Мышьяк, висмут и сурьма

Гидроксид сурьмы(III), сурьмянистая кислота, получается в виде белого осадка при действии щелочей на соли сурьмы(III):

SbCl₃ + 3NаОН = Sb (OH)₃ +3NaCl

Осадок легко растворяется как в избытке щелочи, так и в кислотах. При стоянии даже в воде легко переходит в кристаллический Sb₂O₃.

Сурьмяная кислота, существует в растворе в нескольких формах, например гексагидроксосурьмяная: H[Sb(OH)₆]. При осаждении получают гель с переменным содержанием воды, при длительном высушивании - нерастворимую метасурьмяную кислоту HSbO3. Соли сурьмяной кислоты называются антимонатами.

Стибин, или гидрид сурьмы, SbH₃ - ядовитый газ, образующийся в тех же условиях, что и арсин. При нагревании он еще легче, чем арсин, разлагается на сурьму и водород. Сурьма образует соединения с металлами - антимониды, которые можно рассматривать как продукты замещения водорода в стибине атомами металла. В этих соединениях сурьма, как и в SbH₃, имеет степень окисления -3. Некоторые из антимонидов, в частности AlSb, GaSb и InSb, обладают полупроводниковыми свойствами и используются в электронной промышленности.

Соли сурьмы (III), в водном растворе подвергаются гидролизу с образованием основных солей:

SbCl₃ + 2H2O = Sb(OH)₂Cl

Образующаяся основная соль неустойчива и разлагается с отщеплением молекулы воды:

Sb(OH)₂Cl = SbOCl + H₂O

В соли SbOCl группа SbO играет роль одновалентного металла; эту группу называют антимонилом. Полученная соль называется или хлоридом антимонила, или оксохлоридом сурьмы.

Пентахлорид сурьмы SbCl₅ дымящая на воздухе жидкость, растворим в воде с гидролизом. Применение: хлорирующий агент, катализатор полимеризации.

Сульфиды сурьмы Sb₂S₃ и Sb₂S₅ по свойствам аналогичны сульфидам мышьяка. Они представляют собой вещества оранжево-красного цвета, растворяющиеся в сульфидах щелочных металлов и аммония с образованием тиосолей. Сульфиды сурьмы используются при производстве спичек и в резиновой промышленности, компоненты пиротехнических составов.

Физические и химические свойства

Сурьма известна в кристаллической форме и трех аморфных модификациях (взрывчатая, черная и желтая). По внешнему виду кристаллическая, или серая, сурьма (это ее основная модификация) -- типичный блестящий металл серебристо-белого цвета с легким синеватым оттенком, который тем сильнее, чем больше примесей (чистый элемент в свободном состоянии образует игольчатые кристаллы, напоминающие форму звезд).

При резком охлаждении паров серой сурьмы образуется, так называемая, черная сурьма (плотность 5,3 г/см3), которая при нагреве до 400 °С без доступа воздуха снова переходит в серую сурьму. Черная сурьма обладает полупроводниковыми свойствами. Желтая сурьма образуется при действии кислорода на жидкийстибин SbH₃ и содержит незначительные количества химически связанного водорода. При нагревании, а также при освещении видимым светом желтая сурьма переходит в черную сурьму. Взрывчатая сурьма внешне похожа на графит (плотность 5,64--5,97 г/см3) взрывается при ударе и трении. Данная модификация образуется при электролизе раствора SbCl₃ в соляной кислоте при малой плотности тока, содержит связанный хлор. Взрывчатая сурьма при растирании или ударе с взрывом превращается в металлическую сурьму.

Однозначно утверждать, что сурьма -- металл, нельзя. Еще средневековые алхимики причислили ее (впрочем, как и некоторые истинные металлы: цинк и висмут, например) к группе «полуметаллов», ведь они хуже ковались, а ковкость считалась основным признаком металла, кроме того, по алхимическим представлениям, каждый металл был связан с каким-либо небесным телом. К тому моменту все известные небесные тела были уже распределены (Солнце связывали с золотом, Луна олицетворяла серебро, Меркурий -- ртуть, Венера -- медь, Марс -- железо, Юпитер -- олово и Сатурн -- свинец), следовательно, самостоятельных металлов, по мнению алхимиков, больше не существовало.

Как оказалось позже -- частично средневековые химики были правы, что подтверждается анализом ряда физических и химических свойств сурьмы. В отличие от большинства металлов, сурьма, во-первых, очень хрупка и легко истирается в порошок (это легко сделать в фарфоровой ступке фарфоровым пестиком), а во-вторых, значительно хуже проводит электричество и тепло (при 0 °C ее электропроводность составляет лишь 3,76 % электропроводности серебра). В то же время, кристаллическая сурьма имеет характерный металлический блеск, выше 310 °С становится пластичной, кроме того, монокристаллы высокой чистоты тоже пластичны. С серной кислотой сурьма образует сульфат Sb₂(SO₄)₃ и тем самым утверждает себя в металлическом качестве, а азотная кислота окисляет сурьму до высшего оксида, образующегося в виде гидратированного соединения xSb₂O₅*уН₂О, доказывая ее характер неметалла. Получается, что металлические свойства выражены у сурьмы довольно слабо, однако и свойства неметалла присущи ей далеко не в полной мере.

В своих соединениях сурьма обнаруживает большое сходство с мышьяком, однако отличается от него более сильно выраженными металлическими свойствами, проявляет главным образом степени окисления +5, +3 и -3. Вообще, в химическом отношении пятьдесят первый элемент малоактивен -- на воздухе при комнатной температуре металлическая сурьма устойчива, начинает окисляться лишь при температурах близких к точке плавления (~600 °С) с образованием оксида сурьмы (III), или сурьмянистого ангидрида -- Sb₂O₃:

4Sb + 3O₂ > 2Sb₂O₃

выше температуры плавления сурьма загорается. Оксид сурьмы (III) -- типичный амфотерный оксид с некоторым преобладанием основных свойств, нерастворим, образует минералы. Реагирует со щелочами и кислотами, причем в сильных кислотах, например серной и соляной, оксид сурьмы (III) растворяется с образованием солей сурьмы (III), в щелочах с образованием солей сурьмянистой H3SbO3 или метасурьмянистой HSbO2 кислоты:

Sb₂O₃ + 2NaOH > 2NaSbO₂ + Н₂О

Sb₂O₃ + 6HCl > 2SbCl₃ + 3H₂O

При нагревании Sb₂O₃ выше 700 °C в кислороде образуется оксид состава Sb₂O₄:

2Sb₂O₃ + O₂ > 2Sb₂O₄

Sb₂O₄ одновременно содержит трех- и пятивалентную сурьму. В его структуре соединены друг с другом октаэдрические группировки [Sb(III)O₆] и [Sb(V)O₆]. Этот окисел сурьмы самый устойчивый.

Измельченная порошкообразная сурьма горит в атмосфере хлора, пятьдесят первый элемент активно реагирует и с другими галогенами, образуя галогениды сурьмы. С азотом и водородом у металлической сурьмы реакции не возникает, также как с кремнием и бором, углерод незначительно растворяется в расплавленной сурьме. С серой, фосфором, мышьяком и со многими металлами сурьма соединяется при сплавлении. Соединяясь с металлами, сурьма образует антимониды, например, антимонид олова SnSb, никеля Ni₂Sb₃, NiSb, Ni₅Sb₂ и Ni₄Sb. Антимониды можно рассматривать как продукты замещения водорода в стибине (SbН₃) атомами металла. Некоторые антимониды, в частности AlSb, GaSb, InSb, обладают полупроводниковыми свойствами.

Сурьма устойчива по отношению к воде и разбавленным кислотам. Так, например, в соляной кислоте и в разбавленной серной кислоте сурьма не растворяется. Не реагирует она и с фтористоводородной и плавиковой кислотами. Однако концентрированные соляная и серная кислоты медленно растворяют сурьму с образованием хлорида SbCl₃ и сульфата Sb₂(SO₄)₃. С концентрированной азотной кислотой образуется плохо растворимая в-сурьмяная кислота HSbO₃:

3Sb + 5HNO₃ > 3HSbO₃ + 5NO + H₂O

Сурьма легко растворяется в царской водке, в смеси азотной и винной кислот. Растворы щелочей и NH₃ на сурьму не действуют, расплавленные щелочи растворяют сурьму с образованием антимонатов.

При нагревании с нитратами или хлоратами щелочных металлов порошкообразная сурьма со вспышкой образует соли сурьмяной кислоты. Практический интерес представляют труднорастворимые соли сурьмяной кислоты -- антимонаты (MeSbO₃*3H₂O, где Me -- Na, К) и соли не выделенной метасурьмянистой кислоты -- метаантимониты (MeSbO₂*3H₂O), обладающие восстановительными свойствами. Антимонаты (III) щелочных металлов, в особенности калия, растворимы в воде, в отличие от остальных антимонатов. При нагревании на воздухе окисляются до антимонатов (V). Известны метаантимонаты (III), например КSbО2, ортоантимонаты (III), как Na₃SbO₃, и полиантимонаты, например NaSb₅O₈, Na₂Sb₄O₇. Для редкоземельных элементов характерно образование ортоантимонатов LnSbO₃, а также Ln₃Sb₅O₁₂. Антимонаты никеля, марганца -- катализаторы в органическом синтезе (реакции окисления и поликонденсации), антимонаты редкоземельных элементов -- люминофоры.

Из наиболее важных соединений сурьмы, кроме выше описанного оксида (III) выделяют также: гидрид (стибин) SbН₃ -- бесцветный ядовитый газ, образующийся действием HCl на антимониды магния или цинка или солянокислого раствора SbCl₃ на NaBH₄. Стибин медленно разлагается при комнатной температуре на сурьму и водород, процесс значительно ускоряется при нагреве до 150 °C; он легко окисляется, горит на воздухе; мало растворим в воде; используют для получения сурьмы высокой чистоты. Другое важное соединение пятьдесят первого элемента -- оксид сурьмы (V) или сурьмяный ангидрид, Sb₂O₅ (желтые кристаллы, растворяется в воде, образуя сурьмяную кислоту) обладает главным образом кислотными свойствами.

Заключение

В заключение хочется отметить, что соединения v группы побочной подгруппы-мышьяк, сурьма и висмут изучены недостаточно точно, но области их применения весьма разнообразны. Так неорганические и органические производные мышьяка применяют в сельском хозяйстве для борьбы с вредными насекомыми и грызунами, а в медицине в качестве лекарственных препаратов. Арсениды галлия и р-элементов используются в электронике как полупроводниковые материалы. Сурьму и висмут применяют в составе разнообразных сплавов для придания им специфических физических и химических свойств. Так олово, содержащее небольшие количества сурьмы, устойчиво к «оловянной чуме», а присадки сурьмы в свинце повышают его коррозионную стойкость. Сурьма и висмут входят в состав многих легкоплавких сплавов (припоев). Оксиды элементов находят применение в производстве керамики и стекла. Галогениды мышьяка и сурьмы применяют как катализаторы при получении многих органических веществ.

Физиологическая роль сурьмы, очевидно, подобна мышьяку.

Сурьму и висмут относят к той группе микроэлементов, которые постоянно находятся в живых организмах, но физиологическая и биохимическая роль которых практически не выяснена.

В относительно больших дозах данные соединения очень ядовиты, но все же в не больших количествах эти элементы оказывают на организм благоприятное воздействие. Кроме того, мышьяк является жизненно необходимым веществом для организма.

Значение этих веществ изучено не до конца, разрабатываются методы изучения и применения этих элементов в медицинской сфере, их биологическую роль предстоит выяснить.

Литература

1.Википедия-свободная энциклопедия. Висмут

2.Википедия-свободная энциклопедия. Мышьяк

3.Википедия-свободная энциклопедия. Сурьма

4.Влияние висмута на организм и жизнь человека http://www.bestreferat.ru

5. Глембоцкий В. А., Соколов Е. С, Соложенкин П. М. Висмут: Обогащение висмутсодержащих руд, М, 2001.

6. Глинка Н. Л. Общая химия. - Л.: Химия, 2004. - 702 с.

7. Зеликман А.Н., Коршунов Б.Г. Металлургия редких металлов. - М.: Металлургия, 2002.

КЛИНИЧЕСКАЯ ФАРМАКОЛОГИЯ 53-я ЛЕКЦИЯ. Препараты Сурьмы (Antimonium)

8. Кнунянц И. Л. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. -- М, 2000.-- Т. 1. -- С. 379-380. -- 623 с. -- 100 000 экз.

Мышьяк и его свойства. http://otherreferats.allbest.ru

9. Некрасов Б. В. Основы общей химии т.1. - М.: Химия, 2006.

10. Определение малых концентраций элементов. Под ред. Ю. Ю. Лурье. - М.: Наука, 200.

11.Самсонов Г. В., Абдусалямова М. Н., Черногоренко В. Б. Металлургия висмута, А.-А., 2010.

Сурьма i-Think.ru

12.Федоров П.И. Висмутиды, К., 2007.

13.Химия и технология редких и рассеянных элементов. Ч. ІІІ. - М.: Высшая школа, 2001, - 320 с.

14 Химия: Справочное издание/ под ред. В. Шретер, К.-Х, Лаутеншлегер, Х. Бибрак и др.: Пер. с нем. - М.: Химия, 2003.- 648 с.

15. Ягодин Г.А., Синегрибова О.А., Чекмарев А.М. Технология редких металлов в атомной технике. - М.: Атомиздат, 2010.

Приложения

Сравнительная таблица

Размещено на Allbest.ru