Сурьма

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
51 ОловоСурьмаТеллур
As

Sb

Bi
Водород Гелий Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Железо Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебро Кадмий Индий Олово Сурьма Теллур Иод Ксенон Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Ртуть Таллий Свинец Висмут Полоний Астат Радон Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Берклий Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Борий Хассий Мейтнерий Дармштадтий Рентгений Коперниций Унунтрий Флеровий Унунпентий Ливерморий Унунсептий УнуноктийПериодическая система элементов
51Sb
Rhombohedral.svg
Electron shell 051 Antimony.svg
Внешний вид простого вещества
Сурьма
Металлоид серебристо-белого цвета
Свойства атома
Название, символ, номер

Сурьма́ / Stibium (Sb), 51

Атомная масса
(молярная масса)

121,760(1)[1] а. е. м. (г/моль)

Электронная конфигурация

[Kr] 4d10 5s2 5p3

Радиус атома

159 пм

Химические свойства
Ковалентный радиус

140 пм

Радиус иона

(+6e)62 (−3e)245 пм

Электроотрицательность

2,05 [2] (шкала Полинга)

Электродный потенциал

0

Степени окисления

5, 3, −3

Энергия ионизации
(первый электрон)

 833,3 (8,64) кДж/моль (эВ)

Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)

6,691 г/см³

Температура плавления

903,9 K

Температура кипения

1908 K

Уд. теплота плавления

20,08 кДж/моль

Уд. теплота испарения

195,2 кДж/моль

Молярная теплоёмкость

25,2[3] Дж/(K·моль)

Молярный объём

18,4 см³/моль

Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки

тригональная

Параметры решётки

ahex=4,307; chex=11,27[4]

Отношение c/a

2,62

Температура Дебая

200 K

Прочие характеристики
Теплопроводность

(300 K) 24,43 Вт/(м·К)

51
Сурьма
Sb
121,76
4d105s25p3

Сурьма́ (лат. Stibium; обозначается символом Sb) химический элемент 15-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы пятой группы) пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева; имеет атомный номер 51. Простое вещество сурьма (CAS-номер: 7440-36-0) — полуметалл серебристо-белого цвета с синеватым оттенком, грубозернистого строения. Известны четыре металлических аллотропных модификаций сурьмы, существующих при различных давлениях, и три аморфные модификации (взрывчатая, чёрная и жёлтая сурьма)[3].

История[править | править вики-текст]

Сурьма 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 Sb2S3) под названием mesten или stem применялся для чернения бровей. В Древней Греции он был известен как στίμμι и στίβι, отсюда лат. stibium[5]. Около 12—14 вв. н. э. появилось название antimonium. Подробное описание свойств и способов получения сурьмы и её соединений впервые дано алхимиком Василием Валентином (Германия) в 1604. В 1789 А. Лавуазье включил сурьму в список химических элементов под названием antimoine[6] (современный английский antimony, испанский и итальянский antimonio, немецкий Antimon). Русское слово «сурьма» произошло от турецкого и крымскотатарского sürmä[7]; им обозначался порошок свинцового блеска PbS, также служивший для чернения бровей (по другим данным, «сурьма» — от персидского «сурме» — металл).

Нахождение в природе[править | править вики-текст]

Кларк сурьмы 500 мг/т. Её содержание в изверженных породах в общем ниже, чем в осадочных. Из осадочных пород наиболее высокие концентрации сурьмы отмечаются в глинистых сланцах (1,2 г/т), бокситах и фосфоритах (2 г/т) и самые низкие в известняках и песчаниках (0,3 г/т). Повышенные количества сурьмы установлены в золе углей. Сурьма, с одной стороны, в природных соединениях имеет свойства металла и является типичным халькофильным элементом, образуя антимонит. С другой стороны она обладает свойствами металлоида, проявляющимися в образовании различных сульфосолей — бурнонита, буланжерита, тетраэдрита, джемсонита, пираргирита и др. С такими металлами как медь, мышьяк и палладий, сурьма может давать интерметаллические соединения. Ионный радиус сурьмы Sb3+ наиболее близок к ионным радиусам мышьяка и висмута, благодаря чему наблюдается изоморфное замещение сурьмы и мышьяка в блёклых рудах и геокроните Pb5(Sb, As)2S8 и сурьмы и висмута в кобеллите Pb6FeBi4Sb2S16 и др. Сурьма в небольших количествах (граммы, десятки, редко сотни г/т) отмечается в галенитах, сфалеритах, висмутинах, реальгарах и других сульфидах. Летучесть сурьмы в ряде её соединений сравнительно невысокая. Наиболее высокой летучестью обладают галогениды сурьмы SbCl3. В гипергенных условиях (в приповерхностных слоях и на поверхности) антимонит подвергается окислению примерно по следующей схеме: Sb2S3 + 6O2 = Sb2(SO4)3. Возникающий при этом сульфат окиси сурьмы очень неустойчив и быстро гидролизирует, переходя в сурьмяные охры — сервантит Sb2O4, стибиоконит Sb2O4 • nH2O, валентинит Sb2O3 и др. Растворимость в воде довольно низкая (1,3 мг/л), но она значительно возрастает в растворах щелочей и сернистых металлов с образованием тиокислоты типа Na3SbS3. Содержание в морской воде 0,5 мкг/л[8]. Главное промышленное значение имеет антимонит Sb2S3 (71,7 % Sb). Сульфосоли тетраэдрит Cu12Sb4S13, бурнонит PbCuSbS3, буланжерит Pb5Sb4S11 и джемсонит Pb4FeSb6S14 имеют небольшое значение.

Генетические группы и промышленные типы месторождений[править | править вики-текст]

В низко- и среднетемпературных гидротермальных жилах с рудами серебра, кобальта и никеля, также в сульфидных рудах сложного состава.

Месторождения[править | править вики-текст]

Месторождения сурьмы известны в ЮАР, Алжире, Армении, Таджикистане, Болгарии, России, Финляндии, Китае, Киргизии[9][10].

Производство[править | править вики-текст]

По данным исследовательской компании Roskill, в 2010 г. 76,75 % мирового первичного производства сурьмы приходилось на Китай (120 462 т, включая официальное и неофициальное производство), второе место по объёмам производства занимала Россия (4,14 %; 6 500 т), третье — Мьянма (3,76 %; 5 897 т). Среди других крупных производителей — Канада (3,61 %; 5 660 т), Таджикистан (3,42 %; 5 370 т) и Боливия (3,17 %; 4 980 т). Всего в 2010 г. в мире было произведено 196 484 т сурьмы (из которых вторичное производство составляло 39 540 т)[11].

В 2010 г. официальное производство сурьмы в Китае снизилось по сравнению с 2006—2009 г. и в ближайшее время вряд ли увеличится, говорится в отчете Roskill[11].

В России крупнейший производитель сурьмы — это холдинг GeoProMining (6 500 т в 2010 г.), который занимается добычей и обработкой сурьмы на принадлежащих ему производственных комплексах «Сарылах-Сурьма» и «Звезда» в Республике Саха (Якутия)[12].

Резервы[править | править вики-текст]

Согласно статистическим данным Геологической службы США:

Мировые резервы сурьмы в 2010 году (содержание сурьмы в тоннах)[13]
Страна Резервы  %
КНРFlag of the People's Republic of China.svg КНР 950 000 51,88
РоссияFlag of Russia.svg Россия 350 000 19,12
БоливияFlag of Bolivia (state).svg Боливия 310 000 16,93
ТаджикистанFlag of Tajikistan.svg Таджикистан 50 000 2,73
ЮАРFlag of South Africa.svg ЮАР 21 000 1,15
Другие (Канада/Австралия) 150 000 8,19
Всего в мире 1 831 000 100,0

Изотопы[править | править вики-текст]

Природная сурьма является смесью двух изотопов: 121Sb (изотопная распространённость 57,36 %) и 123Sb (42,64 %). Единственный долгоживущий радионуклид — 125Sb с периодом полураспада 2,76 года, все остальные изотопы и изомеры сурьмы имеют период полураспада, не превышающий двух месяцев.

Пороговая энергия для реакций с высвобождением нейтрона (первого):

  • 121Sb — 9,248 МэВ,
  • 123Sb — 8,977 МэВ,
  • 125Sb — 8,730 МэВ.

Физические свойства[править | править вики-текст]

Сурьма в свободном состоянии образует серебристо-белые кристаллы с металлическим блеском, плотность 6,68 г/см³. Напоминая внешним видом металл, кристаллическая сурьма обладает большей хрупкостью и меньшей тепло- и электропроводностью[прояснить][14]. В отличие от большинства других металлов, при застывании расширяется[15]. Sb понижает точки плавления и кристаллизации свинца, а сам сплав при отвердении несколько расширяется в объёме.

Получение[править | править вики-текст]

Основной способ получения — обжиг сульфидных руд с последующим восстановлением оксида углем[16]:

\mathsf{ 2Sb_2 S_3\ +\ 9O_2 \ \xrightarrow{t^oC}\ 6SO_2 \uparrow +\ 2Sb_2O_3 \ }
\mathsf{ 2Sb_2 O_3\ +\ 3C \ \xrightarrow{t^oC}\ 2Sb \ +\ 3CO \uparrow }

Химические свойства[править | править вики-текст]

Со многими металлами образует интерметаллические соединенияантимониды. Основные валентные состояния в соединениях: III и V.

Окисляющие концентрированные кислоты активно взаимодействуют с сурьмой.

\mathsf{2Sb\ +\ 6H_2SO_4\ \longrightarrow\ Sb_2(SO_4)_3\ +\ 3SO_2\uparrow +\ 6H_2O }
\mathsf{Sb\ +\ 5HNO_3\ \longrightarrow\ H_3SbO_4\ +\ 5NO_2\uparrow +\ H_2O }

Сурьма растворима в «Царской водке»:

\mathsf{3Sb\ +\ 18HCl\ +\ 5HNO_3\ \longrightarrow\ 3H[SbCl_6]\ +\ 5NO\uparrow +\ 10H_2O }

Сурьма легко реагирует с галогенами:

  • с иодом в инертной атмосфере при незначительном нагревании:
\mathsf{2Sb\ +\ 3I_2\ \longrightarrow\ 2SbI_3\ }
  • с хлором реагирует по-разному, в зависимости от температуры:
\mathsf{2Sb\ +\ 3Cl_2\ \xrightarrow{20^oC}\ 2SbCl_3\ }
\mathsf{2Sb\ +\ 5Cl_2\ \xrightarrow{80^oC}\ 2SbCl_5\ }

Применение[править | править вики-текст]

Сурьма всё больше применяется в полупроводниковой промышленности при производстве диодов, инфракрасных детекторов, устройств с эффектом Холла. Является компонентом свинцовых сплавов, увеличивающим их твёрдость и механическую прочность. Область применения включает:

  • батареи
  • антифрикционные сплавы
  • типографские сплавы
  • стрелковое оружие и трассирующие пули
  • оболочки кабелей
  • спички
  • лекарства, противопротозойные средства
  • пайка — некоторые бессвинцовые припои содержат 5 % Sb
  • использование в линотипных печатных машинах

Вместе с оловом и медью сурьма образует металлический сплав — баббит, обладающий антифрикционными свойствами и использующийся в подшипниках скольжения. Также Sb добавляется к металлам, предназначенным для тонких отливок.

Соединения сурьмы в форме оксидов, сульфидов, антимоната натрия и трихлорида сурьмы, применяются в производстве огнеупорных соединений, керамических эмалей, стекла, красок и керамических изделий. Триоксид сурьмы является наиболее важным из соединений сурьмы и главным образом используется в огнестойких композициях. Сульфид сурьмы является одним из ингредиентов в спичечных головках.

Природный сульфид сурьмы, стибнит, использовали в библейские времена в медицине и косметике. Стибнит до сих пор используется в некоторых развивающихся странах в качестве лекарства.

Соединения сурьмы, например, меглюмина антимониат (глюкантим) и натрия стибоглюконат (пентостам), применяются в лечении лейшманиоза.

Электроника[править | править вики-текст]

Входит в состав некоторых припоев. Также может использоваться в качестве легирующей примеси к полупроводникам (донор электронов для кремния и германия).

Термоэлектрические материалы[править | править вики-текст]

Теллурид сурьмы применяется как компонент термоэлектрических сплавов (термо-ЭДС 150—220 мкВ/К) с теллуридом висмута.

Цены[править | править вики-текст]

Цены на металлическую сурьму в слитках чистотой 99,5 % составили[когда?] около 15,5 долларов США за кг.

Биологическая роль и воздействие на организм[править | править вики-текст]

Skull and crossbones.svg

Сурьма относится к микроэлементам. Её содержание в организме человека составляет 10−6% по массе. Постоянно присутствует в живых организмах, физиологическая и биохимическая роль не выяснена. Сурьма проявляет раздражающее и кумулятивное действие. Накапливается в щитовидной железе, угнетает её функцию и вызывает эндемический зоб. Однако, попадая в желудочно-кишечный тракт, соединения сурьмы не вызывают отравления, так как соли Sb(III) там гидролизуются с образованием малорастворимых продуктов. При этом соединения сурьмы (III) более токсичны, чем сурьмы (V). Пыль и пары Sb вызывают носовые кровотечения, сурьмяную «литейную лихорадку», пневмосклероз, поражают кожу, нарушают половые функции. Порог восприятия привкуса в воде — 0,5 мг/л. Смертельная доза для взрослого человека — 100 мг, для детей — 49 мг. 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 питьевой воде сурьма относится ко 2 классу опасности, имеет ПДК 0,005 мг/л[17], установленное по санитарно-токсикологическому лимитирующему признаку вредности. В природных водах норматив содержания составляет 0,05 мг/л. В сточных промышленных водах, сбрасываемых на очистные сооружения, имеющие биофильтры, содержание сурьмы не должно превышать 0,2 мг/л[18].

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Т. 85. — № 5. — С. 1047-1078. — DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02
  2. Antimony: electronegativities (англ.). WebElements. Проверено 15 июля 2010.
  3. 1 2 Редкол.:Зефиров Н. С. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Советская энциклопедия, 1995. — Т. 4. — С. 475. — 639 с. — 20 000 экз. — ISBN 5—85270—039—8.
  4. WebElements Periodic Table of the Elements | Antimony | crystal structures
  5. Walde A., Hofmann J. B Lateinisches etymologisches Wörterbuch. — Heidelberg: Carl Winter’s Universitätsbuchhandlung, 1938. — Т. 2. — S. 591.
  6. Lavoisier Antoine Traité Élémentaire de Chimie, présenté dans un ordre nouveau, et d'après des découvertes modernes. — Paris: Cuchet, Libraire, 1789. — P. 192.
  7. Фасмер М. Этимологический словарь русского языка. — Прогресс. — М., 1964–1973. — Т. 3. — С. 809.
  8. J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. I, 1965
  9. Месторождение сурьмы
  10. Категория: Месторождения сурьмы — wiki.web.ru
  11. 1 2 Study of the Antimony market by Roskill Consulting Group. Архивировано из первоисточника 28 мая 2012.
  12. GeoProMining: Sarylakh-Surma, Zvezda. Архивировано из первоисточника 28 мая 2012.
  13. Antimony Uses, Production and Prices Primer. Архивировано из первоисточника 28 мая 2012.
  14. Глинка Н. Л. «Общая химия», — Л. Химия, 1983г
  15. Сурьма // Энциклопедический словарь юного химика. 2-е изд. / Сост. В. А. Крицман, В. В. Станцо. — М.: Педагогика, 1990. — С. 235. — ISBN 5-7155-0292-6.
  16. Неорганическая химия: В 3т. /под ред. Ю. Д. Третьякова. Т. 2 : Химия непереходных элементов : учебник для студ. учреждений высш проф. образования/ А. А. Дроздов, В. П. Зломанов, Г. Н. Мазо, Ф. М. Спиридонов — 2-е изд.,перераб. — М. : Издательский центр «Академия», 2011. — 368 с.
  17. ГН 2.1.5.1315-03 ПДК химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования
  18. Алексеев А. И. и др. «Критерии качества водных систем», — СПб. ХИМИЗДАТ, 2002г

Ссылки[править | править вики-текст]