Черные брови восточных красавиц – первая ассоциация, возникающая у многих при упоминании сурьмы. Это интересный химический элемент, о природе которого спорят до сих пор.
Что представляет собой
- Сурьма – элемент периодической системы Менделеева №51.
- Международное обозначение – Stibium (Sb).
- Самородок – непрозрачный серебристо-белый с синеватостью, крупнозернистый, блестящий.
- Твердость по Моосу – 3-3,5.
Выделены разновидности вещества двух типов:
- Аллотропные (металлы) – четыре.
- Аморфные – три (сурьма черная, взрывчатая, желтая).
Вещество причислено к металлоидам (полу- либо квазиметаллам), поскольку сочетает характеристики обеих групп. Некоторые относят сурьму к металлам.
По составу это конгломерат двух изотопов.
Вещество радиоактивно, но неопасно: радионуклиды распадаются за два месяца. Самый «медлительный» живет менее трех лет.
История
История металла начинается с Древнего Востока. За две тысячи лет до нашей эры египетские модницы и модники чернили толченой сурьмой брови, подводили веки.
Происхождение русскоязычного термина «сурьма» двояко:
- В Османской империи так именовали порошок металла галенит, которым турчанки чернили брови.
- Персы обозначали словом «сурме» любой металл.
Латинское название вещества восходит к древнегреческому στίμμι. Во времена Средневековья в ходу был термин antimonium. К концу 18 века его ввел в научный оборот и список известных химических элементов «светило» европейской науки Антуан Лавуазье.
Однако первым из европейцев, на двести лет раньше, с сурьмой экспериментировал знаменитый немецкий алхимик Василий Валентин. Он описал свойства и способы получения вещества.
Термин Stibium восходит к «стибниту» – так называется природный сульфид сурьмы.
Физико-химические характеристики
Природная металлическая (серая) сурьма сочетает свойства металла и неметалла:
- Твердая, блестит подобно металлу.
- Однако это хрупкий металл. Его легко истереть до порошка в обычной ступке.
- Вещество – маломощный электро- и теплопроводник.
- При охлаждении расширяется.
По признакам 2, 3, 4 ее легко отличить от прочих металлов.
| Свойства атома | |
|---|---|
| Название, символ, номер | Сурьма́ / Stibium (Sb), 51 |
| Атомная масса (молярная масса) |
121,760(1) а. е. м. (г/моль) |
| Электронная конфигурация | [Kr] 4d10 5s2 5p3 |
| Радиус атома | 159 пм |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 140 пм |
| Радиус иона | (+5e)62 (−3e)245 пм |
| Электроотрицательность | 2,05 (шкала Полинга) |
| Электродный потенциал | 0 |
| Степени окисления | 5, 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 кипения | 1908 K |
| Уд. теплота плавления | 20,08 кДж/моль |
| Уд. теплота испарения | 195,2 кДж/моль |
| Молярная теплоёмкость | 25,2 Дж/(K·моль) |
| Молярный объём | 18,4 см³/моль |
| Кристаллическая решётка простого вещества | |
| Структура решётки | тригональная |
| Параметры решётки | ahex=4,307; chex=11,27 |
| Отношение c/a | 2,62 |
| Температура Дебая | 200 K |
| Прочие характеристики | |
| Теплопроводность | (300 K) 24,43 Вт/(м·К) |
| Номер CAS | 7440-36-0 |
Интересны свойства модификаций вещества:
- Желтая сурьма, нагреваясь, либо на ярком солнце становится полупроводником.
- Взрывчатая детонирует при нагреве либо трении.
В стандартных условиях вещество химически устойчиво. Окисляется при 600°С.
Реагирует на концентрированные азотную и серную кислоты, галогены. Сурьма растворяется «царской водкой».
Технология получения
Сурьму получают простым способом:
- Сульфидные руды обжигают.
- Оксид металла восстанавливают углем.
Чистое вещество производят всего несколько стран. Три четверти мирового производства у Китая. Остаток делят Россия, Мьянма, Канада, Таджикистан, Боливия.
Цена продукта доступна: слитки чистоты 99,6% на мировых биржах торгуют по $6-7 за кг.
Месторождения и добыча
Сурьму находят в сульфидных рудах и гидротермальных жилах, содержащих руды серебра, кобальта, никеля.
Поставщики сырья – Евразия и Африка. Российские месторождения сосредоточены в Якутии.
Добыча ведется открытым либо закрытым способом.
Мировые резервы сурьмы оцениваются в 1,83 млн. тонн (половина – у Китая).
Присутствие в природе
В природе металл представлен по-разному:
Промышленное значение имеет сульфид сурьмы – минерал антимонит.
Это один из самых распространенных веществ на планете – каждая тонна земной коры содержит 0,5 г сурьмы.
Больше всего данного вещества в осадочных породах и угольной золе, беднее вулканические продукты.
Где используется
Львиная доля сурьмяных продуктов используется промышленным и оборонным комплексом. Востребованы чистый концентрат и сплавы.
Электроника
Почти все получаемое сырье (до 15% Sb в сплаве) забирают производители аккумуляторов и батарей. Металл идет на изготовление оплеток кабелей, электродов, поверхностей, экранирующих излучение.
Сегодня на первый план выходит электроника. Компьютеры, «умная» начинка автомобиля, оборудование майнинговых ферм не работают без полупроводников.
Ими выступают сурьмяные сплавы с алюминием, редкоземельными и другими подобными металлами (германий, индий, галлий).
Промышленность
Вещество применяется металлургией как компонент сплавов (номенклатура включает почти две сотни наименований), повышающий его твердость.
Особую пользу приносят композиты со свинцом, медью, оловом, висмутом. Из них получают легкоплавкий, но твердый, устойчивый к износу и коррозии металл.
Это материал для широкого спектра изделий:
- подшипники;
- трубы для перекачки агрессивных жидкостей;
- пули, шрапнель;
- припой;
- гарт (материал типографского шрифта).
Для других традиционных отраслей промышленности на особом счету устойчивый к жару оксид вещества. Это компонент термо- и коррозиестойких красок (особенно для окраски корпуса морских и океанских лайнеров ниже ватерлинии), эмалей, стекла, керамики, тканей.
Другие сферы
Сурьмяные сульфиды применяет химическая и прочие отрасли промышленности:
- вулканизация каучука;
- люминесцентные лампы;
- медицина (эластичная термостойкая резина, лекарственные препараты);
- протрава при производстве текстиля.
Сурьма есть в бенгальских огнях, салютах, другой пиротехнике и спичечных головках.
Мелкий сурьмяный порошок – базис красок («железная чернь»), используемых художниками.
Предостережение
Микродозы вещества (0,00001% по массе) присутствуют в живых организмах. Однако этот элемент, особенно трехвалентный и его производные, ядовиты.
ЯДОВИТЫЙ ПОЛУМЕТАЛЛ способен накапливаться в организме, подавляя работу щитовидной железы (появляется зоб) и половой сферы.
Сурьма и ее соединения отнесены к химически опасным веществам 2 класса.
Содержание вещества регулируется санитарными нормами.
Предельно допустимые концентрации (мг):
- воздух – 0,01 (м³);
- почва – 4,5 (кг);
- вода питьевая – 0,005 (л);
- вода природная – 0,05 (л);
- промышленные стоки – 0,2 (л).
В зоне риска – работники добывающих и металлургических предприятий. Основное профзаболевание металлургов – сурьмяная «литейная лихорадка». Отравиться можно парами или пылью сурьмы.
Симптомы поражения: раздражение органов дыхания, глаз, кожи, кровотечение из носа.
Попадание вещества в ЖКТ менее опасно: при пищеварении оно проходит стадию гидролиза, после чего выводится из организма.
Для взрослого человека смертельная доза сурьмы – 100 мг, для ребенка – вдвое меньше.
Загрузка...
