Сурьма (лат. stibium), sb, химический элемент v группы периодической системы Менделеева; атомный номер 51, атомная масса 121,75; металл серебристо-белого цвета с синеватым оттенком. В природе известны два стабильных изотопа 121 sb (57,25%) и 123 sb (42,75%). Из искусственно полученных радиоактивных изотопов важнейшие 122 sb (Т 1/2 = 2,8 cym ) , 124 sb (t 1/2 = 60,2 cym ) и 125 sb (t 1/2 = 2 года).

Историческая справка. С. 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 sb 2 s 3) под названием mesten или stem применялся для чернения бровей. В Древней Греции он был известен как st i mi и st i bi, отсюда латинский stibium. Около 12-14 вв. н. э. появилось название antimonium. В 1789 А. Лавуазье включил С. в список химических элементов под названием antimoine (современный английский antimony, испанский и итальянский antimonio, немецкий antimon). Русская «сурьма» произошло от турецкого s u rme; 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 С. и её соединений впервые дано алхимиком Василием Валентином (Германия) в 1604.

Распространение в природе. Среднее содержание С. в земной коре (кларк) 5 ? 10 –5 % по массе. В магме и биосфере С. рассеяна. Из горячих подземных вод она концентрируется в гидротермальных месторождениях. Известны собственно сурьмяные месторождения, а также сурьмяно-ртутные, сурьмяно-свинцовые, золото-сурьмяные, сурьмяно-вольфрамовые. Из 27 минералов С. главное промышленное значение имеет антимонит (sb 2 s 3). Благодаря сродству с серой С. в виде примеси часто встречается в сульфидах мышьяка, висмута, никеля, свинца, ртути, серебра и других элементов.

Физические и химические свойства. С. известна в кристаллической и трёх аморфных формах (взрывчатая, чёрная и жёлтая). Взрывчатая С. (плотность 5,64-5,97 г/см 3) взрывается при любом соприкосновении: образуется при электролизе раствора sbcl 3 ; чёрная (плотность 5,3 г/см 3) - при быстром охлаждении паров С.; жёлтая - при пропускании кислорода в сжиженный sbh 3 . Жёлтая и чёрная С. неустойчивы, при пониженных температурах переходят в обыкновенную С. Наиболее устойчивая кристаллическая С., кристаллизуется в тригональной системе, а = 4,5064 å ; плотность 6,61-6,73 г/см 3 (жидкой - 6,55 г/см 3) ; t пл 630,5 °С; t кип 1635-1645 °С; удельная теплоёмкость при 20-100 °С 0,210 кдж/(кг? К ) ; теплопроводность при 20 °С 17,6 вт/м ? К . Температурный коэффициент линейного расширения для поликристаллической С. 11,5 ? 10 –6 при 0-100 °С; для монокристалла a 1 = 8,1 ? 10 –6 a 2 = 19,5 ? 10 –6 при 0-400 °С, удельное электросопротивление (20 °С) (43,045 ? 10 –6 ом ? см ) . С. диамагнитна, удельная магнитная восприимчивость -0,66 ? 10 –6 . В отличие от большинства металлов, С. хрупка, легко раскалывается по плоскостям спайности, истирается в порошок и не поддаётся ковке (иногда её относят к полуметаллам ) . Механические свойства зависят от чистоты металла. Твёрдость по Бринеллю для литого металла 325-340 Мн/м 2 (32,5-34,0 кгс/мм 2) ; модуль упругости 285-300; предел прочности 86,0 Мн/м 2 (8,6 кгс/мм 2) . Конфигурация внешних электронов атома sb5s 2 5 r 3 . В соединениях проявляет степени окисления главным образом +5, +3 и –3.

В химическом отношении С. малоактивна. На воздухе не окисляется вплоть до температуры плавления. С азотом и водородом не реагирует. Углерод незначительно растворяется в расплавленной С. Металл активно взаимодействует с хлором и др. галогенами, образуя сурьмы галогениды. С кислородом взаимодействует при температуре выше 630 °С с образованием sb 2 o 3. При сплавлении с серой получаются сурьмы сульфиды, так же взаимодействует с фосфором и мышьяком. С. устойчива по отношению к воде и разбавленным кислотам. Концентрированные соляная и серная кислоты медленно растворяют С. с образованием хлорида sbcl 3 и сульфата sb 2 (so 4) 3 ; концентрированная азотная кислота окисляет С. до высшего окисла, образующегося в виде гидратированного соединения xsb 2 o 5 ? уН 2 О. Практический интерес представляют труднорастворимые соли сурьмяной кислоты - антимонаты(Меsbo 3 ? 3h 2 o, где me - na, К) и соли не выделенной метасурьмянистой кислоты - метаантимониты (mesbo 2 ? ЗН 2 О), обладающие восстановительными свойствами. С. соединяется с металлами, образуя антимониды.

Получение. С. получают пирометаллургической и гидрометаллургической переработкой концентратов или руды, содержащей 20-60% sb. К пирометаллургическим методам относятся осадительная и восстановительная плавки. Сырьём для осадительной плавки служат сульфидные концентраты; процесс основан на вытеснении С. из её сульфида железом: sb 2 s 3 + 3fe u 2sb + 3fes. Железо вводится в шихту в виде скрапа. Плавку ведут в отражательных или в коротких вращающихся барабанных печах при 1300-1400 °С. Извлечение С. в черновой металл составляет более 90%. Восстановительная плавка С. основана на восстановлении её окислов до металла древесным углем или каменноугольной пылью и ошлаковании пустой породы. Восстановительной плавке предшествует окислительный обжиг при 550 °С с избытком воздуха. Огарок содержит нелетучую четырёхокись С. Как для осадительной, так и для восстановительной плавок возможно применение электропечей. Гидрометаллургический способ получения С. состоит из двух стадий: обработки сырья щелочным сульфидным раствором с переводом С. в раствор в виде солей сурьмяных кислот и сульфосолей и выделения С. электролизом. Черновая С. в зависимости от состава сырья и способа её получения содержит от 1,5 до 15% примесей: fe, as, s и др. Для получения чистой С. применяют пирометаллургическое или электролитическое рафинирование. При пирометаллургическом рафинировании примеси железа и меди удаляют в виде сернистых соединений, вводя в расплав С. антимонит (крудум) - sb 2 s 3 , после чего удаляют мышьяк (в виде арсената натрия) и серу при продувке воздуха под содовым шлаком. При электролитическом рафинировании с растворимым анодом черновую С. очищают от железа, меди и др. металлов, остающихся в электролите (Си, ag, Аи остаются в шламе). Электролитом служит раствор, состоящий из sbf 3 , h 2 so 4 и hf. Содержание примесей в рафинированной С. не превышает 0,5-0,8%. Для получения С. высокой чистоты применяют зонную плавку в атмосфере инертного газа или получают С. из предварительно очищенных соединений - трёхокиси или трихлорида.

Применение. С. применяется в основном в виде сплавов на основе свинца и олова для аккумуляторных пластин, кабельных оболочек, подшипников (баббит ) , сплавов, применяемых в полиграфии (гарт ) , и т. д. Такие сплавы обладают повышенной твёрдостью, износоустойчивостью, коррозионной стойкостью. В люминесцентных лампах галофосфатом кальция активируют sb. С. входит в состав полупроводниковых материалов как легирующая добавка к германию и кремнию, а также в состав антимонидов (например, insb). Радиоактивный изотоп 12 sb применяется в источниках g -излучения и нейтронов.

О. Е. Крейн.

Сурьма в организме. Содержание С. (на 100 г сухого вещества) составляет в растениях 0,006 мг, в морских животных 0,02 мг, в наземных животных 0,0006 мг. В организм животных и человека С. поступает через органы дыхания или желудочно-кишечный тракт. Выделяется главным образом с фекалиями, в незначительном количестве - с мочой. Биологическая роль С. неизвестна. Она избирательно концентрируется в щитовидной железе, печени, селезёнке. В эритроцитах накапливается преимущественно С. в степени окисления + 3, в плазме крови - в степени окисления + 5. Предельно допустимая концентрация С. 10 –5 - 10 –7 г на 100 г сухой ткани. При более высокой концентрации этот элемент инактивирует ряд ферментов липидного, углеводного и белкового обмена (возможно в результате блокирования сульфгидрильных групп ) .

В медицинской практике препараты С. (солюсурьмин и др.) используют в основном для лечения лейшманиоза и некоторых гельминтозов (например, шистосоматоза).

С. и её соединения ядовиты. Отравления возможны при выплавке концентрата сурьмяных руд и в производстве сплавов С. При острых отравлениях - раздражение слизистых оболочек верхних дыхательных путей, глаз, а также кожи. Могут развиться дерматит, конъюнктивит и т. д. Лечение: антидоты (унитиол), мочегонные и потогонные средства и др. Профилактика: механизация производств. процессов, эффективная вентиляция и т. д.

Лит.: Шиянов А. Г., Производство сурьмы, М., 1961; Основы металлургии, т. 5, М., 1968; Исследование в области создания новой технологии производства сурьмы и ее соединений, в сборнике: Химия и технология сурьмы, Фр., 1965.

СУРЬМА, Sb (от тур. sьrme, лат. Stibium * а. antimony; н. Antimon; ф. antimoine; и. antimonio), — химический элемент V группы периодической системы Менделеева , атомный номер 51, атомная масса 121,75. Природная сурьма состоит из смеси 2 стабильных изотопов 121 Sb (57,25%) и 123 Sb (42,75%). Известно более 20 искусственных радиоактивных изотопов Sb с массовыми числами от 112 до 135.

Сурьма известна с глубокой древности (в 3-м тысячелетия до н.э. в Вавилоне из неё изготовляли сосуды). В Египте в начале 2-го тысячелетия до н.э. порошок антимонита (природный сульфид Sb 2 S 3) применялся в качестве косметического средства. Подробное описание свойств и способ получения сурьмы а также её соединений впервые даны алхимиком Василием Валентином () в 1604. Французский химик А. Лавуазье (1789) включил сурьму в список химических элементов под названием antimoine.

Сурьма — вещество серебристо-белого цвета с синеватым оттенком и металлическим блеском; известна кристаллическая и 3 аморфные формы сурьмы (взрывчатая, чёрная и жёлтая). Кристаллическая сурьма (также самородная) имеет гексагональную решётку а=0,4506 нм; плотность 6618 кг/м 3 , t плавления 630,9°С; t кипения 1634°С; теплопроводность 23,0 Вт/(мК); удельная молярная теплоёмкость 25,23 ДжДмоль.К); электрическое сопротивление 41,7.10 -4 (Ом.м); температурный коэффициент линейного расширения 15,56.10 -6 К -1 ; диамагнитна. Сурьма хрупка , легко раскалывается по плоскостям спайности , истирается в порошок и не поддаётся ковке. Механические свойства сурьмы зависят от её чистоты. Сурьма условно относят к металлам. Взрывчатая сурьма (плотность 5640-5970 кг/м 3) взрывается от прикосновения; образуется при электролизе раствора SbCl 3 . Чёрная сурьма (плотность 5300 кг/м 3) получается при быстром охлаждении её паров углеродом; жёлтая модификация — при пропускании кислорода через жидкий гидрид SbH 3 . Жёлтая и чёрная модификации являются метастабильными образованиями и с течением времени переходят в кристаллическую фазу.

Сурьма в соединениях проявляет валентность +5, +3, -3; в химическом отношении малоактивна, на воздухе не окисляется вплоть до температуры плавления. С кислородом сурьма взаимодействует лишь в расплавленном состоянии, образуя Sb2O 3 ; с водородом и азотом при нормальных условиях не реагирует. Активно взаимодействует с галогенами (за исключением F 2). Сурьма медленно растворяется в соляной и серной кислотах. При соединении с металлами сурьма образует антимониды. Практический интерес представляют труднорастворимые соли сурьмяной кислоты — антимонаты (V) (Me SbO 3 .3H 2 О, где Me — Na, К) и метаантимонаты (III) (Me SbO 2 .3H 2 О), обладающие восстановительными свойствами. Сурьма токсична , ПДК 0,5 мг/м 3 .

Среднее содержание сурьмы в земной коре (кларк) 5.10 -5 %, в ультраосновных породах 1.10 -5 %, основных 1.10 -4 %, кислых 2,6.10 -5 %. Сурьма концентрируется в гидротермальных месторождениях . Известны собственно сурьмяные, а также сурьмяно-ртутные, сурьмяно-свинцовые, золото-сурьмяные, сурьмяно-вольфрамовые месторождения. Из 27

Сурьма (лат. Stibium ; обозначается символом Sb) - элемент главной подгруппы пятой группы пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, атомный номер 51.

Атомная масса - 121,76

Плотность, кг/м³ - 6620

Температура плавления, °С - 630,5

Теплоемкость, кДж/(кг·°С) - 0,205

Электроотрицательность - 1,9

Ковалентный радиус, Å - 1,40

1-й ионизац. потенциал, эв - 8,64

Историческая справка о сурьме

Наряду с золотом, ртутью, медью и шестью другими элементами, сурьма считается доисторической. Имя ее первооткрывателя не дошло до нас. Известно только, что, 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 «στιβι», 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 считался алхимик монах-бенедиктинец Василий Валентин, живший якобы в начале XV 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 ανεμον – «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 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.

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 Sb 2 S 3) 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 сурьмы в природе

Среднее содержание сурьмы в земной коре 500 мг/т. Её содержание в изверженных 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 Sb 3+ наиболее близок к ионным радиусам мышьяка и висмута, благодаря чему наблюдается изоморфное замещение сурьмы и мышьяка в блёклых рудах и геокроните Pb 5 (Sb, As) 2 S 8 и сурьмы и висмута в кобеллите Pb 6 FeBi 4 Sb 2 S 16 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 SbCl 3 . В гипергенных условиях (в приповерхностных слоях и на поверхности) антимонит подвергается окислению примерно по следующей схеме: Sb 2 S 3 + 6O 2 = Sb 2 (SO 4) 3 . Возникающий при этом сульфат окиси сурьмы очень неустойчив и быстро гидролизирует, переходя в сурьмяные охры - сервантит Sb 2 O 4 , стибиоконит Sb 2 O 4 nH 2 O, валентинит Sb 2 O 3 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 Na 3 SbS 3 . Главное промышленное значение имеет антимонит Sb 2 S 3 (71,7 % Sb). Сульфосоли тетраэдрит Cu 12 Sb 4 S 13 , бурнонит PbCuSbS 3 , буланжерит Pb 5 Sb 4 S 11 и джемсонит Pb 4 FeSb 6 S 14 имеют небольшое значение.

Физические свойства сурьмы

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. Сурьма известна в кристаллической и трех аморфных формах (взрывчатая, черная и желтая). Взрывчатая Сурьма (плотность 5,64-5,97 г/см 3) взрывается при любом соприкосновении; образуется при электролизе раствора SbCl 3 ; черная (плотность 5,3 г/см 3) - при быстром охлаждении паров Сурьмы; желтая - при пропускании кислорода в сжиженный SbH 3 . Желтая и черная Сурьма неустойчивы, при пониженных температурах переходят в обыкновенную Сурьму. Наиболее устойчивая кристаллическая Сурьма, кристаллизуется в тригональной системе, а = 4,5064 Å; плотность 6,61-6,73 г/см 3 (жидкой - 6,55 г/см 3); t пл 630,5 °С; t кип 1635-1645 °С: удельная теплоемкость при 20-100 °С 0,210 кдж/(кг·К); теплопроводность при 20 °С 17,6 вт/(м·К) . Температурный коэффициент линейного расширения для поликристаллической Сурьмы 11,5·10 -6 при 0-100 °С; для монокристалла а 1 = 8,1·10 -6 , а 2 = 19,5·10 -6 при 0-400 °С, удельное электросопротивление (20 °С) (43,045·10 -6 см·см). Сурьма диамагнитна, удельная магнитная восприимчивость -0,66·10 -6 . В отличие от большинства металлов, Сурьма хрупка, легко раскалывается по плоскостям спайности, истирается в порошок и не поддается ковке (иногда ее относят к полуметаллам). Механические свойства зависят от чистоты металла. Твердость по Бринеллю для литого металла 325-340 Мн/м 2 (32,5-34,0 кгс/мм 2); модуль упругости 285-300; предел прочности 86,0 Мн/м 2 (8,6 кгс/мм 2).

Сурьма - металл или не металл?

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.

Химические свойства сурьмы

Конфигурация внешних электронов атома Sb 5s 2 5p 3 . В соединениях проявляет степени окисления главным образом +5, +3 и -3. В химическом отношении малоактивна. На воздухе не окисляется вплоть до температуры плавления. С азотом и водородом не реагирует. Углерод незначительно растворяется в расплавленной Сурьме. Металл активно взаимодействует с хлором и других галогенами, образуя галогениды сурьмы. С кислородом взаимодействует при температуре выше 630 °С с образованием Sb 2 О 3 . При сплавлении с серой получаются сульфиды сурьмы, так же взаимодействует с фосфором и мышьяком. Сурьма устойчива по отношению к воде и разбавленным кислотам. Концентрированные соляная и серная кислоты медленно растворяют Сурьму с образованием хлорида SbCl 3 и сульфата Sb 2 (SO 4) 3 ; концентрированная азотная кислота окисляет Сурьму до высшего оксида, образующегося в виде гидратированного соединения xSb 2 O 5 ·уН 2 О. Практический интерес представляют труднорастворимые соли сурьмяной кислоты - антимонаты (MeSbO 3 ·3H 2 O, где Me - Na, К) и соли не выделенной метасурьмянистой кислоты - метаантимониты (MeSbO 2 ·3H 2 O), обладающие восстановительными свойствами. Сурьма соединяется с металлами, образуя антимониды.

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 s 2 p 3 . Три из них (p -электроны) – неспаренные и два (s -электроны) – спаренные. Первые легче отрываются от атома и определяют характерную для сурьмы валентность 3+. При проявлении этой валентности пара неподеленных валентных электронов s 2 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 Sb 2 O 3 – 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 Sb 2 O 3 , основные свойства явно преобладают над кислотными. Свойства низшего окисла сурьмы говорят о том, что сурьма – металл. Но высший окисел сурьмы Sb 2 O 5 – это действительно ангидрид с четко выраженными кислотными свойствами. Значит сурьма все-таки неметалл?

Есть еще третий окисел – Sb 2 O 4 . 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...

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.

Технология получения сурьмы

Металл получают пирометаллургической и гидрометаллургической переработкой концентратов или руды, содержащей 20-60% Sb. К пирометаллургическим методам относятся осадительная и восстановительная плавки. Сырьем для осадительной плавки служат сульфидные концентраты; процесс основан на вытеснении Сурьмы из ее сульфида железом: Sb 2 S 3 + 3Fe=> 2Sb + 3FeS. Железо вводится в шихту в виде скрапа. Плавку ведут в отражательных или в коротких вращающихся барабанных печах при 1300-1400 °C. Извлечение Сурьмы в черновой металл составляет более 90%. Восстановительная плавка Сурьмы основана на восстановлении ее оксидов до металла древесным углем или каменноугольной пылью и ошлаковании пустой породы. Восстановительной плавке предшествует окислительный обжиг при 550 °С с избытком воздуха. Огарок содержит нелетучий оксид Сурьмы. Как для осадительной, так и для восстановительной плавок возможно применение электропечей. Гидрометаллургический способ получения Сурьмы состоит из двух стадий: обработки сырья щелочным сульфидным раствором с переводом Сурьмы в раствор в виде солей сурьмяных кислот и сульфосолей и выделения Сурьмы электролизом. Черновая Сурьма в зависимости от состава сырья и способа ее получения содержит от 1,5 до 15% примесей: Fe, As, S и других. Для получения чистой Сурьмы применяют пирометаллургическое или электролитическое рафинирование. При пирометаллургическом рафинировании примеси железа и меди удаляют в виде сернистых соединений, вводя в расплав Сурьмы антимонит (крудум) - Sb 2 S 3 , после чего удаляют мышьяк (в виде арсената натрия) и серу при продувке воздуха под содовым шлаком. При электролитическом рафинировании с растворимым анодом черновую Сурьму очищают от железа, меди и других металлов, остающихся в электролите (Cu, Ag, Au остаются в шламе). Электролитом служит раствор, состоящий из SbF 3 , H 2 SO 4 и HF. Содержание примесей в рафинированной Сурьмt не превышает 0,5-0,8%. Для получения Сурьмs высокой чистоты применяют зонную плавку в атмосфере инертного газа или получают Сурьмe из предварительно очищенных соединений - оксида (III) или трихлорида.

Применение сурьмы

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, близко к 200.

Сурьма применяется в основном в виде сплавов на основе свинца и олова для аккумуляторных пластин, кабельных оболочек, подшипников (баббит), сплавов, применяемых в полиграфии (гарт), и т. д. Такие сплавы обладают повышенной твердостью, износоустойчивостью, коррозионной стойкостью. В люминесцентных лампах галофосфатом кальция активируют Sb. Сурьма входит в состав полупроводниковых материалов как легирующая добавка к германию и кремнию, а также в состав антимонидов (например, InSb). Радиоактивный изотоп 122 Sb применяется в источниках γ-излучения и нейтронов.

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, обладающий антифрикционными свойствами и использующийся в подшипниках скольжения. Также Sb 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 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, например, меглюмина антимониат (глюкантим) и натрия стибоглюконат (пентостам), применяются в лечении лейшманиоза.

Влияние сурьмы на организм человека

Содержание Сурьмы (на 100 г сухого вещества) составляет в растениях 0,006 мг, в морских животных 0,02 мг, в наземных животных 0,0006 мг. В организме животных и человека Сурьма поступает через органы дыхания или желудочно-кишечный тракт. Выделяется главным образом с фекалиями, в незначительном количестве - с мочой. Сурьма избирательно концентрируется в щитовидной железе, печени, селезенке. В эритроцитах накапливается преимуществено Сурьма в степени окисления +3, в плазме крови - в степени окисления. +5. Предельно допустимая концентрация Сурьмы 10 -5 - 10 -7 г на 100 г сухой ткани. При более высокой концентрации этот элемент инактивирует ряд ферментов липидного, углеводного и белкового обмена (возможно в результате блокирования сулъфгидрилъных групп).

Сурьма проявляет раздражающее и кумулятивное действие. Накапливается 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.

Сурьму (англ. Antimony, франц. Antimoine, нем. Antimon) человек знает издавна и в виде металла, и в виде некоторых соединений. Бертло описывает фрагмент вазы из металлической сурьмы, найденный в Телло (южная Вавилония) и относящийся к началу III в. до н. э. Найдены и другие предметы из металлической сурьмы, в частности в Грузии, датируемые I тысячелетием до н. з. Хорошо известна сурьмяная бронза, употреблявшаяся в период древнего Вавилонского царства; бронза содержала медь и добавки - олова, свинец и значительные количества сурьмы. Сплавы сурьмы со свинцом использовались для изготовления разнообразных изделий. Следует, однако, отметить, что в древности металлическая сурьма, по-видимому, не считалась индивидуальным металлом, ее принимали за свинец. Из соединений сурьмы в Междуречье, Индии, Средней Азии и других азиатских странах была известна сернистая сурьма (Sb 2 S 3), или минерал "сурьмяный блеск". Из минерала делали тонкий блестящий черный порошок, применявшийся для косметических целей, особенно для гримировки глаз "глазная мазь". Однако, вопреки всем этим данным о давнем распространении сурьмы и ее соединений, известный исследователь в области археологической химии Лукас утверждает, что в древнем Египте сурьма была почти неизвестна. Там, пишет он, установлен только один случай применения металлической сурьмы и немного случаев употребления соединений сурьмы. Кроме того, по мнению Лукаса, во всех археологических металлических объектах сурьма присутствует лишь в виде примесей; сернистая же сурьма, по крайней мере до времени и Нового царства, вообще не употреблялась для гримирования, о чем свидетельствует раскраска мумий. Между тем еще в III тысячелетии до н. э. в азиатских странах да и в самом Египте существовало косметическое средство, называемое стем, местем или стимми (stimmi); во II тысячелетии до н. э. появляется индийское слово сурьма; но все эти названия применялись, однако, главным образом для сернистого свинца (свинцового блеска). В Сирии и Палестине задолго до начала н.э. черный грим именовался не только стимми, но и каххаль или коголь, что во всех трех случаях означало любой тонкий сухой или растертый в виде мази порошок. Позднейшие писатели (около начала н. э.), например Плиний, называют стимми и стиби - косметические и фармацевтические средства для гримирования и лечения глаз. В греческой литературе Александрийского периода эти слова также означают косметическое средство черного цвета (черный порошок). Эти наименования переходят в арабскую литературу с некоторыми вариациями. Так, у Авиценны в "Каноне медицины" наряду со стимми фигурирует итмид, или атемид - порошок или осадок (паста) свинца. Позднее в указанной литературе появляются слова аль-каххаль (грим), алкооль, алкофоль, относящиеся главным образом к свинцовому блеску. Считалось, что косметические и лечебные средства для глаз содержат в себе некий таинственный дух, отсюда, вероятно, алкоголем стали называть летучие жидкости. Алхимики называли сурьмяный, также, впрочем, как и свинцовый, блеск антимонием (Antimonium). В словаре Руланда (1612) это слово объясняется, как алкофоль, камень из свинцовых рудных жил, марказит, сатурн, сурьма (Stibium), а стибиум, или стимми, как черная сера или минерал, который немцы называют списгласс (Spiesglas), впоследствии Bpiesglanz (вероятно, производное от стибиум). Однако, несмотря на такую путаницу в названиях, именно в алхимический период в Западной Европе сурьма и ее соединения были наконец разграничены со свинцом и его соединениями. Уже в алхимической литературе, а также в сочинениях эпохи Возрождения металлическая и сернистая сурьма обычно описывается достаточно точно. Начиная с XVI в. сурьму стали применять для самых различных целей, в частности в металлургии золота, для полировки зеркал, позднее в типографском деле и в медицине. Происхождение слова "антимоний", появившегося после 1050 г., объясняется различно. Известен рассказ Василия Валентина о том, как один монах, обнаруживший сильное слабительное действие сернистой сурьмы на свинье, рекомендовал его своим собратьям. Результат этого медицинского совета оказался плачевным - после приема средства все монахи умерли. Поэтому будто бы сурьма получила название, произведенное от "анти-монахиум" (средство против монахов). Но все это скорее анекдот. Слово "антимоний" , вероятнее всего, просто трансформированное итмид, или атемид, арабов. Существуют, впрочем, и другие объяснения. Так, некоторые авторы полагают, что "антимоний" - результат сокращения греч. антос аммонос, или цветок бога Амона (Юпитера); так якобы называли сурьмяный блеск. Другие производят "антимоний" от греч. анти-монос (противник уединения), подчеркивающего, что природная сурьма всегда совместна с другими минералами. Русское слово сурьма имеет тюркское происхождение; первоначальное значение этого слова - грим, мазь, притирание. Это название сохранилось во многих восточных языках (фарсидский, узбекский, азербайджанский, турецкий и др.) до наших времен. Ломоносов считал элемент "полуметаллом" и называл его сурьма. Наряду с сурьмой встречается и название антимоний. В русской литературе начала XIX в. употребляются слова сурьмяк (Захаров, 1810), сюрма, сюрьма, сюрмовой королек и сурьма.

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.

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-

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 / см 3 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 Sb 2 O 3 ; сервантит Sb 2 O 4 ; стибиоканит Sb 2 O 4 H 2 O ; кермизит 3Sb 2 S 3 Sb 2 O . Помимо собственных сурьмяных руд имеются также руды, в которых сурьма находится в виде комплексных соединений с медью, свинцом

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=57,1 0 .

Плотность кристаллической сурьмы 6,69 , жидкой 6,55 г / см 3 . Температура плавления 630,5 0 С, температура кипения 1635-1645 0 С, теплота плавления 9,5ккал / г-атом, теплота испарения 49,6ккал / г-атом. Удельная теплоемкость (кал / г град):0,04987(20 0); 0,0537(350 0); 0,0656(650-950 0). Тепло проводимость (кал / ем.сек.град):

0,045,(0 0); 0,038(200 0); 0,043(400 0); 0,062(650 0). Сурьма хрупка, легко истирается в порошок; вязкость (пуаз); 0,015(630,5 0); 0,082(1100 0). Твердость по Бринеллю для литой сурьмы 32,5-34кг / мм 2 , для сурьмы высокой чистоты (после зонной плавки) 26кг / мм 2 . Модуль упругости 7600кг / мм 2 , предел прочности 8,6кг / мм 2 , сжимаемости 2,43 10 -6 см 2 / кг.

Желтая сурьма получается при пропускании кислорода или воздуха в сжиженный при-90 0 сурьмянистый водород; уже при –50 0 она переходит в обыкновенную (кристаллическую) сурьму.

Черная сурьма образуется при быстром охлаждении паров сурьмы, примерно при 400 0 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% SbCl 2 в соляной кислоте d 1,12), при плотности тока в пределах от 0,043 до 0,2 а / дм 2 . 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 H 2 SO 4 не растворяется. Однако крепкая серная кислота при нагревании переводит сурьму в сульфаты Э 2 (SO 4) 3 . Крепкая азотная кислота окисляет сурьму до кислот H 3 ЭО 4 . 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-