Жовта сурма. Сурма - надзвичайно важливе для промисловості речовина. Метал або неметалл
ВИЗНАЧЕННЯ
сурма розташована в п'ятому періоді V групі головною (А) підгрупі Періодичної таблиці.
Відноситься до елементів p-сімейство. Напівметал. Позначення - Sb. Порядковий номер - 51. Відносна атомна маса - 121,75 а.е.м.
Електронна будова атома сурми
Атом сурми складається з позитивно зарядженого ядра (+51), всередині якого є 51 протон і 71 нейтрон, а навколо, по п'яти орбітах рухається 51 електрон.
Рис.1. Схематична будова атома сурми.
Розподіл електронів по орбіталях виглядає наступним чином:
51Sb) 2) 8) 18) 18) 5;
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 5s 2 5p 3 .
Зовнішній енергетичний рівень атома сурми містить 5 електронів, які є валентними. Енергетична діаграма основного стану приймає наступний вигляд:
Наявність трьох неспарених електронів свідчить про те, що для сурми характерна ступінь окислення +3. За рахунок наявності вакантних орбіталей 5 d-подуровня для атома сурми можливо збуджений стан (ступінь окислення +5):
Валентні електрони атома сурми можна охарактеризувати набором з чотирьох квантових чисел: n (Головне квантове), l (Орбітальне), m l (Магнітне) і s (Спіновий):
|
підрівень |
||||
Приклади розв'язання задач
ПРИКЛАД 1
Сурма хімічний елемент (франц. Antimoine, англ. Antimony, ньому. Antimon, лат. Stibium, звідки символ - Sb, або Regulus antimonii; атомна. Вага \u003d 120, якщо О \u003d 16) - блискучий сріблясто-білий метал, що володіє грубопластінчатим кристалічним зламом або зернистим, дивлячись по швидкості застигання з розплавленого стану. Сурма кристалізується в тупих ромбоедрі, дуже близьких до кубу, як і вісмут (див.), І має уд. вага 6,71-6,86. Самородна сурма зустрічається у вигляді лускатих мас, звичайно з вмістом срібла, заліза і миш'яку; уд. вага її 6,5-7,0. Це самий крихкий з металів, легко звертатися в порошок у звичайній ступці. Плавиться С. при 629,5 ° [За новітніми визначеннями (Heycock and Neville. 1895 г.).] І переганяється при білому Каленик; була визначена навіть щільність пара її, якась при 1640 ° виявилася дещо більшою, ніж потрібно для прийняття в частці двох атомів - Sb 2 [Саме В. Мейер і Г. Більтц знайшли в 1889 р для щільності пара С. по відношенню до повітря наступні величини: 10,743 при 1572 ° і 9,781 при 1640 °, що говорить про здатність частки її диссоциировать при нагріванні. Так як для частинки Sb 2 обчислюється щільність 8,3, то знайдені щільності говорять як би про нездатність цього "металу" бути в змозі найпростішому, у вигляді одноатомної частки Sb 3, що відрізняє його від справжніх металів. Ті ж автори досліджували щільності пара вісмуту, миш'яку і фосфору. Тільки один вісмут виявився здатним дати частинку Bi 1; для нього знайдуть такі щільності: 10,125 при 1700 ° і 11,983 при 1600 °, а обчислені для Bi 1 і Вi 2 щільності рівні 7,2 і 14,4. Частинки фосфору Р 4 (при 515 ° - 1040 °) і миш'яку As 4 (при 860 °) диссоциируют від нагрівання важко, особливо Р 4: при 1700 ° з 3Р 4 тільки одна частинка - можна думати - перетворюється в 2Р 2, a As4 при цьому зазнає майже повне перетворення в As2 Таким чином, самий вмістом металів з цих елементів, що становлять одну з підгруп періодичної системи є вісмут, судячи по щільності пара; властивості ж неметалла належать найбільшою мірою фосфору, характеризуючи в той же час миш'як і в меншій мірі - С.]]. Переганяти С. можна в струмі сухого газу, напр. водню, так як вона легко окислюється не тільки на повітрі, але і в парах води при високій темп., перетворюючись в оксид, або, що те ж, в сурм'янистий ангідрид:
2Sb + 3Н 2 O \u003d Sb2 O3 + 3Н 2;
якщо розплавити шматочок С. на вугіллі перед паяльною трубкою і кинути його з деякої висоти на аркуш паперу, то виходить маса розпечених кульок, які котяться, утворюючи білий дим окису. При звичайній температурі С. не змінюється на повітрі. За формами з'єднань і по всіх хімічних відносин С. належить в V групи періодичної системи елементів, саме до менш металевої її підгрупі, яка містить ще фосфор, миш'як і вісмут; до останніх двох елементів вона відноситься так само, як олово в IV групи належить до германію і свинцю. Найважливіших типів з'єднань С. два - SbX 3 і SbX 5, де вона є трехвалентной і пятивалентной; дуже ймовірно, що ці типи в той же час і єдині. Галоїдні з'єднання С. особливо ясно засвідчують щойно сказане про форми сполук. трихлористе
Sb2 S3 + 3HgCl2 \u003d 2SbCl3 + 3HgS
при чому в реторті залишається важче летюча сірчиста ртуть, a SbCl 3 переганяється у вигляді безбарвної рідини, що застигає в приймальнику в масу, подібну коров'ячого масла (Butyrum Antimonii). До 1648 р вважали, що летючий продукт містить ртуть; в цьому році Глаубер показав невірність такого припущення. При сильному нагріванні залишку в реторті він також випаровується і дає кристалічний возгон кіноварі (Cinnabaris Antimonii) HgS. Найпростіше готувати SbCl 3 з металевої С., діючи на неї повільним струмом хлору при нагріванні Sb + 1 ½ Cl2 \u003d SbCl3, причому по зникнення металу виходить рідкий продукт, що містить деяку кількість пятихлористого С., позбутися якого дуже легко через додаток порошкоподібної З .:
3SbCl5 + 2Sb \u003d 5SbCl3;
на закінчення SbCl 3 піддається перегонці. Чeрез нагрівання сірчистої С. з міцною соляною кислотою в надлишку виходить розчин SbCl 3, при чому розвивається сірководень:
Sb2 S3 + 6HCl \u003d 2SbCl3 + 3H2 S.
Такий же розчин виходить і при розчиненні окису С. в соляній кислоті. При перегонці кислого розчину насамперед відганяється вода і надмірна соляна кислота, а потім женеться SbCl 3 - звичайно жовтувата в перших порціях (внаслідок присутності хлорного заліза) і після того безбарвна. Трихлористе С. представляє кристалічну масу, яка плавиться при 73,2 ° і кипить при 223,5 °, утворюючи безбарвний пар, щільність якого цілком відповідає формулі SbCl 3, а саме дорівнює 7,8 по відношенню до повітря. Вона притягує вологу з повітря, розпливаючись в прозору рідину, з якої може бути виділена знову в кристалічному вигляді при стоянні в ексикаторі над сірчаною кислотою. За здатністю розчинятися у воді (в малих кількостях) SbCl 3 цілком схожа з іншими, справжніми солями соляної кислоти, але в значних обсягах розкладають SbCl 3, перетворюючи її в ту чи іншу хлорокись, по зрівняні .:
SbCl3 + 2Н 2 O \u003d (HO) 2 SbCl + 2НСl \u003d OSbCl + Н 2 O + 2НСl
і 4SbCl 3 + 5Н 2 O \u003d O5 Sb4 Cl2 + 10HCl
які представляють крайні межі неповного дії води (існують хлорокиси проміжного складу); великий надлишок води призводить до повного видалення хлору з сурьмяного з'єднання. Вода тримає в облозі білий порошок подібних хлорокиси С., але частина SbCl 3 може залишатися в розчині і переходити в осад при більшій кількості води. Додаючи соляної кислоти, можна осад знову розчинити, перетворити його в розчин SbCl 3. Очевидно, окис С. (див. Далі) є підстава слабке, як і окис вісмуту, а тому вода - в надлишку - здатна віднімати від нього кислоту, перетворюючи середні солі С. в основні солі, або, в даному випадку, в хлорокиси; додаток соляної кислоти аналогічно зменшення кількості реагує води, чому при цьому хлорокиси і перетворюються в SbCl 3. Білий осад, що виходить при дії води на SbCl 3, називається порошком Альгорота по імені веронского лікаря, який вживав його (в кінці XVI ст.) для медичних цілей.
Якщо насичувати хлором розплавлену трихлористе С., то виходить пятихлористого С .:
SbCl3 + Cl2 \u003d SbCl5
відкрита Г. Розе (1835). Її можна отримати і з металевою С., порошок якої при всмоктування в посудину з хлором горить в ньому:
Sb + 2 ½ Cl2 \u003d SbCl5.
Це безбарвна або слабо-жовтувата рідина, яка димить на повітрі і володіє неприємним запахом; на холоду вона кристалізується у вигляді голочок і плавиться при -6 °; вона летюча SbCl 3, але при перегонці частиною розкладається:
SbCl5 \u003d SbCl3 + Cl2;
під тиском в 22 мм кипить при 79 ° - без розкладання (в цих умовах темп. кипіння SbCl 3 \u003d 113,5 °). Щільність пара при 218 ° і під тиском в 58 мм дорівнює 10,0 щодо повітря, що відповідає наведеній часткової формулою (для SbCl 5 обчислена щільність пара дорівнює 10,3). З обчисленим кількістю води при 0 ° SbCl 5 дає кристалічний гідрат SbСl 5 + Н 2 O, розчинний в хлороформі і плавиться при 90 °; з великою кількістю води виходить прозорий розчин, який при випаровуванні над сірчаною кислотою дає інший кристалічний гідрат SbСl 5 + 4Н 2 O, вже не розчинний в хлороформі (Аншютц і Еванс, Вебер). До гарячої води SbCl 5 відноситься, як хлорангидрид, даючи з надлишком її кислий гідрат (див. Нижче). Пятихлористого С. легко переходить в трихлористе, якщо присутні речовини, здатні приєднувати хлор, внаслідок чого вона часто застосовується в органічній хімії для хлорування; це - "передавач хлору". Трихлористе С. здатна утворити кристалічні сполуки, подвійні солі з деякими хлористими металами; подібні з'єднання дає і пятихлористого сурма з різними сполуками і окисями. Відомі сполуки сурми і з іншими галоидами, а саме SbF 3 і SbF 5, SbBr3, SbJ3 і SbJ 5.
, або сурм'янистий ангідрид, Належить до типу трихлористе С. і тому може бути представлена \u200b\u200bформулою Sb 2 O3, але визначення щільності пара (при 1560 °, В. Мейер, 1879), яка знайдена равною 19,9 по відношенню до повітря показали, що цього оксиду має надавати подвоєну формулу Sb 4 O6, аналогічно з миш'яковистим і фосфористим ангідриду. Окис С. зустрічається в природі у вигляді валентініта, утворюючи білі, блискучі призми ромбічної системи, уд. ваги 5,57, і рідше - сенармонтіта - безбарвні або сірі октаедри, з уд. вага. 5,2-5,3, а також іноді покриває у вигляді землистого нальоту - сурьмяная охра - різні руди С. Окис виходить також при обпалення сірчистої С. і виникає як остаточний продукт дії води на SbСl 3 в кристалічному вигляді і в аморфному - при обробці металевої або сірчистої С. розведення азотною кислотою при нагріванні. Окис С. володіє білим кольором, при нагріванні жовтіє, при більш високій температурі плавиться і, нарешті, зникає при білому Каленик. При охолодженні розплавленої окису вона виходить в кристалічному вигляді. Якщо нагрівати окис С. в присутності повітря, то вона поглинає кисень, перетворюючись в нелеткий окисел SbO 2, або, що ймовірніше, в Sb 2 O4 (див. Нижче). Основні властивості окису С. вельми слабкі, що вже зазначено вище; солі її найчастіше основні. З мінеральних кисневих кислот майже одна сірчана здатна давати солі С .; середня сіль Sb 2 (SO4) 3 виходить, коли нагрівають метал або окис з концентрованої сірчаної кислотою, у вигляді білої маси і кристалізується з кілька розведеною сірчаної кислоти в довгих, з шовковистим блиском голках; вода розкладає її на розчинну кислу і нерозчинну основну сіль. Існують солі з органічними кислотами, напр. основна сурьмяно-калієва сіль винної кислоти, або блювотний камінь KO-CO-CH (OH) -CH (OH) -CO-O-SbO + ½ H2 O (Tartarus emeticus), досить розчинна у воді (в 12,5 вагу. част. при 21 °). Окис С. володіє, з іншого боку, слабкими ангідридну властивостями, в чому легко переконатися, якщо доливати розчин їдкого калі або натру до розчину SbCl 3: утворюється білий осад розчиняється в надлишку реактиву, подібно до того як це має місце для розчинів солей алюмінію. Переважно для калію і натрію відомі солі сурм'янистого кислоти, наприклад з киплячого розчину Sb 2 O3 в едком натре кристалізується сурьмяністокіслий натрій NaSbO2 + 3H2 O, в блискучих Октаедр; відомі ще такі солі - NaSbO 2 + 2HSbO2 і KSbO 2 + Sb2 O3 [Бути може, цю сіль можна розглядати як основну подвійну сіль, калієво-сурьмяной, ортосурьмяністой кислоти -
]. Кислота відповідна, т. Е. Метакіслота (за аналогією з назвами фосфорних кислот), HSbO 2, однак, невідома; відомі орто- і пірокіслоти: H 3 SbO3 виходить у вигляді тонкого білого порошку при дії азотної кислоти на розчин згаданої подвійної солі винної кислоти і має цей склад після висушування при 100 °; Н 4 Sb2 O5 утворюється, якщо піддати лужний розчин трехсерністой С. дії мідного купоросу в такій кількості, щоб фільтрат перестав давати помаранчевий осад з оцтовою кислотою - осад тоді виходить білий і має вказаний склад.
Вищий оксид типу пятихлористого С. є сурм'яний ангідрид Sb2 O5. Він виходить при дії енергійно киплячій азотної кислоти на порошок С. або на її окис; утворився порошок піддають потім обережного нагрівання; він містить звичайно домішка нижчого оксиду. У чистому вигляді ангідрид можна одержати з розчинів солей сурьмяной кислоти, розкладаючи їх азотною кислотою і піддаючи промитий осад нагрівання до повного видалення елементів води; це - жовтуватий порошок, нерозчинний у воді, проте, що повідомляє їй здатність забарвлювати синю лакмусовий папірець в червоний колір. В азотній кислоті ангідрид абсолютно не розчиняється, в соляній ж (міцної) розчиняється, хоча і повільно, цілком; при нагріванні з нашатирем здатний випаровуватися. Відомі три гідрату сурьмяного ангідриду, що володіють складом, що відповідає гідратів фосфорного ангідриду. Ортосурьмяная кислота H3 SbO4 виходить з метасурьмянокіслого калію через обробку його розведеною азотною кислотою і має належний склад після промивання і сушіння при 100 °; при 175 ° вона перетворюється в метакіслоту HSbO3; обидва гідрату суть білі порошки, розчинні в розчинах їдкого калі і важко - у воді; при більш сильному нагріванні перетворюються в ангідрид. Піросурьмяная кислота(Фремо назвав її метакіслотой) виходить при дії гарячої води на пятихлористого С. у вигляді білого осаду, який по висушуванні на повітрі має склад Н 4 Sb2 O7 + 2Н 2 O, а при 100 ° перетворюється в сухий кислоту, яка при 200 ° ( і навіть просто при стоянні під водою - з часом) перетворюється в метакіслоту. Пірокіслота розчинні у воді, ніж ортокіслота; вона здатна розчинятися також в холодному нашатирному спирті, до чого ортокіслота не здатна. Солі відомі тільки для мета- і пірокіслоти, що дає, ймовірно, право надати ортокіслоте формулу HSbO 3 + Н 2 O, вважати її гидратом метакіслоти. Натрієва і калієва метасолі виходять при сплавці з відповідною селітрою порошку металевої С. (або з сірчистої С.). З KNO 3 виходить після промивання водою білий порошок, розчинний в помітній кількості в воді і здатний кристалізуватися; виділена з розчину і висушена при 100 ° сіль містить воду 2KSbOЗ + 3H2 O; при 185 ° вона втрачає одну частинку води і перетворюється в KSbO 3 + H2 O. Відповідна натрієва сіль має склад 2NaSbOЗ + 7H2 O, яка при 200 ° втрачає 2H 2 О і робиться безводної тільки при червоному калі. Навіть вугільна кислота здатна розкладати ці солі: якщо пропускати СО2 через розчин калієвої солі, то виходить важкорозчинний осад такий кислої солі 2K 2 O ∙ 3Sb2 O5 + 7H2 O (це після висушування при 100 °, після сушіння при 350 ° залишається ще 2H 2 O). Якщо розчинити метакіслоту в гарячому розчині аміаку, то при охолодженні кристалізується амонійна сіль (NH 4) SbO3, важко розчинна на холоду. Окислюючи окис С., розчинену в едком калі (сурм'янистого-кислий калій), хамелеоном і випаровуючи потім фільтрат, отримують кислий піросурьмянокіслий калійДо 2 H2 Sb2 O7 + 4Н 2 O; ця сіль досить розчинна у воді (при 20 ° - 2,81 ч. безводної солі в 160 ч. води) і служить реактивом при якісному аналізі на солі натрію (в середньому розчині), так як відповідна кристалічна сіль Na 2 H2 Sb2 O7 + 6H2 O дуже важко розчинна у воді. Це, можна сказати, найбільш важко розчинна сіль натрію, особливо в присутності деякої кількості спирту; коли в розчині знаходиться тільки 0,1% натрієвої солі, то і в цьому випадку з'являється кристалічний осад піросолі. Так як сурм'яні солі літію, амонію і лужноземельних металів також утворюють опади, то, зрозуміло, ці метали мають бути видалені попередньо. Солі інших металів важко розчинні або нерозчинні в воді; вони можуть бути отримані через подвійне розкладання у вигляді кристалічних опадів і перетворюються слабкими кислотами в кислі солі, а сильні кислоти витісняють сурьмяной кислоту цілком. Майже всі антімоніати розчинні в соляній кислоті.
При сильному нагріванні на повітрі кожного з описаних оксидів С. виходить ще один оксид, саме Sb 2 O4:
Sb2 O5 \u003d Sb2 O4 + ½O2 і Sb 2 O3 + ½O2 \u003d Sb2 O4.
Цей оксид можна вважати що містить тривалентне і пятивалентного С., т. Е. В такому випадку це була б середня сіль ортосурьмяной кислоти Sb "" SbO4 або основна - метакіслоти OSb-SbO 3. Цей оксид є найбільш стійкий при високій температурі і представляє аналогію з суриком (див. Свинець) і особливо з відповідним оксидом вісмуту Bi 2 O4 (див. Вісмут). Sb 2 O4 представляє нелеткий білий порошок, дуже важко розчинний в кислотах і виходить разом з Sb 2 O3 при обпалення природного сірчистої С. - Sb2 O4 має здатність з'єднуватися з лугами; при сплаву з поташом після промивання водою виходить білий продукт, розчинний в гарячій воді і має склад K 2 SbO5; це солеобразний речовина є, можливо, подвійна сурьмяно-калієва сіль ортосурьмяной кислоти (OSb) K 2 SbO4. Соляна кислота осаджує з розчину такої солі кислу сіль K 2 Sb4 O9, яку можна вважати за подвійну сіль піросурьмяной кислоти, саме (OSb) 2 K2 Sb2 O7. У природі зустрічаються подібні подвійні (?) Солі для кальцію і для міді: Ромео (OSb) CaSbO4 і амміоліт (OSb) CuSbO4. У вигляді Sb 2 O4 можна зважувати С. при кількісному аналізі; необхідно тільки промите кисневе з'єднання металу прожарювати при хорошому доступі повітря (у відкритому тиглі) і ретельно дбати, щоб горючі гази з полум'я не потрапляли в тигель.
За способом утворення сірчистих сполук С., як і миш'як, може бути зарахована до справжнім металам з більшим правом, ніж, напр., Хром. Всі з'єднання тривалентне С. в кислих розчинах (найкраще в присутності соляної кислот та гліцерину.) При дії сірководню перетворюються в оранжево-червоний осад трехсерністой С., Sb 2 S3, який, крім того, містить ще воду. З'єднання пятивалентной С., також у присутності соляної кислоти, з сірководнем дають жовтувато-червоний порошок п'ятисірчистої С. Sb 2 S5, що містить зазвичай ще домішка Sb 2 S3 і вільної сірки; чиста Sb 2 S5 виходить, коли при звичайній температурі додають надлишок сірководневої води до підкислення розчину сурьмяной солі (Бунзен); в суміші з Sb 2 S3 і сіркою отримують її, якщо пропускають сірководень в нагрітий кислий розчин; чим нижче температура осаждаемого розчину і чим швидше струм сірководню, тим менше виходить Sb 2 S3 і сірки і тим чистіше осідає Sb 2 S5 (Bosêk, 1895). З іншого боку, Sb 2 S3 і Sb 2 S5, як і відповідні сполуки миш'яку, мають властивості ангідридів; це тіоангідріди; з'єднуючись з сірчистим амонієм або з сірчистими калієм, натрієм, барієм і ін., вони дають тиосоли, напр. Na 3 SbS4 і Ba 3 (SbS4) 2 або KSbS 2 та ін. Ці солі аналогічні, очевидно, з кисневими солями елементів групи фосфору; вони містять двовалентну сірку замість кисню і називаються зазвичай сульфосолямі, що веде до сплутаності понять, нагадуючи про солях сульфокислот органічних, які найкраще було б завжди називати сульфононовимі кислотами [Точно так же і назви сульфо ангідриди (SnS 2, As2 S5 і ін.) і сульфо підстави (N 2 S, BaS та ін.) слід було б замінити тио ангідридами і тио підставами.]. Трехсерністая С. Sb 2 S3 під ім'ям сурьмяного блиску представляє найважливішу руду С .; вона досить поширена серед кристалічних і старіших шаруватих кам'яних порід; зустрічається в Корнвалліс, Угорщини, Трансільванії, Вестфалії, Шварцвальді, Богемії, Сибіру; в Японії її знаходять у вигляді особливо великих добре освічених кристалів, а на Борнео зустрічаються значні поклади. Кристалізується Sb 2 S3 в призмах і утворює звичайно променисто-кристалічні, сірувато-чорні маси з металевим блиском; уд. вага 4,62; легкоплавка і легко подрібнюється в порошок, який бруднить пальці подібно графіту і здавна (Біблія, книга прор. Єзекіїля, XXIII, 40) вживався як косметичний засіб для підводки брів; під ім'ям "сурми" вона вживалася і, ймовірно, вживається ще для цієї мети і у нас. Чорна сірчиста С. в торгівлі (Antimonium crudum) є виплавлена \u200b\u200bруда; цей матеріал в зламі представляє сірий колір, металевий блиск і кристалічна складання. У природі, крім того, зустрічаються численні солеобразние з'єднання Sb 2 S3 з різними сірчистими металами (тіооснованіямі), напр .: бертьеріт Fe (SbS2) 2, Вольфсберг CuSbS2, буланжерит Pb3 (SbS3) 2, піраргірит, або червона срібна руда, Ag 3 SbS3, і ін. Руди, що містять, крім Sb 2 S3, сірчисті цинк, мідь, залізо і миш'як, суть так зв. бляклі руди. Якщо розплавлена \u200b\u200bтрехсерністая С. піддається швидкому охолодженню до затвердіння (вливають в воду), то вона виходить в аморфному вигляді і має тоді менший уд. вага, саме 4,15, володіє свинцево-сірим кольором, в тонких шарах просвічує гиацинтово-червоним і у вигляді порошку має червоно-бурого забарвлення; вона не проводить електрику, що властиво кристалічному видозміни. З так зв. сурьмяной печінки (Hepar antimontii), яка виходить при сплаву кристалічної Sb 2 S3 з їдким калі або поташом і містить суміш тіоантімонііта і антімонііта калію [Розчини такої печінки дуже здатні поглинати кисень повітря. Інший сорт печінки, яка готується з порошковатой суміші Sb 2 S3 і селітри (в рівних кількостях), причому реакція починається від розпеченого жарини, кинутого в суміш, і йде дуже енергійно при поступовому збільшенні суміші, містить, крім KSbS 2 і KSbO 2, ще K 2 SO4, a також деяку кількість сурьмяной кислоти (К-солі).]:
2Sb2 S3 + 4KOH \u003d 3KSbS2 + KSbO2 + 2H2 O
точно так же можна отримати аморфну \u200b\u200bтрехсерністую С., для чого витягають печінку водою і профільтрована розчин розкладають сірчаною кислотою або кристалічну Sb 2 S3 обробляють киплячим розчином КОН (або К 2 СО 3), а потім фільтрат розкладають кислотою; в обох випадках промивають осад сильно розведеною кислотою (винної під кінець) і водою і висушують при 100 °. Виходить легкий червоно-бурий, мазкий порошок сірчистої С., розчинний в соляній кислоті, їдких і вуглекислих лугах набагато легше, ніж кристалічна Sb 2 S3. Подібні препарати сірчистої С., тільки не цілком чисті, відомі з давніх-давен під ім'ям "мінерального кермес" і знаходили застосування в медицині і як фарба. Оранжево-червоний осад гідрату Sb 2 S3, який виходить при дії сірководню на кислі розчини окису С., втрачає (промитий) воду при 100 ° -130 ° і перетворюється в чорне видозміна при 200 °; під шаром розведеної соляної кислоти в струмі вуглекислого газу перетворення це відбувається вже при кип'ятінні (лекційний досвід Мітчелл, 1893 г.). Якщо додати сірководневої води до розчину блювотного каменю, то виходить оранжево-червоний (при світлі) розчин колоїдальних Sb 2 S3, яка осідає при додаванні хлористого кальцію і деяких інших солей. Нагрівання в струмі водню призводить Sb 2 S3 до повного відновлення металу, в атмосфері ж азоту вона тільки переганяється. Кристалічна Sb 2 S3 йде на приготування інших сполук С., а також застосовується як пальне речовина в суміші з бертолетової сіллю і іншими окислювачами для піротехнічних цілей, входить до складу головок шведських сірників і вживається для інших запальних пристроїв, має також лікарське значення - як проносне для тварин (коней). П'ятисірчистої С. може бути отримана, як зазначено вище, або через розкладання розведеною кислотою згаданих розчинних тиосоли:
2K З SbS4 + 6HCl \u003d Sb2 S5 + 6KCl + 3H2 S.
Вона в природі не зустрічається, але відома вже давно; Глаубер описав (1654 р) отримання її з шлаку, який утворюється при приготуванні металевої С. з сурьмяного блиску при сплаву його з винним каменем і селітрою, дією оцтової кислоти і рекомендував як проносний засіб (panacea antimonialis seu sulfur purgans universale). З цим сірчистим з'єднанням доводиться мати справу при аналізі: сірководень облягає з підкисленого розчину метали 4-й і 5-й аналітичних груп; серед останніх і знаходиться С .; вона осідає звичайно у вигляді суміші Sb 2 S5 і Sb 2 S3 (див. вище) або тільки у вигляді Sb 2 S З (коли в осаджувати розчині не було з'єднань типу SbX 5) і потім відділяється дією багатосірнисті амонію від сірчистих металів 4-й групи, які залишаються при цьому в осаді; Sb 2 S3 перекладається багатосірнисті амонієм в Sb 2 S5 і потім вся С. виявляється в розчині у вигляді аммонийной тиосоли вищого типу, з якого по отфильтрованием осідає кислотою разом з друг. сірчистими металами 5-ї групи, якщо такі були в досліджуваній речовині. П'ятисірчистої С. нерастворима в воді, легко розчинна у водних розчинах їдких лугів, їх вуглекислих солей і сірчистих лужних металів, також в сірчистому амонії і в гарячому розчині аміаку, але не вуглекислого амонію. Коли Sb 2 S5 піддається дії сонячного світла або нагрівається під водою при 98 °, а також і без води, але за відсутності повітря, то вона розпадається по рівнянню:
Sb2 S5 \u003d Sb2 S3 + 2S
внаслідок чого при нагріванні з міцною соляною кислотою дає сірку, сірководень і SbCl 3. Тіосурьмянокіслий нampій, Або "сіль Шліппе", яка кристалізується в великих правильних тетраедрах, безбарвних або жовтуватих, складу Nа 3 SbS4 + 9Н 2 O, може бути отримана при розчиненні суміші Sb 2 S3 і сірки в розчині їдкого натру певної концентрації або шляхом сплаву безводного сірчанокислого натрію і Sb 2 S3 з вугіллям і кип'ятіння потім водного розчину отриманого сплаву з сіркою. Розчини цієї солі мають лужну реакцію і соляної, холодить і разом з тим гіркувато-металевий присмак. Подібним же чином може бути отримана і калієва сіль, а барієва виникає при розчиненні Sb 2 S5 в розчині BaS; ці солі утворюють кристали складу K3 SbS4 + 9H2 O і Ва 3 (SbS4) 2 + 6Н 2 O. п'ятисірчистої С. вживається при вулканізації каучуку (див.) і повідомляє йому відомий буро-червоний колір. сурм'янистий водень
2SbH3 + 6S \u003d Sb2 S З + 3H2 S
при чому виходить оранжево-червоне видозміна Sb 2 S3; розкладаючим чином діє, навіть в темряві, і сірководень, який сам розкладається при цьому:
2SbH3 + 3Н 2 S \u003d Sb2 S3 + 6Н 2.
Якщо пропустити SbH 3 (з Н 2) в розчин азотнокислого срібла, то виходить чорний осад, який представляє сурм'янистого срібло з домішкою металевого срібла:
SbH3 + 3AgNO3 \u003d Ag3 Sb + 3HNO3;
це з'єднання С. зустрічається і в природі - Дискразит. Розчини їдких лугів розчиняють SbH 3, набуваючи бурий колір і здатність поглинати кисень з повітря. Подібні ж відносини характеризують і миш'яковистий водень; обидва водородістие з'єднання не виявляють ні найменшим чином здатності давати похідні амонійного типу; вони швидше нагадують про сірководні і проявляють властивості кислот. Інших водородістих з'єднань С., бідніших воднем, судячи з аналогій, невідомо з достовірністю; металева С., отримана електролізом і володіє здатністю вибухати, містить водень; можливо, тут і присутній подібне водородістое з'єднання, яке вибухово, як бідні воднем ацетилен або азотистоводородная кислота. Існування летючого, газоподібного навіть, водородістого з'єднання для С. дозволяє особливо відносити її до числа неметалів; а неметаллічность її знаходиться, ймовірно, у зв'язку зі здатністю давати різноманітні сплави з металами. мінеральні й металоорганічні з'єднання
С. знаходять далеко не останнє застосування; присутність в них С. \u200b\u200bобумовлює збільшення блиску і твердості, а при значних кількостях - і крихкості сплавлених з нею металів. Сплав, що складається зі свинцю і С. (звичайно 4 ч. І 1 ч.), Вживається для відливання друкарських літер, для чого часто готують сплави, що містять понад те значна кількість олова (10-25%), а іноді ще й трохи міді (близько 2%). Так зв. "Британський метал" представляє сплав 9 ч. Олова, 1 ч. С. і містить мідь (до 0,1%); він вживається для приготування чайників, кавників і т. под. посуду. "Білий, або антифрикційний, метал" - сплави, що їх вживають для підшипників; такі сплави містять близько 10% С. і до 85% олова, яке іноді замінюється майже наполовину свинцем (Babbit "s metall), понад те, до 5% міді, кількість якої падає на користь С. до 1,5%, тоді як сплаві знаходиться свинець; 7 ч. С. з 3 ч. заліза утворюють при білому Каленик "сплав Реомюра", який дуже твердий і дає при обробці напилком іскри. Відомі два кристалічних з'єднання з цинком (Cooke jr.) Zn3 Sb2 і Zn 2 Sb2 і пурпуровий сплав з міддю складу Cu 2 Sb (Regulus Veneris). Сплави з натрієм або калієм, які готуються сплавом С. з вуглекислими лужними металами і вугіллям, а також накаливанием окису С. з винним каменем, в суцільному стані досить постійні на повітрі, але у вигляді порошків і при значному вмісті лужних металів здатні самозайматися на повітрі, а з водою виділяють водень, дають їдкий луг в розчині і порошок сурми в осаді. Сплав, який виходить при білому Каленик тісному суміші 5 частин винного каменю і 4 частин С. , містить до 12% ка лія і вживається для отримання металоорганічнихз'єднань С. (див. також Сплави).
2SbCl3 + 3ZnR2 \u003d 2SbR З + 3ZnCl2,
де R \u003d СН 3 або C 2 H5 і ін., а також при взаємодії RJ, йодистих спиртових радикалів, зі згаданим вище сплавом С. з калієм. Тріметілстібін Sb (CH3) 3 кипить при 81 °, уд. вага 1,523 (15 °); тріетілстібін кипить при 159 °, уд. вага 1,324 (16 °). Це майже не розчинні у воді, що володіють запахом цибулі рідини, які самозаймаються на повітрі. З'єднуючись з RJ, стибин дають йодисті стібоніі R4 Sb-J, з яких - абсолютно аналогічно четирехзамещенним вуглеводневими радикалами йодистим амонію, фосфон і Арсон - можна отримати основні гідрати окислів заміщених стібоніев R 4 Sb-OH, які мають властивості їдких лугів. Але, крім того, стибин дуже подібні за своїм відносинам з двовалентними електропозитивного характеру металами; вони не тільки легко з'єднуються з хлором, сіркою і киснем, утворюючи солеобразние з'єднання, напр. (CH 3) 3 Sb \u003d Cl2 і (CH 3) 3 Sb \u003d S, і окису, наприклад (CH 3) 3 Sb \u003d O, але навіть витісняють водень з кислот, подібно цинку, напр .:
Sb (C2 Н 5) 3 + 2СlH \u003d (С 2 H5) 3 Sb \u003d Сl 2 + Н 2.
Сірчисті стибин осаджують з соляних розчинів сірчисті метали, перетворюючись у відповідні солі, наприклад:
(C2 H5) 3 Sb \u003d S + CuSO4 \u003d CuS + (C2 H5) 3 Sb \u003d SO4.
З сірчанокислого стибин можна отримати розчин його окису, облягаючи сірчану кислоту їдким баритом:
(C2 H5) 3 Sb \u003d SО 4 + Ва (OН) 2 \u003d (С 2 H5) 3 Sb \u003d О + BaSO 4 + Н 2 O.
Такі окису виходять і при обережному дії повітря на стибин; вони розчиняються у воді, нейтралізують кислоти і беруть в облогу окису справжніх металів. За складом і будовою окису стибин абсолютно аналогічні окисами фосфінів і Арсиной, але відрізняються від них сильно вираженими основними властивостями. Тріфенілстібін Sb (C6 H5) 3, який виходить при дії натрію на бензоловий розчин суміші SbCl 3 з хлористим фенілом і кристалізується в прозорих табличках, що плавляться при 48 °, здатний з'єднуватися з галоидами, але не з сірої або СН 3 J: присутність негативних фенілен знижує, слід., металеві властивості стибин; це тим більш цікаво, що відповідні відносини аналогічних з'єднань більш вмістом металів вісмуту абсолютно протилежні: бісмутіни Β iR3, що містять граничні радикали, не здатні до приєднанням взагалі, a Β i (C6 Η 5) 3 дає (C 6 H5) 3 Bi \u003d Cl2 і (C 6 H5) 3 Bi \u003d Вr 2 (див. Вісмут). Неначе електропозитивний характер Вi необхідно послабити електронегативними феніл, щоб вийшло з'єднання, подібне металевому двовалентну атому. С. С. Колотов.
Енциклопедичний словник Ф.А. Брокгауза і І.А. Ефрона. - С.-Пб .: Брокгауз-Ефрон. - ЗОЛОТО (лат. Aurum), Au (читається «Аурум»), хімічний елемент з атомним номером 79, атомна маса 196,9665. Відомо з глибокої давнини. У природі один стабільний ізотоп 197Au. Конфігурація зовнішньої і предвнешнего електронних оболонок ... ... енциклопедичний словник
- (фр. Chlore, ньому. Chlor, англ. Chlorine) елемент з групи галоідов; знак його Cl; атомний вага 35,451 [Пo розрахунку Кларке даних Стаса.] при O \u003d 16; частка Cl 2, якій добре відповідають знайдені Бунзеном і Реньо щільності його по відношенню до ... ...
- (хім .; Phosphore франц., Phosphor ньому., Phosphorus англ. І лат., Звідки позначення P, іноді Ph; атомний вага 31 [В новітній час атомний вага Ф. знайдений (van der Plaats) такий: 30,93 шляхом відновлення певною вагою Ф. металевого ... ... Енциклопедичний словник Ф.А. Брокгауза і І.А. Ефрона
Енциклопедичний словник Ф.А. Брокгауза і І.А. Ефрона
- (Soufre франц., Sulphur або Brimstone англ., Schwefel ньому., Θετον грец., Лат. Sulfur, звідки символ S; атомний вага 32,06 при O \u003d 16 [Визначено Стасом за складом сірчистого срібла Ag 2 S]) належить до числа найважливіших неметалічних елементів. ... ... Енциклопедичний словник Ф.А. Брокгауза і І.А. Ефрона
- (Platine фр., Platina або um англ., Platin ньому .; Pt \u003d 194,83, якщо О \u003d 16 за даними К. Зейберта). П. зазвичай супроводжують інші метали, і ті з цих металів, які примикають до неї за своїми хімічними властивостями, отримали назву ... ... Енциклопедичний словник Ф.А. Брокгауза і І.А. Ефрона
- (Soufre франц., Sulphur або Brimstone англ., Schwefel ньому., Θετον грец., Лат. Sulfur, звідки символ S; атомний вага 32,06 при O \u003d 16 [Визначено Стасом за складом сірчистого срібла Ag2S]) належить до числа найважливіших неметалічних елементів. Вона ... ... Енциклопедичний словник Ф.А. Брокгауза і І.А. Ефрона
И; ж. [Перс. surma метал] 1. Хімічний елемент (Sb), синювато білий метал (вживається в різних сплавах в техніці, в друкарському справі). Виплавка сурми. З'єднання сурми з сіркою. 2. За старих часів: фарба для чорніння волосся, брів, вій. ... ... енциклопедичний словник
- (перс. Sourme). Метал, що зустрічається в природі в поєднанні з сіркою вживається в медицині як блювотний. Словник іншомовних слів, які увійшли до складу російської мови. Чудінов А.Н., 1910. сурми антимоній, метал сірого кольору; уд. в. 6,7; ... ... Словник іншомовних слів російської мови
ВИЗНАЧЕННЯ
сурма - п'ятдесят перший елемент періодичної таблиці. Позначення - Sb від латинського «stibium». Розташована в п'ятому періоді, VA групі. Відноситься до напівметал. Заряд ядра дорівнює 51.
Сурма зустрічається в природі в поєднанні з сіркою - у вигляді сурьмяного блиску] 6 або антимонита, Sb 2 S 3. Незважаючи на те, що вміст сурми в земній корі порівняно невелика, сурма була відома ще в глибоку давнину. Це пояснюється поширеністю в природі сурьмяного блиску і легкістю отримання з нього сурми.
У вільному стані сурма утворює сріблясто-білі кристали (рис. 1), що володіють металевим блиском і мають щільність 6,68 г / см 3. Нагадуючи за зовнішнім виглядом метал, кристалічна сурма відрізняється крихкістю і значно гірше проводить теплоту і електричний струм, ніж звичайні метали. Крім кристалічної сурми, відомі й інші її аллотропические видозміни.
Мал. 1. Сурма. Зовнішній вигляд.
Атомна і молекулярна маса сурми
Відносної молекулярна маса речовини (M r) - це число, яке показує, у скільки разів маса даної молекули більше 1/12 маси атома вуглецю, а відносна атомна маса елемента (A r) - у скільки разів середня маса атомів хімічного елемента більше 1/12 маси атома вуглецю.
Оскільки у вільному стані сурма існує у вигляді одноатомних молекул Sb, значення його атомної і молекулярної мас збігаються. Вони рівні 121,760.
ізотопи сурми
Відомо, що в природі сурма може перебувати у вигляді двох стабільних ізотопів 121 Sb (57,36%) і 123 Sb (42,64%). Їх масові числа рівні 121 і 123 відповідно. Ядро атома ізотопу сурми 121 Sb містить п'ятдесят одна протон і сімдесят нейтронів, а ізотопу 123 Sb - таке число протонів і сімдесят два нейтрони.
Існують штучні нестабільні ізотопи сурми з масовими числами від 103-х до 139-ти, а також більше двадцяти ізомерних стану ядер, серед яких найбільш довготривалим є ізотоп 125 Sb з періодом напіврозпаду рівним 2,76 року.
Іони сурми
На зовнішньому енергетичному рівні атома сурми є п'ять електронів, які є валентними:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 5s 2 5р 3.
В результаті хімічної взаємодії сурма віддає свої валентні електрони, тобто є їх донором, і перетворюється в позитивно заряджений іон або приймає електрони від іншого атома, тобто є їх акцептором і перетворюється в негативно заряджений іон:
Sb 0 -3e → Sb 3+;
Sb 0 -5e → Sb 5+;
Sb 0 + 3e → Sb 3.
Молекула і атом сурми
У вільному стані сурма існує у вигляді одноатомних молекул Sb. Наведемо деякі властивості, що характеризують атом і молекулу сурми:
сплави сурми
Сурму вводять в деякі сплаву для додання їм твердості. Сплав, що складається з сурми, свинцю і невеликої кількості олова, називається друкарським металом, або гартом і служить для виготовлення типографського шрифту. З сплаву сурми зі свинцем (від 5 до 15% Sb) виготовляють пластини свинцевих акумуляторів, листи та труби для хімічної промисловості.
Приклади розв'язання задач
ПРИКЛАД 1
Сурма - отруйний метал (напівметал),
використовуваний в металургії, медицині і техніці
Токсичні та отруйні камені і мінерали
Сурма (латинське Stibium, позначається символом Sb) - елемент з атомним номером 51 і атомною вагою 121,75. Є елементом головної підгрупи п'ятої групи, п'ятого періоду періодичної системи хімічних елементів Д.І. Менделєєва. Сурма - метал (напівметал) сріблясто-білого кольору з синюватим відтінком, грубозернистого будови. У звичайному вигляді утворює кристали, що володіють металевим блиском і мають щільність 6,68 г / см3.
Нагадуючи за зовнішнім виглядом метал, кристалічна сурма відрізняється крихкістю і гірше проводить тепло і електричний струм, ніж звичайні метали. У природі відомі два стабільних ізотопи 121Sb (ізотопна поширеність 57,25%) і 123Sb (42,75%). На фото - Сурма. Округ Туларе, шт. Каліфорнія. США. Фото: А.А. Євсєєв.
C сурмою людство знайоме з давніх-давен: в країнах Сходу вона вживалася приблизно за 3000 років до н. е. для виготовлення посудин. З'єднання сурми - сурм'яний блиск (природний Sb2S3) застосовували для фарбування в чорний колір брів і вій. У Стародавньому Єгипті порошок з цього мінералу називався mesten або stem, Для стародавніх греків сурма була відома під ім'ям stími і stíbi, звідси латинський stibium.
Металева сурма з причини своєї крихкості застосовується рідко, проте в зв'язку з тим, що вона збільшує твердість інших металів (олова, свинцю) і не окислюється при звичайних умовах, металурги нерідко вводять її в якості легуючого елемента до складу різних сплавів. Сплави з використанням п'ятдесят першого елемента застосовуються широко в самих різних областях: для акумуляторних пластин, друкарських шрифтів, підшипників (бабіти), екранів для роботи з джерелами іонізуючих випромінювань, посуду, художнього лиття і т. П.
Чисту металеву сурму в основному використовують в напівпровідникової промисловості - для отримання антимонидов (солей сурми) з напівпровідниковими властивостями. Сурма входить до складу лікарських синтетичних препаратів. Широке застосування знайшли і з'єднання сурми: сульфіди сурми використовуються при виробництві сірників і в гумової промисловості. Оксиди сурми застосовуються при виробництві вогнетривких з'єднань, керамічних емалей, скла, фарб і керамічних виробів.
Сурма відноситься до мікроелементів (вміст в організмі людини 10-6% по масі). Відомо, що сурма утворює зв'язки з атомами сірки, що обумовлює її високу токсичність. Сурма проявляє подразнюючу і кумулятивна дія, накопичується в щитовидній залозі, пригнічуючи її функцію і викликаючи ендемічний зоб. Пил і пари викликають носові кровотечі, сурьмяной "ливарну лихоманку", пневмосклероз, вражають шкіру, порушують статеві функції. Проте, ще з давніх часів з'єднання сурми застосовуються в медицині як цінні лікарські засоби.
біологічні властивості
Сурма відноситься до мікроелементів, вона виявлена \u200b\u200bу багатьох живих організмах. Встановлено, що вміст п'ятдесят першого елемента (на сто грам сухої речовини) складає в рослинах 0,006 мг, в морських тварин 0,02 мг, в наземних тварин 0,0006 мг. У людському організмі вміст сурми всього 10-6% по масі. Надходження п'ятдесят першого елемента в організм тварин і людини відбувається через органи дихання (з повітрям) або шлунково-кишковий тракт (з їжею, водою, медикаментами), середньодобове надходження становить близько 50 мкг. Основними депо накопичення сурми є щитовидна залоза, Печінка, селезінка, нирки, кісткова тканина, також відбувається накопичення в крові (в еритроцитах накопичується переважно сурма в ступені окислення +3, у плазмі крові - в ступені окислення +5).
Виділяється метал з організму досить повільно головним чином з сечею (80%), в незначній кількості - з фекаліями. Однак фізіологічна і біохімічна роль сурми досі невідома і вивчена слабо, тому дані про клінічні прояви дефіциту сурми відсутні.
Однак відомі дані про гранично допустимих концентраціях елемента для людського організму: 10-5-10-7 грам на 100 грам сухої тканини. При більш високій концентрації сурма інактивує (перешкоджає роботі) ряд ферментів ліпідного, вуглеводного і білкового обміну (можливо в результаті блокування сульфгідрильних груп).
Справа в тому, що сурма і її похідні токсичні - Sb утворює зв'язки з сіркою (наприклад, реагує з SH-групами ферментів), що обумовлює її високу токсичність. Накопичуючись з надлишком в щитовидній залозі, сурма пригнічує її функцію і викликає ендемічний зоб. При попаданні в травний тракт сурма та її сполуки не викликають отруєння, так як солі Sb (III) гідролізуються з утворенням малорозчинних продуктів, які виводяться з організму: спостерігається подразнення слизової шлунка, настає рефлекторна блювота, причому майже всі кількість прийнятої сурми викидається разом з блювотними масами.
Однак після прийомів значних кількостей сурми або при тривалому її застосуванні можуть спостерігатися ураження шлунково-кишкового тракту: виразки, гіперемія, набрякання слизової. З'єднання сурми (III) більш токсичні, ніж сурми (V) - біодоступності. Поріг сприйняття присмаку у воді - 0,5 мг / л. Смертельна доза для дорослої людини - 100 мг, для дітей - 49 мг. ГДК Sb в грунті 4,5 мг / кг.
У воді сурма відноситься до другого класу небезпеки, має ГДК 0,005 мг / л, встановлене по санітарно-токсикологічному ЛПВ. У природних водах норматив становить 0,05 мг / л. У стічних промислових водах, що скидаються на очисні споруди, які мають біофільтри, вміст сурми не повинна перевищувати 0,2 мг / л.
Пил і пари викликають носові кровотечі, сурьмяной "ливарну лихоманку", пневмосклероз, вражають шкіру, порушують статеві функції. Для аерозолів сурми ГДК в повітрі робочої зони 0,5 мг / м3, в атмосферному повітрі 0,01 мг / м3. При втиранні в шкіру сурма викликає роздратування, еритеми, пустули, подібні Оспен.
Подібного роду ушкодження можуть спостерігатися в професіях, що мають справу з сурмою: у Емалювальники (застосування окису сурми), у друкарів (робота з друкованими сплавами, британський метал). При хронічній інтоксикації організму сурмою необхідно вжити профілактичних заходів, обмежити її надходження, провести симптоматичне лікування, можливе використання комплексообразователей.
Проте, не дивлячись на негативні фактори, пов'язані з токсичністю сурми, вона, як і її з'єднання застосовується в медицині. Ще в XV-XVI ст. препарати сурми застосовували як лікарські засоби, головним чином як відхаркувальні і блювотні. Щоб викликати блювоту, пацієнту давали вино, витримане в сурьмяной посудині. Одне із з'єднань сурми, KC4H4O6 (SbO) * H2O, так і називається блювотним каменем. Механізм дії такого препарату описаний нами вище.
Сурма. Монарх р-к (Sb), Гравелотт, Лімпопо пров. Ю. Африка. Фото: А.А. Євсєєв.
Цікаві факти
Один з найсучасніших методів "використання" сурми надійшов на озброєння криміналістів. Справа в тому, що куля нарізної зброї залишає за собою (трасуючий) вихровий потік - "слід", в якому є частки ряду елементів - свинцю, сурми, барію, міді. Осідаючи, вони залишають на поверхні невидимий "відбиток".
Однак невидимими ці частинки були лише до недавнього часу, сучасні розробки дозволяють визначити наявність частинок і напрямок польоту кулі. Відбувається це в такий спосіб: на поверхню накладають смужки вологою фільтрувального паперу, потім їх поміщають в прискорювач елементарних частинок (синхрофазотрон) і піддають бомбардуванню нейтронами. В результаті "обстрілу" частина атомів, що перейшли на папір (в тому числі атоми сурми), переходять в нестійкі радіоактивні ізотопи, а ступінь їх активності дозволяє судити про зміст цих елементів в пробах і таким чином визначити траєкторію і довжину польоту кулі, характеристику кулі, зброї і боєприпасів.
Багато напівпровідникові матеріали, що містять сурму, отримані в умовах невагомості на борту навколоземній космічної орбітальної наукової станції "Салют-6" і "Скайлеб".
Автор "Пригод бравого солдата Швейка" в оповіданні "Камінь життя" викладає одну з версій походження назви "антимоній". У 1460 році настоятель Штальгаузенского монастиря в Баварії батько одного монастиря шукав філософський камінь (амальгаму золота і рути - "біле золото", випарювали до золота). У ті далекі часи навряд чи вдалося б відшукати хоч один монастир, в келіях і підвалах якого не йшла б алхімічна робота (Іспанія, м Альмаден, найбільше в світі родовище промислової червоною кіноварі - сульфіду ртуті, супутника родовищ сурми, суха вулканічна сублімація на розпечених батолітах). На фото нижче - родовища типу "кіновар" і кіновар - супутник сурми в местрожденій.
Чорний антимоніт - сульфід сурми, з супутниками - сірий халцедон
і червона кіновар в друзе, Микитівка, Донецька обл., південний схід України
В одному з дослідів ігумен змішав в тиглі попіл Жанни Д "Арк (" Орлеанської Діви "- гордості Франції) з попелом і подвійною кількістю землі, взятої з місця спалення (кіновар). Цю" пекельну суміш "монах став нагрівати. Після упарювання з вугіллям вийшло важке темна речовина з металевим блиском (ртуть). Результат засмутив настоятеля - у книжці було написано про те, що заповітний "філософський камінь" повинен бути невагомий і прозорий (помилки перекладу - дорогим і залотістого кольору).
Розчарувавшись в "єретичної науки", Леонардус викинув отриману речовину на монастирський двір (з недогарками - антимонітом). Незабаром він помітив, що свині охоче лижуть викинутий їм "камінь" (недогарок) і швидко жиріють. Вирішивши, що їм відкрито поживна речовина, яким можна нагодувати голодних, монах приготував нову порцію "каменя життя", растолок його і цей порошок додав в кашу, якою харчувалися його худі брати у Христі. На наступний день сорок ченців монастиря померли в страшних муках. Каючись у скоєному, настоятель прокляв досліди, а "камінь життя" перейменував в Антімоніум, тобто засіб "проти ченців". Відповідальність за достовірність розповіді ручатися не варто, так само, як і за автора даної версії.
Хіміки середньовіччя Західної Європи (Іспанія) виявили, що в розплавленої сурмі часто розчиняються майже всі метали (елемент "філософського каменю-II" - після ртуті і її амальгам). Сурма - метал, який пожирає інші метали, - "хімічний хижак". Може бути, подібні міркування і привели до символічного зображення сурми у вигляді фігури вовка з відкритою (разверстой) пащею (опіки хімічного виробництва сурми - "Пекельні або дьяволова пасти" м Альмаден, Іспанія, Католицької церкви Його Величності Короля Іспанії).
В арабській літературі свинцевий і сурм'яний блиск називали аль-каххаль (грим), алко (г) оль, алкофоль. Вважалося, що косметичні і лікувальні засоби для очей містять в собі таємничий дух (джин), звідси, ймовірно, алкоголем стали називати летючі рідини.
Усім знайомий вислів "насурьмяніть брови" (накладення гриму на обличчя), яке раніше позначало косметичну операцію з використанням порошку сірчистої сурми Sb2S3. Справа в тому, що з'єднання сурми мають різне забарвлення: одні чорного кольору, інші - оранжево-червоного. Ще в давні часи араби торгували в країнах Сходу фарбою для підведення брів, в складі якої перебувала сурма. Автор роману "Самвел" докладно описує техніку цієї косметичної операції: "Юнак дістав з-за пазухи шкіряну сумочку, взяв тонку загострену золоту паличку, підніс до губ, подихав на неї, щоб вона стала вологою, і опустив в порошок. Паличка покрилася тонким шаром чорного пилу. Він почав накладати сурму на очі ". Під час археологічних розкопок стародавніх поховань на території Вірменії були виявлені всі вище описані косметичні приналежності: тонка загострена золота паличка і крихітна шкатулка з полірованого мармуру (крадіжка на Ваке в Іспанії, середні століття, Західна Європа).
Історія
Ім'я відкривача сурми невідомо, так як цей метал відомий людині з доісторичних часів. Вироби з сурми і її сплавів (зокрема, сурми з міддю) використовувалися людиною протягом багатьох тисячоліть, сурьмяная бронза, вживається в період Вавилонського царства, складалася з міді і добавок олова, свинцю і сурми. Археологічні знахідки підтвердили припущення про те, що в Вавилоні ще за 3 тисячі років до н.е. (Спільно з її геологічним супутником - червоною кіновар'ю) з сурми робили судини, наприклад, добре відомо опис фрагментів вази з металевої сурми, знайденої в Телло (південна Вавилон). Виявлено і інші предмети з сурми, зокрема в Грузії, що датуються I тисячоліттям до н. е. Для виготовлення виробів використовувалися і сплави сурми зі свинцем, і необхідно відзначити, що в давнину металева сурма не зважала самостійним металом, і її приймали за свинець (імітатора перехідною хімічної виробничої форми ртуті - афродизиака для жінок).
Що стосується сполук сурми, то найбільш відомий "сурм'яний блиск" - сірчиста сурма Sb2S3, яка була відома в багатьох країнах. В Індії, Межиріччя, Єгипті, Середньої Азії та інших азіатських країнах з цього мінералу робили тонкий блискучий чорний порошок, що застосовувався для косметичних цілей, особливо для гримування очей "очна мазь". Пліній Старший називає сурму stimmi і stibi - косметичні та фармацевтичні засоби для гримування і лікування очей. У грецькій літературі Олександрійського періоду ці слова означають косметичний засіб чорного кольору (чорний порошок).
Що стосується російського слова "сурма", то, швидше за все, воно має тюркське походження - surme. Первісне значення цього терміна було - мазь, грим, притирання. Це підтверджується збереженням до нашого часу даного слова в багатьох східних мовах: турецькою, фарсідском, узбецькому, азербайджанському і інших. За іншими даними, "сурма" походить від перського "сурме" - метал. У російській літературі початку XIX століття вживаються слова сурьмяк (Захаров, 1810), Сюрмен, сюрьма, сюрмовой корольок і сурма.
Знаходження в природі
Незважаючи на те, що вміст сурми в земній корі порівняно невелика - середній вміст (кларк) 5 ∙ 10-5% (500 мг / т) - вона була відома в глибокій старовині. Це не дивно, адже сурма входить до складу приблизно ста мінералів, найпоширеніший з яких сурм'яний блиск Sb2S3 - мінерал свинцево-сірого кольору з металевим блиском (він же антимоніт, він же стибніт), що містить більше 70% сурми і службовець основним промисловим сировиною для її отримання. Основна маса сурьмяного блиску утворюється в гідротермальних родовищах, де його скупчення створюють поклади сурьмяной руди в формі жив і тел пластообразной форми. У верхніх частинах рудних тіл, біля поверхні землі, сурм'яний блиск піддається окислювання, утворюючи ряд мінералів, а саме: сенармонтит і Валента Sb2O3 (обидва мінерали одного і того ж хімічного складу, містять 83,32% сурми і 16,68% кисню); сервант (сурьмяная охра) Sb2O4; стібіоканіт Sb2O4 ∙ nH2O; кермезіт Sb2S2O. У рідкісних випадках сурм'яні руди (завдяки спорідненості з сіркою) представлені складними сульфідами сурми, міді, ртуті, свинцю, заліза (бертьеріт FeSbS4, Джемсоніт Pb4FeSb6S14, тетраедра Cu12Sb4S13, Лівінгстон HgSb4S8 і інші), а також оксидами і Оксихлорид (сенармонтит, Надор PbClSbO2) сурми.
Зміст сурми в вивержених ефузивних породах нижче, ніж в осадових породах (вулканічна сублімація по тріщинах від розпеченої магми на каталізаторі з кальдери - воді). В осадових найбільш високі концентрації сурми відзначаються в глинистих сланцях (1,2 г / т), боксити і фосфоритах (2 г / т) і найнижчі в вапняках і пісковиках (0,3 г / т). Підвищені кількості сурми встановлені в золі вугілля (конфліктує водою з кіновар'ю - кіновар формується на миш'як).
У природних з'єднаннях сурма з одного боку проявляє властивості металу і є типовим халькофільнимі елементом, утворюючи антимоніт. У той же час, сурма має властивості металоїди, що проявляються в утворенні різних сульфосолей - буланжеріта, тетраедріта, бурноніта, піраргіріта та інших. З низкою металів (паладій, миш'як) сурма здатна створювати интерметаллические з'єднання. Крім того, в природі спостерігається изоморфное заміщення сурми і миш'яку в бляклих рудах і геокроніте Pb5 (Sb, As) 2S8 і сурми і вісмуту в кобелліте Pb6FeBi4Sb2S16 і ін.
Варто відзначити, що сурма зустрічається і в самородному стані. Самородна сурма - мінерал складу Sb, іноді з незначною домішкою срібла, миш'яку, вісмуту (до 5%). Зустрічається у вигляді зернистих мас (кристалізуються в тригональной системі), натічних утворень і ромбоедричних пластинчастих кристалів.
Самородна сурма має металевий блиск, олов'яно-білий колір з жовтою мінливістю. Утворюється при дефіциті сірки в низькотемпературних сурм'яних, сурьмяно-золото-срібних і мідно-свинцево-цинково-сурьмяно-срібно-миш'якових, а також високотемпературних пневматолітових-гідротермальних сурьмяно-срібло-вольфрамових родовищах (в останніх вміст сурми може досягати кристалічних значень - Сейняйокі в Фінляндії - кристалічний щит сурми).
Зміст сурми в пластових рудних тілах від 1 до 10%, в жильних - від 3 до 50%, середній вміст - від 5 до 20%, іноді більше. Пластові рудні тіла утворюються при посередництві низькотемпературних гідротермальних розчинів шляхом заповнення тріщин в гірських породах, а також внаслідок заміщення останніх мінералами сурми. Основне промислове значення мають два типи родовищ: пластові тіла, лінзи, гнізда і штокверки в витриманих плащеобразних покладах, що утворюються в результаті метасоматичні заміщення кремнеземом і з'єднаннями сурми вапняків під сланцевим екраном (в Китаї - Сікуаншань, в СНД - Кадамджай, Терексай, Джіжікрут в Середньої Азії). Другий тип родовищ - системи крутопадаючих січних кварцево-антімонітових жив в сланцях (в СНД - Тургайське, Раздольнінско, Сарилах і ін .; в Південній Африці - Гравелот і ін.). Третє - вертикальні тріщини (Донецька обл., Південний схід України, Микитівка). Багаті родовища сурм'яних мінералів виявлені на території Китаю, Болівії, Японії, США, Мексики, ряду африканських країн.
застосування
У зв'язку з крихкістю металева сурма застосовується рідко, але, так як вона збільшує твердість інших металів (наприклад, олова і свинцю) і не окислюється при звичайних умовах, металурги вводять її до складу різних сплавів. Загальна кількість сплавів, що містять п'ятдесят перший елемент, наближається до двохсот. Легування ряду сплавів сурмою було відомо ще в середні століття: "Якщо шляхом сплаву певна порція сурми додається до олова, виходить друкарський сплав ( гарт), З якого виготовляється шрифт, застосовуваний тими, хто отримує книги ".
Неймовірно, але такий сплав - гарт (З укр. Яз. - " гарт", - сурма, олово і свинець), що містить від 5 до 30% Sb - неодмінний атрибут друкарні! У чому ж унікальність сплаву, що пройшов крізь століття? Розплавлена \u200b\u200bсурма, на відміну від інших металів (крім вісмуту і галію), при затвердінні розширюється , збільшує свій обсяг. Таким чином, при відливання шрифту друкарський сплав, який містить сурму, застигаючи в ливарні матриці, розширюється, завдяки чому щільно її заповнює і відтворює дзеркальне зображення, яке переноситься на папір. Крім того, сурма додає типографського сплаву твердість і зносостійкість, що важливо при багаторазовому використанні шаблону (матриці, друкарською форми).
Сплави свинцю з сурмою, що застосовуються в хімічному машинобудуванні (для облицювання ванн та іншої кислототривкої апаратури) мають високу твердість і корозійну стійкість. Найбільш відомий сплав гартблей (вміст Sb від 5 до 15%) застосовується для виготовлення труб, по яких транспортують агресивні рідини. З цього ж сплаву роблять оболонки телеграфних, телефонних і електричних кабелів, електроди, пластини акумуляторів, сердечники куль, дріб, шрапнель. Широке застосування (верстатобудування, залізничний та автомобільний транспорт) знайшли підшипникові сплави (бабіти), що містять олово, мідь, свинець і сурму (Sb від 4 до 15%), вони володіють достатньою твердістю, великим опором стирання, високу корозійну стійкість. Також сурма додається до металів, призначеним для тонких і крихких виливків.
Чисту сурму використовують для отримання антимонидов (AlSb, CaSb, InSb), а так же, як добавку у виробництві напівпровідникових з'єднань. Такий сурмою легируют (всього 0,000001%) найважливіший напівпровідниковий метал - германій, щоб поліпшити його якості. Ряд її сполук (зокрема, з галієм і индием) - напівпровідники. Сурма застосовується в напівпровідникової промисловості не тільки як леганд. Сурму використовують і при виробництві діодів (AlSb і CaSb), інфрачервоних детекторів, пристроїв з ефектом Холла. Антимонід індію застосовують для побудови датчиків Холла, для перетворення неелектричних величин в електричні, в лічильно-обчислювальних пристроях, як фільтра і реєстратора інфрачервоного випромінювання. Завдяки великій ширині забороненої зони AlSb застосовують для побудови сонячних батарей.
Різноманітна "діяльність" і з'єднань сурми. Наприклад, трехокись (оксид) сурми (Sb2O3) застосовується в основному як пігмент для фарб, глушитель для емалі, протрава в текстильній промисловості, у виробництві вогнетривких з'єднань і фарб, її використовують також для виготовлення оптичного (просвітленого) скла, керамічних емалей.
Пятиокись сурми (Sb2O5) знаходить широке застосування в виготовлення фармацевтичних препаратів, у виробництві скла, кераміки, фарб, в текстильної та гумової промисловості, в якості складової частини люмінесцентних ламп денного світла (в люмінесцентних лампах галофосфатом кальцію активують Sb). Трехсерністую сурму використовують у виробництві сірників і в піротехніці. Пятісерінстую сурму застосовують для вулканізації каучуку (у "медичної" гуми, до складу якої входить Sb2S5, характерний червоний колір і висока еластичність). Сурма трихлористе (SbCl3) застосовується для вороніння сталей, чернения цинку, в медицині, в якості протрави в текстильному виробництві і як реактив в аналітичної хімії.
Отруйний стибин або сурм'янистий водень SbH3 - застосовується в якості фумігантів для боротьби з комахами - шкідниками сільськогосподарських рослин. Багато сполуки сурми можуть служити пігментами в фарбах, наприклад, сурьмянокіслий калій (K2O * 2Sb2O5) широко застосовується у виробництві кераміки, фарба "сурьмін", основу якої становить трехокись сурми, застосовується для забарвлення підводної частини і надпалубних будівель кораблів. Метасурьмянокіслий натрій (NaSbO3) під назвою "лейконін" використовується для покриття кухонного посуду, а також у виробництві емалі і білого молочного скла.
виробництво
Сурма досить рідкісний елемент, в земній корі її є не більше 5 ∙ 10-5%, проте, відомо понад ста мінералів, що містять цей елемент. Поширений і має напівпромислове значення мінерал сурми (НЕ сульфід) - сурм'яний блиск, або стибніт, Sb2S3, що містить понад 70% сурми. Решта сурм'яні руди різко відрізняються один від одного за змістом в них металу - від 1 до 60%. Отримувати металеву сурму з руд, в яких менше 10% Sb, недоцільно. З цієї причини бідні руди збагачуються.
Сульфідні (найбагатші), а також комплексні руди збагачують флотацією, а сульфидно-окислені - комбінованими методами. Пройшовши збагачення, рудний концентрат містить від 30 до 60% Sb, таку сировину придатне для переробки в сурму, що і проводиться пірометаллургічним або гідрометалургійним методами. У першому варіанті перетворення протікають в розплаві під впливом високої температури, в другому - у водних розчинах сполук сурми і інших елементів. До пірометаллургічним методам отримання сурми відносяться: осаджувальна, відновлювальна і пряма плавка в шахтних печах. Осаджувальна плавка, сировиною для якої є сульфідні концентрат, заснована на витіснення сурми з її сульфіду залізом:
Sb2S3 + 3Fe → 2Sb + 3FeS
Відбувається процес в відбивних або обертових барабанних печах наступним чином: залізо у вигляді чавунної або сталевої стружки вводять безпосередньо в піч, далі для освіти відновної атмосфери, яка запобігає втрати з виходом летючого оксиду сурми (III), в шихту додають деревне вугілля (кам'яновугільну дрібниця чи кокс). Для ошлакования порожньої породи в шихту вводять флюси - сульфат натрію або соду. Плавка шихти відбувається при постійній температурі 1 300-1 400 o C. В результаті осадительной плавки утворюється чорнова сурма, що містить від 95 до 97% Sb (залежить від початкового змісту в концентраті) і від 3 до 5% домішок - заліза, золота, свинцю , міді, миш'яку та інших металів, які містилися в початковій сировині. Витяг сурми з початкового концентрату складає від 77 до 92%.
Відновлювальна плавка заснована на відновленні оксидів сурми до металу твердим вуглецем:
Sb2O4 + 4C → 2Sb + 4CO
Виробляється в відбивних або коротких барабанних печах при температурі 800-1 000 o С. Шихту складають окислена руда, деревне вугілля (можлива кам'яновугільна пил) і флюс (сода, поташ). Виходить чорнова сурма більш чиста, ніж при осадительной плавці (більше 99% Sb), вилучення металу з концентрату складає 80-90%.
Пряма плавка в шахтних печах застосовується для виплавки металу з окисленого або сульфідного крупнокускового сировини. Максимальна температура 1 300-1 500 o С досягається горінням коксу - складової частини шихти, як флюс виступають вапняк, піритні недогарки або залізна руда. Метал виходить як за рахунок відновлення вуглецем (вугіллям) коксом Sb2O3, так і в результаті взаємодії НЕ окислиться антимонита з Sb2O3 при постійному видаленні SO2 з розплаву грубними газами. Продукти плавки (чорнової метал і шлак) стікають в нижню частину печі і випускаються з нього у відстійник.
Інший метод отримання сурми - гідрометалургійний знаходить все більше застосування останнім часом. Він складається з двох стадій: обробка сировини з перекладом в розчин сполук сурми і виділення сурми з цих розчинів. Складність методу полягає в тому, що перевести сурму в розчин проблематично: більшість природних сполук сурми в воді не розчиняється. Однак потрібний розчинник був знайдений - водний розчин сірчистого натрію (120 г / л) і їдкого натру (30 г / л). Сульфід і окис сурми переходить в розчин у вигляді сульфасолей і солей сурм'яних кислот. З отриманого розчину сурму виділяють електролізом. Чорнова сурма, отримана гідрометалургійним методом, не відрізняється чистотою і містить від 1,5 до 15% домішок.
Для отримання сурми з меншою кількістю домішок застосовують пірометалургійного (вогневе) або електролітичне рафінування. Найбільш поширене в промисловості вогняне рафінування виробляється в відбивних печах. При додаванні до розплавленої чорнової сурму стибніту, домішки заліза і міді утворюють сірчисті з'єднання і переходять в штейн. Миш'як видаляють у вигляді арсенату натрію при плавці в окислювальному атмосфері (продування повітрям) содою або поташом, при цьому видаляється і сірка.
При наявності благородних металів застосовують анодное електролітичне рафінування, що дозволяє сконцентрувати шляхетні метали в шламі. Рафінована сурма містить вже не більше 0,5-0,8% чужорідних домішок. Однак і такий метал задовольняє не всіх споживачів - для напівпровідникової промисловості, наприклад, потрібно сурма 99,999% чистоти. У такому випадку застосовують кристалофізичних метод очищення - зонний плавку в атмосфері аргону, в особливо відповідальних випадках, зонну плавку повторюють кілька разів.
Фізичні властивості
Сурма відома в кристалічній формі і трьох аморфних модифікаціях (вибухова, чорна і жовта). За зовнішнім виглядом кристалічна, або сіра, сурма (її основна модифікація) - блискучий метал сріблясто-білого кольору з синюватим відтінком, який тим тонше, чим більше домішок (чистий елемент у вільному стані утворює голчасті кристали, що нагадують форму зірок).
Багато механічні властивості залежать від чистоти металу. Сіра сурма кристалізується в тригональной (ромбоедричної) системі (а \u003d 0,45064 нм, z \u003d 2, просторова група R3m), її щільність 6,61-6,73 г / см3 (в рідкому стані - 6,55 г / см3) . При тиску ~ 5,5 ГПа ромбоедрична решітка сірої сурми переходить в кубічну модифікацію SbII. При тиску 8,5 ГПа - в гексагональну SbIII. Вище 28 ГПа утворюється SbIV. Плавиться кристалічна сурма при невисокій температурі - 630,5 o C, кипіти розплавлена \u200b\u200bсурма починає при 1 634 o C.
Питома теплоємність сурми при температурах 20-100 o С становить 0,210 кДж / (кг * К) або 0,0498 кал / (г * o С), теплопровідність при 20 o С дорівнює 17,6 вт / (м * К) або 0,042 кал / (см * сек * o С). Температурний коефіцієнт лінійного розширення для полікристалічної сурми 11,5 * 10-6 при температурі від 0 до 100 o С; для монокристала а1 \u003d 8,1 * 10-6, а 2 \u003d 19,5 * 10-6 при 0-400 o С, питомий електроопір при 20 o С становить 43,045 * 10-6 см * см.
Сурма діамагнітна, її питома магнітна сприйнятливість дорівнює -0,66 * 10-6. Твердість по Бринеллю для литого металу дорівнює 325-340 Мн / м2 (32,5-34,0 кгс / мм2); модуль пружності 285-300; межа міцності 86,0 Мн / м2 (8,6 кгс / мм2). Температура переходу сурми в надпровідний стан 2,7 К. Сіра сурма має шарувату структуру, де кожен атом Sb пірамідально пов'язаний з трьома сусідами по шару (міжатомна відстань 0,288 нм) і має трьох найближчих сусідів в іншому шарі (міжатомна відстань 0,338 нм). При звичайних умовах стійка саме ця форма сурми.
При різкому охолодженні парів сірої сурми утворюється чорна сурма (щільність 5,3 г / см3), яка при нагріванні до 400 o С без доступу повітря переходить в сіру сурму. Чорна сурма має напівпровідниковими властивостями. Жовта сурма утворюється при дії кисню на рідкий стибин SbH3 і містить незначні кількості сполук водню. При нагріванні, а також при освітленні видимим світлом жовта сурма переходить в чорну сурму.
Вибухова сурма зовні схожа на графіт (щільність 5,64-5,97 г / см3) вибухає при ударі і терті. Дана модифікація утворюється при електролізі розчину SbCl3 в соляній кислоті при малій щільності струму, містить пов'язаний хлор. Вибухова сурма при розтиранні або ударі з вибухом перетворюється в металеву сурму.
Однозначно стверджувати, що сурма - метал, не можна. Ще середньовічні алхіміки зарахували її (втім, як і деякі справжні метали: цинк і вісмут, наприклад) до групи "полуметаллов", адже вони гірше кувалися, а гнучкість вважалася основною ознакою металу, крім того, по алхимическим уявленням, кожен метал був пов'язаний з будь-яким небесним тілом. До того моменту всі відомі небесні тіла були вже розподілені (Сонце пов'язували з золотом, Місяць уособлювала срібло, Меркурій - ртуть, Венера - мідь, Марс - залізо, Юпітер - олово і Сатурн - свинець), отже, самостійних металів, на думку алхіміків, більше не існувало.
На відміну від більшості металів, сурма, по-перше, тендітна і стирається в порошок (це можна зробити в порцеляновій ступці порцеляновим товкачем), а по-друге, гірше проводить електрику і тепло (при 0 o C її електропровідність становить лише 3,76 % електропровідності срібла). У той же час, кристалічна сурма має характерний металевий блиск, вище 310 o С стає пластичною, крім того, монокристали високої чистоти пластичні. З сірчаною кислотою сурма утворює сульфат Sb2 (SO4) 3 і стверджує себе в металевому якості, а азотна кислота окисляє сурму до вищого оксиду, що утворюється у вигляді гідратованого з'єднання xSb2O5 * уН2О, доводячи її характер неметалла. Виходить, що металеві властивості виражені у сурми досить слабо, проте і властивості неметалла притаманні їй далеко не в повній мірі.
Хімічні властивості
Конфігурація зовнішніх електронів атома сурми 5s25p3. У з'єднаннях сурма виявляє схожість з миш'яком, однак відрізняється від нього вираженими металевими властивостями, виявляє ступеня окислення +5, +3 і -3. У хімічному відношенні п'ятдесят перший елемент малоактивний - на повітрі при кімнатній температурі металева сурма стійка, починає окислюватися при температурах близьких до точки плавлення (~ 600 o С) з утворенням оксиду сурми (III), або сурм'янистого ангідриду - Sb2O3:
4Sb + 3O2 → 2Sb2O3
вище температури плавлення сурма загоряється. Оксид сурми (III) - амфотерний оксид з переважанням основних властивостей, не розчиняється, утворює мінерали. Реагує з лугами і кислотами, причому в сильних кислотах, наприклад сірчаної та соляної, оксид сурми (III) розчиняється з утворенням солей сурми (III), в лугах з утворенням солей сурм'янистого H3SbO3 або метасурьмяністой HSbO2 кислоти:
Sb2O3 + 2NaOH → 2NaSbO2 + Н2О
Sb2O3 + 6HCl → 2SbCl3 + 3H2O
При нагріванні Sb2O3 вище 700 o C в кисні утворюється оксид складу Sb2O4:
2Sb2O3 + O2 → 2Sb2O4
Sb2O4 одночасно містить трьох- і пятивалентного сурму. У його структурі з'єднані один з одним октаедричні угруповання і. Цей оксид сурми найстійкіший.
Подрібнена порошкоподібна сурма горить в атмосфері хлору п'ятдесят перший елемент активно реагує і з іншими галогенами, утворюючи галогеніди сурми. З азотом і воднем у металевої сурми реакції не виникає, також як з кремнієм і бором, вуглець незначно розчиняється в розплавленої сурмі. З сірої, фосфором, миш'яком і з багатьма металами сурма з'єднується при сплаву. З'єднуючись з металами, сурма утворює антімоніди, наприклад, антимонід олова SnSb, нікелю Ni2Sb3, NiSb, Ni5Sb2 і Ni4Sb. Антимоніди можна розглядати як продукти заміщення водню в стибин (SbН3) атомами металу. Деякі антімоніди, зокрема AlSb, GaSb, InSb, мають напівпровідниковими властивостями.
Сурма стійка по відношенню до води і розбавлених кислот. Так, наприклад, в соляній кислоті і в розведеної сірчаної кислоти сурма розчиняється. Не реагує вона і з фтористоводородной і плавиковою кислотами. Однак концентровані соляна і сірчана кислоти повільно розчиняють сурму з утворенням хлориду SbCl3 і сульфату Sb2 (SO4) 3. З концентрованою азотною кислотою утворюється погано розчинна β-сурьмяная кислота HSbO3:
3Sb + 5HNO3 → 3HSbO3 + 5NO + H2O
Сурма розчиняється в царській горілці - в суміші азотної і винної кислот. Розчини лугів і NH3 на сурму не діють, розплавлені луги розчиняють сурму з утворенням антімонатов.
При нагріванні з нітратами або Хлорат лужних металів порошкоподібна сурма зі спалахом утворює солі сурьмяной кислоти. Практичний інтерес представляють важкорозчинні солі сурьмяной кислоти - антімонати (MeSbO3 * 3H2O, де Me - Na, К) і солі не виділеної метасурьмяністой кислоти - метаантімоніти (MeSbO2 * 3H2O), що володіють відновними властивостями. Антімонати (III) лужних металів, особливо калію, розчинні у воді, на відміну від інших антімонатов.
При нагріванні на повітрі окислюються до антімонатов (V). Відомі метаантімонати (III), наприклад КSbО2, ортоантімонати (III), як Na3SbO3, і поліантімонати, наприклад NaSb5O8, Na2Sb4O7. Для рідкоземельних елементів характерне утворення ортоантімонатов LnSbO3, а також Ln3Sb5O12. Антімонати нікелю, марганцю - каталізатори в органічному синтезі (реакції окислення і поліконденсації), антімонати рідкоземельних елементів - люмінофори.
З важливих дзвінків сурми, крім оксиду (III) виділяють також: гідрид (стибин) SbН3 - безбарвний отруйний газ, що утворюється дією HCl на антімоніди магнію або цинку або солянокислого розчину SbCl3 на NaBH4. Стибин повільно розкладається при кімнатній температурі на сурму і водень, процес значно прискорюється при нагріванні до 150 o C; він окислюється, горить на повітрі; мало розчинний у воді; використовують для отримання сурми високої чистоти. Інша важлива з'єднання п'ятдесят першого елемента - оксид сурми (V) або сурм'яний ангідрид, Sb2O5 (жовті кристали, розчиняється в воді, утворюючи сурьмяной кислоту) має головний образ кислотними властивостями.
Що цікаво, нижчий оксид сурми (Sb2O3) називають сурм'янистого ангідридом, хоча це твердження не так, адже ангідрид є кислотообразующим оксидом, а у Sb (OH) 3, гідрату Sb2O3, основні властивості явно переважають над кислотними. Таким чином, властивості нижчого оксиду сурми говорять про те, що сурма - метал. Однак, вищий оксид сурми Sb2O5 - це дійсно ангідрид з чітко вираженими кислотними властивостями, що говорить на користь того, що сурма все ж - неметалл. Виходить, що дуалізм, що спостерігається в фізичних характеристиках сурми, так само простежується і в її хімічних властивостях сурми.
Антимоніт. Округ Уайт-Кепс Майн, шт. Невада, США. Фото: А.А. Євсєєв.
З використанням матеріалів веб-сайту http://i-Think.ru/
ДОПНВ 6.1
Токсичні речовини (отрута)
Ризик отруєння при вдиханні, контакті зі шкірою або ковтанні. Складають небезпеку для водного середовища або каналізаційної системи
Використовувати захисну маску залишення транспортного засобу
Білий ромб, номер ДОПНВ, чорний череп і схрещені кістки
ДОПНВ 8
Корозійні (їдкі) речовини
Ризик опіків в результаті роз'їдання шкіри. Можуть бурхливо реагувати між собою (компоненти), з водою та іншими речовинами. Речовина, що розлилося / розсипалося, може виділяти корозійну пару.
Складають небезпеку для водного середовища або каналізаційної системи
Біла верхня половина ромба, чорна - нижня, рівновеликі, номер ДОПНВ, пробірки, руки
| Найменування особливо небезпечного при транспортуванні вантажу | номер ООН | клас ДОПНВ |
| Сурма - ПОРОШОК | 2871 | 6.1 |
| Сурма п'ятифтористого СУРМИ пентафторид | 1732 | 8 |
| СУРМИ лактату | 1550 | 6.1 |
| СУРМИ пентафторид | 1732 | 8 |
| СУРМИ пентахлорид РІДКИЙ | 1730 | 8 |
| СУРМИ пентахлорид РОЗЧИН | 1731 | 8 |
| СУРМИ З'ЄДНАННЯ НЕОРГАНІЧНА ЖИДКОЕ, Н.З.К. | 3141 | 6.1 |
| СУРМИ З'ЄДНАННЯ НЕОРГАНІЧНА ТВЕРДА, Н.З.К. | 1549 | 6.1 |
| СУРМИ трихлорид ТВЕРДИЙ | 1733 | 8 |
| СУРМИ-КАЛИЯ тартрату | 1551 | 6.1 |
Сурму (англ. Antimony, франц. Antimoine, ньому. Antimon) людина знає здавна і у вигляді металу, і у вигляді деяких з'єднань. Бертло описує фрагмент вази з металевої сурми, знайдений в Телло (південна Вавилон) і відноситься до початку III ст. до н. е. Знайдено і інші предмети з металевої сурми, зокрема в Грузії, що датуються I тисячоліттям до н. з. Добре відома сурьмяная бронза, вживається в період стародавнього вавилонського царства; бронза містила мідь і добавки - олова, свинець і значні кількості сурми. Сплави сурми зі свинцем використовувалися для виготовлення різноманітних виробів. Слід, однак, відзначити, що в давнину металева сурма, мабуть, не зважала індивідуальним металом, її приймали за свинець. З сполук сурми в Межиріччі, Індії, Середньої Азії та інших азіатських країнах була відома сірчиста сурма (Sb 2 S 3), або мінерал "сурм'яний блиск". З мінералу робили тонкий блискучий чорний порошок, що застосовувався для косметичних цілей, особливо для гримування очей "очна мазь". Однак, попри всі ці даними про давнє поширення сурми та її сполук, відомий дослідник в області археологічної хімії Лукас стверджує, що в древньому Єгипті сурма була майже невідома. Там, пише він, встановлений тільки один випадок застосування металевої сурми і трохи випадків вживання з'єднань сурми. Крім того, на думку Лукаса, у всіх археологічних металевих об'єктах сурма присутня лише у вигляді домішок; сірчиста ж сурма, принаймні до часу і Нового царства, взагалі не вживалася для гримування, про що свідчить розфарбування мумій. Тим часом ще в III тисячолітті до н. е. в азіатських країнах та й в самому Єгипті існувало косметичний засіб, зване стем, місце або стіммі (stimmi); в II тисячолітті до н. е. з'являється індійське слово сурма; але всі ці назви застосовувалися, проте, головним чином для сірчистого свинцю (свинцевого блиску). У Сирії і Палестині задовго до початку н.е. чорний грим іменувався не тільки стіммі, але і каххаль або коголь, що у всіх трьох випадках означало будь тонкий сухий або розтертий у вигляді мазі порошок. Пізніші письменники (близько початку н. Е.), Наприклад Пліній, називають стіммі і стиби - косметичні та фармацевтичні засоби для гримування і лікування очей. У грецькій літературі Олександрійського періоду ці слова також означають косметичний засіб чорного кольору (чорний порошок). Ці найменування переходять в арабську літературу з деякими варіаціями. Так, у Авіценни в "Каноні медицини" поряд зі стіммі фігурує ітмід, або атемід - порошок або осад (паста) свинцю. Пізніше у зазначеній літературі з'являються слова аль-каххаль (грим), алкооль, алкофоль, що відносяться головним чином до свинцевого блиску. Вважалося, що косметичні і лікувальні засоби для очей містять в собі якийсь таємничий дух, звідси, ймовірно, алкоголем стали називати летючі рідини. Алхіміки називали сурм'яний, також, втім, як і свинцевий, блиск антимоніт (Antimonium). У словнику Руланда (1612) це слово пояснюється, як алкофоль, камінь з свинцевих рудних жив, марказіт, сатурн, сурма (Stibium), а стибиум, або стіммі, як чорна сірка або мінерал, який німці називають спісгласс (Spiesglas), згодом Bpiesglanz (ймовірно, похідне від стибиум). Однак, незважаючи на таку плутанину в назвах, саме в алхимический період в Західній Європі сурма та її сполуки були нарешті розмежовані зі свинцем і його сполуками. Уже в алхімічної літературі, а також у творах епохи Відродження металева і сірчиста сурма зазвичай описується досить точно. Починаючи з XVI ст. сурму стали застосовувати для найрізноманітніших цілей, зокрема в металургії золота, для полірування дзеркал, пізніше в друкарському справі і в медицині. Походження слова "антимоній", що з'явився після 1050 р пояснюється по-різному. Відомий розповідь Василя Валентина про те, як один чернець, який знайшов сильне проносне дію сірчистої сурми на свині, рекомендував його своїм побратимам. Результат цього медичного ради виявився плачевним - після прийому засобу всі ченці померли. Тому нібито сурма отримала назву, вироблене від "анти-монахіум" (засіб проти ченців). Але все це скоріше анекдот. Слово "антимоній", найімовірніше, просто трансформоване ітмід, або атемід, арабів. Існують, втім, і інші пояснення. Так, деякі автори вважають, що "антимоній" - результат скорочення грец. антос аммонос, або квітка бога Амона (Юпітера); так нібито називали сурм'яний блиск. Інші виробляють "антимоній" від грец. анти-монос (противник самоти), що підкреслює, що природна сурма завжди сумісна з іншими мінералами. Російське слово сурма має тюркське походження; первісне значення цього слова - грим, мазь, притирання. Ця назва збереглася в багатьох східних мовах (фарсідскій, узбецький, азербайджанський, турецький і ін.) До наших часів. Ломоносов вважав елемент "напівметал" і називав його сурма. Поряд з сурмою зустрічається і назва антимоній. У російській літературі початку XIX ст. вживаються слова сурьмяк (Захаров, 1810), Сюрмен, сюрьма, сюрмовой корольок і сурма.