СУРМА: ІСТОРІЯ, СТРУКТУРА, ВЛАСТИВОСТІ, ВИКОРИСТАННЯ ТА РИЗИКИ - ХІМІЯ - 2025

Сурма є металоїди блискучим, сріблом, і з деяким блакитним відтінком. Її тверда речовина також характеризується тим, що текстура дуже крихка і в'яла. Він належить до групи 15 періодичної таблиці на чолі з азотом. Після вісмуту (і московію) він є найважчим елементом групи.

Він представлений хімічним символом Sb. У природі він міститься в основному в стибітах та улманнітових мінеральних рудах, хімічними формулами яких є відповідно Sb ₂ S ₃ та NiSbS. Його висока схильність до утворення сульфідів замість оксидів пояснюється тим, що він хімічно м'який.

Кристалічна сурма. Джерело: Кращі Sci-Fatcs

З іншого боку, сурма також є фізично м'якою, що представляє твердість 3 за шкалою Мооса. Він стійкий при кімнатній температурі і не реагує з киснем у повітрі. Але при нагріванні в присутності кисню він утворює триоксид сурми, Sb ₂ O ₃ .

Так само стійкий до дії слабких кислот; але при нагріванні на нього нападають азотна та соляна кислоти.

Сурма має численні сфери застосування, серед них вона використовується у сплавах зі свинцем і оловом, у виробництві акумуляторів автомобіля, матеріалів з низьким тертям тощо.

Цей металоїд має рідкісну властивість збільшуватися в об'ємі при його затвердінні, що дозволяє його сплавам повністю зайняти простір, який використовується для формування інструменту, який виготовляється.

Історія його відкриття

До н

Є дані, що з 3100 року до н.е. сульфід сурми використовувався як косметичний засіб в Єгипті. У Месопотамії, нинішній Ірак, були знайдені рештки вази та інший артефакт, який, імовірно, датується між 3000 та 2200 рр. До н.е.

Введення терміна

Римський учений Пліній Старший (23-79 р. Н. Е.) Описав використання сурми, яку він назвав стибієм, у розробці семи лікарських засобів у своєму Трактаті з історії історії. Алхіміку Абу-Муссі Джахіру Ібн Хаяну (721-815) приписують введення терміна сурму для назви елемента.

Він використовував таку етимологію: "анти" як синонім заперечення і "моно" лише для цього. Тоді він хотів підкреслити, що сурма не тільки зустрічається в природі. Вже відомо, що він входить до складу сульфідних мінералів, як і багатьох інших елементів.

Отримання

Вважається, що грецький натурист Педаній Діаскорид отримав чисту сурму, нагріваючи сульфід сурми в потоці повітря. Італійський металург Ванносіо Бірінгусіо у книзі De la Pirotecnia (1540) робить опис методу виділення сурми.

Німецький хімік Андреас Лібавій (1615 р.), Використовуючи розплавлену суміш заліза, сульфід сурми, солі та тартрату калію, домігся отримання кристалічної сурми.

Перший докладний звіт про сурму зробив у 1707 році французький хімік Ніколя Лемері (1645-1715) у своїй книзі "Трактат про сурму".

Структура сурми

Зморщені шари, що складають кристалічну структуру металевої або срібної сурми. Джерело: Матеріознавство

На верхньому зображенні видно зморшкувату шарувату структуру, прийняту атомами миш'яку. Однак сірувата сурма, більш відома як металева сурма, також приймає цю структуру. Кажуть, що він «зморщений», тому що є атоми Sb, що рухаються вгору та вниз по площині, що складається з оболонки.

Ці шари, хоча вони відповідають за фотони, які взаємодіють з нею, сяють сріблястим блиском, змушуючи сурму проходити як метал, правда полягає в тому, що сили, що їх об'єднують, слабкі; отже, видимі металеві фрагменти Sb можуть бути легко подрібненими, крихкими або лущими.

Також атоми Sb у зморщених шарах недостатньо близькі, щоб згрупувати свої атомні орбіталі разом і таким чином створити смугу, яка дозволяє проводити електричну провідність.

Дивлячись на сірувату сферу окремо, можна помітити, що вона має три зв’язки Sb-Sb. З вищої площини Sb видно в центрі трикутника, у його вершинах розташовані три Sb. Однак трикутник не є рівним і має два рівні або поверхи.

Бічне розмноження таких трикутників та їх зв’язків встановлює зморщені шари, які вишикуються, утворюючи ромбоедричні кристали.

Аллотропія

Щойно описана структура відповідає сірустій ​​сурмі, найбільш стійкій з чотирьох алотропів. Інші три алотропи (чорний, жовтий та вибухонебезпечні) є метастабільними; тобто вони можуть існувати в дуже суворих умовах.

Інформація про їхні структури не так багато. Однак відомо, що чорна сурма є аморфною, тому її структура брудна і складна.

Сурма жовтого кольору стабільна нижче -90 ° C, поводиться як неметалічний елемент, і можна припустити, що він складається з невеликих агломератів типу Sb ₄ (схожих на фосфор); при нагріванні він перетворюється на чорний алотроп.

А щодо вибухонебезпечної сурми вона складається з желеподібного відкладення, що утворюється на катоді під час електролізу водного розчину галогеніду сурми.

При найменшому сильному терті або ударі м'яке тверде речовина виділяє стільки тепла, що воно вибухає і стабілізується, як його атоми перегрупуються в ромбоедричну кристалічну структуру сіруватої сурми.

Властивості

Атомна вага

121,76 г / моль.

Атомне число

51.

Електронна конфігурація

4d ¹⁰ 5s ² 5p ³ .

Стани окислення

-3, -2, -1, +1, +2, +3, +4, +5.

Фізичний опис

Блискучий сріблястий твердий, крихкий, з лускатою поверхнею, з синюватим відтінком. Він також може з'явитися у вигляді чорного порошку.

Точка плавлення

630,63 ° C.

Точка кипіння

1635 ° C.

Щільність

-6,697 г / см ³ при кімнатній температурі.

-6,53 г / см ³ у рідкому стані, температура, яка дорівнює або перевищує температуру плавлення.

Тепло синтезу

19,79 кДж / моль.

Тепло випаровування

193,43 кДж / моль.

Молярна калорійність

25,23 Дж / мол.К.

Електронегативність

2,05 (шкала Полінга).

Атомне радіо

140 вечора.

Твердість

Це м'який елемент, твердість якого 3 за шкалою Мооса, і його можна подряпати склом.

Стабільність

Він стійкий при кімнатній температурі, не зазнає окислення. Він також стійкий до нападу кислотами.

Ізотопи

Він має два стабільних ізотопи: ¹²¹ Sb і ¹²³ Sb, Крім того, існує 35 радіоактивних ізотопів. Радіоактивний ізотоп ¹²⁵ Sb має найдовший період напіввиведення: 2,75 років. Загалом радіоактивні ізотопи випромінюють β ⁺ і β ^- випромінювання .

Електрична та теплопровідність

Сурма - поганий провідник тепла та електрики.

Хімічна реактивність

Він не може витіснити водень з розведених кислот. Утворює іонні комплекси з органічними та неорганічними кислотами. Металева сурма не реагує з повітрям, але швидко перетворюється на оксид у вологому повітрі.

Галогени та сульфіди легко окислюють сурму, якщо процес відбувається при підвищеній температурі.

Програми

Сплави

Сурма використовується в сплаві зі свинцем для виготовлення пластин для автомобільних акумуляторів, покращуючи опір плит, а також характеристики зарядів.

Свинцево-олововий сплав був використаний для поліпшення характеристик зварних швів, а також характеристик відслідковувальних куль і патронів-детонаторів. Він також використовується в сплавах для нанесення покриттів електричними кабелями.

Сурма застосовується в антифрикційних сплавах, при виготовленні олов'яної та твердіючих сплавів з низьким вмістом олова при виготовленні органів та інших музичних інструментів.

Він має характерне для спільного використання з водою збільшення об'єму при конденсації; Тому сурма, присутня в сплавах зі свинцем і оловом, заповнює всі простори у формах, покращуючи визначення структур, виготовлених із зазначених сплавів.

Антипірен

Тріоксид сурми використовується для отримання вогнезахисних сполук, завжди в поєднанні з галогенованими вогнезахисними речовинами, бромідами та хлоридами.

Вогнезахисні речовини можуть реагувати з атомами кисню та ОН-радикалами, що гальмує вогонь. Ці вогнезахисні засоби застосовуються в дитячому одязі, іграшках, літальних апаратах та в автокріслах.

Вони також додаються в поліефірні смоли, а також у склопластикові композити для предметів, що використовуються в якості чохлів для легких літальних двигунів.

Сурмонові сполуки, які використовуються як антипірени, включають: оксихлорид сурми, SbOCl; пентоксид сурми, SbO ₅ ; трихлорид сурми, SbCl ₃ ; і триоксид сурми, SbO ₃ .

Поле електроніки

Застосовується при виробництві напівпровідників, діодів, інфрачервоних детекторів, а також у виробництві транзиторів. Сурма високої чистоти, що використовується в напівпровідниковій технології, отримується за рахунок зменшення сполук сурми з воднем.

Медицина та ветеринарія

З'єднання сурми з давніх часів використовуються в медицині як блювотні засоби та антипротозої. Калій тартарат калію (зубний еметік) тривалий час використовувався як антисцистосома; застосовується, крім того, як відхаркувальний, потогінний та знеболюючий засіб.

Солі сурми також використовувались для кондиціонування шкіри жуйних тварин; такі як аніомалін та тіомалат сурми літію.

Меглюмін антимоніат - препарат, що застосовується при лікуванні лейшманіозу у зовнішніх вогнищах домашніх тварин. Хоча терапевтичні переваги були обмеженими.

Пігменти та фарби

Сурмонові сполуки застосовують у виробництві фарб та непрозорих речовин в емалях. Вони також використовуються в пігментах верміліону, жовтого та оранжевого кольору, які є продуктами повільного окислення сульфідів сурми.

Деякі його органічні солі (тартарати) використовуються в текстильній промисловості для сприяння зв’язуванню певних барвників.

Сульфід сурми використовувався в Стародавньому Єгипті як косметичний засіб для затемнення очей.

Інші види використання

Деякі солі сурми використовуються як засоби для покриття для видалення мікроскопічних бульбашок, що утворюються на телеекранах. Іони сурми взаємодіють з киснем, усуваючи його схильність до утворення бульбашок.

Сульфід сурми (III) використовується в голівках деяких сірників безпеки. Сульфід сурми також використовується для стабілізації коефіцієнта тертя матеріалів, що використовуються в автомобільних гальмівних колодках.

Ізотоп ¹²⁴ Sb разом з берилієм використовують як джерело нейтронів із середньою енергією 24 кЕВ. Крім того, сурма використовується як каталізатор у виробництві пластмас.

Ризики

Це крихкий елемент, тому під час поводження з ним може утворюватися забруднюючий пил з навколишнього середовища. У робітників, що зазнали пилу сурми, спостерігалися дерматити, реніти, запалення верхніх дихальних шляхів та кон’юнктивіт.

Пневмоконіоз, який іноді поєднується з обструктивними легеневими змінами, був описаний після тривалих впливів.

Тріоксид сурми може спричинити пошкодження функції серця, що може бути смертельним.

У людей, які піддаються впливу цього елемента, спостерігається наявність перехідних гнійничкових інфекцій шкіри.

Постійне вживання низьких доз цього металу може спричинити діарею, блювоту та виразки шлунка. Також гранично допустима концентрація в повітрі становить 0,5 мг / м ³ .

Список літератури

1. Шивер і Аткінс. (2008). Неорганічна хімія. (Четверте видання). Mc Graw Hill.
2. Менні. (11 березня 2009 р.). Жовтий сурм і вибухонебезпечний сурм Відновлено з сайту: antiminproperties.blogspot.com
3. Професор Ернст Коен та JC Van Den Bosch. (1914). Аллотропія сурми. Праці Королівського акад. Амстердам. Випуск XVII.
4. Вікіпедія. (2019). Сурма. Відновлено з: en.wikipedia.org
5. Advameg, Inc. (2019). Сурма. Відновлено з: chemistryexplained.com
6. Соболь Мак-Онеал. (15 вересня 2018 р.). Хімія: властивості та застосування Sb-сурми. Відновлено з: medium.com