Сурьма (лат. Stibium ), Sb , химический элемент V группы периодической системы Менделеева; атомный номер 51, атомная масса 121,75; металл серебристо-белого цвета с синеватым оттенка в природе известны два стабильных изотопа ¹²¹ Sb (57,25%) и ¹²³ Sb (42,75%).

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 19в до н.э. порошок сурьмяного блеска ( Sb ₂ S ₃ ) под названием mesten или stem применялся для чернения бровей. В Древней Греции он был известен как stimi и stibi , отсюда латинский stibium .около 12-14 вв. н.э. появилось название antimonium . В 1789г А. Лувазье включил сурьму в список химических элементов под названием antimoine (современный английский antimony , испанский и итальянский antimonio , немецкий antimon ). Русская “сурьма” произошла от турецкого surme ; им обозначался порошок свинцового блеска PbS , также служивший для чернения бровей (по другим данным, “сурьма» - от персидского сурме – металл).

Первая известная нам книга, в которой подробно описаны свойства сурьмы и её соединений, - “Триумфальная колесница антимония”, издана в 1604г. её автор вошел в историю химии под именем немецкого монаха-бенедиктинца Василия Валентина. Кто скрывается под этим псевдонимом, установить не удалось, но ещё в прошлом веке было доказано, что в списках монахов ордена бенедиктинцев брат Василий Валентин никогда не числился. Есть, правда, сведения, будто бы в XV веке в Эрфуртском монастыре жил монах по имени Василий, весьма сведущий в алхимии; кое-какие принадлежащие ему рукописи были найдены после его смерти в ящике вместе с порошком золота. Но отождествлять его с автором “Триумфальной колесницы антимония”, видимо, нельзя. Вероятнее всего, как показал критический анализ ряда книг Василия Валентина, они написаны разными лицами, причем не ранее второй половины XVI века.

2

Ещё средневековые металлурги и химики подметили, что сурьма куется хуже, чем “классические” металлы, и поэтому вместе с цинком, висмутом и мышьяком её выделили в особую группу - «полуметаллов”. Для этого имелись и другие “веские” основания: по алхимическим понятиям, каждый металл был связан с тем или иным небесным телом “Семь металлов создал свет по числу семи планет”- гласил один из важнейших постулатов алхимии. На каком-то этапе людям и впрямь были известны семь металлов и столько же небесных тел (Солнце, Луна и пять планет, не считая Земли). Не увидеть в этом глубочайшую философскую закономерность могли только полные профаны и невежды. Стройная алхимическая теория гласила, что золото представляло на небесах Солнце, серебро – это типичная Луна, медь, несомненно, связана родственными узами с Венерой, железо явно тяготеет к Марсу, ртуть соответственно Меркурию, олово олицетворяет Юпитер, а свинец – Сатурн. Для других элементов в рядах металлов не оставалось ни одной вакансии.

Если для цинка и висмута такая дискриминация, вызванная дефицитом небесных тел, была явно несправедливой, то сурьма с её своеобразными физическими и химическими свойствами и в самом деле не вправе была сетовать на то, что оказалась в разряде “полуметаллов”

Судите сами. По внешнему виду кристаллическая, или серая, сурьма (это её основная модификация) – типичный металл серо-белого цвета с легким синеватым оттенком, который тем сильнее, чем больше примесей (известны также три аморфные модификации: желтая, черная и так называемая взрывчатая). Но внешность, как известно, бывает обманчивой, и сурьма это подтверждает. В отличие от большинства металлов, она, во-первых, очень хрупка и легко истирается в порошок, а во-вторых, значительно хуже проводит электричество и тепло. Да и в химических реакциях сурьма проявляет такую двойствен-

3

ность, что не позволяет однозначно ответить на вопрос: металл она или не металл.

Словно в отместку металлам за то, что они неохотно принимают в свои ряды, расплавленная сурьма растворяет почти все металлы. Об этом знали ещё в старину, и не случайно во многих дошедших до нас алхимических книгах сурьму и её соединения изображали в виде волка с открытой пастью. В трактате немецкого алхимика Михаила Мейера “Бегущая Атланта”, изданном в 1618г, был помещен, например, такой рисунок: на переднем плане волк пожирает лежащего на земле царя, а на заднем плане тот царь, целый и невредимый, подходит к берегу озера, где стоит лодка, которая должна доставить его во дворец на противоположном берегу. Символически этот рисунок изображал способ очистки золота (царь) от примесей серебра и меди с помощью антимонита (волк) – природного сульфида сурьмы, а золото образовывало соединение с сурьмой, которое затем струёй воздуха – сурьма улетучивалась в виде трех окиси, и получалось чистое золото. Этот способ существовал до XVIII века.

Содержание сурьмы в земной коре 4*10^-5 весового %. Мировые запасы сурьмы, оцениваемые в 6 млн. т, сосредоточены главным образом в Китае (52% мировых запасов). Наиболее распространенный минерал – сурьмяный блеск, или стибин (антимонит) Sb ₂ S ₃ , свинцово-серого цвета с металлическим блеском, который кристаллизуется в ромбической системе с плотностью 4,52-4,62^г / см³ и твердостью 2. В главной массе сурьмяный блеск образуется в гидротермальных месторождениях, где его скопления создают залежи сурьмяной руды в форме жил и пластообразных тел. В верхних частях рудных тел, близ поверхности земли, сурьмяный блеск подвергается окислению, образуя ряд минералов, а именно: сенармонтит и валентит Sb₂ O₃ ; сервантит Sb₂ O₄ ; стибиоканит Sb² O₄ H₂ O ; кермизит 3Sb₂ S₃ Sb₂ O . Помимо собственных сурьмяных руд имеются также руды, в которых сурьма находится в виде комплексных соединений с медью, свинцом

4

ртутью и цинком (блеклые руды).

Значительные месторождения сурьмяных минералов расположены в Китае, Чехии, Словакии, Боливии, Мексике, Японии, США, в ряде африканских стран. В дореволюционной России сурьму совсем не добывали, да и месторождения её были не известны (в начале XX века Россия ежегодно ввозила из-за границы почти по тысяче тонн сурьмы). Правда, ещё в 1914г, как писал в своих воспоминаниях видный советский геолог академик Д.И.Щербаков, признаки сурьмяных руд он обнаружил в Кадамджайском гребне (Киргизия). Но тогда было не до сурьмы. Геологические поиски, продолженные ученым спустя почти два десятилетка, увенчались успехом, и уже в 1934г из кадамджайских руд начали получать трехсернистую сурьму, а ещё через год на опытном заводе была выплавлена первая отечественная металлическая сурьма. Уже к 1936 году полностью отпала необходимость в покупке её за рубежом.

ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ

СВОЙСТВА.

Для сурьмы известна одна кристаллическая форма и несколько аморфных (так называемые желтая, черная и взрывчатая сурьма). При обычных условиях устойчива лишь кристаллическая сурьма; она серебристо-белого цвета с синеватым оттенком. Чистый металл при медленном охлаждение под слоем шлака образует на поверхности игольчатые кристаллы, напоминающую форму звезд. Структура кристаллов ромбоэдрическая, а=4,5064 А, а=57,1⁰ .

Плотность кристаллической сурьмы 6,69 , жидкой 6,55^г / см³ . Температура плавления 630,5⁰ С, температура кипения 1635-1645⁰ С, теплота плавления 9,5ккал / г-атом, теплота испарения 49,6ккал / г-атом. Удельная теплоемкость (кал / г град):0,04987(20⁰ ); 0,0537(350⁰ ); 0,0656(650-950⁰ ). Тепло проводимость (кал / ем.сек.град):

5

0,045,(0⁰ ); 0,038(200⁰ ); 0,043(400⁰ ); 0,062(650⁰ ). Сурьма хрупка, легко истирается в порошок; вязкость (пуаз); 0,015(630,5⁰ ); 0,082(1100⁰ ). Твердость по Бринеллю для литой сурьмы 32,5-34кг / мм² , для сурьмы высокой чистоты (после зонной плавки) 26кг / мм² . Модуль упругости 7600кг / мм² , предел прочности 8,6кг / мм² , сжимаемости 2,43 10^-6 см² / кг.

Желтая сурьма получается при пропускании кислорода или воздуха в сжиженный при-90⁰ сурьмянистый водород; уже при –50⁰ она переходит в обыкновенную (кристаллическую) сурьму.

Черная сурьма образуется при быстром охлаждении паров сурьмы, примерно при 400⁰ переходит в обыкновенную сурьму. Плотность черной сурьмы 5,3. Взрывчатая сурьма – серебристый блестящий металл с плотностью 5,64-5,97, образуется при электрическом получении сурьмы из соляно кислого раствора хлорнистой сурьмы (17-53% SbCl₂ в соляной кислоте d 1,12), при плотности тока в пределах от 0,043 до 0,2 а / дм² . Полученная при этом сурьма переходит в обыкновенную с взрывом, вызываемым трением, царапаньем или прикосновением нагретого металла; взрыв обусловлен экзотермическим процессом перехода одной формы в другую.

На воздухе при обычных условиях сурьма ( Sb ) не изменяется, нерастворима она ни в воде, ни в органических растворителях, но со многими металлами она легко даёт сплавы. В ряду напряжений сурьма располагается между водородом и медью. Водорода из кислот она, сурьма, не вытесняет и в разбавленных HCl и H₂ SO₄ не растворяется. Однако крепкая серная кислота при нагревании переводит сурьму в сульфаты Э₂ (SO₄ )₃ . Крепкая азотная кислота окисляет сурьму до кислот H₃ ЭО₄ . Растворы щелочей сами по себе на сурьму не действуют, но в присутствии кислорода медленно её разрушают.

При нагревании на воздухе сурьма сгорает с образованием окислов, легко соединяется она также с га-

6

лоидами и серой. Образует сурьма определённые соединения с металлами – антимониды, например: Mg₃ Sb₂ . Действием на это соединение разбавленных кислот получается сурьмянистый ( “ стибин ”) водород общей формулы ЭН₂ . Реакция идет по уравнению:

Mg₃ Sb₂ +6HCl=3MgCl+2SbH₃

Так как соединения эти весьма неустойчивы, больший или меньший их распад на элементы имеет место уже в момент образования и по этому практически они всегда выделяются в смеси со значительным количеством свободного водорода.

Стибин представляет собой бесцветный, очень ядовитый газ, с запахом похожим на сероводородный. Отравление им может иметь место, в частности, при всех случаях получения больших количеств водорода взаимодействием цинка или железа с кислотами, если исходные продукты содержат примесь сурьмы (что бывает очень часто) и работа ведется без соблюдения достаточных мер предосторожности. Опасность усугубляется тем, что первые признаки отравления (озноб, рвота и т. д) появляются обычно лишь спустя несколько часов после вдыхания SbH₃ . Основным средством первой помощи является свежий воздух при полном покое пострадавшего. Растворимость стибина ( SbH₃ ) в воде сравнительно не велика (приблизительно 1:5 по объёму). Он является очень сильным восстановителем. Будучи подожжен на воздухе SbH₃ сгорает с образованием воды и окиси ( Sb₂ O₃ ) .

Окись сурьмы ( Sb₂ O₃ ) представляет собой твердое вещество белого цвета, почти нерастворима в воде. Химические свойства, отвечающим общей формулой гидратов Э(ОН)₃ по подгруппе мышьяка, в которую входит сурьма, изменяется весьма закономерно. Все они амфотерны, но если у мышьяка ( As(OH)₃ и висмута (Bi(OH)₃ ) сильно преобладает кислотный характер, то у сурьмы (Sb(OH)₃ ) основной.

7

Нагреванием Sb₂ O3 ( или Sb₂ O₅ ) на воздухе может быть получен белый, почти не растворимый в воде порошок состава SbO₄ . При сильном накаливании этот довольно характерный для сурьмы окисел отщепляет кислород и переходит в Sb₂ H₃ . С плавлением его со щелочами могут быть получены соли типа M₂ Sb₂ O₃ . Как сам окисел Sb₂ O_4, так и производные от него соли содержат, вероятно, в своём составе одновременно трёх и пятивалентную сурьму и отвечают структурам (SbO)SbO₃ и (SbO [SbO₄ ]) . Наличие в молекуле одновременно атомов трёх и пятивалентной сурьмы было непосредственно результатами рентгеновского анализа кристаллов.

Гидрат окиси сурьмы (иначе сурьмянистая кислота) представляет собой белые, почти нерастворимые хлопьевидные осадки, легко переходящие с отщеплением воды в соответствующие окиси. Для этого элемента характерны продукты частичного обезвоживания гидрата SbO(OH) . Отвечающий ему радикал – SbO (антимонил) часто входит как таковой в состав солей и играет в них роль одновалентного металла.

Растворенная часть гидрата окиси сурьмы способна диссоциировать одновременно по суммарным схемам:

Э ’’’+3OH’ Û Э( OH)₃ Û H₃ ЭО₃ Û 3Н+3О₃ ’’’

При добавлении к раствору кислоты равновесие смещается влево, и образуются соли с катионом Э ’’’ , а при добавлении щелочей равновесие смещается вправо и получается сурьмянисто кислые (антимониты) соли с анионом ЭО ₃ ’’’ . Кислотная диссоциация может протекать также и с отщеплением молекул воды по типу Н₃ ЭО₃ Û Н+ЭО₂ +Н₂ О, причем получаются соли метасурьмянистой кислоты ( HSbO₂ ) , но она является очень слабой.

Так как основные свойства гидроокисей Э(ОН)₃ сурьмы усиливаются, в то же время возникает устойчивость сурьмянисто кислой соли с катионом Э '’' . В частности, производные кислородных кислот для Sb’’’ известны как единичные их представители, а именно раст-

8

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--