Сурьма
Сурьма́ (химический символ — Sb, от лат. Stibium) — химический элемент 15-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы пятой группы, VA) пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева; имеет атомный номер 51.
Сурьма | ||||
---|---|---|---|---|
← Олово | Теллур → | ||||
| ||||
Внешний вид простого вещества | ||||
Образец сурьмы |
||||
Свойства атома | ||||
Название, символ, номер | Сурьма́ / Stibium (Sb), 51 | |||
Группа, период, блок |
15 (устар. 5), 5, p-элемент |
|||
Атомная масса (молярная масса) |
121,760(1)[1] а. е. м. (г/моль) | |||
Электронная конфигурация | [Kr] 4d105s25p3 | |||
Радиус атома | 159 пм | |||
Химические свойства | ||||
Ковалентный радиус | 140 пм | |||
Радиус иона | (+5e)62 (−3e)245 пм | |||
Электроотрицательность | 2,05[2] (шкала Полинга) | |||
Электродный потенциал | 0 | |||
Степени окисления | −3, +3, +5 | |||
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 К | |||
Температура кипения | 1908 К | |||
Мол. теплота плавления | 20,08 кДж/моль | |||
Мол. 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) | |||
Номер CAS | 7440-36-0 |
51 | Сурьма
|
4d105s25p3 |
Простое вещество сурьма — это 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].
Происхождение слова
правитьРусское слово «сурьма» произошло от турецкого и крымскотатарского sürmä[5]; им обозначался порошок свинцового блеска PbS, также служивший для чернения бровей.
История
правитьЭтот раздел не завершён. |
Сурьма известна с глубокой древности. В странах Востока она использовалась примерно за 3000 лет до н. э. для изготовления сосудов. В Древнем Египте уже в XIX 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[6]. Около XII—XIV вв. н. э. появилось название antimonium. Подробное описание свойств и способов получения сурьмы и её соединений впервые дано алхимиком Василием Валентином (Германия) в 1604 году. В 1789 году А. Лавуазье включил сурьму в список химических элементов под названием antimoine[7] (современный английский antimony, испанский и итальянский antimonio, немецкий Antimon).
Нахождение в природе
правитьКларк сурьмы — 500 мг/т[8]. Её содержание в вулканических 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[9]. 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
правитьВ низко- и среднетемпературных гидротермальных жилах с рудами серебра, кобальта и никеля, также в сульфидных рудах сложного состава.
Месторождения
правитьМесторождения сурьмы известны в ЮАР, Алжире, Азербайджане, Таджикистане, Болгарии, России, Финляндии, Казахстане, Сербии, Китае, Кыргызстане[10][11].
Производство
правитьПо данным исследовательской компании Roskill, в 2010 году 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 %; 6500 т), третье — Мьянма (3,76 %; 5897 т). Среди других крупных производителей — Канада (3,61 %; 5660 т), Таджикистан (3,42 %; 5370 т) и Боливия (3,17 %; 4980 т). Всего в 2010 году в мире было произведено 196 484 тонн сурьмы (из которых вторичное производство составляло 39 540 тонн)[12].
В 2010 году официальное производство сурьмы в Китае снизилось по сравнению с 2006—2009 годами и в ближайшее время вряд ли увеличится, согласно отчёту Roskill[12].
В России крупнейший производитель сурьмы — холдинг GeoProMining (6500 тонн в 2010 году), который занимается добычей и обработкой сурьмы на принадлежащих ему производственных комплексах «Сарылах-Сурьма» и «Звезда» в Республике Саха (Якутия)[13].
Резервы
правитьСогласно статистическим данным Геологической службы США:
Страна | Резервы | % |
---|---|---|
Китай | 950 000 | 51,88 |
Россия | 350 000 | 19,12 |
Боливия | 310 000 | 16,93 |
Таджикистан | 50 000 | 2,73 |
ЮАР | 21 000 | 1,15 |
Другие (Канада/Австралия) | 150 000 | 8,19 |
Всего в мире | 1 831 000 | 100,0 |
Изотопы
правитьПриродная 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
правитьЭтот раздел не завершён. |
Полная электронная конфигурация атома сурьмы: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p3.
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][15]. В отличие от большинства других металлов, при переходе в твердое состояние из расплава (кристаллизации) расширяется[16].
Примесь сурьмы понижает точки плавления и кристаллизации свинца, а сам сплав при переходе в твердое состояние несколько расширяется в объёме. В сравнении со своими гомологами по группе — мышьяком и висмутом, для которых тоже характерно наличие как металлических, так и неметаллических свойств, металлические свойства сурьмы слегка преобладают над неметаллическими, в то время как у мышьяка в большей степени выражены свойства неметалла, а у висмута — напротив, металлические свойства.
Химические свойства
правитьСо многими металлами образует интерметаллические соединения — антимониды. Основные валентные состояния в соединениях: III и V.
Окисляющие концентрированные кислоты активно взаимодействуют с сурьмой.
- серная кислота превращает сурьму в сульфат сурьмы(III) с выделением сернистого газа:
- азотная кислота переводит сурьму в сурьмяную кислоту (условная формула ):
Сурьма растворима в царской водке:
Сурьма легко реагирует с галогенами:
- с иодом в инертной атмосфере при незначительном нагревании:
- с хлором, в зависимости от температуры, образует хлорид сурьмы(III) или хлорид сурьмы(V) :
Получение
правитьОсновной способ получения сурьмы — обжиг сульфидных руд с последующим восстановлением оксида углём[17]:
Применение
правитьСурьма 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 (как правило, сплав олова, меди и сурьмы; или свинца, олова, меди и сурьмы; или цинка, сурьмы и свинца, в зависимости от марки и назначения. Баббит содержит твёрдые кубические интерметаллические кристаллы, образованные реакцией сурьмы при сплавлении с другими компонентами, рассеянные в мягком (олово или свинец) металле), обладающий антифрикционными свойствами и использующийся в подшипниках скольжения. Также сурьма 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(III) является одним из ингредиентов в спичечных головках.
Природный сульфид сурьмы(III), 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.
Сурьма также используется в производстве боеприпасов[18], в частности, капсюлей[19].
Электроника
правитьВходит в состав некоторых припоев. Также может использоваться в качестве легирующей примеси к полупроводникам (донор электронов для кремния и германия).
Термоэлектрические материалы
правитьТеллурид сурьмы(III) применяется как компонент термоэлектрических сплавов (термо-ЭДС 150—220 мкВ/К) с теллуридом висмута.
Биологическая роль и воздействие на организм
правитьСурьма токсична. Относится к микроэлементам. Её содержание в организме человека составляет 10−6 % по массе. Постоянно присутствует в живых организмах, физиологическая и биохимическая роль до конца 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-му классу опасности, имеет ПДК 0,005 мг/л[20], установленную 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[21].
Примечания
править- ↑ 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. — Vol. 85, no. 5. — P. 1047—1078. — doi:10.1351/PAC-REP-13-03-02. Архивировано 5 февраля 2014 года.
- ↑ Antimony: electronegativities (англ.). WebElements. Дата обращения: 15 июля 2010. Архивировано 7 мая 2010 года.
- ↑ 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.
- ↑ WebElements Periodic Table of the Elements | Antimony | crystal structures . Дата обращения: 10 августа 2010. Архивировано 24 июля 2010 года.
- ↑ Фасмер М. Этимологический словарь русского языка. — Прогресс. — М., 1964–1973. — Т. 3. — С. 809. Архивировано 16 января 2014 года.
- ↑ Walde A., Hofmann J. B. Lateinisches etymologisches Wörterbuch. — Heidelberg: Carl Winter’s Universitätsbuchhandlung, 1938. — S. 591.
- ↑ Lavoisier, Antoine. Traité Élémentaire de Chimie, présenté dans un ordre nouveau, et d'après des découvertes modernes (фр.). — Paris: Cuchet, Libraire, 1789. — С. 192. Архивировано 15 декабря 2015 года.
- ↑ Венецкий, 1980, с. 39.
- ↑ J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. I, 1965
- ↑ Месторождение сурьмы . Дата обращения: 21 сентября 2010. Архивировано 5 апреля 2011 года.
- ↑ Категория: Месторождения сурьмы — wiki.web.ru . Дата обращения: 21 сентября 2010. Архивировано 17 августа 2013 года.
- ↑ 1 2 Study of the Antimony market by Roskill Consulting Group . Дата обращения: 9 апреля 2012. Архивировано из оригинала 18 октября 2012 года.
- ↑ GeoProMining: Sarylakh-Surma, Zvezda . Дата обращения: 9 апреля 2012. Архивировано из оригинала 1 мая 2012 года.
- ↑ Antimony Uses, Production and Prices Primer . Дата обращения: 9 апреля 2012. Архивировано из оригинала 25 октября 2012 года.
- ↑ Глинка Н. Л. «Общая химия», — Л. Химия, 1983г
- ↑ 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.
- ↑ 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.
- ↑ https://www.defensenews.com/congress/budget/2022/06/08/the-us-is-heavily-reliant-on-china-and-russia-for-its-ammo-supply-chain-congress-wants-to-fix-that/
- ↑ «США рискуют остаться без патронов из-за такой мелочи, как сурьма» - Газета.Ru
- ↑ ГН 2.1.5.1315-03 ПДК химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования
- ↑ Алексеев А. И. и др. «Критерии качества водных систем», — СПб. ХИМИЗДАТ, 2002г
Литература
правитьВенецкий С.И. Случай в Штальгаузенском монастыре (Сурьма) // О редких и рассеянных (Рассказы о металлах) . — Москва: Металлургия, 1980. — 184 с. — 200 000 экз.