Сурьма металл. Свойства сурьмы

№51 Сурьма

Сурьма металл. Свойства сурьмы

Сурьмяный блеск был известен еще в древности; его применяли для окраски в черный цвет бровей и ресниц. Римляне называли его – stibium. Впоследствии ему было дано название (вероятно, заимствованное с арабского) antimonium, которое в дальнейшем стали применять и к самому металлу, получаемому из руды.

Живший в XV столетии бенедиктинский монах Василий Валентин подробно описал в своей “Триумфальной колеснице антимония” приготовление металлической сурьмы, а также бывшие тогда уже в употреблении ее сплавы, например сплав со свинцом для отливки типографского шрифта, и значительное число препаратов сурьмы.

В иатрохимический период развития химии препараты сурьмы принадлежали к числу самых распространенных средств лечения, среди них и “вечные” пилюли из металлической сурьмы. В качестве рвотного средства применяли вино, выдержанное некоторое время в чашах из сурьмы. В настоящее время медицина использует сурьмяные препараты только в ограниченном количестве.

Однако недавно синтезированные органические соединения, содержащие сурьму, приобрели большое значение как специфические средства от некоторых тропических болезней.

Получение:

Важнейший природный минерал – антимонит, Sb2S3. Сурьму получают либо сплавлением сульфида с железом (метод вытеснения)Sb2S3 + 3Fe = 2Sb + 3FeS,
либо обжигом сульфида и восстановлением полученной четырехокиси сурьмы углем (метод обжига – восстановления) Sb2S3 + 5O2 = Sb2O4 + 3SO2
Sb2O4 + 4C = 2Sb + 4CO.

Физические свойства:

В свободном состоянии сурьма образует серебристо-белые кристаллы, обладающие металлическим блеском и имеющие плотность 6,68 г/см3. Напоминая по внешнему виду металл, кристаллическая сурьма отличается хрупкостью и значительно хуже проводит тепло и электрический ток, чем обычные металлы. Кроме кристаллической сурьмы, известны и другие ее аллотропические видоизменения.

Химические свойства:

На воздухе при комнатной температуре металлическая сурьма устойчива, выше температуры плавления – загорается. С хлором порошкообразная сурьма взаимодействует со вспышкой. С серой, фосфором, мышьяком и со могими металлами сурьма соединяется при сплавлении.

В соляной кислоте и в разбавленой серной кислоте сурьма не растворяется, в горячей концентрированной серной кислоте образует сульфат сурьмы. В азотной кислоте, в зависимости от ее концентрации, сурьма растворяется с образованием оксида сурьмы(III) или (V).

При нагревании с нитратами или хлоратами щелочных металлов порошкообразная сурьма со вспышкой образует соли сурьмяной кислоты.

В соединениях проявляет степени окисления -3, +3 и +5.

Важнейшие соединения:

Оксид сурьмы(III), или сурьмянистый ангидрид, Sb2O3 – типичный амфотерный оксид с некоторым преобладанием основных свойств. Нерастворим, образует минералы. В сильных кислотах, например серной и соляной, оксид сурьмы (III) растворяется с образоваием солей сурьмы (III), в щелочах с образованием солей сурьмянистой H3SbO3 или метасурьмянистой HSbO2 кислоты.

Например:
Sb2O3 + 2NaOH = 2NaSbO2 + Н2О
Оксид сурьмы(V) или сурьмяный ангидрид, Sb2O5 обладает главным образом кислотными свойствами; желтые кристаллы, растворяется в воде, образуя сурьмяную кислоту, пигмент для керамики.
Оксид сурьмы(IV) Sb2O4 образуется при нагревании на воздухе до 800-900° оксида сурьмы(III) или (V).

Белый, едва растворимый в воде порошок, при очень сильном нагревании отщепляет кислород с образованием оксида сурьмы(III). Согласно рентгеноструктурным исследованиям, соответствует двойному оксиду сурьмы(III) и (V) или ортоантнмонату трехвалентной сурьмы SbIIISbVO4.Легко восстанавливается углем до металла.

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)2ClОбразующаяся 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.

Применение:

Сурьму вводят в некоторые сплавы для придания им твердости. Сплав, состоящий из сурьмы, свинца и небольшого количества олова, называется типографским металлом или гартом и служит для изготовления типографского шрифта.

Из сплава сурьмы со свинцом (от 5 до 15% Sb) изготовляют пластины свинцовых аккумуляторов, листы и трубы для химической промышленности, подшипники скольжения. Кроме того, сурьму применяют как добавку к германию для придания ему определенных полупроводниковых свойств.

Мировое производство (без СССР) – около 70 тысяч т/год (1977).

Сурьма и ее производные токсичны. ПДК 0,1-0,5 мг/м3.

См. также:

Источник: http://www.kontren.narod.ru/x_el/info51.htm

Производство и переработка сурьмы

Сурьма металл. Свойства сурьмы

Сурьма представляет собой полуметалл, имеющий серебристо-белый окрас с синеватым оттенком. В периодической системе химических элементов сурьме присвоен 51 номер.

Стоит отметить, что сегодня известно существование четырех металлических аллотропных модификаций сурьмы, зависящих от давления.

Кроме этого, в природе сурьма может встречаться, кроме стандартной кристаллической формы, еще в трех аморфных модификациях:

  • взрывчатая сурьма, образование которой происходит в результате электролиза соединения SbCI3 в соляно-кислой среде. Однако, во время удара или прикосновения происходит взрыв, который возвращает вещество в его обычное состояние;
  • желтая сурьма образуется в результате реакции молекул кислорода с одной стороны и соединения водорода и сурьмы (SbH3) с другой;
  • черная сурьма. Получить данное вещество можно, если пары желтой сурьмы подвергнуть резкому охлаждению.

Таблица 1. Свойства сурьмыХарактеристикаЗначение
Свойства атома
Название, символ, номерСурьма́ / Stibium (Sb), 51
Атомная масса (молярная масса)121,760(1)[1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация[Kr] 4d10 5s2 5p3
Радиус атома    159 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус140 пм
Радиус иона(+6e)62 (−3e)245 пм
Электроотрицательность    2,05 [2] (шкала Полинга)
Электродный потенциал0
Степени окисления5, 3, −3
Энергия ионизации (первый электрон)833,3 (8,64) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)6,691 г/см³
Температура плавления    903,9 K
Температура кипения1908 K
Уд. теплота плавления    20,08 кДж/моль
Уд. теплота испарения195,2 кДж/моль
Молярная теплоёмкость    25,2[3] Дж/(K·моль)
Молярный объём    18,4 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решёткитригональная
Параметры решёткиahex=4,307; chex=11,27[4]
Отношение c/a    2,62
Температура Дебая200 K
Прочие характеристики
Теплопроводность(300 K) 24,43 Вт/(м·К)
Номер CAS7440-36-0

Месторождения сурьмы

Среднее содержания вещества в земной коре составляет порядка 500 мг/т. Она входит в состав как  осадочных, так и в изверженных пород. Однако, в последних ее содержание существенно ниже.

Если говорить о содержании сурьмы в осадочных породах, то максимальным ее содержанием отличаются глинистые сланцы (1,2 г/т), бокситы (2 г/т) и фосфориты (2 г/т). Меньше всего сурьмы содержится в известняках и песчаниках (0,3 г/т). Угольная зола также имеет повышенное содержание вещества.

Сурьма в природных соединениях проявляет металлические свойства и выступает халькофильным элементом, образуя антимонит.

Однако, ей также присущи свойства металлоида, которые проявляются при формировании разных сульфосолей, таких как бурнонит, буланжерит, тетраэдрит, джемсонит, пиаргирит и многих других. Соединения сурьмы с медью, мышьяком и палладием характеризуются, как интерметаллические.

Залежи сурьмы найдены на территории многих стран, среди которых ЮАР, Алжир, Азербайджан, Таджикистан, Болгария, Россия, Финляндия, Казахстан, Сербия, Киргизия.

Также производство сурьмы осуществляется в Чехии, Словакии, Боливии, Мексики, Японии. Однако, максимальное количество залежей сурьмы находится на территории Китая, которому принадлежит первое место в мире.

В стране локализировано порядка 52% сурьмы от мирового запаса.

Получение сурьмы

Основным материалом для получения вещества являются сурьмяные руды.

Они представляют собой образования, состоящие, главным образом, из различных минералов и сурьмы в том объеме, при котором извлечение чистого вещества будет выгодным с экономической точки зрения.

В зависимости от процентного содержания основного вещества, сурьмяная руда подразделяется на очень богатую, богатую, обыкновенную и бедную. Таким образом, в составе руды может находится от 2% до 50% сурьмы.

Кроме этого, руды также классифицируются в соответствии с составом. Из них выделяют:

  • сульфидные, в которых около 70% от общей массы приходится на антимонит Sb2S3;
  • сульфидно-оксидные. Данный тип руд содержит около 50% сурьмы в оксидах;
  • оксидные. сурьмы в таких рудах превышает 50% всей рудной массы в соединениях оксида сурьмы.

Богатые руды являются наиболее выгодным источником добычи сурьмы. Из них получают концентрат вещества, после чего он отправляется в плавильную печь.

Обычные и бедные руды для получения сурьмы не подходят с экономической точки зрения.

Этот процесс является невыгодным, поскольку руда нуждается в обогащении, после которого переработка сурьмы осуществляется двумя способами: пирометаллургическим и гидрометаллургическим.

Пилометаллургический способ включает в себя два процесса – осадительный и восстановительный. При первом процессе за основу берутся сульфидные руды, которые плавятся при 1300 – 1400 0С. В случае восстановительной плавки используется древесный уголь или коксовая пыль, с помощью которых оксид сурьмы восстанавливается до металла.

К гидрометаллургическому методу относится два процесса. Они заключаются в обработке руды с ее переводом в состояние раствора, после чего извлечение металла осуществляется из раствора.

Применение сурьмы

Чистый вид сурьмы представляет собой металл, имеющий очень повышенную хрупкость. Однако, металл можно сделать более твердым путем соединения сурьмы с другими металлами.

При этом в обычных условиях процесс окисления не происходит. Благодаря такому уникальному свойству, сурьма является очень востребованной в промышленности.

Ее добавляют ко множеству сплавов, количество которых превышает 200.

Так, сурьма является неотъемлемым компонентом сплавов, из которых производятся подшипники. Ее процентное содержание в них может находиться в пределах 4-15%, но ни процентом более, так как избыток сурьмы приводит к ломкости металлов. Подобные сплавы активно используются для строения танков, автомобилей, железнодорожного транспорта.

Сурьма обладает еще одним удивительным свойством, которое состоит в ее способности расширяться во время затвердевания. Данное свойство лежит в основе сплава свинца, сурьмы и олова в отношении 82%:15%:3% соответственно.

Этот сплав имеет название «типографский», поскольку им отлично наполняются формы для разных видов шрифтов и делаются четкие оттиски.

В данном случае сурьма сыграла в сплаве роль по увеличению ударной стойкости и износостойкости.

Данный металл также может выступать в качестве легирующего элемента. Как правило, она используется для легирования свинца. Такой свинец активно применяется в машиностроении для производства аккумуляторных пластин, труб, желобов, которые являются элементами транспортировки различных жидкостей в технике.

Сурьма в сплаве с цинком дает неорганическое соединение, которое имеет свойства полупроводника. Благодаря этому сплав может быть применен в транзисторах, тепловизорах, инфракрасных детекторах.

Промышленное использование является не единственным применением сурьмы. Вещество также применяется в косметологии и медицине.

Например, сурьма по настоящее время является незаменимым лечебным средством для глаз, а также она входит в состав красок, которыми девушки окрашивают брови и ресницы.

Однако, с лечебными свойствами сурьмы следует быть крайне осторожным, так как есть риск в составе препаратов может находиться некачественно очищенная сурьма, содержащая примеси тяжелых металлов (например, мышьяка), что может быть чревато для здоровья.

Источник: http://mining-prom.ru/cvetmet/surma/proizvodstvo-i-pererabotka-surmy/

Сурьма

Сурьма металл. Свойства сурьмы

Сурьма Свойства атома Химические свойства Термодинамические свойства простого вещества Кристаллическая решётка простого вещества
Атомный номер 51
Внешний вид простого вещества металл серебристо-белого цвета
Атомная масса (молярная масса) 121,760 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома 159 пм
Энергия ионизации (первый электрон) 833,3 (8,64) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация [Kr] 4d10 5s2 5p3
Ковалентный радиус 140 пм
Радиус иона (+6e)62 (-3e)245 пм
Электроотрицательность (по Полингу) 2,05
Электродный потенциал 0
Степени окисления 5, 3, −3
Плотность 6,691 г/см³
Молярная теплоёмкость 25,2[1] Дж/(K·моль)
Теплопроводность 24,43 Вт/(м·K)
Температура плавления 903,9 K
Теплота плавления 20,08 кДж/моль
Температура кипения 1908 K
Теплота испарения 195,2 кДж/моль
Молярный объём 18,4 см³/моль
Структура решётки тригональная
Параметры решётки 4,510 Å
Отношение c/a n/a
Температура Дебая 200,00 K
Sb 51
121,760
[Kr]4d105s25p3
Сурьма

Сурьма — элемент главной подгруппы пятой группы пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, атомный номер 51. Обозначается символом Sb (лат. Stibium). Простое вещество сурьма (CAS-номер: 7440-36-0) — металл (полуметалл) серебристо-белого цвета с синеватым оттенком, грубозернистого строения. Известны четыре металлических аллотропных модификаций сурьмы, существующих при различных давлениях, и три аморфные модификации.

Историческая справка

Сурьма известна с глубокой древности. В странах Востока она употреблялась примерно за 3000 лет до н. э. для изготовления сосудов. В Древнем Египте уже в 19 в. до н. э. порошок сурьмяного блеска (природный Sb2S3) под названием mesten или stem применялся для чернения бровей.

В Древней Греции он был известен как stími и stíbi, отсюда латинский stibium. Около 12—14 вв. н. э. появилось название antimonium. В 1789 А.

Лавуазье включил сурьму в список химических элементов под названием antimoine (современный английский antimony, испанский и итальянский antimonio, немецкий Antimon).

Русская «сурьма» произошло от турецкого sürme; им обозначался порошок свинцового блеска PbS, также служивший для чернения бровей (по другим данным, «сурьма» — от персидского «сурме» — металл). Подробное описание свойств и способов получения сурьмы и её соединений впервые дано алхимиком Василием Валентином (Германия) в 1604.

Нахождение в природе

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

Изотопы сурьмы

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

Пороговая энергия для реакций с высвобождением нейтрона (1-го):
121Sb — 9,248 Мэв
123Sb — 8,977 Мэв
125Sb — 8,730 Мэв

Физические и химические свойства

Сурьма в свободном состоянии образует серебристо-белые кристаллы с металлическим блеском, плостность 6,68 г/см³. Напоминая внешним видом металл, кристаллическая сурьма обладает большей хрупкостью и меньшей тепло- и электропроводностью.

Применение

Сурьма всё больше применяется в полупроводниковой промышленности при производстве диодов, инфракрасных детекторов, устройств с эффектом Холла. В виде сплава этот металлоид существенно увеличивает твёрдость и механическую прочность свинца.
Используется:

— батареи — антифрикционные сплавы — типографские сплавы — стрелковое оружие и трассирующие пули — оболочки кабелей — спички — лекарства, противопротозойные средства — пайка отдельные бессвинцовые припои содержат 5 % Sb

— использование в линотипных печатных машинах

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

Природный сульфид сурьмы, стибнит, использовали в библейские времена в медицине и косметике. Стибнит до сих пор используется в некоторых развивающихся странах в качестве лекарства. Соединения сурьмы — меглюмина антимониат (глюкантим) и натрия стибоглюконат (пентостам), применяются в лечении лейшманиоза.

Физические свойства

Обыкновенная сурьма это серебристо-белый с сильным блеском металл. В отличие от большинства других металлов, при застывании расширяется.

Sb понижает точки плавления и кристаллизации свинца, а сам сплав при отвердении несколько расширяется в объёме.

Вместе с оловом и медью сурьма образует металлический сплав — Баббит, обладающий антифрикционными свойствами(использование в подшипниках).Также Sb добавляется к металлам, предназначенным для тонких отливок.

Электроника

Входит в состав некоторых припоев

Ядерная энергетика, ядерное оружие

Важное значение в ядерной технологии имеют некоторые изотопы сурьмы, и в частности в технологии ядерных вооружений имеет пироантимонат ртути (оксистибат) с соответствующим изотопным составом (послужившее в значительной степени распространению легенд о так называемой «красной ртути». Особенность этого вещества состоит в том что оно является своего рода многофункциональным ядерным катализатором (коэффициент размножения нейтронов 7—9) и должно очень строго учитываться любой страной ввиду угрозы ядерного терроризма.

Цены

Цены на металлическую сурьму в слитках чистотой 99 % составили около 5,5 долл/кг.

Термоэлектрические материалы

Теллурид сурьмы применяется как компонент термоэлектрических сплавов (термо-э.д.с 100—150 мкВ/К) с теллуридом висмута.

Биологическая роль и воздействие на организм

Сурьма относится к микроэлементам. Её содержание в организме человека составляет 10–6% по массе. Постоянно присутствует в живых организмах, физиологическая и биохимическая роль не выяснена. Сурьма проявляет раздражающее и кумулятивное действие.

Нaкапливается в щитовидной железе, угнетает её функцию и вызывает эндемический зоб. Однако, попадая в пищеварительный тракт, соединения сурьмы не вызывают отравления, так как соли Sb(III) там гидролизуются с образованием малорастворимых продуктов. При этом соединения сурьмы (III) более токсичны чем сурьмы (V).

Пыль и пары Sb вызывают носовые кровотечения, сурьмяную «литейную лихорадку», пневмосклероз, поражают кожу, нарушают половые функции. Порог восприятия привкуса в воде — 0,5 мг/л. Смертельная доза для взрослого человека — 100 мг, для детей — 49 мг.

Для аэрозолей сурьмы ПДК в воздухе рабочей зоны 0,5 мг/м3, в атмосферном воздухе 0,01 мг/м3. ПДК в почве 4,5 мг/кг. В питьевой воде сурьма относится ко 2 классу опасности, имеет ПДК 0,005 мг/л, установленное по санитарно-токсикологическому ЛПВ. 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.

Дополнительная информация

Антимоний

Источник: http://himsnab-spb.ru/article/ps/sb

Сурьма — что это за металл

Сурьма металл. Свойства сурьмы

Сурьма металлическая — 51-й химический элемент в периодической таблице Менделеева, обозначается символом Sb. Это полуметалл с зернистым строением и светлым голубовато-серебристым оттенком. В свободном состоянии представляет собой кристаллы с металлическим блеском.

Сурьма как вещество: физические свойства

Внешне вещество похоже на металл, однако характеризуется меньшей электро- и теплопроводностью. Оно отличается хрупкостью (легко растирается в порошок) и способностью расширяться при застывании.

Элемент существует в четырех модификациях:

  • Кристаллическая, или серая (основная модификация).
  • Черная (аморфная).
  • Взрывчатая (аморфная).
  • Желтая (аморфная).

Кристаллическая сурьма

В основной модификации полуметалл образует игольчатые кристаллы в форме звезд. Чем меньше примесей, тем толще кристаллы. Вещество начинает плавиться при температуре +630,5 ⁰C, закипает — при +1634 ⁰C. Обладает диамагнитностью, т.е. намагничивается против направления внутреннего поля.

Основные свойства вещества:

  • Плотность при стандартных условиях — 6,691 г/см3.
  • Удельная теплоемкость — 0,210 кДж/(кг*К) при температурах от 20 ⁰С до 200 ⁰С.
  • Молярная теплоемкость — 25,2 Дж/(K*моль).
  • Теплопроводность — 17,6 вт/(м*К) при температуре 20 ⁰C.
  • Молярный объем — 18,4 см3/моль.
  • Удельная теплота плавления — 20,08 кДж/моль.
  • Удельная теплота испарения — 195,2 кДж/моль.

В основной модификации металл устойчив при стандартных условиях. Он имеет слоистую структуру.

Черная сурьма

Это аморфная металлическая модификация, которая образуется из кристаллической сурьмы при резком охлаждении паров вещества. Она имеет плотность 5,3 г/см3. Данная неустойчивая модификация в безвоздушном пространстве при нагреве до 400 ⁰С переходит в кристаллическую сурьму.

Желтая сурьма

Чтобы получилась желтая сурьма, требуется воздействие кислорода на сниженный стибин SbH3. Эта модификация содержит небольшой процент химически связанного водорода. Является неустойчивой: переходит в черную сурьму при освещении или нагревании.

Взрывчатая сурьма

Электролиз раствора SbCl3 в соляно-кислой среде приводит к образованию взрывчатой сурьмы. Она имеет плотность от 5,64 до 5,97 г/см3, внешне напоминает графит. При любом прикосновении взрывается и превращается в кристаллическую сурьму.

Сурьма и человек: историческая справка

Этот металл применялся с доисторических времен. При раскопках на территории древнего Вавилона археологи обнаружили сосуды из металлической сурьмы. Изделия датируются 3 тысячелетием до н.э.

Предметы из этого металла также были найдены в Грузии: находки относятся к 1 тысячелетию до н.э. В древности металл использовался в сплаве со свинцом, медью или оловом.

С XIX в. до н.э. в Древнем Египте и странах Азии (Индия, Междуречье и др.) повсеместно применялся «сурьмяный блеск» — черный порошок из соединений полуметалла, который использовался для грима (в основном для чернения бровей).

До конца неизвестно происхождение самого названия. В тюркских языках существует слово surme, которое обозначает «грим, мазь». В персидском «сурме» значит «металл».

Сурьма и организм: несколько слов о биологии

Сурьма относится к макроэлементам и участвует в обменных процессах многих живых организмов. Среднее количество элемента в растениях — 0, 06 мг, в наземных животных — 0,0006 мг, в морских животных — 0,02 мг.

В организме человека содержится не более 0,00001% сурьмы по массе. Она поступает с воздухом, пищей и водой, содержится в щитовидной железе, эритроцитах и плазме крови, печени, почках, костной ткани, селезенке.

В среднем за сутки поступает около 50 мкг и выводится мочой и фекалиями.

До конца не изучены физиологическая и биохимическая функции макроэлемента, поэтому нет достоверных данных о возможных последствиях ее дефицита в организме. При этом установлено, что избыток вещества препятствует белковому, жировому и углеводному обменам.

Если сурьма накапливается в щитовидной железе, она угнетает ее работу и вызывает эндемический зоб. При одноразовом попадании в пищеварительный тракт вызывает рефлекторную рвоту и полностью выводится.

При регулярных поступлениях избыточного количество сурьмы в пищевод возможны заболевания желудочно-кишечного тракта, в том числе язвы.

Токсичные пары металла могут вызвать поражения кожи и носовые кровотечения. В зоне риска — люди, которые работают с этим металлом постоянно: печатники, эмалировщики и др.

В малых дозах макроэлемент применяется в медицине — в основном, в составе отхаркивающих и рвотных средств.

Сурьма как элемент: химические свойства

Металлическая сурьма малоактивна и устойчива на открытом воздухе при нормальных температурах. Начинает окислятся при +630 ⁰С, в результате чего образуется соединение Sb2O3 — оксид сурьмы. Полуметалл не вступает в реакции с водородом, азотом, кремнием и бором, остается устойчивым к воде, а в расплавленном виде незначительно растворяет углерод.

В результате возможных химических реакций образуются следующие вещества:

  • Сульфид сурьмы — при сплавлении с серой.
  • Интерметаллические соединения (антимониды) — при взаимодействии с мышьяком, медью, палладием                               и некоторыми другими металлами.
  • Хлорид сурьмы — при растворении в хлоре.
  • Сульфат сурьмы — при растворении в соляной кислоте.
  • Сурьмяная кислота — в результате реакции с концентрированной азотной кислотой.

Полуметалл растворяется в «царской водке» — смеси винной и азотной кислот.

Сурьма как полезное ископаемое: добыча и производство

Месторождения металлической сурьмы находятся в ЮАР, Китае, Алжире, России, Болгарии, Азербайджане, Киргизии, Сербии, Финляндии, Казахстане, Таджикистане. элемента в земной коре невелико — 500 мг/т. Большая часть вещества сконцентрирована в осадочных породах — бокситах, фосфоритах, глинистых сланцах. Меньше всего ископаемого содержится в песчаниках и известняках.

Более 70% этого металла производится в Китае, а остальные 30% делят Россия, Мьянма, Боливия, Таджикистан, ЮАР, Канада, Австралия и некоторые другие страны.

На территории Китая также находятся самые крупные резервы — более 50% мировых запасов. Около 20% расположено в России, 16% — в Боливии, 3% — в Таджикистане, 1% — в ЮАР, менее 10% рассредоточено по разным странам.

Металлургия

Поскольку сурьма — хрупкий металл, в металлургической промышленности она практически не применяется отдельно. Зато в сплавах она повышает прочность других металлов и препятствует окислению.

Сплав сурьмы, олова и свинца называется «гарт» (в переводе с украинского — «зеркала»). Он на протяжении многих веков используется в типографии для изготовления шрифтов.

В основу положено свойство сурьмы расширяться при затвердевании: благодаря этому сплав более плотно заполняет литейную матрицу. Помимо этого, сурьма повышает износостойкость шрифта.

Гарт также используется для отливки пуль, изготовления кабелей, труб для протока агрессивных жидкостей и др.

Сплав свинца и сурьмы отличается твердостью и устойчивостью к коррозии. Он применяется в химическом машиностроении.

Баббиты (подшипниковые сплавы) широко используются в железнодорожном, автомобильном транспорте и станкостроении. Они содержат сурьму, олово, медь и свинец. Имеют высокую твердость, стойкость к истиранию и коррозии.

Всего существует порядка 200 сплавов различных металлов с сурьмой. В том числе она добавляется к металлам для хрупкой отливки.

Полупроводниковая промышленность

Полуметалл входит в свинцовые сплавы, используется при производстве диодов, ИК детекторов, датчиков Холла и других элементов в полупроводниковой промышленности.

Медицина

Стибнит, природный сульфит сурьмы, в древности применялся в качестве лекарства от паразитов. В некоторых странах его до сих пор добавляют в препараты. Соединения металла применяются для лечения лейшманиозов и глазных заболеваний.

Другие области применения

Оксид сурьмы используют в текстильной промышленности как закрепитель. Он также входит в состав многих эмалей и красок. Пятиокись металла применяется при изготовлении стекла, люминесцентных ламп, резины. Трехсернистая сурьма входит в состав спичек. Металла находит применение в электронике (для некоторых припоев) и в термоэлектрический сплавах.

Источник: https://ferrolabs.ru/blog/surma/

Сурьма Sb химический элемент

Сурьма металл. Свойства сурьмы

Химия Сурьма

О сурьме можно рассказывать много. Это элемент с интересной историей и интересными свойствами:; элемент, используемый давно и достаточно широко; элемент, необходимый не только технике, но и общечеловеческой культуре. Историки считают, что первые производства сурьмы появились на древнем Востоке чуть ли не 5 тыс. лет назад.

В дореволюционной России не было ни одного завода, ни одного цеха, в которых бы выплавляли сурьму. А она была нужна — прежде всего полиграфии (как компонент материала для литер) и красильной промышленности, где и до сих пор применяются некоторые соединения элемента № 51. В начале XX в. Россия ежегодно ввозила из-за границы около тысячи тонн сурьмы.

В начале 30-х годов на территории Киргизской ССР, в Ферганской долине, геологи нашли сурьмяное сырье. В разведке этого месторождения принимал участие выдающийся советский ученый академик Д. И. Щербаков. В 1934 г.

из руд Кадамджайского месторождения начали получать трехсернистую сурьму, а еще через год из концентратов этого месторождения на опытном заводе выплавили первую советскую металлическую сурьму. К 1936 г. производство этого вещества достигло таких масштабов, что страна полностью освободилась от необходимости ввозить его из-за рубежа.

Разработкой технологии и организацией производства советской сурьмы руководили инженеры Н. П. Сажин и С. М. Мельников, впоследствии известные ученые, лауреаты Ленинской премии.

Спустя 20 лет на Всемирной выставке в Брюсселе советская металлическая сурьма была признана лучшей в мире и утверждена мировым эталоном.

История сурьмы и ее названия

Наряду с золотом, ртутью, медью и шестью другими элементами, сурьма считается доисторической. Имя ее первооткрывателя не дошло до нас. Известно только, что,науке не известно, кто скрывается под псевдонимом «Василий Валентин».

Возможно, автор книги «Триумфальная колесница антимония» изображен на этом старинном портрете. Надпись по овалу: «Брат Василий Валентин, монах ордена бенедиктинцев и философ-герметик» (т. е. алхимик)например, в Вавилоне еще за 3 тыс. лет до н. э. из нее делали сосуды.

Латинское название элемента «stibium» встречается в сочинениях Плиния Старшего. Однако греческое «axijk», от которого происходит это название, относилось первоначально не к самой сурьме, а к ее самому распространенному минералу — сурьмяному блеску.В странах древней Европы знали только этот минерал.

В середине века из него научились выплавлять «королек сурьмы», который считали полуметаллом.

Крупнейший металлург средневековья Агрикола (1494—1555) писал: «Если путем сплавления определенная порция сурьмы прибавляется к свинцу, получается типографский сплав, из которого изготовляется шрифт, применяемый теми, кто печатает книги». Таким образом, одному из главных нынешних применений элемента № 51 много веков.

Свойства и способы получения сурьмы, ее препаратов и сплавов впервые в Европе подробно описаны в известной книге «Триумфальная колесница антимония», вышедшей в 1604 г. Ее автором на протяжении многих лет счищен алхимик монах-бенедиктинец Василий Валентин, живший якобы в начале ХУ в.

Однако еще в прошлом веке было установлено, что среди монахов ордена бенедиктинцев такого никогда не бывало. Ученые пришли к выводу, что «Василий Валентин» — это псевдоним неизвестного ученого, написавшего свой трактат не раньше середины XVI в. …

Название «антимоний», данное им природной сернистой сурьме, немецкий историк Липман производит от греческого ocvTepov — «цветок» (по виду сростков игольчатых кристаллов сурьмяного блеска, похожих на цветы семейства сложноцветковых).

Название «антимоний» и у нас и за рубежом долгое время относилось только к этому минералу. А металлическую сурьму в то время называли корольком сурьмы — regulus antimoni. В 1789 г. Лавуазье включил сурьму в список простых веществ и дал ей название antimonie, оно и сейчас остается французским названием элемента № 51. Близки к нему английское и немецкое названия — antimony, Antimon.Есть, правда, и другая версия. У нее меньше именитых сторонников, зато среди них создатель Швейка — Ярослав Гашек….В перерывах между молитвами и хозяйственными заботами настоятель Штальгаузенского монастыря в Баварии отец Леонардус искал философский камень. В одном из своих опытов он смешал в тигле пепел сожженного еретика с пеплом его кота и двойным количеством земли, взятой с места сожжения. Эту «адскую смесь» монах стал нагревать.После упаривания получилось тяжелое темное вещество с металлическим блеском. Это было неожиданно и интересно; тем не менее отец Леонардус был раздосадован: в книге, принадлежавшей сожженному еретику, говорилось, что камень философов должен быть невесом и прозрачен… И отец Леонардус выбросил полученное вещество от греха подальше — на монастырский двор.

Спустя какое-то время он с удивлением заметил, что свиньи охотно лижут выброшенный им «камень» и при /этом быстро жиреют. И тогда отца Леонардуса осенила

Алхимики изображали сурьму и виде волка с открытой частыо гениальная идея: он решил, что открыл питательное вещество, пригодное и для людей. Он приготовил новую порцию «камня жизни», растолок его и этот порошок добавил в кашу, которой питались его тощие братья во Христе.На следующий день все сорок монахов Штальгаузенского монастыря умерли в страшных мучениях.

Раскаиваясь в содеянном, настоятель проклял свои опыты, а «камень жизни» переименовал в антимониум, то есть средство против монахов.За достоверность деталей этой истории ручаться трудно, но именно эта версия изложена в рассказе Я. Гашека «Камень жизни».Этимология слова «антимоний» разобрана выше довольно подробно.

Остается только добавить, что русское название этого элемента — «сурьма» — происходит от турецкого «сюрме», что переводится как «натирание» или «чернение бровей». Вплоть до XIX в. в России бытовало выражение «насурьмить брови», хотя «сурьмили» их далеко не всегда соединениями сурьмы. Лишь одно из них — черная модификация трехсернистой сурьмы — применялось как краска для бровей.

Его и обозначили сначала словом, которое позже стало русским наименованием элемента № 51.

А теперь давайте выясним, что же скрывается за этими названиями.

Металл или неметалл?

Средневековым металлургам и химикам были известны семь металлов: золото, серебро, медь, олово, свинец, железо и ртуть. Открытые в то время цинк, висмут и мышьяк вместе с сурьмой были выделены в специальную группу «полуметаллов»: они хуже ковались, а ковкость считалась основным признаком металла.

К тому же, по алхимическим представлениям, каждый металл был связан с каким-либо небесным телом. А тел таких знали семь: Солнце (с ним связывалось золото), Луна (серебро), Меркурий (ртуть), Венера (медь), Марс (железо), Юпитер (олово) и Сатурн (свинец).Для сурьмы небесного тела не хватило, и на этом основании алхимики никак не желали признать ее самостоятельным металлом.

Но, как это ни странно, частично они были правы, что нетрудно подтвердить, проанализировав физические и химические свойства сурьмы.Сурьма (точнее, ее самая распространенная серая модификация)   выглядит как обыкновенный металл традиционного серо-белого цвета с легким синеватым оттенком. Синий оттенок тем сильнее, чем больше примесей.

Металл этот умеренно тверд и исключительно хрупок: в фарфоровой ступке фарфоровым пестиком этот металл (!) нетрудно истолочь в порошок. Электричество и тепло сурьма проводит намного хуже большинства обычных металлов: при 0° С ее электропроводность составляет лишь 3,76% электропроводности серебра.

Можно привести и другие характеристики — они не изменят общей противоречивой картины. Металлические свойства выражены у сурьмы довольно слабо, однако и свойства неметалла присущи ей далеко не в полной мере.Детальный анализ химических свойств сурьмы тоже не дал возможности окончательно убрать ее из раздела «ни то, ни се».

Внешний, электронный слой атома сурьмы состоит из пяти валентных электронов s2p3. Три из них (р-электроны) — неспаренные и два (s-электроны) — спаренные. Первые легче отрываются от атома и определяют характерную для сурьмы валентность 3+. При проявлении этой валентности пара цеподелепных валентных электронов s2 находится как бы в запасе.

Когда же этот запас расходуется, сурьма становится пятивалентной. Короче говоря, она проявляет те же валентности, что и ее аналог по группе — неметалл фосфор.Проследим, как ведет себя сурьма в химических реакциях с другими элементами, например с кислородом, и каков характер ее соединений.

При нагревании на воздухе сурьма легко превращается в окисел Sb203 — твердое вещество белого цвета, почти не растворимое в воде. В литературе это вещество часто называют сурьмянистым ангидридом, но это неправильно.

Ведь ангидрид является кислотообразующим окислом, а у Sb(OH)3, гидрата Sb203, основные свойства явно преобладают над кислотными. Свойства низшего окисла сурьмы говорят о том, что сурьма — металл.

Но высший окисел сурьмы Sb205 — это действительно ангидрид с четко выраженными кислотными свойствами. Значит, сурьма все-таки неметалл?

Есть еще третий окисел — Sb204. В нем один атом сурьмы трех-, а другой пятивалентен, и этот окисел самый устойчивый. Во взаимодействии ее с прочими элементами — та же двойственность, и вопрос, металл сурьма или неметалл, остается открытым. Почему же тогда во всех справочниках она фигурирует среди металлов? Главным образом ради классификации: надо же ее куда-то девать, а внешне она больше похожа на металл…

Зачем нужна сурьма

Металлическая сурьма из-за своей хрупкости применяется редко. Однако, поскольку сурьма увеличивает твердость других металлов (олова, свинца) и не окисляется при обычных условиях, металлурги нередко вводят ее в состав различных сплавов. Число сплавов, в которые входит элемент № 51, близко к двумстам.

Наиболее известные сплавы сурьмы — твердый свинец (или гартблей), типографский металл, подшипниковые металлы.Подшипниковые металлы — это сплавы сурьмы с оловом, свинцом и медью, к которым иногда добавляют цинк и висмут. Эти сплавы сравнительно легкоплавки, из них методом литья делают вкладыши подшипников.

Наиболее распространенные сплавы этой группы — баббиты — со-держат от 4 до 15% сурьмы. Баббиты применяются в станкостроении, на железнодорожном и автомобильном транспорте. Подшипниковые металлы обладают достаточной твердостью, большим сопротивлением истиранию, высокой коррозионной стойкостью.

Сурьма принадлежит к числу немногих металлов, расширяющихся при затвердевании. Благодаря этому свойству сурьмы типографский металл — сплав свинца (82%),' олова (3%) и сурьмы (15%) — хорошо заполняет формы при изготовлении шрифтов; отлитые из этого металла строки дают четкие отпечатки.

Сурьма придает типографскому металлу твердость, ударную стойкость 11 износостойкость.

Свинец, легированный сурьмой (от 5 до 15%), известен под названием гартблея, или твердого свинца. Добавка к свинцу уже 1% Sb сильно повышает его твердость.

Твердый свинец используется в химическом машиностроении, а также для изготовления труб, по которым транспортируют агрессивные жидкости. Из него же делают оболочки телеграфных, телефонных и электрических кабелей, электроды, пластины аккумуляторов.

Последнее, кстати,— одно из самых главных применений элемента № 51. Добавляют сурьму и к свинцу, идущему на изготовление шрапнели и пуль.

Широкое применение в технике находят соединения сурьмы. Трехсернистую сурьму используют в производстве спичек в пиротехнике. Большинство сурьмяных препаратов также получают из этого соединения. Пятисерпистую сурьму применяют для вулканизации каучука. У «медицинской» резины, в состав которой входит Sb2S5, характерный красный цвет и высокая эластичность. Жаростойкая трехокись сурьмы используется в производстве огнеупорных красок и тканей. Краска «сурьмин», основу которой составляет трехокись сурьмы, применяется для окраски подводной части и надпалубных построек кораблей.
Интерметаллические соединения сурьмы с алюминием, галлием, индием обладают полупроводниковыми свойствами. Сурьмой улучшают свойства одного из самых важных полупроводников — германия. Словом, сурьма — один из древнейших металлов, известных человечеству,— необходима ему и сегодня.

  • ХИМИЧЕСКИЙ ХИЩНИК. В средневековых книгах сурьму обозначали фигурой волка с открытой пастью. Вероятно, такой «хищный» символ этого металла объясняется тем, что сурьма растворяет («пожирает») почти все прочие металлы. На дошедшем до нас средневековом рисунке изображен волк, пожирающий царя. Зная алхимическую символику, этот рисунок следует понимать как образование сплава золота с сурьмой.
  • СУРЬМА ЦЕЛИТЕЛЬНАЯ. В XV—XVI вв. некоторые препараты сурьмы часто применяли как лекарственные средства, главным образом как отхаркивающие и рвотные. Чтобы вызвать рвоту, пациенту давали вино, выдержанное в сурьмяном сосуде. Одно из соединений сурьмы, KC4H4O4(SbO) • Н20, так и называется рвотным камнем.

Соединения сурьмы и сейчас применяются в медицине для лечения некоторых инфекционных заболеваний человека и животных. В частности, их используют при лечении сонной болезни.

  • ВЕЗДЕ, КРОМЕ СОЛНЦА. Несмотря на то что содержание сурьмы в земной коре весьма незначительно, следы ее имеются во многих минералах. Иногда сурьму обнаруживают в метеоритах. Воды моря, некоторых рек и ручьев также содержат сурьму. В спектре Солнца линии сурьмы не найдены.
  • СУРЬМА И КРАСКИ. Очень многие соединения сурьмы могут служить пигментами в красках. Так, сурьмянокислый калий (К20 • 2Sb205) широко применяется в производстве керамики. Мотасурьмянокислый натрий (NaSb03) под названием «лейконин» используется для покрытия кухонной посуды, а также в производстве эмали и белого молочного стекла. Знаменитая краска «неаполитанская желтая» есть не что иное, как сурьмянокислая окись свинца. Применяется она в живописи как масляная краска, а также для окраски керамики и фарфора. Даже металлическая сурьма, в виде очень тонкого порошка, используется как краска. Этот порошок — основа известной краски «железная чернь».
  • «СУРЬМЯНАЯ» БАКТЕРИЯ. В 1974 г. советским микробиологом Н. Н. Ляликовой обнаружена неизвестная прежде бактерия, которая питается исключительно трехокисыо сурьмы Sb203. При этом трехвалентная сурьма окисляется до пятивалентной. Полагают, что многие природные соединения пятивалентной сурьмы образовались при участии «сурьмяной» бактерии.

Источник: https://natural-museum.ru/chemistry/%D1%81%D1%83%D1%80%D1%8C%D0%BC%D0%B0

Юрист на связи
Добавить комментарий