Сурьма применение: Сурьма — чрезвычайно важное для промышленности вещество

Сурьма — что это за металл

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 Sbh4. 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. Содержание 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.

Сурьма как ресурс: применение

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.

Сурьма

Сурьма
Атомный номер	51
Внешний вид простого вещества	металл серебристо-белого цвета
Свойства атома
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
Химические свойства
Ковалентный радиус	140 пм
Радиус иона	(+6e)62 (-3e)245 пм
Электроотрицательность (по Полингу)	2,05
Электродный потенциал	0
Степени окисления	5, 3, −3
Термодинамические свойства простого вещества
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
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	тригональная
Параметры решётки	4,510 Å
Отношение c/a	n/a
Температура Дебая	200,00 K

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

Общая информация о сурьме

сурьма | Определение, символ, использование и факты

сурьма

Смотреть все СМИ

Ключевые люди:

Георг Брандт

Похожие темы:

химический элемент
элемент группы азота
отравление сурьмой

Просмотреть весь соответствующий контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

сурьма (Sb) , металлический элемент, принадлежащий к группе азота (группа 15 [Va] периодической таблицы). Сурьма существует во многих аллотропных формах (физически различных состояниях, возникающих в результате различного расположения одних и тех же атомов в молекулах или кристаллах). Сурьма представляет собой блестящее серебристо-голубовато-белое твердое вещество, очень хрупкое и имеет хлопьевидную текстуру. Он встречается в основном в виде серого сульфидного минерала антимонита (Sb ₂ S ₃ ).

History

The ancients were familiar with antimony как в виде металла, так и в сульфидной форме. Фрагменты халдейской вазы из сурьмы датируются примерно 4000 г. до н.э. Стибнит использовался в Древнем Египте для макияжа глаз. Плиний Старший в I веке н. э. описал семь различных лекарственных средств с использованием того, что он называл 9.0054 stimi или stibi (сурьма), что, вероятно, относится к сульфиду сурьмы. В ранних сочинениях Диоскорида, датируемых примерно тем же временем, упоминается металлическая сурьма. Записи 15 века показывают использование этого вещества в сплавах для шрифтов, колоколов и зеркал. В 1615 году немецкий врач Андреас Либавиус описал получение металлической сурьмы прямым восстановлением сульфида железом, а в учебнике по химии, опубликованном в 1675 году Николя Лемери, также описаны методы получения этого элемента. В том же столетии была опубликована книга, обобщающая имеющиеся знания о сурьме и ее соединениях, предположительно написанная Василием Валентином, предположительно бенедиктинским монахом 15 века, чье имя фигурирует в химических трудах на протяжении двух столетий. Имя сурьма происходит от средневекового латинского antimonium , происхождение которого неизвестно.

Наличие и распространение

Содержание сурьмы примерно в пять раз меньше, чем мышьяка, и составляет в среднем около одного грамма на каждую тонну земной коры. Его космическое содержание оценивается примерно как один атом на каждые пять миллионов атомов кремния. Были обнаружены небольшие месторождения самородного металла, но большая часть сурьмы встречается в виде более ста различных минералов. Наиболее важным из них является антимонит Sb 9.0165 2 S ₃ . Месторождения антимонита обнаружены в Алжире, Боливии, Китае, Мексике, Перу, Южной Африке и некоторых частях Балканского полуострова. Некоторое хозяйственное значение имеют также кермезит (2Sb ₂ S ₃ · Sb ₂ O ₃ ), серебристый тетраэдрит [(Cu,Fe) ₁₂ Sb _{1 6 S HgSb 4 S 7 ) и джемсонит (Pb 4 FeSb 6 S 14 ). По состоянию на 2020 год около половины добываемой в мире сурьмы приходилось на Китай, а большая часть остального — на Россию и Таджикистан. Небольшие количества также извлекаются при производстве меди и свинца. Некоторое количество сурьмы восстанавливается из лома свинцового сплава от старых аккумуляторов, в которые была добавлена ​​сурьма для придания твердости.}

В природе встречаются два стабильных изотопа, сурьма-121 и сурьма-123, почти равные по содержанию. Было получено много радиоактивных изотопов.

Викторина «Британника»

118 Имена и символы периодической таблицы Викторина

Элементарная викторина по фундаментальным вопросам.

Промышленное производство и использование

Высокосортный или обогащенный антимонит непосредственно реагирует с железным ломом в расплавленном состоянии, высвобождая металлическую сурьму. Металл также можно получить путем превращения антимонита в оксид с последующим восстановлением углеродом. Растворы сульфида натрия являются эффективными выщелачивателями для обогащения антимонита из руд. Электролиз этих растворов дает сурьму. После дальнейшей очистки сырой сурьмы металл, называемый регулом, отливается в лепешки.

Около половины этой сурьмы используется в металлургии, главным образом в сплавах. Поскольку некоторые сплавы сурьмы расширяются при затвердевании (редкая характеристика, которую они разделяют с водой), они особенно ценны в качестве отливок и типового металла; расширение сплава вынуждает металл заполнять небольшие щели литейных форм. Более того, присутствие сурьмы в шрифтовом металле, в состав которого входят также свинец и небольшое количество олова, повышает твердость шрифта и придает ему резкость. Даже при добавлении в незначительных количествах сурьма придает прочность и твердость другим металлам, в частности свинцу, с которым она образует сплавы, используемые в пластинах автомобильных аккумуляторных батарей, в пулях, в покрытиях для кабелей и в химическом оборудовании, таком как баки, трубы, и насосы. В сочетании с оловом и свинцом сурьма образует антифрикционные сплавы, называемые баббитовыми металлами, которые используются в качестве компонентов подшипников машин.