| Atomski broj | 51 |
| Izgled jednostavne tvari | srebrnobijeli metal |
| Svojstva atoma | |
| Atomska masa (molekulska masa) |
121.760 a. e.m. (/mol) |
| Atomski radijus | 159 sati |
| Energija ionizacije (prvi elektron) |
833,3 (8,64) kJ/mol (eV) |
| Elektronička konfiguracija | 4d 10 5s 2 5p 3 |
| Kemijska svojstva | |
| Kovalentni radijus | 140 navečer |
| Ionski radijus | (+6e)62 (-3e)245 pm |
| Elektronegativnost (prema Paulingu) |
2,05 |
| Potencijal elektrode | 0 |
| Oksidacijska stanja | 5, 3, −3 |
| Termodinamička svojstva jednostavne tvari | |
| Gustoća | 6,691 /cm³ |
| Molarni toplinski kapacitet | 25,2 J/(mol) |
| Toplinska vodljivost | 24,43 W/( ·) |
| Temperatura topljenja | 903,9 |
| Toplina taljenja | 20,08 kJ/mol |
| Temperatura vrenja | 1908 |
| Toplina isparavanja | 195,2 kJ/mol |
| Molarni volumen | 18,4 cm³/mol |
| Kristalna rešetka jednostavne tvari | |
| Rešetkasta struktura | trokutan |
| Parametri rešetke | 4,510 |
| omjer c/a | n/a |
| Debyeova temperatura | 200,00 |
| Sb | 51 |
| 121,760 | |
| 4d 10 5s 2 5p 3 | |
- element glavne podskupine pete skupine pete periode periodnog sustava kemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva, atomski broj 51. Označava se simbolom Sb (lat. Stibium). Jednostavna tvar antimon (CAS broj: 7440-36-0) je metal (polumetal) srebrno-bijele boje s plavičastom nijansom, grubo zrnate strukture. Poznate su četiri metalne alotropske modifikacije antimona, koje postoje pri različitim tlakovima, i tri amorfne modifikacije.
Povijesna referenca
Antimon je poznat od davnina. U zemljama Istoka korišten je otprilike 3000 godina pr. e. za izradu posuda. U starom Egiptu već u 19.st. PRIJE KRISTA e. antimon svjetlucavi prah (prirodni Sb 2 S 3) tzv mjeston ili stabljika koristi se za crnjenje obrva. U staroj Grčkoj bio je poznat kao stimi I stibi, dakle latinski stibium. Oko 12.-14.st. n. e. pojavilo se ime antimonij. Godine 1789. A. Lavoisier uvrstio je antimon u popis kemijskih elemenata tzv antimoin(suvremeni engleski antimon, španjolski i talijanski antimonio, njemački Antimon). Ruski "antimon" dolazi od turskog surme; označavao je olovni svjetlucavi prah PbS, koji se također koristio za crnjenje obrva (prema drugim izvorima, "antimon" je od perzijskog "surme" - metal). Detaljan opis svojstava i načina dobivanja antimona i njegovih spojeva prvi je dao alkemičar Vasilij Valentin (Njemačka) 1604. godine.
Biti u prirodi
U srednjetemperaturnim hidrotermalnim žilama s rudama srebra, kobalta i nikla, također u sulfidnim rudama složenog sastava.
Izotopi antimona
Prirodni antimon je mješavina dvaju izotopa: 121 Sb (izotopska zastupljenost 57,36%) i 123 Sb (42,64%). Jedini dugovječni radionuklid je 125 Sb s vremenom poluraspada od 2,76 godina; svi ostali izotopi i izomeri antimona imaju poluživot ne duži od dva mjeseca, što ne dopušta njihovu upotrebu u nuklearnom oružju.
Energija praga za reakcije koje oslobađaju neutron (1.):
121 Sb - 9,248 MeV
123 Sb - 8,977 MeV
125 Sb - 8,730 MeV
Fizička i kemijska svojstva
Antimon u slobodnom stanju tvori srebrnobijele kristale metalnog sjaja, gustoće 6,68 g/cm³. Izgledom nalikuje metalu, kristalni antimon je krtiji i ima manju toplinsku i električnu vodljivost.
Primjena
Antimon se sve više koristi u industriji poluvodiča u proizvodnji dioda, infracrvenih detektora i uređaja s Hallovim efektom. U obliku legure ovaj metaloid značajno povećava tvrdoću i mehaničku čvrstoću olova.
korišteno:
- baterije
- antifrikcijske legure
— tiskarske legure
- streljačko oružje i tragajuće metke
- omotači kabela
- šibice
- lijekovi, antiprotozoalni agensi
— lemljenje pojedinačni bezolovni lemovi sadrže 5% Sb
- korištenje u strojevima za linotipski tisak
Spojevi antimona u obliku oksida, sulfida, natrijeva antimonata i antimonova triklorida koriste se u proizvodnji vatrostalnih spojeva, keramičkih emajla, stakla, boja i keramičkih proizvoda. Antimon trioksid najvažniji je od spojeva antimona i primarno se koristi u smjesama za usporavanje plamena. Antimonov sulfid jedan je od sastojaka glava šibica.
Prirodni antimonov sulfid, stibnit, korišten je u biblijska vremena u medicini i kozmetici. Stibnit se još uvijek koristi kao lijek u nekim zemljama u razvoju. Spojevi antimona - meglumin antimonijat (glucantim) i natrijev stiboglukonat (pentostam) koriste se u liječenju lišmanioze.
Fizička svojstva
Obični antimon To je srebrnobijeli metal jakog sjaja. Za razliku od većine drugih metala, on se širi kada se skrutne. Sb snižava talište i točke kristalizacije olova, a sama legura pri stvrdnjavanju nešto raste u volumenu. Zajedno s kositrom i bakrom antimon tvori metalnu leguru - Babbitt koja ima antifrikcijska svojstva (uporaba u ležajevima).Sb se dodaje i metalima namijenjenim za tanke odljevke.
Crvena živa." Posebnost ove tvari je u tome što je ona svojevrsni višenamjenski nuklearni katalizator (faktor umnažanja neutrona 7-9) te bi je svaka država trebala vrlo strogo uzeti u obzir zbog opasnosti od nuklearnog terorizma.
Cijene
Cijene metalnog antimona u ingotima čistoće 99% bile su oko 5,5 USD/kg.
Termoelektrični materijali
Antimonov telurid se koristi kao komponenta termoelektričnih legura (termo-emf sa 100-150 μV/K) s bizmutovim teluridom.
Biološka uloga i djelovanje na organizam
Antimon je mikroelement. Njegov sadržaj u ljudskom organizmu je 10 -6% mase. Stalno prisutan u živim organizmima, fiziološka i biokemijska uloga nije jasna. Antimon pokazuje iritirajuće i kumulativno djelovanje. Akumulira se u štitnjači, inhibira njezin rad i uzrokuje endemsku gušavost. Međutim, kada uđu u probavni trakt, spojevi antimona ne uzrokuju trovanje, jer se soli Sb(III) tamo hidroliziraju u slabo topljive produkte. Štoviše, spojevi antimona (III) su toksičniji od spojeva antimona (V). Prašina i pare Sb uzrokuju krvarenje iz nosa, antimonsku "ljevaoničku groznicu", pneumosklerozu, zahvaćaju kožu i remete spolne funkcije. Prag percepcije okusa u vodi je 0,5 mg/l. Smrtonosna doza za odraslu osobu je 100 mg, za djecu - 49 mg. Za aerosole antimona najveća dopuštena koncentracija u zraku radnog prostora je 0,5 mg/m 3, u atmosferskom zraku 0,01 mg/m 3. MDK u tlu iznosi 4,5 mg/kg. U vodi za piće antimon pripada klasi opasnosti 2, ima najveću dopuštenu koncentraciju od 0,005 mg/l, utvrđenu prema sanitarno-toksikološkom LPV. U prirodnim vodama standard sadržaja je 0,05 mg/l. U industrijskim otpadnim vodama koje se ispuštaju u postrojenja za pročišćavanje s biofilterima sadržaj antimona ne smije biti veći od 0,2 mg/l.
O antimonu se može puno reći. Ovo je element sa zanimljivom poviješću i zanimljivim svojstvima; element koji se koristi dugo i prilično široko; element neophodan ne samo za tehnologiju, već i za univerzalnu ljudsku kulturu. Povjesničari vjeruju da se prva proizvodnja antimona pojavila na drevnom Istoku prije gotovo 5 tisuća godina. U predrevolucionarnoj Rusiji nije bilo niti jedne tvornice, niti jedne radionice u kojoj se topio antimon. A bio je potreban - prvenstveno u tiskarskoj industriji (kao sastavni dio materijala za slova) i industriji bojanja, gdje se neki spojevi elementa br. 51 još uvijek koriste. Početkom 20.st. Rusija je godišnje uvozila oko tisuću tona antimona iz inozemstva.
Početkom 30-ih, na području Kirgiške SSR, u Ferganskoj dolini, geolozi su pronašli sirovine antimona. U istraživanju ovog ležišta sudjelovao je istaknuti sovjetski znanstvenik akademik D.I. Ščerbakov. Godine 1934. počeo se proizvoditi antimonov trisulfid iz ruda nalazišta Kadamdzhai, a godinu dana kasnije prvi sovjetski metalni antimon istopljen je iz koncentrata ovog ležišta u pilot postrojenju. Do 1936. godine proizvodnja ove tvari dosegla je toliki razmjer da je zemlja bila potpuno oslobođena potrebe za uvozom iz inozemstva.
Razvoj tehnologije i organizaciju proizvodnje sovjetskog antimona vodili su inženjeri N.P. Sazhin i S.M. Melnikov, kasnije slavni znanstvenici, laureati Lenjinove nagrade.
20 godina kasnije, na Svjetskoj izložbi u Bruxellesu, sovjetski metalni antimon prepoznat je kao najbolji na svijetu i odobren kao svjetski standard.
Povijest antimona i njegova imena
Zajedno sa zlatom, živom, bakrom i šest drugih elemenata, antimon se smatra pretpovijesnim. Ime njegovog pronalazača nije dospjelo do nas. Poznato je samo da je, primjerice, u Babilonu već 3 tisuće godina pr. Od njega su se izrađivale posude. Latinski naziv za element "stibium" nalazimo u spisima Plinija Starijeg. Međutim, grčki "στιβι", od kojeg potječe ovaj naziv, izvorno se nije odnosio na sam antimon, već na njegov najčešći mineral - antimonov sjaj.
U zemljama stare Europe bio je poznat samo ovaj mineral. Sredinom stoljeća naučili su iz njega taliti "kraljevića antimona", koji se smatrao polumetalom. Najveći metalurg srednjeg vijeka Agricola (1494....1555.) zapisao je: “Ako se legiranjem u olovo doda određeni udio antimona, dobiva se tipografska legura od koje je tip kojim se služe oni koji tiskaju knjige. napravio.” Stoga je jedna od glavnih trenutnih upotreba elementa br. 51 stara mnogo stoljeća.
Svojstva i metode dobivanja antimona, njegovih pripravaka i legura prvi su put u Europi detaljno opisani u poznatoj knjizi "Trijumfalna kočija antimona", objavljenoj 1604. Njezinim se autorom dugo godina smatrao alkemičar Benediktinac redovnika Bazilija Valentina, koji je navodno živio početkom 15. stoljeća. No, još u prošlom stoljeću utvrđeno je da se to nikada nije dogodilo među redovnicima benediktinskog reda. Znanstvenici su došli do zaključka da je "Vasily Valentin" pseudonim za nepoznatog znanstvenika koji je svoju raspravu napisao ne prije sredine 16. stoljeća. ... Naziv "antimonij", koji je dao prirodnom sumpornom antimonu, njemački povjesničar Lipmann izvodi iz grčkog ανεμον - "cvijet" (pojavom izraslina igličastih kristala sjaja antimona, sličnih cvjetovima iz obitelji Asteraceae).
Naziv "antimonij" kod nas iu inozemstvu dugo se odnosio samo na ovaj mineral. A metalni antimon u to vrijeme nazivali su kraljem antimona - regulus antimoni. Godine 1789. Lavoisier je uvrstio antimon u popis jednostavnih tvari i dao mu naziv antimonie, što je i dalje francuski naziv za element broj 51. Bliski su mu engleski i njemački nazivi - antimon, antimon.
Postoji, međutim, još jedna verzija. Ona ima manje eminentnih pristaša, ali među njima je Švejkov tvorac - Jaroslav Hašek.
Između molitava i kućanskih poslova, opat samostana Stahlhausen u Bavarskoj, otac Leonardus, tražio je kamen mudraca. U jednom od svojih pokusa pomiješao je u loncu pepeo spaljenog heretika s pepelom svoje mačke i udvostručio količinu zemlje uzetu s mjesta spaljivanja. Redovnik je počeo zagrijavati tu “paklenu smjesu”.
Nakon isparavanja dobivena je teška tamna tvar s metalnim sjajem. Bilo je neočekivano i zanimljivo; svejedno, pater Leonardus je bio iznerviran: u knjizi koja je pripadala spaljenom krivovjercu rečeno je da bi kamen filozofa trebao biti bestežinski i proziran... A otac Leonardus je dobivenu tvar bacio daleko od opasnosti - u samostansko dvorište.
Nakon nekog vremena iznenađeno je primijetio da su svinje rado lizale “kamen” koji je izbacio i pritom se brzo udebljale. A onda je ocu Leonardu sinula briljantna ideja: odlučio je da je otkrio hranjivu tvar pogodnu za ljude. Pripremio je novu porciju “kamena života”, zdrobio ga i taj prah dodao u kašu koju su jela njegova mršava braća u Kristu.
Sutradan je svih četrdeset redovnika samostana Stahlhausen umrlo u strašnim mukama. Kajući se za učinjeno, opat je prokleo svoje pokuse, a “kamen života” preimenovao u antimonijum, odnosno lijek protiv redovnika.
Teško je jamčiti za vjerodostojnost detalja ove priče, ali upravo je to verzija iznesena u priči J. Hašeka “Kamen života”.
Etimologija riječi "antimon" je gore objašnjena s nekim detaljima. Ostaje samo dodati da ruski naziv za ovaj element - "antimon" - dolazi od turskog "surme", što se prevodi kao "trljanje" ili "crnjenje obrva". Sve do 19. stoljeća. u Rusiji je postojao izraz "potamniti obrve", iako nisu uvijek bile "antimonizirane" spojevima antimona. Samo jedan od njih - crna modifikacija antimon trisulfida - korišten je kao boja za obrve. Prvo je označen riječju koja je kasnije postala ruski naziv za element broj 51.
Sada saznajmo što se krije iza ovih imena.
Metal ili nemetal?
Srednjovjekovni metalurzi i kemičari poznavali su sedam metala: zlato, srebro, bakar, kositar, olovo, željezo i živu. Cink, bizmut i arsen, otkriveni u to vrijeme, zajedno s antimonom, svrstani su u posebnu skupinu "polumetala": lakše su se kovali, a kovnost se smatrala glavnom karakteristikom metala. Osim toga, prema alkemijskim idejama, svaki je metal bio povezan s nekim nebeskim tijelom. A bilo je poznato sedam takvih tijela: Sunce (s njim se povezivalo zlato), Mjesec (srebro), Merkur (živa), Venera (bakar), Mars (željezo), Jupiter (kositar) i Saturn (olovo).
Za antimon nije bilo dovoljno nebeskog tijela i na temelju toga alkemičari ga nisu htjeli priznati kao samostalan metal. No, začudo, bili su djelomično u pravu, što je lako potvrditi analizom fizičkih i kemijskih svojstava antimona.
Antimon (točnije, njegova najčešća siva modifikacija)* izgleda kao običan metal tradicionalne sivo-bijele boje s blagom plavičastom nijansom. Plava nijansa je jača što je više nečistoća. Ovaj je metal umjereno tvrd i iznimno krhak: u porculanskom mužaru i tučku ovaj se metal (!) lako može zdrobiti u prah. Antimon provodi struju i toplinu mnogo lošije od većine običnih metala: na 0°C njegova električna vodljivost iznosi samo 3,76% električne vodljivosti srebra. Mogu se navesti i druge karakteristike - one neće promijeniti ukupnu kontradiktornu sliku. Metalna svojstva antimona su prilično slabo izražena, međutim, svojstva nemetala su daleko od toga da su mu potpuno svojstvena.
* Poznati su i žuti antimon, nastao iz antimonastog vodika SbH 3 na –90°C, i crni. Potonji se dobiva brzim hlađenjem para antimona; grijanjem na 400°C crni antimon prelazi u obični antimon.
Detaljna analiza kemijskih svojstava antimona također nije omogućila njegovo konačno uklanjanje iz odjeljka "ni ovo ni ono". Vanjski, elektronički sloj atoma antimona sastoji se od pet valentnih elektrona s 2 str 3. Njih tri ( str-elektroni) – nespareni i dva ( s-elektroni) – upareni. Prvi se lakše odvajaju od atoma i određuju 3+ valenciju karakterističnu za antimon. Kada se pojavi ova valencija, par usamljenih valentnih elektrona s 2 je, takoreći, u rezervi. Kada se ta rezerva potroši, antimon postaje petovalentan. Ukratko, pokazuje iste valencije kao i njegov grupni pandan, nemetalni fosfor.
Pogledajmo kako se antimon ponaša u kemijskim reakcijama s drugim elementima, na primjer s kisikom, i kakva je priroda njegovih spojeva.
Kada se zagrijava na zraku, antimon se lako pretvara u oksid Sb 2 O 3 - bijelu krutinu, gotovo netopljivu u vodi. U literaturi se ova tvar često naziva antimonov anhidrid, ali to je netočno. Uostalom, anhidrid je oksid koji stvara kiselinu, au hidratu Sb (OH) 3, Sb 2 O 3 osnovna svojstva jasno prevladavaju nad kiselim. Svojstva nižeg oksida antimona pokazuju da je antimon metal. Ali viši oksid antimona Sb 2 O 5 zapravo je anhidrid s jasno definiranim kiselim svojstvima. Dakle, antimon je još uvijek nemetal?
Postoji i treći oksid - Sb 2 O 4. U njemu je jedan atom antimona trovalentan, a drugi peterovalentan i taj je oksid najstabilniji. U interakciji s drugim elementima postoji ista dvojnost, a pitanje je li metal antimon ili nemetal ostaje otvoreno. Zašto se onda pojavljuje među metalima u svim referentnim knjigama? Uglavnom klasifikacije radi: morate ga negdje staviti, ali izgledom više liči na metal...
Kako se dobiva antimon?
Antimon je relativno rijedak element, u zemljinoj kori ga nema više od 4·10–5%. Unatoč tome, u prirodi postoji preko 100 minerala koji sadrže element br.51. Najčešći mineral antimona (i od najvećeg industrijskog značaja) je antimonov luster ili stibnit, Sb 2 S 3 .
Rude antimona oštro se razlikuju jedna od druge u sadržaju metala - od 1 do 60%. Neisplativo je dobivanje metalnog antimona izravno iz ruda koje sadrže manje od 10% Sb. Stoga se siromašne rude nužno obogaćuju - koncentrat već sadrži 30...50% antimona i prerađuje se u elementarni antimon. To se radi pirometalurškim ili hidrometalurškim metodama. U prvom slučaju, sve se transformacije događaju u talini pod utjecajem visoke temperature, u drugom - u vodenim otopinama spojeva antimona i drugih elemenata.
Činjenica da je antimon bio poznat u antičko doba objašnjava se lakoćom dobivanja ovog metala iz Sb 2 S 3 pomoću zagrijavanja. Kada se kalcinira na zraku, ovaj spoj se pretvara u trioksid, koji lako reagira s ugljenom. Kao rezultat, metalni antimon se oslobađa, iako je temeljito onečišćen nečistoćama prisutnim u rudi.
Sada se antimon tali u reverberacijskim ili električnim pećima. Za obnavljanje od sulfida koriste se strugotine od lijevanog željeza ili čelika - željezo ima veći afinitet prema sumporu od antimona. U ovom slučaju, sumpor se spaja sa željezom, a antimon se reducira u svoje elementarno stanje.
Značajne količine antimona dobivaju se i hidrometalurškim metodama, koje omogućuju iskorištavanje siromašnijih sirovina, a osim toga omogućuju izdvajanje vrijednih metalnih primjesa iz ruda antimona.
Bit ovih metoda je obrada rude ili koncentrata nekom vrstom otapala kako bi se antimon preveo u otopinu i zatim ekstrahirao elektrolizom. Međutim, prijenos antimona u otopinu nije tako jednostavan: većina prirodnih spojeva antimona gotovo je netopiva u vodi.
Tek nakon brojnih eksperimenata provedenih u različitim zemljama odabrano je potrebno otapalo. Pokazalo se da se radi o vodenoj otopini natrijevog sulfida (120 g/l) i natrijevog hidroksida (30 g/l).
Ali "hidrometalurški" antimon također sadrži dosta nečistoća, uglavnom željeza, bakra, sumpora i arsena. A potrošačima, primjerice metalurgiji, treba antimon čistoće 99,5%. Stoga se grubi antimon dobiven bilo kojom metodom podvrgava rafiniranju vatre. Ponovno se rastali dodavanjem tvari u peć koje reagiraju s nečistoćama. Sumpor se “veže” sa željezom, arsen sa sodom ili potašom, željezo se uklanja precizno izračunatim dodatkom antimonovog sulfida. Nečistoće se pretvaraju u trosku, a rafinirani antimon se ulijeva u kalupe od lijevanog željeza.
U skladu s tradicijom svjetskog tržišta, ingoti antimona najvišeg stupnja moraju imati izraženu površinu u obliku zvijezde. Dobiva se taljenjem sa "zvjezdastom" troskom koja se sastoji od natrijevih antimonata ( m Sb 2 O 3 n Na 2 O). Ova troska nastaje reakcijom spojeva antimona i natrija koji se dodaju šarži. Ne samo da utječe na strukturu površine, već i štiti metal od oksidacije.
Za industriju poluvodiča zonskim taljenjem dobiva se još čišći antimon - 99,999% antimona.
Zašto je potreban antimon?
Metalni antimon se rijetko koristi zbog svoje krhkosti. Međutim, budući da antimon povećava tvrdoću drugih metala (kositra, olova) i ne oksidira u normalnim uvjetima, metalurzi ga često uvode u razne legure. Broj legura koje sadrže element br. 51 je blizu dvije stotine. Najpoznatije legure antimona su tvrdo olovo (ili tvrdo olovo), tiskarski metal i ležajni metali.
Nosivi metali su legure antimona s kositrom, olovom i bakrom, kojima se ponekad dodaju cink i bizmut. Ove legure su relativno nisko taljive i koriste se za izradu ljuski ležaja lijevanjem. Najčešće legure ove skupine - babiti - sadrže od 4 do 15% antimona. Babiti se koriste u alatnim strojevima, željezničkom i cestovnom prometu. Metali za ležajeve imaju dovoljnu tvrdoću, visoku otpornost na abraziju i visoku otpornost na koroziju.
Antimon je jedan od rijetkih metala koji se širi kada se skrutne. Zahvaljujući ovom svojstvu antimona, tiskarski metal - legura olova (82%), kositra (3%) i antimona (15%) - dobro ispunjava kalupe pri izradi slova; linije izlivene od ovog metala daju jasne otiske. Antimon daje metalu za tisak tvrdoću, otpornost na udarce i habanje.
Olovo dopirano antimonom (5 do 15%) poznato je kao hartbley ili čvrsto olovo. Dodatak 1% Sb olovu znatno povećava njegovu tvrdoću. Čvrsto olovo koristi se u kemijskom inženjerstvu, kao i za izradu cijevi kroz koje se transportiraju agresivne tekućine. Također se koristi za izradu omotača telegrafskih, telefonskih i električnih kabela, elektroda i baterijskih ploča. Ovo posljednje je, usput, jedna od najvažnijih upotreba elementa br. 51. Antimon se također dodaje olovu koje se koristi za izradu šrapnela i metaka.
Spojevi antimona naširoko se koriste u tehnologiji. Antimon trisulfid koristi se u proizvodnji šibica i u pirotehnici. Većina antimonijalnih lijekova također se dobiva iz ovog spoja. Antimon pentasumpor koristi se za vulkanizaciju gume. “Medicinska” guma, koja sadrži Sb 2 S 5, ima karakterističnu crvenu boju i visoku elastičnost. Antimonov trioksid otporan na toplinu koristi se u proizvodnji boja i tkanina otpornih na vatru. Antimonova boja, koja se temelji na antimonovom trioksidu, koristi se za bojanje podvodnih dijelova i nadpalubnih konstrukcija brodova.
Intermetalni spojevi antimona s aluminijem, galijem i indijem imaju svojstva poluvodiča. Antimon poboljšava svojstva jednog od najvažnijih poluvodiča - germanija. Ukratko, antimon, jedan od najstarijih metala poznatih čovječanstvu, potreban je i danas.
Kemijski predator
U srednjovjekovnim knjigama antimon je simboliziran likom vuka s otvorenim ustima. Vjerojatno se takav "grabežljivi" simbol ovog metala objašnjava činjenicom da antimon otapa ("proždire") gotovo sve druge metale. Srednjovjekovni crtež koji je došao do nas prikazuje vuka koji proždire kralja. Poznavajući alkemijsku simboliku, ovaj crtež treba shvatiti kao stvaranje legure zlata i antimona.
Ljekoviti antimon
U XV...XVI stoljeću. Pojedini pripravci antimona često su se koristili kao lijekovi, uglavnom kao ekspektoransi i emetici. Da bi se izazvalo povraćanje, bolesniku je davano vino u posudi od antimona. Jedan od spojeva antimona, KC 4 H 4 O 6 (SbO) H 2 O, naziva se emetik zubnog kamenca.
Spojevi antimona još uvijek se koriste u medicini za liječenje određenih zaraznih bolesti ljudi i životinja. Posebno se koriste u liječenju bolesti spavanja.
Svugdje osim sunca
Unatoč činjenici da je sadržaj antimona u zemljinoj kori vrlo mali, njegovi tragovi se nalaze u mnogim mineralima. Antimon se ponekad nalazi u meteoritima. Vode mora, nekih rijeka i potoka također sadrže antimon. Nisu pronađene linije antimona u spektru Sunca.
Antimon i boje
Mnogi spojevi antimona mogu poslužiti kao pigmenti u bojama. Tako se kalijev antimon (K 2 O · 2Sb 2 O 5) široko koristi u proizvodnji keramike. Natrijev metaantimonij (NaSbO 3) zvan leukonin koristi se za premazivanje kuhinjskog posuđa i u proizvodnji emajla i bijelog mliječnog stakla. Poznata boja "Napuljska žuta" nije ništa više od antimonovog olovnog oksida. Koristi se u slikarstvu kao uljana boja, kao i za bojanje keramike i porculana. Čak se i metalni antimon, u obliku vrlo finog praha, koristi kao boja. Ovaj prah je osnova poznate "željezno crne" boje.
"Antimna" bakterija
Godine 1974. sovjetski mikrobiolog N.N. Lyalikova je otkrila dosad nepoznatu bakteriju koja se hrani isključivo antimonovim trioksidom Sb 2 O 3. U ovom slučaju trovalentni antimon se oksidira u peterovalentni. Vjeruje se da su mnogi prirodni spojevi peterovalentnog antimona nastali uz sudjelovanje bakterije "antimon".
DEFINICIJA
Antimon nalazi se u petoj periodi V skupine glavne (A) podskupine periodnog sustava.
Odnosi se na elemente str-obitelji. Polu-metal. Oznaka - Sb. Serijski broj - 51. Relativna atomska masa - 121,75 amu.
Elektronička struktura atoma antimona
Atom antimona sastoji se od pozitivno nabijene jezgre (+51), unutar koje se nalazi 51 proton i 71 neutron, a 51 elektron se kreće u pet orbita.
Sl. 1. Shema strukture atoma antimona.
Raspodjela elektrona među orbitalama je sljedeća:
51Sb) 2) 8) 18) 18) 5 ;
1s 2 2s 2 2str 6 3s 2 3str 6 3d 10 4s 2 4str 6 4d 10 5s 2 5str 3 .
Vanjska energetska razina atoma antimona sadrži 5 elektrona, koji su valentni elektroni. Energetski dijagram osnovnog stanja ima sljedeći oblik:
Prisutnost tri nesparena elektrona ukazuje da antimon ima oksidacijsko stanje +3. Zbog prisutnosti slobodnih orbitala 5 d- podrazina za atom antimona moguće je pobuđeno stanje (oksidacijsko stanje +5):
Valentni elektroni atoma antimona mogu se karakterizirati skupom od četiri kvantna broja: n(glavni kvant), l(orbitalni), m l(magnetski) i s(vrtnja):
|
Podnivo |
||||
Primjeri rješavanja problema
PRIMJER 1
Antimon(lat. Stibium), Sb, kemijski element V skupine periodnog sustava Mendeljejeva; atomski broj 51, atomska masa 121,75; Metal je srebrno-bijel s plavičastom nijansom. U prirodi su poznata dva stabilna izotopa: 121 Sb (57,25%) i 123 Sb (42,75%). Od umjetno dobivenih radioaktivnih izotopa najvažniji su 122 Sb (T ½ = 2,8 dana), 124 Sb (T ½ = 60,2 dana) i 123 Sb (T ½ = 2 godine).
Povijesna referenca. Antimon je poznat od davnina. U zemljama Istoka korišten je otprilike 3000 godina pr. e. za izradu posuda. U Starom Egiptu već u 19. st. pr. e. Antimonov svjetlucavi prah (prirodni Sb 2 S 3) pod nazivom mesten ili stabljika koristio se za crnjenje obrva. U staroj Grčkoj bio je poznat kao stimi i stibi, otuda latinski. stibium. Oko 12-14 stoljeća naše ere. e. pojavio naziv antimonij. Godine 1789. A. Lavoisier uvrstio je antimon u popis kemijskih elemenata pod nazivom antimoin (suvremeni engleski antimony, španjolski i talijanski antimonio, njemački antimon). Ruski "antimon" dolazi od turskog surme; označavao je olovni svjetlucavi prah PbS, koji se također koristio za crnjenje obrva (prema drugim izvorima, "antimon" - od perz. surme - metal). Detaljan opis svojstava i načina dobivanja antimona i njegovih spojeva prvi je dao alkemičar Vasilij Valentin (Njemačka) 1604. godine.
Rasprostranjenost antimona u prirodi. Prosječni sadržaj antimona u zemljinoj kori (clarke) je 5·10 -3% mase. Antimon je raspršen u magmi i biosferi. Iz toplih podzemnih voda koncentrira se u hidrotermalnim naslagama. Poznata su sama nalazišta antimona, kao i antimon-živina, antimon-olovna, zlato-antimonska i antimon-volframova ležišta. Od 27 minerala antimona, stibnit (Sb 2 S 3) ima glavnu industrijsku važnost. Zbog svog afiniteta sa sumporom, antimon se često nalazi kao nečistoća u sulfidima arsena, bizmuta, nikla, olova, žive, srebra i drugih elemenata.
Fizička svojstva antimona. Antimon je poznat u kristalnom i tri amorfna oblika (eksplozivan, crni i žuti). Eksplozivni antimon (gustoće 5,64-5,97 g/cm3) eksplodira pri svakom kontaktu; nastaje tijekom elektrolize otopine SbCl 3; crna (gustoća 5,3 g / cm 3) - s brzim hlađenjem pare antimona; žuta - kada kisik prelazi u ukapljeni SbH 3. Žuti i crni antimon su nestabilni, na niskim temperaturama prelaze u obični antimon. Najstabilniji kristalni Antimon kristalizira u trigonalnom sustavu, a = 4,5064 Å; gustoća 6,61-6,73 g / cm 3 (tekućina - 6,55 g / cm 3); tpl 630,5 °C; t ključanja 1635-1645 °C: specifična toplina na 20-100 °C 0,210 kJ/(kg K); toplinska vodljivost na 20 °C 17,6 W/(m K). Temperaturni koeficijent linearne ekspanzije za polikristalni antimon je 11,5·10 -6 na 0-100 °C; za monokristal a 1 = 8,1 10 -6, a 2 = 19,5 10 -6 pri 0-400 °C, električni otpor (20 °C) (43,045 10 -6 cm cm). Antimon je dijamagnetičan, specifična magnetska osjetljivost je -0,66·10 -6. Za razliku od većine metala, antimon je krt, lako se cijepa po ravninama cijepanja, melje u prah i ne može se kovati (ponekad se klasificira kao polumetal). Mehanička svojstva ovise o čistoći metala. Tvrdoća po Brinellu za lijevani metal 325-340 MN/m2 (32,5-34,0 kgf/mm2); modul elastičnosti 285-300; vlačna čvrstoća 86,0 MN/m2 (8,6 kgf/mm2).
Kemijska svojstva antimona. Konfiguracija vanjskih elektrona atoma Sb je 5s 2 5p 3. U spojevima pokazuje oksidacijska stanja uglavnom +5, +3 i -3. Kemijski je antimon neaktivan. Na zraku ne oksidira do tališta. Ne reagira s dušikom i vodikom. Ugljik se malo otapa u rastaljenom antimonu. Metal aktivno komunicira s klorom i drugim halogenima, tvoreći antimonove halogenide. Reagira s kisikom na temperaturama iznad 630 °C i nastaje Sb 2 O 3. Kada se stopi sa sumporom, dobivaju se sulfidi antimona, a također stupa u interakciju s fosforom i arsenom. Antimon je otporan na vodu i razrijeđene kiseline. Koncentrirana klorovodična i sumporna kiselina polagano otapaju antimon i nastaju SbCl 3 klorid i Sb 2 (SO 4) 3 sulfat; koncentrirana dušična kiselina oksidira antimon u viši oksid, koji nastaje u obliku hidratiziranog spoja xSb 2 O 5 uH 2 O. Od praktičnog su interesa teško topive soli antimonske kiseline - antimonati (MeSbO 3 3H 2 O, gdje je Me - Na, K) i soli neizolirane metaantimonove kiseline - metaantimoniti (MeSbO 2 ·3H 2 O), koji imaju redukcijska svojstva. Antimon se spaja s metalima i stvara antimonide.
Dobivanje antimona. Antimon se dobiva pirometalurškom i hidrometalurškom preradom koncentrata ili ruda koje sadrže 20-60% Sb. Pirometalurške metode uključuju taloženje i redukcijsko taljenje. Sirovine za taložno taljenje su koncentrati sulfida; proces se temelji na istiskivanju antimona iz njegova sulfida željezom: Sb 2 S 3 + 3Fe => 2Sb + 3FeS. Željezo se uvodi u punjenje u obliku otpada. Taljenje se provodi u reverberacijskim ili kratkorotirajućim pećima s bubnjem na 1300-1400 °C. Iskorištenje antimona u grubi metal je više od 90%. Redukcijsko taljenje antimona temelji se na redukciji njegovih oksida u metal pomoću drvenog ugljena ili ugljene prašine i troske otpadne stijene. Redukcijskom taljenju prethodi oksidativno prženje na 550 °C uz višak zraka. Ugar sadrži neisparljivi antimonov oksid. Električne peći mogu se koristiti i za taloženje i za redukcijsko taljenje. Hidrometalurški postupak za dobivanje antimona sastoji se od dvije faze: obrade sirovine otopinom alkalnog sulfida s prevođenjem antimona u otopinu u obliku soli antimonskih kiselina i sulfosoli i odvajanja antimona elektrolizom. Grubi antimon, ovisno o sastavu sirovine i načinu proizvodnje, sadrži od 1,5 do 15% nečistoća: Fe, As, S i dr. Za dobivanje čistog antimona koristi se pirometalurška ili elektrolitička rafinacija. Tijekom pirometalurške rafinacije nečistoće željeza i bakra uklanjaju se u obliku sumpornih spojeva uvođenjem antimonita (kruduma) - Sb 2 S 3 - u talinu antimona, nakon čega se upuhivanjem uklanjaju arsen (u obliku natrijevog arsenata) i sumpor. zrak ispod troske sode. Tijekom elektrolitičke rafinacije s topljivom anodom, grubi antimon se pročišćava od željeza, bakra i drugih metala preostalih u elektrolitu (Cu, Ag, Au ostaju u mulju). Elektrolit je otopina koja se sastoji od SbF 3, H 2 SO 4 i HF. Sadržaj nečistoća u rafiniranom antimonu ne prelazi 0,5-0,8%. Za dobivanje antimona visoke čistoće koristi se zonsko taljenje u atmosferi inertnog plina ili se antimon dobiva iz prethodno pročišćenih spojeva - oksida (III) ili triklorida.
Primjena antimona. Antimon se uglavnom koristi u obliku legura na bazi olova i kositra za ploče baterija, plašteve kabela, ležajeve (babbitt), legure koje se koriste u tiskarstvu (hart), itd. Takve legure imaju povećanu tvrdoću, otpornost na trošenje i otpornost na koroziju. U fluorescentnim svjetiljkama Sb se aktivira kalcijevim halofosfatom. Antimon je uključen u poluvodičke materijale kao dodatak germaniju i siliciju, kao i u antimonide (na primjer, InSb). Radioaktivni izotop 122 Sb koristi se u izvorima γ-zračenja i neutrona.
Antimon u tijelu. Sadržaj antimona (na 100 g suhe tvari) kod biljaka iznosi 0,006 mg, kod morskih životinja 0,02 mg, a kod kopnenih životinja 0,0006 mg. U životinje i ljude antimon ulazi kroz dišni sustav ili gastrointestinalni trakt. Izlučuje se uglavnom fecesom, au malim količinama mokraćom. Antimon se selektivno koncentrira u štitnoj žlijezdi, jetri i slezeni. Antimon se nakuplja pretežno u oksidacijskom stanju +3 u eritrocitima, u krvnoj plazmi - u oksidacijskom stanju. +5. Najveća dopuštena koncentracija antimona je 10 -5 - 10 -7 g na 100 g suhog tkiva. U višim koncentracijama ovaj element inaktivira niz enzima metabolizma lipida, ugljikohidrata i proteina (vjerojatno kao rezultat blokiranja sulfhidrilnih skupina).
Antimon i njegovi spojevi su otrovni. Otrovanja su moguća tijekom taljenja koncentrata antimonove rude i u proizvodnji antimonskih legura. Kod akutnog trovanja - iritacija sluznice gornjeg dišnog trakta, očiju i kože. Može se razviti dermatitis, konjunktivitis itd.
Opis i svojstva antimona
Po prvi put, čovječanstvo je počelo koristiti antimon davno prije naše ere. Uostalom, arheolozi još uvijek pronalaze fragmente ili proizvode od metalnog antimona na nalazištima starog Babilona, što odgovara početku 3. stoljeća pr. Kao samostalan metal, antimon se rijetko koristi u proizvodnji, ali uglavnom u kombinacijama s drugim elementima. Najpopularnija primjena, koja je preživjela do danas, je upotreba minerala "antimonov sjaj" u kozmetologiji kao olovka za oči ili boja za trepavice i obrve.
U periodnom sustavu D. I. Mendeljejeva antimon – kemijski element, koji pripada grupi V, njegov simbol je Sb. Atomski broj 51, atomska masa 121,75, gustoća 6620 kg/m3. Svojstva antimona– boja srebrnobijela s plavičastom nijansom. Metal je po svojoj strukturi krupnozrnat i vrlo krhak, lako se ručno usitnjava u prah u porculanskom tarioniku i ne može se smrviti. Talište metala je 630,5 °C, vrelište je 1634 °C.
Osim standardnog kristalnog oblika, u prirodi postoje još tri amorfna stanja antimona:
Eksplozivno antimon– nastaje tijekom elektrolize spoja SbCI3 u okolišu klorovodične kiseline i eksplodira pri udaru ili dodiru te se vraća u svoje normalno stanje.
Žuta boja antimon– dobiva se djelovanjem molekula kisika O2 na spoj vodika s antimonom SbH 3.
Crno antimon– nastaje naglim hlađenjem žute pare antimona.
U normalnim uvjetima svojstva antimona ne mijenja svojstva, ne otapa se u vodi. Dobro djeluje kao legura antimona s drugim metalima, budući da je njegova glavna prednost povećanje tvrdoće metala, na primjer, veza olovo – antimon(5–15%) poznat je kao garbtley. Čak i ako dodate 1% antimona u olovo, njegova snaga će se značajno povećati.
Ležište i rudarstvo antimona
Antimon - element, koji se vadi iz ruda. Rude antimona su mineralne formacije koje sadrže antimon u takvim količinama da se pri ekstrakciji čistog metala postiže maksimalan ekonomski i industrijski učinak. Prema svom glavnom sadržaju element - antimon, rude se klasificiraju:
— Vrlo bogat, Sb – unutar 50%.
— Rich, Sb – ne više od 12%.
— Obični, Sb – od 2 do 6%.
— Loše, Sb – maksimalno 2%.
Prema sastavu, navedene rude se dijele na sulfidne (do 70% ukupne mase čini stibnit Sb 2 S 3), sulfidno-oksidne (do 50% Sb u oksidnim spojevima) i oksidne (više od 50% ukupne mase rude u spojevima antimonov oksid). Vrlo bogate rude ne treba obogaćivati, iz njih se odmah dobiva koncentrat antimona i šalje u talionicu. Ekstrakcija antimona iz običnih i niskokvalitetnih ruda nije ekonomski isplativa. Takve se rude moraju obogatiti do koncentrata s udjelom antimona do 50%. Sljedeći korak je obrada koncentrata pirometalurškim i hidrometalurškim metodama.
Pirometalurške metode uključuju taloženje i redukcijsko taljenje. U procesu taloženja glavna sirovina su sulfidne rude. Princip taljenja je sljedeći: na temperaturi od 1300–1400 °C iz antimonova sulfida uz pomoć željeza izdvaja se čisti metal. antimon, formula ovog procesa –Sb2S3+3Fe=>2Sb+3FeS. Redukcijsko taljenje uključuje oporavak od oksidi antimona na metal pomoću drvenog ugljena ili koksne prašine. Hidrometalurška metoda ekstrakcije antimona sastoji se od dvije faze - obrade rude da bi se pretvorila u otopinu i ekstrakcije metala iz otopine.
Primjena antimona
Antimon se u svom čistom obliku smatra jednim od najlomljivijih metala, no u kombinaciji s drugim metalima povećava njihovu tvrdoću te se u normalnim uvjetima ne odvija proces oksidacije. Ove su prednosti zasluženo cijenjene u industrijskoj sferi, a sada se antimon dodaje mnogim legurama, više od 200.
Legure za proizvodnju ležajeva. U ovu skupinu spadaju spojevi kao što su kositar - antimon, olovo - antimon, antimon - bakar, budući da se te legure lako tope i vrlo su pogodne za izlijevanje u kalupe za ležajne školjke. Sadržaj antimona obično se kreće od 4 do 15%, ali ni u kojem slučaju ne smije se prekoračiti ova norma, jer će višak antimona uzrokovati lomljenje metala. Takve legure našle su svoju primjenu u izgradnji tenkova, automobilskom i željezničkom prometu.
Jedna od najvažnijih značajki antimona je njegova sposobnost širenja kada se skrutne. Na temelju ove karakteristike stvorena je legura - olovo (82%), antimon(15%), kositar (3%), naziva se i "tipografska legura", jer savršeno ispunjava obrasce za različite vrste fontova i daje jasne otiske. U ovom slučaju, antimon je metalu dodao otpornost na udarce i habanje.
Legiran antimonom koristi se u strojogradnji, od njega se izrađuju ploče za baterije, a koristi se i u proizvodnji cijevi, oluka kroz koje će se transportirati agresivne tekućine. Legura cink – antimon(cinkov antimonid) smatra se anorganskim spojem. Zbog svojih poluvodičkih svojstava koristi se u proizvodnji tranzistora, termovizijskih kamera i infracrvenih detektora.
Osim industrijske primjene, antimon je našao svoju široku primjenu u kozmetologiji i medicini. Koristi se od davnina do danas antimon za oči, kao lijek i boja za obrve i trepavice. Mnogi ljudi znaju ljekovito svojstva antimona a kod konjunktivitisa i drugih infekcija oka odmah se koristi antimon.
Postoje različite vrste ovisno o vrsti i načinu primjene. antimon u prahu, pomoću drvenog štapića, lako se nanosi na područje kapaka, ali prvo ga morate natopiti bilo kojim uljem; olovka - savršeno jasno crta strelice na kapku, ova olovka je ista antimon u prahu, samo utisnut u oblik.
Ako je u davnim vremenima antimonska boja bila ekološki prihvatljiva i imala je istinski ljekoviti učinak, onda u naše vrijeme morate biti izuzetno oprezni i pažljivo pročitati sastav prije kupnje. Sve je to zbog činjenice da sada beskrupulozni proizvođači iz rude nekvalitetno izvlače čisti antimon i ostaju nečistoće teških metala poput arsena. Teško je zamisliti štetu koju veza uzrokuje ljudskom tijelu arsen-antimon.
Cijena antimona
Zbog nestabilne situacije na svjetskom tržištu nema jasne cijene metala antimon. Cijena Kreće se od 6.300 do 8.300 dolara po toni, u posljednja dva mjeseca zabilježena je negativna dinamika rasta cijena, što je izravno povezano s glavnim proizvođačem - Kinom i njezinim vanjskim ekonomskim odnosima.
No, političke i gospodarske nedaće nisu utjecale antimon za oči. Danas su istočnjačka kultura i drugi dodaci u modi, uključujući antimon. Kupiti neće biti teško, jer postoji veliki izbor u orijentalnim trgovinama ili možete naručiti u online trgovini.
