), sb, химический элемент v группы периодической системы Менделеева; атомный номер 51, атомная масса 121,75; металл серебристо-белого цвета с синеватым оттенком. В природе известны два стабильных изотопа 121 sb (57,25% ) и 123 sb (42,75% ). Из искусственно полученных радиоактивных изотопов важнейшие 122 sb ( Т 1/2 = 2,8 cym ) , 124 sb ( t 1/2 = 60,2 cym ) и 125 sb ( t 1/2 = 2 года).

Историческая справка. С. известна с глубокой древности. В странах Востока она употреблялась примерно за 3000 лет до н. э. для изготовления сосудов. В Древнем Египте уже в 19 в. до н. э. порошок сурьмяного блеска (природный sb 2 s 3 ) под названием mesten или stem применялся для чернения бровей. В Древней Греции он был известен как st i mi и st i bi, отсюда латинский stibium. Около 12—14 вв. н. э. появилось название antimonium. В 1789 А. Лавуазье включил С. в список химических элементов под названием antimoine (современный английский antimony, испанский и итальянский antimonio, немецкий antimon). Русская «сурьма» произошло от турецкого s u rme; им обозначался порошок свинцового блеска pbs, также служивший для чернения бровей (по другим данным, «сурьма» — от персидского сурме — металл). Подробное описание свойств и способов получения С. и её соединений впервые дано алхимиком Василием Валентином (Германия) в 1604.

Распространение в природе. Среднее содержание С. в земной коре (кларк) 5 ? 10 –5 % по массе. В магме и биосфере С. рассеяна. Из горячих подземных вод она концентрируется в гидротермальных месторождениях. Известны собственно сурьмяные месторождения, а также сурьмяно-ртутные, сурьмяно-свинцовые, золото-сурьмяные, сурьмяно-вольфрамовые. Из 27 минералов С. главное промышленное значение имеет антимонит (sb 2 s 3 ). Благодаря сродству с серой С. в виде примеси часто встречается в сульфидах мышьяка, висмута, никеля, свинца, ртути, серебра и других элементов.

Физические и химические свойства. С. известна в кристаллической и трёх аморфных формах (взрывчатая, чёрная и жёлтая). Взрывчатая С. (плотность 5,64—5,97 г/см 3 ) взрывается при любом соприкосновении: образуется при электролизе раствора sbcl 3 ; чёрная (плотность 5,3 г/см 3 ) при быстром охлаждении паров С.; жёлтая — при пропускании кислорода в сжиженный sbh 3 . Жёлтая и чёрная С. неустойчивы, при пониженных температурах переходят в обыкновенную С. Наиболее устойчивая кристаллическая С., кристаллизуется в тригональной системе, а = 4,5064 å ; плотность 6,61—6,73 г/см 3 (жидкой — 6,55 г/см 3 ) ; t пл 630,5 °С; t кип 1635—1645 °С; удельная теплоёмкость при 20—100 °С 0,210 кдж/(кг ? К ) [0,0498 кал/ ( г ? ° С)]; теплопроводность при 20 °С 17,6 вт/м ? К [0,042 кал/ ( см ? сек ? °С)]. Температурный коэффициент линейного расширения для поликристаллической С. 11,5 ? 10 –6 при 0—100 °С; для монокристалла a 1 = 8,1 ? 10 –6 a 2 = 19,5 ? 10 –6 при 0—400 °С, удельное электросопротивление (20 °С) (43,045 ? 10 –6 ом ? см ) . С. диамагнитна, удельная магнитная восприимчивость —0,66 ? 10 –6 . В отличие от большинства металлов, С. хрупка, легко раскалывается по плоскостям спайности, истирается в порошок и не поддаётся ковке (иногда её относят к полуметаллам ) . Механические свойства зависят от чистоты металла. Твёрдость по Бринеллю для литого металла 325—340 Мн/м 2 (32,5—34,0 кгс/мм 2 ) ; модуль упругости 285—300; предел прочности 86,0 Мн/м 2 (8,6 кгс/мм 2 ) . Конфигурация внешних электронов атома sb5s 2 5 r 3 . В соединениях проявляет степени окисления главным образом +5, +3 и –3.

В химическом отношении С. малоактивна. На воздухе не окисляется вплоть до температуры плавления. С азотом и водородом не реагирует. Углерод незначительно растворяется в расплавленной С. Металл активно взаимодействует с хлором и др. галогенами, образуя сурьмы галогениды . С кислородом взаимодействует при температуре выше 630 °С с образованием sb 2 o 3. При сплавлении с серой получаются сурьмы сульфиды , так же взаимодействует с фосфором и мышьяком. С. устойчива по отношению к воде и разбавленным кислотам. Концентрированные соляная и серная кислоты медленно растворяют С. с образованием хлорида sbcl 3 и сульфата sb 2 (so 4 ) 3 ; концентрированная азотная кислота окисляет С. до высшего окисла, образующегося в виде гидратированного соединения xsb 2 o 5 ? уН 2 О. Практический интерес представляют труднорастворимые соли сурьмяной кислоты — антимонаты(Меsbo 3 ? 3h 2 o, где me — na, К) и соли не выделенной метасурьмянистой кислоты — метаантимониты (mesbo 2 ? ЗН 2 О), обладающие восстановительными свойствами. С. соединяется с металлами, образуя антимониды .

Получение. С. получают пирометаллургической и гидрометаллургической переработкой концентратов или руды, содержащей 20—60% sb. К пирометаллургическим методам относятся осадительная и восстановительная плавки. Сырьём для осадительной плавки служат сульфидные концентраты; процесс основан на вытеснении С. из её сульфида железом: sb 2 s 3 + 3fe u 2sb + 3fes. Железо вводится в шихту в виде скрапа. Плавку ведут в отражательных или в коротких вращающихся барабанных печах при 1300—1400 °С. Извлечение С. в черновой металл составляет более 90%. Восстановительная плавка С. основана на восстановлении её окислов до металла древесным углем или каменноугольной пылью и ошлаковании пустой породы. Восстановительной плавке предшествует окислительный обжиг при 550 °С с избытком воздуха. Огарок содержит нелетучую четырёхокись С. Как для осадительной, так и для восстановительной плавок возможно применение электропечей. Гидрометаллургический способ получения С. состоит из двух стадий: обработки сырья щелочным сульфидным раствором с переводом С. в раствор в виде солей сурьмяных кислот и сульфосолей и выделения С. электролизом. Черновая С. в зависимости от состава сырья и способа её получения содержит от 1,5 до 15% примесей: fe, as, s и др. Для получения чистой С. применяют пирометаллургическое или электролитическое рафинирование. При пирометаллургическом рафинировании примеси железа и меди удаляют в виде сернистых соединений, вводя в расплав С. антимонит (крудум) — sb 2 s 3 , после чего удаляют мышьяк (в виде арсената натрия) и серу при продувке воздуха под содовым шлаком. При электролитическом рафинировании с растворимым анодом черновую С. очищают от железа, меди и др. металлов, остающихся в электролите (Си, ag, Аи остаются в шламе). Электролитом служит раствор, состоящий из sbf 3 , h 2 so 4 и hf. Содержание примесей в рафинированной С. не превышает 0,5—0,8%. Для получения С. высокой чистоты применяют зонную плавку в атмосфере инертного газа или получают С. из предварительно очищенных соединений — трёхокиси или трихлорида.

Применение. С. применяется в основном в виде сплавов на основе свинца и олова для аккумуляторных пластин, кабельных оболочек, подшипников ( баббит ) , сплавов, применяемых в полиграфии ( гарт ) , и т. д. Такие сплавы обладают повышенной твёрдостью, износоустойчивостью, коррозионной стойкостью. В люминесцентных лампах галофосфатом кальция активируют sb. С. входит в состав полупроводниковых материалов как легирующая добавка к германию и кремнию, а также в состав антимонидов (например, insb). Радиоактивный изотоп 12 sb применяется в источниках g -излучения и нейтронов.

О. Е. Крейн.

Сурьма в организме. Содержание С. (на 100 г сухого вещества) составляет в растениях 0,006 мг, в морских животных 0,02 мг, в наземных животных 0,0006 мг. В организм животных и человека С. поступает через органы дыхания или желудочно-кишечный тракт. Выделяется главным образом с фекалиями, в незначительном количестве — с мочой. Биологическая роль С. неизвестна. Она избирательно концентрируется в щитовидной железе, печени, селезёнке. В эритроцитах накапливается преимущественно С. в степени окисления + 3, в плазме крови — в степени окисления + 5. Предельно допустимая концентрация С. 10 –5 — 10 –7 г на 100 г сухой ткани. При более высокой концентрации этот элемент инактивирует ряд ферментов липидного, углеводного и белкового обмена (возможно в результате блокирования сульфгидрильных групп ) .

В медицинской практике препараты С. (солюсурьмин и др.) используют в основном для лечения лейшманиоза и некоторых гельминтозов (например, шистосоматоза).

С. и её соединения ядовиты. Отравления возможны при выплавке концентрата сурьмяных руд и в производстве сплавов С. При острых отравлениях — раздражение слизистых оболочек верхних дыхательных путей, глаз, а также кожи. Могут развиться дерматит, конъюнктивит и т. д. Лечение: антидоты (унитиол), мочегонные и потогонные средства и др. Профилактика: механизация производств. процессов, эффективная вентиляция и т. д.

Лит.: Шиянов А. Г., Производство сурьмы, М., 1961; Основы металлургии, т. 5, М., 1968; Исследование в области создания новой технологии производства сурьмы и ее соединений, в сборнике: Химия и технология сурьмы, Фр., 1965.

Назад



(С) Дистанционный творческий конкурс-проект "Моя Веб-страница", 2005
(С) Хмелев Алексей, 2005
http://www.eidos.ru/project/all/web/index.htm