Металлы V группы главной подгруппы (Sb, Bi)

Сурьма (Stibium)

Сурьма

Сурьма известна с глубокой древности. В странах Востока она использовалась примерно за 3000 лет до н. э. для изготовления сосудов. В Древнем Египте уже в XIX 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 στίμμι и στίβι, отсюда лат. stibium. Около XII—XIV вв. н. э. появилось название antimonium. Подробное описание свойств и способов получения сурьмы и её соединений впервые дано алхимиком Василием Валентином (Германия) в 1604. В 1789 А. Лавуазье включил сурьму в список химических элементов под названием antimoine (современный английский antimony, испанский и итальянский antimonio, немецкий Antimon). Русское слово «сурьма» произошло от турецкого и крымско-татарского sürmä; им обозначался порошок свинцового блеска PbS, также служивший для чернения бровей (по другим данным, «сурьма» — от персидского «сурме» — металл).

Сурьма – хрупкое тугоплавкое серебристо-белое вещество с металлическим блеском (tпл = 631°C ), проводящее электрический ток. При нагревании на воздухе сурьма загорается, образуя оксид Sb2O3. Если внести порошок сурьмы в хлор, он воспламеняется с образованием дыма, состоящего из мельчайших кристалликов хлорида сурьмы (III) SbCl3.

Оксид Sb2O3 является амфотерным, т.е. реагирует и с щелочами, и с кислотами. Соли сурьмы (III) легко гидролизуются в водных растворах с образованием оксосолей – производных катиона антимонила SbO+:

SbCl3 + H2O = SbOCl↓ + 2HCl

Соль калия, антимонила и винной кислоты K(SbO)C4H4O6∙H2O (под названием «рвотный камень») долгое время использовался в медицине.

Минерал сурьмяный блеск

Высший оксид сурьмы проявляет свойства кислотных оксидов: влажный Sb2O5 окрашивает лакмусовую бумажку в красный цвет. При этом в растворе в незначительной концентрации образуется слабая неустойчивая сурьмяная кислота H[Sb(OH)6], известная главным образом по малорастворимым в воде солям – антимонатам щелочных металлов, например Na[Sb(OH)6].

Сурьма всё больше применяется в полупроводниковой промышленности при производстве диодов и инфракрасных детекторов. 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.

Висмут (Bismuthum)

Кристаллы висмута

Висмут тоже упоминается в трудах европейских алхимиков, хотя вплоть до XVIII в. его, как и сурьму, часто путали со свинцом. Происхождение слова «висмут» недостаточно ясно. По одной из гипотез, оно образовано от искаженных немецких слов wis и mat (weisse Masse), что переводится как «белая масса».

Висмут – блестящий хрупкий тугоплавкий металл (tпл = 271 С ). Оксид Bi2O3 проявляет свойства основного оксида, а вот оксид висмута (V) Bi2O5 является уже кислотным оксидом. Его соли, висмутаты – сильные окислители.

В соединениях висмут проявляет степени окисления −3, +1, +2, +3, +4, +5. При комнатной температуре в среде сухого воздуха не окисляется, но в среде влажного воздуха покрывается тонкой плёнкой оксида. Нагрев до температуры плавления приводит к окислению висмута, которое заметно интенсифицируется при 500 °C. При достижении температуры выше 1000 °C сгорает с образованием оксида Bi2O3

4Bi + 3O2 = 2Bi2O3

Взаимодействие озона с висмутом приводит к образованию оксида Bi2O5.

Незначительно растворяет фосфор. Водород в твёрдом и жидком висмуте практически не растворяется, что свидетельствует о малой активности водорода по отношению к висмуту. Известны гидриды Bi2H2 и BiH3, которые при нагреве являются неустойчивыми и ядовитыми газами. Висмут не взаимодействует с углеродом, азотом и кремнием.

Взаимодействие висмута с серой или с сернистым газом сопровождается образованием сульфидов BiS, Bi2S3.

Bi + S = BiS

2Bi + 3S = Bi2S3

Висмут проявляет стойкость по отношению к концентрированной соляной и разбавленной серной кислотам, но растворяется азотной кислотой и царской водкой.

Bi + 4HNO3 = Bi(NO3)3 + NO↑ + 2H2O

Bi + 3HCl + HNO3 = BiCl3 + NO↑ + 2H2O

С концентрированной серной кислотой растворяется с образованием сульфата висмута:

2Bi + 6H2SO4 = Bi2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O

Взаимодействие висмута с фтором, хлором, бромом и иодом сопровождается образованием различных галогенидов:

2Bi + 5F2 = 2BiF5

2Bi + 3Cl2 = 2BiCl3

С металлами способен образовывать интерметаллиды — висмутиды.

Оксид висмута (III) используют в производстве эмалей и керамических красок. Соли висмута (нитрат висмутила) находят применение в медицине в качестве вяжущих средств.

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *