| Numar atomic | 51 |
| Aspectul unei substanțe simple | metal alb-argintiu |
| Proprietățile atomului | |
| Masă atomică (Masă molară) |
121.760 a. e.m. (/mol) |
| Raza atomică | ora 159 |
| Energie de ionizare (primul electron) |
833,3 (8,64) kJ/mol (eV) |
| Configuratie electronica | 4d 10 5s 2 5p 3 |
| Proprietăți chimice | |
| Raza covalentă | ora 140 |
| Raza ionică | (+6e)62 (-3e)245 pm |
| Electronegativitatea (după Pauling) |
2,05 |
| Potențialul electrodului | 0 |
| Stări de oxidare | 5, 3, −3 |
| Proprietățile termodinamice ale unei substanțe simple | |
| Densitate | 6,691 /cm³ |
| Capacitate de căldură molară | 25,2 J/(mol) |
| Conductivitate termică | 24,43 W/( ·) |
| Temperatură de topire | 903,9 |
| Căldura de topire | 20,08 kJ/mol |
| Temperatura de fierbere | 1908 |
| Căldura de vaporizare | 195,2 kJ/mol |
| Volumul molar | 18,4 cm³/mol |
| Rețea cristalină dintr-o substanță simplă | |
| Structura de zăbrele | trigonală |
| Parametrii rețelei | 4,510 |
| raport c/a | N / A |
| Debye temperatura | 200,00 |
| Sb | 51 |
| 121,760 | |
| 4d 10 5s 2 5p 3 | |
- un element din subgrupul principal al grupului a cincea din perioada a cincea a sistemului periodic de elemente chimice a lui D.I Mendeleev, număr atomic 51. Notat cu simbolul Sb (lat. Stibium). Substanța simplă antimoniu (număr CAS: 7440-36-0) este un metal (semi-metal) de culoare alb-argintie cu o nuanță albăstruie, structură cu granulație grosieră. Sunt cunoscute patru modificări alotrope de metal ale antimoniului, existente la presiuni diferite, și trei modificări amorfe.
Referință istorică
Antimoniul este cunoscut din cele mai vechi timpuri. În țările din Orient a fost folosit aproximativ 3000 î.Hr. e. pentru confecţionarea vaselor. În Egiptul Antic deja în secolul al XIX-lea. î.Hr e. pudră de sclipici de antimoniu (Sb 2 S 3 natural) numită mesten sau tulpina folosit pentru înnegrirea sprâncenelor. În Grecia antică era cunoscut ca stimiȘi stibi, de aici latină stibium. Pe la secolele XII-XIV. n. e. a apărut numele antimoniu. În 1789 A. Lavoisier a inclus antimoniul în lista elementelor chimice numite antimoine(engleză modernă antimoniu, spaniolă și italiană antimoniu, Limba germana Antimon). „antimoniul” rusesc vine din turcă surme; denota pulberea cu sclipici de plumb PbS, care era folosită și pentru înnegrirea sprâncenelor (conform altor surse, „antimoniul” este din persanul „surme” - metal). O descriere detaliată a proprietăților și metodelor de obținere a antimoniului și a compușilor acestuia a fost dată pentru prima dată de alchimistul Vasily Valentin (Germania) în 1604.
Fiind în natură
În filoane hidrotermale la temperatură medie cu minereuri de argint, cobalt și nichel, și în minereuri sulfurate de compoziție complexă.
Izotopi de antimoniu
Antimoniul natural este un amestec de doi izotopi: 121 Sb (abundența izotopică 57,36%) și 123 Sb (42,64%). Singurul radionuclid cu viață lungă este 125 Sb cu un timp de înjumătățire de 2,76 ani toți ceilalți izotopi și izomeri ai antimoniului au un timp de înjumătățire care nu depășește două luni, ceea ce nu permite utilizarea lor în arme nucleare.
Energia de prag pentru reacțiile care eliberează un neutron (primul):
121 Sb - 9,248 MeV
123 Sb - 8,977 MeV
125 Sb - 8.730 MeV
Proprietati fizice si chimice
Antimoniul în stare liberă formează cristale alb-argintii cu un luciu metalic, densitate 6,68 g/cm³. Cu aspectul unui metal, antimoniul cristalin este mai fragil și are o conductivitate termică și electrică mai scăzută.
Aplicație
Antimoniul este din ce în ce mai utilizat în industria semiconductoarelor în producția de diode, detectoare cu infraroșu și dispozitive cu efect Hall. Sub formă de aliaj, acest metaloid crește semnificativ duritatea și rezistența mecanică a plumbului.
Folosit:
- baterii
- aliaje antifrictiune
— aliaje de imprimare
- arme de calibru mic si gloante trasoare
- mantale de cablu
- chibrituri
- medicamente, agenți antiprotozoari
- lipirea lipiturilor individuale fără plumb conțin 5% Sb
- utilizare la mașini de imprimat linotip
Compușii de antimoniu sub formă de oxizi, sulfuri, antimonat de sodiu și triclorura de antimoniu sunt utilizați în producția de compuși refractari, emailuri ceramice, sticlă, vopsele și produse ceramice. Trioxidul de antimoniu este cel mai important dintre compușii de antimoniu și este utilizat în principal în compozițiile ignifuge. Sulfura de antimoniu este unul dintre ingredientele din capete de chibrit.
O sulfură de antimoniu naturală, stibnitul, a fost folosită în vremurile biblice în medicină și cosmetică. Stibnitul este încă folosit ca medicament în unele țări în curs de dezvoltare. Compușii de antimoniu - antimoniatul de meglumină (glucantim) și stibogluconat de sodiu (pentostam) sunt utilizați în tratamentul leishmaniozei.
Proprietăți fizice
Antimoniu obișnuit Este un metal alb-argintiu cu o strălucire puternică. Spre deosebire de majoritatea altor metale, se extinde atunci când se solidifică. Sb scade punctele de topire și cristalizare ale plumbului, iar aliajul în sine se extinde oarecum în volum la întărire. Împreună cu staniul și cuprul, antimoniul formează un aliaj metalic - Babbitt, care are proprietăți anti-fricțiune (utilizarea în rulmenți se adaugă și la metalele destinate turnării subțiri).
Mercur roșu.” Particularitatea acestei substanțe este că este un fel de catalizator nuclear multifuncțional (factor de multiplicare a neutronilor 7-9) și ar trebui să fie luate în considerare foarte strict de orice țară din cauza amenințării terorismului nuclear.
Preturi
Prețurile pentru metalul de antimoniu în lingouri cu o puritate de 99% au fost de aproximativ 5,5 USD/kg.
Materiale termoelectrice
Telurura de antimoniu este utilizată ca componentă a aliajelor termoelectrice (termo-emf cu 100-150 μV/K) cu telurura de bismut.
Rolul biologic și efectele asupra organismului
Antimoniul este un microelement. Conținutul său în corpul uman este de 10 -6% în greutate. Prezent constant în organismele vii, rolul fiziologic și biochimic nu este clar. Antimoniul prezintă efecte iritante și cumulative. Se acumulează în glanda tiroidă, îi inhibă funcția și provoacă gușă endemică. Cu toate acestea, atunci când intră în tractul digestiv, compușii de antimoniu nu provoacă otrăvire, deoarece sărurile Sb(III) sunt hidrolizate acolo pentru a forma produse slab solubile. În plus, compușii de antimoniu (III) sunt mai toxici decât compușii de antimoniu (V). Praful și vaporii de Sb provoacă sângerări nazale, „febră de turnătorie” de antimoniu, pneumoscleroză, afectează pielea și perturbă funcțiile sexuale. Pragul de percepție a gustului în apă este de 0,5 mg/l. Doza letală pentru un adult este de 100 mg, pentru copii - 49 mg. Pentru aerosolii de antimoniu, concentrația maximă admisă în aerul zonei de lucru este de 0,5 mg/m3, în aerul atmosferic de 0,01 mg/m3. MPC în sol este de 4,5 mg/kg. În apa potabilă, antimoniul aparține clasei de pericol 2, are o concentrație maximă admisă de 0,005 mg/l, stabilită conform LPV sanitar-toxicologic. În apele naturale standardul de conținut este de 0,05 mg/l. În apele uzate industriale evacuate în stațiile de epurare cu biofiltre, conținutul de antimoniu nu trebuie să depășească 0,2 mg/l.
Sunt multe de spus despre antimoniu. Acesta este un element cu o istorie interesantă și proprietăți interesante; un element care a fost folosit de mult timp și destul de larg; un element necesar nu numai pentru tehnologie, ci și pentru cultura umană universală. Istoricii cred că prima producție de antimoniu a apărut în Orientul antic în urmă cu aproape 5 mii de ani. În Rusia prerevoluționară nu exista o singură plantă, nici un singur atelier în care se topea antimoniul. Și a fost nevoie - în primul rând în industria tipografică (ca componentă a materialului pentru litere) și în industria vopsirii, unde unii compuși ai elementului nr. 51 sunt încă utilizați. La începutul secolului al XX-lea. Rusia importa anual aproximativ o mie de tone de antimoniu din străinătate.
La începutul anilor 30, pe teritoriul RSS Kirghiz, în Valea Fergana, geologii au găsit materii prime de antimoniu. Remarcabilul om de știință sovietic academician D.I a luat parte la explorarea acestui zăcământ. Șcherbakov. În 1934, din minereurile zăcământului Kadamdzhai a început să se producă trisulfură de antimoniu, iar un an mai târziu, primul antimoniu metalic sovietic a fost topit din concentratele acestui zăcământ la o fabrică pilot. Până în 1936, producția acestei substanțe a atins o asemenea amploare încât țara a fost complet eliberată de nevoia de a o importa din străinătate.
Dezvoltarea tehnologiei și organizarea producției de antimoniu sovietic a fost condusă de inginerii N.P. Sazhin și S.M. Melnikov, mai târziu oameni de știință celebri, laureați ai Premiului Lenin.
20 de ani mai târziu, la Expoziția Mondială de la Bruxelles, antimoniul metalic sovietic a fost recunoscut drept cel mai bun din lume și aprobat ca standard mondial.
Istoria antimoniului și numele acestuia
Alături de aur, mercur, cupru și alte șase elemente, antimoniul este considerat preistoric. Numele descoperitorului său nu a ajuns la noi. Se știe doar că, de exemplu, în Babilon încă din 3 mii de ani î.Hr. Din el s-au făcut vase. Numele latin pentru elementul „stibium” se găsește în scrierile lui Pliniu cel Bătrân. Cu toate acestea, grecescul „στιβι”, de la care provine acest nume, nu sa referit inițial la antimoniu în sine, ci la cel mai comun mineral al său - luciul de antimoniu.
În țările Europei antice se cunoștea doar acest mineral. La mijlocul secolului, ei au învățat să mirosească din el un „reglet de antimoniu”, care era considerat semi-metal. Cel mai mare metalurgist al Evului Mediu, Agricola (1494...1555), scria: „Dacă prin aliere se adaugă plumbului o anumită porțiune de antimoniu, se obține un aliaj tipografic, din care tipul folosit de cei care tipăresc cărți este făcut." Astfel, una dintre principalele utilizări curente ale elementului nr. 51 este veche de multe secole.
Proprietățile și metodele de obținere a antimoniului, preparatele și aliajele sale au fost descrise în detaliu pentru prima dată în Europa în celebra carte „Carul triumfal al antimoniului”, publicată în 1604. Autorul său a fost considerat timp de mulți ani a fi alchimistul benedictin. călugăr Vasile Valentin, care ar fi trăit la începutul secolului al XV-lea. Cu toate acestea, în secolul trecut, s-a stabilit că acest lucru nu sa întâmplat niciodată în rândul călugărilor din ordinul benedictin. Oamenii de știință au ajuns la concluzia că „Vasili Valentin” este un pseudonim pentru un om de știință necunoscut care și-a scris tratatul nu mai devreme de mijlocul secolului al XVI-lea. ... Denumirea „antimoniu”, dată de el antimoniului sulfuros natural, este derivată de istoricul german Lipmann din grecescul ανεμον - „floare” (prin apariția intercreșterilor de cristale în formă de ac de luciu de antimoniu, asemănătoare cu florile). din familia Asteraceae).
Denumirea „antimoniu” atât aici, cât și în străinătate s-a aplicat mult timp numai acestui mineral. Iar antimoniul metalic la vremea aceea era numit regele antimoniului - regulus antimoni. În 1789, Lavoisier a inclus antimoniul în lista substanțelor simple și i-a dat numele de antimonie, care rămâne denumirea franceză pentru elementul nr. 51. Numele englezești și germane sunt aproape de el - antimoniu, Antimon.
Există, totuși, o altă versiune. Ea are mai puțini susținători eminenți, dar printre aceștia se numără și creatorul lui Svejk - Jaroslav Hasek.
Între rugăciuni și treburile casnice, starețul Mănăstirii Stahlhausen din Bavaria, părintele Leonardus, căuta piatra filosofală. Într-unul dintre experimentele sale, a amestecat într-un creuzet cenușa unui eretic ars cu cenușa pisicii sale și dubla cantitatea de pământ luată de la locul arderii. Călugărul a început să încălzească acest „amestec infernal”.
După evaporare, s-a obținut o substanță grea întunecată cu un luciu metalic. A fost neașteptat și interesant; cu toate acestea, părintele Leonardus s-a enervat: în cartea care a aparținut ereticului ars, se spunea că piatra filosofilor ar trebui să fie imponderabilă și transparentă... Iar părintele Leonardus a aruncat din calea răutății substanța rezultată - în curtea mănăstirii.
După ceva timp, a fost surprins să observe că porcii au lins de bunăvoie „piatra” pe care a aruncat-o și, în același timp, s-au îngrășat rapid. Și atunci o idee genială l-a lovit pe părintele Leonardus: a decis că a descoperit un nutrient potrivit pentru oameni. El a pregătit o nouă porțiune din „piatra vieții”, a zdrobit-o și a adăugat această pulbere în terciul pe care l-au mâncat frații săi slabi în Hristos.
A doua zi, toți cei patruzeci de călugări ai Mănăstirii Stahlhausen au murit într-o agonie teribilă. Căindu-se de ceea ce făcuse, starețul și-a blestemat experimentele și a redenumit „piatra vieții” cu antimoniu, adică un remediu împotriva călugărilor.
Este dificil să garantezi autenticitatea detaliilor acestei povești, dar aceasta este tocmai versiunea prezentată în povestea lui J. Hasek „Piatra vieții”.
Etimologia cuvântului „antimoniu” este discutată mai sus în detaliu. Rămâne doar să adăugăm că numele rusesc pentru acest element - „antimoniu” - provine din turcul „surme”, care se traduce prin „frecare” sau „înnegrire a sprâncenelor”. Până în secolul al XIX-lea. în Rusia exista o expresie „a întuneca sprâncenele”, deși nu erau întotdeauna „antimoniuți” cu compuși de antimoniu. Doar unul dintre ele - o modificare neagră a trisulfurei de antimoniu - a fost folosit ca colorant pentru sprâncene. A fost desemnat mai întâi printr-un cuvânt care a devenit mai târziu numele rusesc pentru elementul nr. 51.
Acum să aflăm ce se ascunde în spatele acestor nume.
Metal sau nemetal?
Metalurgiștii și chimiștii medievali cunoșteau șapte metale: aur, argint, cupru, staniu, plumb, fier și mercur. Zincul, bismutul și arsenul, descoperite la acea vreme, împreună cu antimoniul, au fost clasificate într-un grup special de „semi-metale”: erau mai puțin ușor de forjat, iar maleabilitatea era considerată principala caracteristică a unui metal. În plus, conform ideilor alchimice, fiecare metal era asociat cu un corp ceresc. Și erau cunoscute șapte astfel de corpuri: Soarele (aurul i-a fost asociat), Luna (argint), Mercur (mercur), Venus (cuprul), Marte (fier), Jupiter (staniul) și Saturn (plumb).
Nu a existat suficient corp ceresc pentru antimoniu și, pe această bază, alchimiștii nu au vrut să-l recunoască ca un metal independent. Dar, destul de ciudat, au avut parțial dreptate, ceea ce este ușor de confirmat analizând proprietățile fizice și chimice ale antimoniului.
Antimoniul (mai precis, cea mai comună modificare gri)* arată ca un metal obișnuit de culoare tradițională gri-alb, cu o ușoară nuanță albăstruie. Nuanța albastră este mai puternică cu cât există mai multe impurități. Acest metal este moderat dur și extrem de fragil: într-un mojar și pistil de porțelan, acest metal (!) poate fi ușor zdrobit în pulbere. Antimoniul conduce electricitatea și căldura mult mai rău decât majoritatea metalelor obișnuite: la 0°C conductivitatea sa electrică este de numai 3,76% din conductivitatea electrică a argintului. Alte caracteristici pot fi citate - nu vor schimba imaginea generală contradictorie. Proprietățile metalice ale antimoniului sunt destul de slab exprimate, cu toate acestea, proprietățile unui nemetal sunt departe de a fi pe deplin inerente acestuia.
* Antimoniul galben, format din hidrogen antimon SbH 3 la –90°C, și negru sunt de asemenea cunoscute. Acesta din urmă se obține prin răcirea rapidă a vaporilor de antimoniu; când este încălzit la 400°C, antimoniul negru se transformă în antimoniu obișnuit.
De asemenea, o analiză detaliată a proprietăților chimice ale antimoniului nu a făcut posibilă eliminarea acestuia din secțiunea „nici asta, nici aia”. Stratul exterior, electronic, al atomului de antimoniu este format din cinci electroni de valență s 2 p 3. Trei dintre ele ( p-electroni) – nepereche și doi ( s-electroni) – pereche. Primele se desprind mai ușor de atom și determină valența 3+ caracteristică antimoniului. Când apare această valență, o pereche de electroni de valență singuri s 2 este, parcă, în rezervă. Când această rezervă este consumată, antimoniul devine pentavalent. Pe scurt, prezintă aceleași valențe ca omologul său de grup, fosforul nemetalic.
Să vedem cum se comportă antimoniul în reacțiile chimice cu alte elemente, de exemplu cu oxigenul, și care este natura compușilor săi.
Când este încălzit în aer, antimoniul se transformă ușor în oxidul Sb 2 O 3 - un solid alb, aproape insolubil în apă. În literatură, această substanță este adesea numită anhidridă de antimoniu, dar acest lucru este incorect. La urma urmei, anhidrida este un oxid care formează acid, iar în Sb(OH) 3, Sb 2 O 3 hidrat, proprietățile de bază prevalează clar asupra celor acide. Proprietățile oxidului inferior de antimoniu indică faptul că antimoniul este un metal. Dar oxidul superior de antimoniu Sb 2 O 5 este într-adevăr o anhidridă cu proprietăți acide clar definite. Deci, antimoniul este încă un nemetal?
Există, de asemenea, un al treilea oxid - Sb 2 O 4. În el, un atom de antimoniu este trivalent, iar celălalt este pentavalent, iar acest oxid este cel mai stabil. În interacțiunea sa cu alte elemente există aceeași dualitate, iar întrebarea dacă metalul este antimoniu sau un nemetal rămâne deschisă. Atunci de ce apare printre metale în toate cărțile de referință? Mai ales de dragul clasificării: trebuie să-l pui undeva, dar în aparență pare mai degrabă metal...
Cum obțineți antimoniu?
Antimoniul este un element relativ rar; în scoarța terestră nu există mai mult de 4,10–5%. În ciuda acestui fapt, există peste 100 de minerale în natură care conțin elementul nr. 51. Cel mai comun mineral de antimoniu (și cel de cea mai mare importanță industrială) este luciul de antimoniu, sau stibnitul, Sb 2 S 3 .
Minereurile de antimoniu diferă foarte mult între ele în ceea ce privește conținutul lor de metal - de la 1 la 60%. Este neprofitabil să se obțină antimoniu metalic direct din minereuri care conțin mai puțin de 10% Sb. Prin urmare, minereurile sărace sunt neapărat îmbogățite - concentratul conține deja 30...50% antimoniu și este procesat în antimoniu elementar. Aceasta se realizează prin metode pirometalurgice sau hidrometalurgice. În primul caz, toate transformările au loc în topitură sub influența temperaturii ridicate, în al doilea - în soluții apoase de compuși de antimoniu și alte elemente.
Faptul că antimoniul era cunoscut în vremuri străvechi se explică prin uşurinţa obţinerii acestui metal din Sb 2 S 3 prin încălzire. Când este calcinat în aer, acest compus se transformă în trioxid, care reacționează ușor cu cărbunele. Ca urmare, se eliberează antimoniu metalic, deși este complet contaminat cu impuritățile prezente în minereu.
Acum, antimoniul este topit în cuptoare reverberatorii sau electrice. Pentru a-l reface din sulfuri, se folosesc așchii de fontă sau oțel - fierul are o afinitate mai mare pentru sulf decât pentru antimoniu. În acest caz, sulful se combină cu fierul, iar antimoniul este redus la starea sa elementară.
Prin metode hidrometalurgice se obțin cantități semnificative de antimoniu, care fac posibilă utilizarea materiilor prime mai sărace și, în plus, fac posibilă extragerea impurităților metalice valoroase din minereurile de antimoniu.
Esența acestor metode este de a trata minereul sau concentratul cu un fel de solvent pentru a transfera antimoniul în soluție și apoi a-l extrage prin electroliză. Cu toate acestea, transferul antimoniului în soluție nu este atât de simplu: majoritatea compușilor naturali de antimoniu sunt aproape insolubili în apă.
Numai după numeroase experimente efectuate în diferite țări a fost selectat solventul necesar. S-a dovedit a fi o soluție apoasă de sulfură de sodiu (120 g/l) și hidroxid de sodiu (30 g/l).
Dar antimoniul „hidrometalurgic” conține și o mulțime de impurități, în principal fier, cupru, sulf și arsen. Iar consumatorii, de exemplu metalurgia, au nevoie de antimoniu cu o puritate de 99,5%. Prin urmare, antimoniul brut obținut prin orice metodă este supus rafinării la foc. Se topește din nou prin adăugarea de substanțe în cuptor care reacționează cu impuritățile. Sulful este „legat” cu fier, arsenicul cu sodă sau potasiu, fierul este îndepărtat folosind un adaos calculat cu precizie de sulfură de antimoniu. Impuritățile se transformă în zgură, iar antimoniul rafinat este turnat în forme de fontă.
În conformitate cu tradițiile pieței mondiale, lingourile de antimoniu de cele mai înalte grade trebuie să aibă o suprafață pronunțată „în formă de stea”. Se obtine prin topirea cu zgura “stea” formata din antimonati de sodiu ( m Sb2O3 n Na2O). Această zgură se formează prin reacția compușilor de antimoniu și sodiu adăugați la încărcătură. Nu afectează doar structura suprafeței, ci și protejează metalul de oxidare.
Pentru industria semiconductoarelor, prin topirea zonelor se obține antimoniu și mai pur - 99,999% antimoniu.
De ce este nevoie de antimoniu?
Antimoniul metalic este rar folosit din cauza fragilității sale. Cu toate acestea, deoarece antimoniul crește duritatea altor metale (staniu, plumb) și nu se oxidează în condiții normale, metalurgiștii îl introduc adesea în diferite aliaje. Numărul aliajelor care conțin elementul nr. 51 este aproape de două sute. Cele mai cunoscute aliaje de antimoniu sunt plumbul dur (sau plumbul dur), metalul de imprimare și metalele purtătoare.
Metalele purtătoare sunt aliaje de antimoniu cu staniu, plumb și cupru, la care se adaugă uneori zinc și bismut. Aceste aliaje au un punct de topire relativ scăzut și sunt folosite pentru a face coji de rulmenți prin turnare. Cele mai comune aliaje din acest grup - babbitts - conțin de la 4 la 15% antimoniu. Babbitts sunt folosiți în mașini-unelte, transportul feroviar și rutier. Metalele purtătoare au duritate suficientă, rezistență ridicată la abraziune și rezistență ridicată la coroziune.
Antimoniul este unul dintre puținele metale care se dilată atunci când se solidifică. Datorită acestei proprietăți a antimoniului, metalul de imprimare - un aliaj de plumb (82%), cositor (3%) și antimoniu (15%) - umple bine matrițele la realizarea fonturilor; liniile turnate din acest metal dau amprente clare. Antimoniul conferă metalului de imprimare duritate, rezistență la impact și rezistență la uzură.
Plumbul dopat cu antimoniu (5 până la 15%) este cunoscut sub numele de hartbley sau plumb solid. Adăugarea a 1% Sb la plumb crește foarte mult duritatea acestuia. Plumbul solid este folosit în inginerie chimică, precum și pentru fabricarea țevilor prin care sunt transportate lichide agresive. De asemenea, este folosit pentru a face cochilii de telegraf, cabluri telefonice și electrice, electrozi și plăci pentru baterii. Acesta din urmă, apropo, este una dintre cele mai importante utilizări ale elementului nr. 51. Antimoniul este, de asemenea, adăugat la plumbul folosit la fabricarea de schije și gloanțe.
Compușii de antimoniu sunt utilizați pe scară largă în tehnologie. Trisulfura de antimoniu este utilizată în producerea chibriturilor și în pirotehnică. Cele mai multe medicamente antimoniale sunt, de asemenea, obținute din acest compus. Pentasulful de antimoniu este utilizat pentru vulcanizarea cauciucului. Cauciucul „medical”, care conține Sb 2 S 5, are o culoare roșie caracteristică și o elasticitate ridicată. Trioxidul de antimoniu rezistent la căldură este utilizat în producția de vopsele și țesături rezistente la foc. Vopseaua cu antimoniu, care se bazează pe trioxid de antimoniu, este utilizată pentru vopsirea părților subacvatice și a structurilor de deasupra punții navelor.
Compușii intermetalici ai antimoniului cu aluminiu, galiu și indiu au proprietăți semiconductoare. Antimoniul îmbunătățește proprietățile unuia dintre cei mai importanți semiconductori - germaniul. Pe scurt, antimoniul, unul dintre cele mai vechi metale cunoscute de omenire, este nevoie și astăzi.
prădător chimic
În cărțile medievale, antimoniul era simbolizat de figura unui lup cu gura deschisă. Probabil, un astfel de simbol „prădător” al acestui metal se explică prin faptul că antimoniul dizolvă („devorează”) aproape toate celelalte metale. Un desen medieval care a ajuns până la noi înfățișează un lup devorând un rege. Cunoscând simbolismul alchimic, acest desen ar trebui înțeles ca formarea unui aliaj de aur și antimoniu.
Antimoniul vindecător
În secolele XV...XVI. Unele preparate de antimoniu au fost adesea folosite ca medicamente, în principal ca expectorante și emetice. Pentru a induce vărsăturile, pacientului i s-a dat vin păstrat într-un vas cu antimoniu. Unul dintre compușii de antimoniu, KC 4 H 4 O 6 (SbO) H 2 O, se numește tartru emetic.
Compușii de antimoniu sunt încă utilizați în medicină pentru a trata anumite boli infecțioase ale oamenilor și animalelor. În special, ele sunt utilizate în tratamentul bolii somnului.
Peste tot, cu excepția soarelui
În ciuda faptului că conținutul de antimoniu din scoarța terestră este foarte mic, urme ale acestuia se găsesc în multe minerale. Antimoniul se găsește uneori în meteoriți. Apele mării, unele râuri și pâraie conțin și antimoniu. Nu s-au găsit linii de antimoniu în spectrul Soarelui.
Antimoniu și vopsele
Mulți compuși de antimoniu pot servi ca pigmenți în vopsele. Astfel, antimoniul de potasiu (K 2 O · 2Sb 2 O 5) este utilizat pe scară largă în producția de ceramică. Metaantimoniul de sodiu (NaSbO 3) numit leuconină este utilizat pentru a acoperi ustensilele de bucătărie și în producerea smalțului și a sticlei de lapte alb. Celebra vopsea „Galben napolitan” nu este altceva decât oxid de plumb de antimoniu. Este folosit în pictură ca vopsea în ulei, precum și pentru vopsirea ceramicii și porțelanului. Chiar și antimoniul metalic, sub formă de pulbere foarte fină, este folosit ca vopsea. Această pulbere stă la baza celebrei vopsele „negru de fier”.
Bacteriile cu antimoniu
În 1974, microbiologul sovietic N.N. Lyalikova a descoperit o bacterie necunoscută anterior care se hrănește exclusiv cu trioxid de antimoniu Sb 2 O 3. În acest caz, antimoniul trivalent este oxidat la pentavalent. Se crede că mulți compuși naturali ai antimoniului pentavalent au fost formați cu participarea bacteriei „antimoniu”.
DEFINIȚIE
Antimoniu situat în a cincea perioadă a grupei V a subgrupului principal (A) al Tabelului periodic.
Se referă la elemente p-familii. Semi-metal. Denumirea - Sb. Număr de serie - 51. Masa atomică relativă - 121,75 amu.
Structura electronică a atomului de antimoniu
Un atom de antimoniu este format dintr-un nucleu încărcat pozitiv (+51), în interiorul căruia se află 51 de protoni și 71 de neutroni, iar 51 de electroni se mișcă pe cinci orbite.
Fig.1. Structura schematică a atomului de antimoniu.
Distribuția electronilor între orbiti este următoarea:
51Sb) 2) 8) 18) 18) 5 ;
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 5s 2 5p 3 .
Nivelul de energie exterior al atomului de antimoniu conține 5 electroni, care sunt electroni de valență. Diagrama energetică a stării fundamentale ia următoarea formă:
Prezența a trei electroni nepereche indică faptul că antimoniul are o stare de oxidare de +3. Datorită prezenței orbitalilor liberi 5 d-subnivel pentru atomul de antimoniu este posibilă o stare excitată (starea de oxidare +5):
Electronii de valență ai unui atom de antimoniu pot fi caracterizați printr-un set de patru numere cuantice: n(cuantumul principal), l(orbital), m l(magnetic) și s(a învârti):
|
Subnivel |
||||
Exemple de rezolvare a problemelor
EXEMPLUL 1
Antimoniu(lat. Stibium), Sb, element chimic din grupa V a sistemului periodic al lui Mendeleev; numărul atomic 51, masa atomică 121,75; Metalul este alb-argintiu cu o nuanță albăstruie. În natură sunt cunoscuți doi izotopi stabili: 121 Sb (57,25%) și 123 Sb (42,75%). Dintre izotopii radioactivi obținuți artificial, cei mai importanți sunt 122 Sb (T ½ = 2,8 zile), 124 Sb (T ½ = 60,2 zile) și 123 Sb (T ½ = 2 ani).
Referință istorică. Antimoniul este cunoscut din cele mai vechi timpuri. În țările din Orient a fost folosit aproximativ 3000 î.Hr. e. pentru confecţionarea vaselor. În Egiptul Antic deja în secolul al XIX-lea î.Hr. e. La înnegrirea sprâncenelor se folosea pudra de sclipici de antimoniu (Sb 2 S 3 natural) sub denumirile de mesten sau stem. În Grecia Antică era cunoscut sub numele de stimi și stibi, de unde și latinescul. stibium. În jurul secolelor 12-14 d.Hr. e. a apărut denumirea de antimoniu. În 1789, A. Lavoisier a inclus Antimoniul în lista elementelor chimice numite antimoine (antimoniu în engleză modernă, antimoniu spaniolă și italiană, Antimon german). „antimoniul” rusesc provine din surma turcească; denota pulberea cu sclipici de plumb PbS, care era folosită și pentru înnegrirea sprâncenelor (conform altor surse, „antimoniu” - din surma persană - metal). O descriere detaliată a proprietăților și metodelor de obținere a antimoniului și a compușilor săi a fost dată pentru prima dată de alchimistul Vasily Valentin (Germania) în 1604.
Distribuția antimoniului în natură. Conținutul mediu de antimoniu din scoarța terestră (clarke) este de 5,10 -3% în masă. Antimoniul este dispersat în magmă și biosferă. Din apele subterane fierbinți, se concentrează în zăcăminte hidrotermale. Sunt cunoscute zăcămintele de antimoniu în sine, precum și zăcămintele de antimoniu-mercur, antimoniu-plumb, aur-antimoniu și antimoniu-tungsten. Dintre cele 27 de minerale de antimoniu, stibnitul (Sb 2 S 3) are o importanță industrială principală. Datorită afinității sale cu sulful, antimoniul se găsește adesea ca impuritate în sulfurile de arsen, bismut, nichel, plumb, mercur, argint și alte elemente.
Proprietățile fizice ale antimoniului. Antimoniul este cunoscut sub formă cristalină și în trei forme amorfe (exploziv, negru și galben). Antimoniul exploziv (densitate 5,64-5,97 g/cm3) explodează la orice contact; se formează în timpul electrolizei unei soluții de SbCl 3; negru (densitate 5,3 g/cm 3) - cu răcire rapidă a vaporilor de antimoniu; galben - când oxigenul este trecut în SbH 3 lichefiat. Antimoniul galben și negru sunt instabili la temperaturi scăzute, se transformă în antimoniu obișnuit. Cel mai stabil antimoniu cristalin cristalizează în sistemul trigonal, a = 4,5064 Å; densitate 6,61-6,73 g/cm3 (lichid - 6,55 g/cm3); tpl 630,5 °C; t fierbere 1635-1645 °C: căldură specifică la 20-100 °C 0,210 kJ/(kg K); conductivitate termică la 20 °C 17,6 W/(m K). Coeficientul de temperatură de dilatare liniară pentru Antimoniul policristalin este 11,5·10 -6 la 0-100 °C; pentru un monocristal a 1 = 8,1 10 -6, a 2 = 19,5 10 -6 la 0-400 °C, rezistivitate electrică (20 °C) (43,045 10 -6 cm cm). Antimoniul este diamagnetic, susceptibilitatea magnetică specifică este -0,66·10 -6. Spre deosebire de majoritatea metalelor, antimoniul este fragil, se desparte cu ușurință de-a lungul planurilor de clivaj, se macină în pulbere și nu poate fi forjat (uneori este clasificat ca un semimetal). Proprietățile mecanice depind de puritatea metalului. Duritate Brinell pentru metal turnat 325-340 MN/m2 (32,5-34,0 kgf/mm2); modul elastic 285-300; rezistență la tracțiune 86,0 MN/m2 (8,6 kgf/mm2).
Proprietățile chimice ale antimoniului. Configurația electronilor exteriori ai atomului Sb este 5s 2 5p 3. În compuși, prezintă stări de oxidare în principal +5, +3 și -3. Din punct de vedere chimic, antimoniul este inactiv. În aer nu se oxidează până la punctul de topire. Nu reacționează cu azotul și hidrogenul. Carbonul se dizolvă ușor în antimoniu topit. Metalul interacționează activ cu clorul și alți halogeni, formând halogenuri de antimoniu. Reacționează cu oxigenul la temperaturi peste 630 °C pentru a forma Sb 2 O 3. Atunci când este fuzionat cu sulf, se obțin sulfuri de antimoniu și interacționează, de asemenea, cu fosforul și arsenul. Antimoniul este rezistent la apă și acizi diluați. Acizii clorhidric și sulfuric concentrați dizolvă lent antimoniul pentru a forma clorură de SbCl3 și sulfat de Sb2(SO4)3; acidul azotic concentrat oxidează antimoniul la un oxid superior, care se formează sub formă de compus hidratat xSb 2 O 5 uH 2 O. De interes practic sunt sărurile puțin solubile ale acidului de antimoniu - antimonați (MeSbO 3 3H 2 O, unde Me - Na, K) și săruri neizolate acid metaantimonic - metaantimoniți (MeSbO 2 ·3H 2 O), care au proprietăți reducătoare. Antimoniul se combină cu metalele pentru a forma antimonide.
Obținerea antimoniului. Antimoniul se obține prin prelucrarea pirometalurgică și hidrometalurgică a concentratelor sau a minereului care conțin 20-60% Sb. Metodele pirometalurgice includ precipitarea și topirea prin reducere. Materiile prime pentru topirea prin precipitare sunt concentratele sulfurate; procesul se bazează pe deplasarea antimoniului din sulfura acestuia de către fier: Sb 2 S 3 + 3Fe => 2Sb + 3FeS. Fierul este introdus în încărcătură sub formă de resturi. Topirea se realizează în cuptoare reverberative sau cu tambur scurt rotativ la 1300-1400 °C. Recuperarea antimoniului în metal brut este de peste 90%. Topirea reductivă a antimoniului se bazează pe reducerea oxizilor săi la metal cu cărbune sau praf de cărbune și pe zgură roci sterile. Topirea prin reducere este precedată de prăjirea oxidativă la 550 °C cu exces de aer. Cenușa conține oxid de antimoniu nevolatil. Cuptoarele electrice pot fi utilizate atât pentru precipitare, cât și pentru reducerea topiturii. Metoda hidrometalurgică de producere a antimoniului constă în două etape: prelucrarea materiei prime cu o soluție de sulfură alcalină cu transferul antimoniului în soluție sub formă de săruri ale acizilor de antimoniu și sulfosărurilor și separarea antimoniului prin electroliză. Antimoniul brut, în funcție de compoziția materiei prime și de metoda de producere a acesteia, conține de la 1,5 până la 15% impurități: Fe, As, S și altele. Pentru a obține Antimoniu pur se folosește rafinarea pirometalurgică sau electrolitică. În timpul rafinării pirometalurgice, impuritățile de fier și de cupru sunt îndepărtate sub formă de compuși cu sulf prin introducerea de antimonit (crudum) - Sb 2 S 3 - în topitura de antimoniu, după care arsenul (sub formă de arsenat de sodiu) și sulful sunt îndepărtate prin suflare. aer sub zgura de sifon. În timpul rafinării electrolitice cu un anod solubil, antimoniul brut este purificat din fier, cupru și alte metale rămase în electrolit (Cu, Ag, Au rămân în nămol). Electrolitul este o soluție formată din SbF3, H2SO4 și HF. Conținutul de impurități în antimoniu rafinat nu depășește 0,5-0,8%. Pentru a obține antimoniu de înaltă puritate, topirea zonei este utilizată într-o atmosferă de gaz inert sau se obține antimoniul din compuși prepurificați - oxid (III) sau triclorura.
Aplicarea antimoniului. Antimoniul este utilizat în principal sub formă de aliaje pe bază de plumb și staniu pentru plăci de baterii, mantale de cablu, rulmenți (babbitt), aliaje utilizate în imprimare (hart), etc. Astfel de aliaje au duritate, rezistență la uzură și rezistență la coroziune crescute. În lămpile fluorescente, Sb este activat cu halofosfat de calciu. Antimoniul este inclus în materialele semiconductoare ca dopant pentru germaniu și siliciu, precum și în antimonide (de exemplu, InSb). Izotopul radioactiv 122 Sb este utilizat în surse de radiații γ și neutroni.
Antimoniu în organism. Conținutul de antimoniu (la 100 g de substanță uscată) este de 0,006 mg la plante, 0,02 mg la animalele marine și 0,0006 mg la animalele terestre. La animale și la oameni, antimoniul intră prin sistemul respirator sau tractul gastrointestinal. Se excretă în principal în fecale și în cantități mici în urină. Antimoniul este concentrat selectiv în glanda tiroidă, ficat și splină. Antimoniul se acumulează predominant în stare de oxidare +3 în eritrocite, în plasma sanguină - în stare de oxidare. +5. Concentrația maximă admisă de antimoniu este de 10 -5 - 10 -7 g la 100 g de țesut uscat. La concentrații mai mari, acest element inactivează o serie de enzime ale metabolismului lipidic, carbohidraților și proteinelor (posibil ca urmare a blocării grupărilor sulfhidril).
Antimoniul și compușii săi sunt otrăvitori. Otrăvirea este posibilă în timpul topirii concentratului de minereu de antimoniu și în producerea aliajelor de antimoniu. În otrăvirea acută - iritarea membranelor mucoase ale tractului respirator superior, a ochilor și a pielii. Se pot dezvolta dermatita, conjunctivita etc.
Descrierea și proprietățile antimoniului
Pentru prima dată, omenirea a început să folosească antimoniu cu mult înaintea erei noastre. La urma urmei, arheologii încă mai găsesc fragmente sau produse din antimoniu metalic pe locurile vechiului Babilon, care corespunde începutului secolului al III-lea î.Hr. Ca metal independent, antimoniul este rar folosit în producție, dar mai ales în combinații cu alte elemente. Cea mai populară aplicație, care a supraviețuit până în prezent, este utilizarea mineralului „antimoniu strălucitor” în cosmetologie ca creion de ochi sau vopsea pentru gene și sprâncene.
În sistemul periodic al lui D. I. Mendeleev antimoniu - element chimic, care aparține grupei V, simbolul său este Sb. Număr atomic 51, masă atomică 121,75, densitate 6620 kg/m3. Proprietățile antimoniului– culoare alb-argintiu cu o tentă albăstruie. Din punct de vedere al structurii, metalul este cu granulație grosieră și foarte fragil, poate fi ușor zdrobit manual într-un mortar de porțelan și nu poate fi zdrobit. Punctul de topire al metalului este de 630,5 °C, punctul de fierbere este de 1634 °C.
Pe lângă forma cristalină standard, există încă trei stări amorfe de antimoniu în natură:
Exploziv antimoniu– se formează în timpul electrolizei compusului SbCI3 într-un mediu cu acid clorhidric și explodează la impact sau contact, revenind astfel la starea sa normală.
Galben antimoniu– se obține prin acțiunea moleculelor de oxigen O2 asupra compusului hidrogenului cu antimoniu SbH 3.
Negru antimoniu– se formează prin răcirea bruscă a vaporilor de antimoniu galben.
În condiții normale proprietățile antimoniului nu își schimbă proprietățile, nu se dizolvă în apă. Interacționează bine ca aliaj de antimoniu cu alte metale, deoarece principalul său avantaj este creșterea durității metalelor, de exemplu, conexiunea plumb - antimoniu(5-15%) este cunoscut sub numele de garbtley. Chiar dacă adăugați 1% antimoniu la plumb, rezistența acestuia va crește semnificativ.
Depozit de antimoniu și exploatare
Antimoniu - element, care se extrage din minereuri. Minereurile de antimoniu sunt formațiuni minerale care conțin antimoniu în astfel de cantități încât, la extragerea metalului pur, se obține efectul economic și industrial maxim. După conținutul său principal element - antimoniu, minereurile sunt clasificate:
— Foarte bogat, Sb – în limita a 50%.
— Bogat, Sb – nu mai mult de 12%.
— Obișnuit, Sb – de la 2 la 6%.
— Slab, Sb – maxim 2%.
În funcție de compoziția lor, minereurile de mai sus sunt împărțite în sulfură (până la 70% din masa totală este stibnit Sb 2 S 3), sulfură-oxid (până la 50% Sb în compuși de oxizi) și oxid (mai mult de 50% din masa totală de minereu în compuși oxid de antimoniu). Minereurile foarte bogate nu trebuie să fie îmbogățite; se obține imediat din ele concentratul de antimoniu și se trimite la topitorie. Extragerea antimoniului din minereuri obișnuite și de calitate scăzută nu este fezabilă din punct de vedere economic. Astfel de minereuri trebuie să fie îmbogățite până la un concentrat cu un conținut de antimoniu de până la 50%. Următorul pas este prelucrarea concentratului folosind metode pirometalurgice și hidrometalurgice.
Metodele pirometalurgice includ precipitarea și topirea prin reducere. În procesul de topire prin precipitații, principala materie primă sunt minereurile sulfurate. Principiul topirii este următorul: la o temperatură de 1300–1400 °C, metalul pur este extras din sulfura de antimoniu cu ajutorul fierului. antimoniu, formulă a acestui proces –Sb2S3+3Fe=>2Sb+3FeS. Topirea de reducere presupune recuperarea din oxizi de antimoniu la metal folosind cărbune sau praf de cocs. Metoda hidrometalurgică de extragere a antimoniului constă în două etape - prelucrarea minereului pentru a-l transforma într-o soluție și extragerea metalului din soluție.
Aplicarea antimoniului
În forma sa pură, antimoniul este considerat unul dintre cele mai fragile metale, dar atunci când este combinat cu alte metale crește duritatea acestora și procesul de oxidare nu are loc în condiții normale. Aceste avantaje au fost apreciate pe merit în sfera industrială, iar acum antimoniul se adaugă multor aliaje, peste 200.
Aliaje pentru producția de rulmenți. Acest grup include compuși precum staniu - antimoniu, plumb - antimoniu, antimoniu - cupru, deoarece aceste aliaje se topesc cu ușurință și sunt foarte convenabile de turnat în matrițe pentru coji de rulmenți. Conținutul de antimoniu variază de obicei între 4 și 15%, dar în niciun caz nu trebuie depășită această normă, deoarece excesul de antimoniu va provoca ruperea metalului. Astfel de aliaje și-au găsit aplicația în construcția de rezervoare, automobile și transportul feroviar.
Una dintre cele mai importante caracteristici ale antimoniului este capacitatea sa de a se extinde atunci când este solidificat. Pe baza acestei caracteristici, aliajul a fost creat - plumb (82%), antimoniu(15%), staniu (3%), se mai numește și „aliaj tipografic”, deoarece umple perfect formularele pentru diferite tipuri de fonturi și face printuri clare. În acest caz, antimoniul a adăugat rezistență la impact și rezistență la uzură metalului.
Aliat cu antimoniu, se folosește în inginerie mecanică, din acesta se fac plăci pentru baterii și se folosește și la producerea țevilor, jgheaburilor prin care vor fi transportate lichide agresive. Aliaj zinc - antimoniu(antimonidul de zinc) este considerat un compus anorganic. Datorită proprietăților sale semiconductoare, este utilizat la fabricarea de tranzistoare, camere termice și detectoare cu infraroșu.
Pe lângă utilizarea industrială, antimoniul și-a găsit aplicația largă în cosmetologie și medicină. Folosit din cele mai vechi timpuri până în zilele noastre antimoniu pentru ochi, ca remediu si colorant pentru sprancene si gene. Mulți oameni cunosc medicamente proprietățile antimoniului iar pentru conjunctivită și alte infecții oculare se folosește imediat antimoniul.
Există diferite tipuri în funcție de tipul și metoda lor de aplicare. pulbere de antimoniu, folosind un bețișor de lemn, se aplică ușor pe zona pleoapelor, dar mai întâi trebuie să-l înmuiați în orice ulei; creion - desenează perfect clar săgeți pe pleoapă, acest creion este același pulbere de antimoniu, doar presat în formă.
Dacă în cele mai vechi timpuri vopseaua cu antimoniu era prietenoasă cu mediul și aducea un efect cu adevărat vindecator, atunci în timpul nostru trebuie să fii extrem de atent și să citiți cu atenție compoziția înainte de a cumpăra. Totul se datorează faptului că acum producătorii fără scrupule extrag antimoniul pur din minereu într-o manieră de proastă calitate și rămân impurități ale metalelor grele precum arsenul. Este greu de imaginat răul cauzat corpului uman din conexiune arsenic-antimoniu.
Prețul antimoniului
Din cauza situației instabile de pe piața mondială, nu există un preț clar pentru metal antimoniu. Preț Acesta variază de la 6.300 USD la 8.300 USD/tonă în ultimele două luni, a existat o dinamică negativă a creșterii prețurilor, aceasta este direct legată de principalul producător - China și relațiile sale economice externe;
Dar vicisitudinile politice și economice nu au afectat antimoniu pentru ochi.În zilele noastre, cultura orientală și alte accesorii sunt la modă, inclusiv antimoniu. Cumpără nu va fi dificil, deoarece există o selecție mare în magazinele orientale sau puteți plasa o comandă în magazinul online.
