Стибій

Стибій (Sb)
Атомний номер	51
Зовнішній вигляд простої речовини	твердий сріблясто-білий дуже крихкий напівметал
Властивості атома
Атомна маса (молярна маса)	121,760 а.о.м. (г/моль)
Радіус атома	159 пм
Енергія іонізації (перший електрон)	833,3(8,64) кДж/моль (еВ)
Електронна конфігурація	[Kr] 4d^10 5s^2 5p^3
Хімічні властивості
Ковалентний радіус	140 пм
Радіус іона	(+6e)62 (-3e)245 пм
Електронегативність (за Полінгом)	2,05
Електродний потенціал	0
Ступені окиснення	5, 3, -3
Термодинамічні властивості
Густина	6,691 г/см³
Молярна теплоємність	0,205 Дж/(К·моль)
Теплопровідність	24,43 Вт/(м·К)
Температура плавлення	903,9 К
Теплота плавлення	20,08 кДж/моль
Температура кипіння	1908 К
Теплота випаровування	195,2 кДж/моль
Молярний об'єм	18,4 см³/моль
Кристалічна ґратка
Структура ґратки	тригональна
Період ґратки	4,510 Å
Відношення с/а	n/a
Температура Дебая	207[1] К
Інші властовості
Критична точка	н/д
H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og * La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu ** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Стибій у Вікісховищі

Сти́бій (Sb), інші назви антимон, сурма́ — хімічний елемент із атомним номером 51, сріблясто-білий крихкий напівметал, який застосовують у металургійній, гумовій, фармацевтичній промисловості, піротехніці тощо.

Символ Sb, ат. н. 51; ат. м. 121,75. У природі представлений двома стабільними ізотопами ¹²¹Sb (57,25 %) та ¹²³Sb (42,75 %).

Властивості

Фізичні властивості

Проста речовина — стибій — сріблясто-білий блискучий метал, дуже крихкий. Густина 6618 кг/м³, t_плав 630,5 °C; t_кип 1634 °C.

Твердість за Брінеллем — від 320 до 580 МПа у технічного стибію, в залежності від чистоти (у чистого стибію 260 МПа). Модуль зсуву — 20 ГПа, модуль Юнга — 56 ГПа^[2].

Енергія іонізації (еВ)^[2]:

Перший електрон	Другий	Третій	Четвертий	П'ятий
8,64	16,5	25,3	44,0	55,4

Питомий опір — 39×10⁻⁸ Ом·м (в 25 разів більший, ніж у срібла), температурний коефіцієнт опору — 5,1×10⁻³ К⁻¹. Діамагнетик^[2].

Алотропні форми

За нормальних умов має ромбоедричну кристалічну ґратку з періодом 450,64 пм і кутом 57,1°. Цю форму називають сірим стибієм. Стибій не переходить в інші алотропічні форми при збільшенні температури, проте при збільшенні тиску вище 5 ГПа переходить в стан з кубічною ґраткою з періодом a=299,22 пм, вище 7,5 ГПа — утворює гексагональну ґратку з параметрами а=337,6 пм і с=534,1 пм, вище 14 ГПа — моноклінну з параметрами а=556 пм, b=404 пм, с=422 пм, β=86°^[3].

Крім цього, відомі три аморфні форми: жовта, чорна і вибухова.

Жовтий стибій отримують реакцією чистого або озонованого кисню на рідкий гідрид стибію SH₃. Ця модифікація є стабільною лише за низьких температур, а при -90 °C або під дією сонячного світла переходить в чорну^[4].

Вибуховий стибій отримують електролізом. Він має чорний колір, і вкрай нестабільний — детонує від удару, нагрівання до 125 °C, електричної іскри. В присутності хлору, парів брому або йоду вибухає за кімнатної температури. З часом перетворюється на сіру металічну форму. Має густину 5,64—5,97 г/см³^[4].

Чорний стибій отримують конденсацією парів стибію у вакуумі, окисненням гідриду стибію при температурі вище -90 °C або нагріванням жовтого стибію. Густина 5,3 г/см³. Має напівпровідникові властивості^[4].

Хімічні властивості

Стибій має 5 валентних електронів — 3 неспарених p-електрони, і 2 спарених s-електрони. Завдяки цьому, його характерна валентність 3, рідше 5.

Хімічно подібний до арсену і вісмуту. За звичайних умов стибій на повітрі не змінюється. На світлі або у вологому повітрі втрачає блиск, стає матовим. З киснем взаємодіє лише в розплавленому стані, утворюючи Sb₂O₃; з воднем і азотом при нормальних умовах не реагує. Активно взаємодіє з галогенами (за винятком F₂).

Утворює оксиди Sb₂О₃, Sb₂О₄, Sb₂О₅, сполуки з металами — антимоніди, сульфіди Sb₂S₃ та ін.

Сполуки оксидів стибію і води є дуже слабкими кислотами. Виділяють стибієву кислоту (HSbO₃), метастибієву кислоту (HSbO₂), піростибієву кислоту (H₄Sb₂O₇) та інші.

Металічний стибій не розчиняється в хлоридній кислоті (як розбавленій так і концентрованій), проте розчиняється у азотній і концентрованій сульфатній кислотах^[5].

При 360–400 °C реагує з сірководнем, а при 830–1100 °C з двоокисом вуглецю^[5].

Металічний стибій не є отруйним для людини, проте багато його сполук, особливо з тривалентним стибієм, токсичні^[5]. Гранично допустима концентрація — 0,5 мг/м³.

Ізотопи

Природний стибій є сумішшю двох ізотопів з масовими числами 121 (57,21 %) і 123 (42,79 %). Крім них, були штучно отримані 50 ізотопів стибію з масовими числами від 103 до 140, 14 з яких — метастабільні. Найбільш довгоживучим є ізотоп ¹²⁵Sb, період напіврозпаду якого — 2,75 року^[6].

Історія

Алхімічні символи стибію

Стибій відомий з глибокої давнини. У країнах Сходу він вживався приблизно за 3000 років до н. е. для виготовлення посуду. У Стародавньому Єгипті вже в 19 ст. до н. е. порошок сурм'яного блиску (природний Sb₂S₃) під назвою mesten або stem застосовувався для чорніння брів.

У Стародавній Греції він був відомий як στίμμι, στἰβι (сходить до єгипетського джерела), звідси латинська назва stibium^[7]. Близько 12-14 ст. н. е. з'явилася назва antimonium (від грец. ανθήμόνιον — «квітка», з огляду на форму самородних кристалів).

Алхіміки не включали стибій до металів, проте використовували його у своїй роботі. Наприклад, він згадується у роботах Артефіуса^[en]. Проте, сучасні дослідники вважають, що алхіміки називали антимонієм не чистий стибій, а його мінерали, в першу чергу, антимоніт. Метал, що виплавлявся з антимоніту зазвичай вважали забрудненим свинцем. Перша достовірна згадка про стибій як окремий метал відноситься до 16 століття — італійський вчений, інженер і металург Бірінгуччо Ванноччо описує спосіб його виплавки і зовнішній вигляд^[8].

Ісаак Ньютон відкрив, що чистий металічний стибій формує на поверхні зірчастий малюнок, якщо охолоджувати його повільно, і провів багато досліджень цієї структури, яку він назвав «Star regulus»^[9].

У 1789 А. Лавуазьє включив стибій до списку хімічних елементів під назвою antimoine. Українська назва «сурма» запозичена з тюркських мов (тур. sürme, крим-тат. sürmë — так називалась чорна фарба для підмальовування брів, вусів^[10], які в свою чергу, походили від перс. surma — «метал»^[11]).

Поширення

Середній вміст в земній корі (кларк) 5•10⁻⁵ %. Стибій концентрується в гідротермальних родовищах. Відомі власне стибієві, а також стибієво-ртутні, стибієво-свинцеві, золото-стибієві, стибієво-вольфрамові родовища. Відомо 120 мінералів, що містять стибій. Найголовнішим в первинних рудах є антимоніт Sb₂S₃ (71,4 %), менше значення мають: в первинних рудах лівінгстоніт HgSb₄S₇ (51,6 %), бертьєрит FeSb₂S₄ (57,0 %), гудмундит FeSbS (57,8 %), тетраедрит Сu₁₂Sb₄S1₃ (29,2 %), джемсоніт Pb₄FeSb₆S₁₄ (35,4 %), буланжерит Pb₅Sb₄S₁₁ (25,7 %), надорит PbSbO₂Cl (31 %); в окиснених рудах — валентиніт Sb₂O₃ ромб. (83,5 %), сенармонтит Sb₂O₃ куб. (83,5 %), сервантит Sb₂O₄ (79,2 %), кермезит Sb₂SO (75,0 %) і стибіконіт (Са, Sb)₂ Sb₂O₆ (О, ОН) (76,4 %). Завдяки спорідненості до сірки стибій у вигляді домішок часто входить в сульфіди арсену, бісмуту, нікелю, свинцю, ртуті, срібла.

В 2010 році у світі було видобуто 167 тис. тонн стибію, 150 з яких — у Китаї. Також у трійку найбільших світових постачальників стибію входить Болівія (5 тис. тонн) і Росія (3 тис. тонн)^[12].

Отримання

Зірчаста поверхня зливка стибію

Стибій отримують зі стибієвих, ртутно-стибієвих і золото-стибієвих руд, попутно з поліметалічних, олов'яних і вольфрамових руд. Якщо концентрація Sb у руді становить менше 10 %, її попередньо збагачують. Рудні концентрати далі переробляють пірометалургійними і гідрометалургійними методами. В першому випадку руду прожарюють у присутності заліза (сірка більш охоче взаємодіє з залізом, ніж зі стибієм), а в другому — руду оброблюють розчином сульфіду натрію і гідроксиду натрію, після чого стибій, що перейшов у розчин видобувається електролізом^[13]. Гідрометалургічні методи краще підходять для руд з низькою концентрацією Sb. Вміст стибію в чорновому металі понад 90 %.

Для подальшої очистки метал піддають вогняному рафінуванню. Зливки стибію високої чистоти традиційно мають «зірчасту» поверхню. Для її отримання стибій плавлять з «зірчастим» шлаком, що складається з антимонатів натрію (nSb₂O₃·mNa₂O)^[14].

Хімічно чистий стибій отримують у процесі зонного плавлення в інертній атмосфері.

Застосування

Найбільш широко застосовуваною сполукою стибію є триоксид стибію (Sb₂O₃), що використовується як антипірен — сполука, що ускладнює займання інших речовин, в першу чергу різноманітних полімерів і тканин^[15][16]. Близько 60 % усього стибію, що видобувається в світі використовується таким чином^[17].

Металічний стибій переважно застосовується у сплавах. У 2000 році таким чином було використано 20 % стибію у світі^[17].

Додавання стибію до свинцю робить його більш твердим. Такий свинець відомий під назвою гартблей, або твердий свинець, і використовується для виготовлення труб, оболонок кабелів, куль та дробу, тощо^[18]. Найбільш масовим застосуванням металічного стибію є його використання у сплавах зі свинцем у автомобільних акумуляторах^[16].

Сплави стибію зі свинцем або оловом (бабіти) є антифрикційними сплавами, і використовуються для виготовлення підшипників та в інших галузях.

Сплав, що містить 82 % свинцю, 3 % олова і 15 % стибію називають типографський метал, або гарт, і використовується для виготовлення типографських літер і стереотипів завдяки своїй легкоплавкості, твердості і дуже малій усадці при твердненні.

Сплави стибію з міддю і сріблом використовуються як припій^[17].

Надчистий стибій використовують як донорну домішку до германію для виготовлення напівпровідників.

Антимонід індію має найбільшу рухливість електронів і довжину їх вільного пробігу. Він використовується у детекторах інфрачервоного випромінювання, датчиках Холла (компактні прилади для вимірювання напруженості магнітного поля), фотоелементах високої чутливості, швидкодіючих транзисторах^[19].

Антимоніди галію та алюмінію використовуються для виготовлення високочастотних діодів і тріодів^[15].

З чистого стибію виготовляють електроди, що використовуються для вимірювання pH^[15].

Багато сполук стибію використовуються для виготовлення фарб, емалей та глазурей. Наприклад, пігмент неаполітанський жовтий є свинцевою сіллю стибієвої кислоти (Sb₂O₅·nPbO)^[20]. Серед інших фарб стибієвої групи можна назвати стибієву кіновар (Sb₂S₃) і стибієві білила^[21], а також метасурмянокислий натрій (NaSbO₃), що використовується у глазурях.

Сульфід стибію міститься у суміші, що нанесена на бічну поверхню коробок сірників^[22].

Суміш стибію і берилію використовується як джерело нейтронів дуже вузького спектру (97 % з них мають енергію близько 23 кеВ). Для цього суміш опромінюють нейтронами зі стороннього джерела, що призводить до захоплення стибієм-123 нейтронів, і перетворенням на радіоактивний стибій-124 з періодом напіврозпаду 60 днів. Розпадаючись, стибій-124 випромінює фотони, які реагують з ядрами берилію, вивільняючи нейтрони. Вузькість спектру нейтронів спричинена вузькістю спектру фотонів^[23].

Препарати, що містять стибій, застосовуються при лікуванні деяких паразитарних хвороб після вивчення протипаразитарної дії стибія німецьким науковцем Паулем Уленгутом.

Див. також

• Ресурси і запаси стибію
• Стибієві руди
• Антимоніти
• Стибієва промисловість
• Стибійорганічні сполуки
• Стибій (мінерал)

Примітки

1. A Course In Thermodynamics, Volume 2(англ.)
2. Poole, 2004, с. 80.
3. Martienssen, Warlimont, 2006, с. 104.
4. Рипан,Четяну, 1971, с. 479.
5. Рипан,Четяну, 1971, с. 480.
6. Isotopes of the Element Antimony(англ.)
7. Harper, Douglas. «antimony». Online Etymology Dictionary.
8. Haeffner, 2004, с. 46.
9. Replication of Isaac Newton's Regulus of Antimony [Архівовано 2019-03-13 у Wayback Machine.](англ.)
10. Етимологічний словник української мови : в 7 т. / редкол.: О. С. Мельничук (гол. ред.) та ін. — К. : Наукова думка, 1982— ., т. 4. — C. 480.
11. Словник іншомовних слів. — К.: УРЕ, 1974. — С. 645.
12. U.S. Mineral Dependence—Statistical Compilation of U.S. and World Mineral Production, Consumption, and Trade, 1990–2010 (англ.).
13. Петрянов-Соколов, 1983, с. 57.
14. Петрянов-Соколов, 1983, с. 58.
15. Немодрук, 1978, с. 10.
16. Antimony Statistics and Information(англ.)
17. Mineral Commodity Profiles. Antimony(англ.)
18. Петрянов-Соколов, 1983, с. 59.
19. ИНДИЯ АНТИМОНИД(рос.)
20. Беленький,Рискин, 1960, с. 492.
21. Беленький,Рискин, 1960, с. 306.
22. Спички(рос.)
23. Sb-Be Source — Antimony-Beryllium Source (англ.).

Література

• Глосарій термінів з хімії // Й. Опейда, О. Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Донецьк: Вебер, 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0
• Деркач Ф. А. Хімія: посібник для вступ. до вузів / Ф. А. Деркач. — Л. : Видавництво Львівського університету, 1968. — 312 с.
• Гірничий енциклопедичний словник : у 3 т / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Східний видавничий дім, 2001—2004.

• Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Східний видавничий дім, 2013. — Т. 3 : С — Я. — 644 с.
• Encyclopedic Dictionary of Condensed Matter Physics / Charles P. Poole, Jr. — 1. — San Diego : Academic Press, 2004. — 1672 с. — ISBN 9780080545233.
• Werner Martienssen, Hans Warlimont. Springer Handbook of Condensed Matter and Materials Data. — 1. — Würzburg : Springer Science & Business Media, 2006. — 1121 с. — ISBN 9783540304371.
• Рипан Р.,Четяну И. Химия металлов // Неорганическая химия. — 1. — М. : «Мир», 1971. — Т. 1. — 556 с.
• Серебро — нильсборий // Популярная библиотека химических элементов / И.В. Петрянов-Соколов. — 3. — М. : Наука, 1983. — Т. 2. — 559 с.
• Mark Haeffner. Dictionary of Alchemy: From Maria Prophetessa to Isaac Newton. — 3. — London : Aeon Books, 2004. — 272 с. — ISBN 9781904658122.
• Е.Ф.Беленький, И.В.Рискин. Химия и технология пигментов. — 3. — М. : "Госхимиздат", 1960. — 756 с.
• А.А. Немодрук. Аналитическая химия сурьмы. — 1. — М. : "Наука", 1978. — 222 с.

Посилання

• СТИБІЙ // Фармацевтична енциклопедія