Что такое сурьма и для чего она используется

Новости

Время работы: с 10:00 до 21:00,
Выходной день: вторник
«Ретро-кафе»: в дни работы Планетария с 10:00 до 20:00.

+7 (495) 221-76-90
АО «Планетарий» © 2017 г. Москва, ул.Садовая-Кудринская, д. 5, стр. 1

Элементы: ядовитый полуметалл – сурьма

Первые производства сурьмы появились на древнем Востоке 5 тысяч лет назад. Сурьмяная бронза (сплав меди и олова с добавлением сурьмы) использовалась в период Вавилонского царства во втором тысячелетии до н.э. Исторически сложилось так, что в русской химической терминологии у этого элемента три названия. Химический элемент называется «сурьма», в формулах произносится «стибиум», а соединения сурьмы с металлами называются антимонидами». В 1789 г. Лавуазье включил сурьму в список простых веществ, дав ей название antimoine от лат. «antimonium». Оно и сейчас остается французским названием элемента № 51. Другое латинское название элемента, «stibium», встречается в сочинениях Плиния Старшего в первом веке н. э. и стало международным. Русское слово «сурьма» родом из турецкого языка. Так и сейчас на Востоке называется порошок для чернения бровей. По другим данным, «сурьма» — от персидского «сурме» — металл. Итак, сурьма (символ — Sb) имеет атомный номер 51 в Таблице Менделеева с атомной массой 121, 760 а.е.м. и относится к группе полуметаллов.

Сурьма в Таблице Менделеева.

Существуют четыре аллотропные разновидности сурьмы: кристаллическая, взрывчатая, чёрная и жёлтая. Наиболее устойчивая, и поэтому самая распространённая – кристаллическая сурьма. Взрывчатая — взрывается при любом соприкосновении. Чёрная и жёлтая — неустойчивы и при пониженных температурах переходят в кристаллическую.
Кристаллическая сурьма по внешнему виду напоминает металл серебристо-белого цвета с синеватым оттенком, довольно хрупкий (легко истирается в порошок).

Кристаллическая сурьма.

Cурьма токсична и относится к ядовитым веществам. Пыль и пары этого элемента вызывают носовое кровотечение, сурьмяную лихорадку. Французский термин сурьмы «antimoine» переводится буквально: «против монахов». Такое название, возможно, возникло из легенды 15 века, в которой настоятель одного мужского монастыря заметил, что свиньи быстро жиреют, потребляя сурьму. Решив, что этот рецепт набора веса сгодится и для людей, он добавил в кашу истощённой братии монастыря сурьму. На следующий день все кто ел — были мертвы. Эту легенду подробно описал Ярослав Гашек в рассказе «Камень жизни» в 1910 году. Отсюда происходит и русское название главного рудного минерала – антимонит с формулой Sb₂S₃, где содержание сурьмы составляет 72 %. Антимонитовые руды являются основным источником для получения сурьмы и её соединений.

Антимонит Sb2S3, кристаллы до 5 см. Месторождение Кадамджай, Киргизия.

Мировая добыча сурьмы по итогам 2015 года составила около 145 тысяч тонн. Основные объемы добычи приходятся на Китай (47%), Россию (17%), Боливию (15%) и Таджикистан (12%).

Мировая добыча сурьмы, 2015 г.

В Китае основная добыча ведется в провинции Хунань, где расположено крупнейшее в мире сурьмяное месторождение Сикуаньшань. В России главный регион по добыче антимонитовых руд — Республика Саха (Якутия), где расположены крупные месторождения Сарылах и Сентачан.

Сурьма применяется при производстве диодов и инфракрасных детекторов. Является компонентом свинцовых сплавов, увеличивающим их твёрдость и механическую прочность.

Сурьма металл. Свойства сурьмы. Применение сурьмы

Впервые человечество начало использовать сурьму еще задолго до нашей эры. Ведь до сих пор археологи находят фрагменты или изделия из металлической сурьмы на местах древнего Вавилона, что соответствует началу ІІІ столетия до нашей эры. Как самостоятельный металл, сурьму редко применяют в производстве, а в основном в соединениях с другими элементами. Самое популярное применение, которое дошло и до наших времен – это использование минерала «сурьмяный блеск» в косметологии в качестве карандаша для век или краски для ресниц и бровей.

В периодической системе Д. И. Менделеева сурьма – химический элемент, который относится к V группе, его символ – Sb. Атомный номер 51, атомная масса 121,75, плотность составляет 6620 кг/м3. Свойства сурьмы – окрас серебристо-белый с синеватым оттенком. По своему строению, металл крупнозернистый и очень хрупкий, его легко можно вручную измельчить до состояния порошка в фарфоровой ступке и не поддается ковки . Температура плавления металла составляет 630,5 ⁰С, температура кипения — 1634 °C.

Кроме стандартной кристаллической формы, в природе существуют еще три аморфных состояния сурьмы:

Взрывчатая сурьма – образуется при электролизе соединения SbCI3 в соляно кислой среде и при ударе или прикосновении взрывается, тем самым переходит в обычное состояние.

Желтая сурьма – получается при воздействии молекул кислорода О2 на соединение водорода с сурьмой SbH₃.

Черная сурьма – образовывается при резком охлаждении паров желтой сурьмы.

В обычных условиях сурьма свойства свои не меняет, в воде не растворяется. Хорошо взаимодействует в виде сплава сурьмы с другими металлами, так как основное ее достоинство – это увеличение твердости металлов, например, соединение свинец — сурьма (от 5–15%) известно как гарбтлей. Даже если добавить к свинцу 1% сурьмы его прочность уже значительно увеличится.

Месторождение и добыча сурьмы

Содержание сурьмы в земной коре приблизительно оценивается в 6 млн тонн. Основным месторождением является Китай, на его территорию приходится до 52% мирового запаса этого элемента, остальные 48% распределены между странами, такими как Россия, Чехия, Словакия, Боливия, Мексика, Япония.

Сурьма – элемент, который добывается из руд. Сурьмяными рудами называют минеральные образования с содержанием сурьмы в таких количествах, чтобы при извлечении чистого металла, получить максимальный экономический и промышленный эффект. По своему содержанию главного элемента – сурьмы, руды классифицируются:

— Очень богатые, Sb – в пределах 50%.

— Богатые, Sb – не более 12%.

— Обыкновенные, Sb – от 2 до 6%.

— Бедные, Sb – максимум 2%.

Согласно своего состава вышеприведенные руды делятся на сульфидные (до 70% общей массы составляет антимонит Sb₂S₃), сульфидно-оксидные (до 50% Sb в оксидных соединениях), и оксидные (более 50% всей массы руды в соединениях оксида сурьмы). Очень богатые руды нет необходимости обогащать, из них сразу получают концентрат сурьмы и отправляют в плавильную печь . Добыча сурьмы из рядовых и бедных руд экономически нецелесообразна. Такие руды приходится обогащать до концентрата с содержанием сурьмы до 50%. Следующий шаг – это переработка концентрата пирометаллургическим и гидрометаллургическим способом.

К пирометаллургическим методам относятся осадительный и восстановительный плавильный процесс. В осадительном процессе плавки, главным сырьем служит сульфидные руды. Принцип плавки таков, при температуре 1300–1400 °С из сульфида сурьмы с помощью железа извлекается чистая сурьма, формула этого процесса –Sb2S3+3Fe=>2Sb+3FeS. Восстановительная плавка заключается в восстановлении из оксидов сурьмы до металла с помощью древесного угля или коксовой пылью. Гидрометаллургический метод извлечения сурьмы состоит из двух стадий – обработка руды с переводом ее в состояние раствора и извлечение металла из раствора.

Применение сурьмы

В чистом виде сурьма считается одним из самых хрупких металлов, но при сплаве с другими металлами она увеличивает их твердость и не происходит процесс окисления при обычных условиях. Эти достоинства заслуженно оценили в промышленной сфере, и теперь сурьма добавляется во многие сплавы, более 200.

Сплавы для подшипникового производства. В эту группу входят такие соединения, как олово – сурьма, свинец – сурьма, сурьма – медь, так как эти сплавы легко плавятся и очень удобно выливать в формы для вкладышей подшипников. Содержание сурьмы обычно составляет от 4 до 15%, но ни в коем случае, нельзя превышать эту норму, потому что избыток сурьмы придет к разламыванию металла. Свое применение такие сплавы нашли в танкостроении, авто и железнодорожном транспорте.

Одно из самых важных особенностей сурьмы является способность расширяться при затвердении. На основе этой характеристики и был создан сплав – свинец (82%), сурьма (15%), олово (3%), еще его называют «типографский сплав», ведь он прекрасно наполняет формы для разных видов шрифтов и делает четкие оттиски. В этом случае, сурьма добавила металлу ударную стойкость и износостойкость.

Свинец легированный сурьмой, используется в машиностроении, с него делают пластины для аккумуляторов также используется при производстве труб, желобов по которым будет происходить транспортировка агрессивных жидкостей. Сплав цинк – сурьма (антимонид цинка) считается неорганическим соединением. Благодаря своему свойству полупроводника, используется при изготовлении транзисторов, тепловизоров и инфракрасных детекторах.

Помимо промышленного использования сурьма нашла свое широкое применение в косметологии и медицине. С древних времен и по сегодняшний день используется сурьма для глаз, в качестве лечебного средства и краски для бровей и ресниц. Многие знают лечебные свойства сурьмы и при конъюнктивитах и прочих инфекциях глаз сразу применяют сурьму.

По своему виду и способу нанесения различают разные виды сурьмы – порошок, с помощью деревянной палочки он легко наносится на область века, но прежде необходимо смокнуть в любом масле; карандаш – идеально четко рисует стрелки на веке, карандаш эта тот же порошок сурьмы, только спрессованный в форму.

Если в древние времена краска из сурьмы была экологической чистой и приносила действительно лечебный эффект, то в наше время нужно быть предельно осторожным и внимательно читать состав перед покупкой. Все связано с тем, что сейчас недобросовестные производители некачественно извлекают чистую сурьму из руды и остаются примеси тяжелых металлов, таких как мышьяк. Трудно представить принесенный вред, организму человека от соединения мышьяк-сурьма.

Цена сурьмы

В связи, с нестабильной ситуацией на мировом рынке, нет однозначной стоимости на металл сурьма. Цена его колеблется в пределах от 6300$ до 8300$/тонну, за последние два месяца наблюдается отрицательная динамика роста цены, это напрямую связано с основным производителем – Китаем и его внешнеэкономическими отношениями.

А вот политические и экономические перипетии никак не повлияли на сурьму для глаз. Сейчас в моде восточная культура и прочие принадлежности, в том числе и сурьма. Купить ее труда не составит, так как есть огромный выбор в восточных лавках или же можно оформить заказ в интернет-магазине.

Сурьма

Металл серебристо-белого цвета

Сурьма́ / Stibium (Sb), 51

[Kr] 4d 10 5s 2 5p 3

2,05 [1] (шкала Полинга)

(300 K) 24,43 Вт/(м·К)

Сурьма́ (лат. Stibium ; обозначается символом Sb) химический элемент 15-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы пятой группы) пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева; имеет атомный номер 51. Простое вещество сурьма (CAS-номер: 7440-36-0) — полуметалл серебристо-белого цвета с синеватым оттенком, грубозернистого строения. Известны четыре металлических аллотропных модификаций сурьмы, существующих при различных давлениях, и три аморфные модификации (взрывчатая, чёрная и жёлтая сурьма) [2] .

Содержание

История

Сурьма известна с глубокой древности. В странах Востока она употреблялась примерно за 3000 лет до н. э. для изготовления сосудов. В Древнем Египте уже в 19 в. до н. э. порошок сурьмяного блеска (природный Sb₂S₃) под названием mesten или stem применялся для чернения бровей. В Древней Греции он был известен как stími и stíbi, отсюда латинский stibium. Около 12—14 вв. н. э. появилось название antimonium. В 1789 А. Лавуазье включил сурьму в список химических элементов под названием antimoine (современный английский antimony, испанский и итальянский antimonio, немецкий Antimon). Русская «сурьма» произошло от турецкого sürme; им обозначался порошок свинцового блеска PbS, также служивший для чернения бровей (по другим данным, «сурьма» — от персидского «сурме» — металл). Подробное описание свойств и способов получения сурьмы и её соединений впервые дано алхимиком Василием Валентином (Германия) в 1604.

Нахождение в природе

Кларк сурьмы 500 мг/т. Её содержание в изверженных породах в общем ниже, чем в осадочных. Из осадочных пород наиболее высокие концентрации сурьмы отмечаются в глинистых сланцах (1,2 г/т), бокситах и фосфоритах (2 г/т) и самые низкие в известняках и песчаниках (0,3 г/т). Повышенные количества сурьмы установлены в золе углей. Сурьма, с одной стороны, в природных соединениях имеет свойства металла и является типичным халькофильным элементом, образуя антимонит. С другой стороны она обладает свойствами металлоида, проявляющимися в образовании различных сульфосолей — бурнонита, буланжерита, тетраэдрита, джемсонита, пираргирита и др. С такими металлами как медь, мышьяк и палладий, сурьма может давать интерметаллические соединения. Ионный радиус сурьмы Sb 3+ наиболее близок к ионным радиусам мышьяка и висмута, благодаря чему наблюдается изоморфное замещение сурьмы и мышьяка в блёклых рудах и геокроните Pb₅(Sb, As)₂S₈ и сурьмы и висмута в кобеллите Pb₆FeBi₄Sb₂S₁₆ и др. Сурьма в небольших количествах (граммы, десятки, редко сотни г/т) отмечается в галенитах, сфалеритах, висмутинах, реальгарах и других сульфидах. Летучесть сурьмы в ряде её соединений сравнительно невысокая. Наиболее высокой летучестью обладают галогениды сурьмы SbCl₃. В гипергенных условиях (в приповерхностных слоях и на поверхности) антимонит подвергается окислению примерно по следующей схеме: Sb₂S₃ + 6O₂ = Sb₂(SO₄)₃. Возникающий при этом сульфат окиси сурьмы очень неустойчив и быстро гидролизирует, переходя в сурьмяные охры — сервантит Sb₂O₄, стибиоконит Sb₂O₄ • nH₂O, валентинит Sb₂O₃ и др. Растворимость в воде довольно низкая (1,3 мг/л), но она значительно возрастает в растворах щелочей и сернистых металлов с образованием тиокислоты типа Na₃SbS₃. Содержание в морской воде 0,5 мкг/л [4] . Главное промышленное значение имеет антимонит Sb₂S₃ (71,7 % Sb). Сульфосоли тетраэдрит Cu₁₂Sb₄S₁₃, бурнонит PbCuSbS₃, буланжерит Pb₅Sb₄S₁₁ и джемсонит Pb₄FeSb₆S₁₄ имеют небольшое значение.

Генетические группы и промышленные типы месторождений

В низко- и среднетемпературных гидротермальных жилах с рудами серебра, кобальта и никеля, также в сульфидных рудах сложного состава.

Месторождения

Месторождения сурьмы известны в ЮАР, Алжире, Армении, Таджикистане, Болгарии, России, Финляндии, Китае, Киргизии [5] [6] .

Производство

По данным исследовательской компании Roskill, в 2010 г. 76,75 % мирового первичного производства сурьмы приходилось на Китай (120 462 т, включая официальное и неофициальное производство), второе место по объёмам производства занимала Россия (4,14 %; 6 500 т), третье — Мьянма (3,76 %; 5 897 т). Среди других крупных производителей — Канада (3,61 %; 5 660 т), Таджикистан (3,42 %; 5 370 т) и Боливия (3,17 %; 4 980 т). Всего в 2010 г. в мире было произведено 196 484 т сурьмы (из которых вторичное производство составляло 39 540 т) [7] .

В 2010 г. официальное производство сурьмы в Китае снизилось по сравнению с 2006—2009 г. и в ближайшее время вряд ли увеличится, говорится в отчете Roskill [7] .

В России крупнейший производитель сурьмы — это холдинг GeoProMining (6 500 т в 2010 г.), который занимается добычей и обработкой сурьмы на принадлежащих ему производственных комплексах «Сарылах-Сурьма» и «Звезда» в Республике Саха (Якутия) [8] .

Резервы

Согласно статистическим данным Геологической службы США (United States Geological Survey):

Мировые резервы сурьмы в 2010 г. (содержание сурьмы в тоннах) [9]

Страна	Резервы	%
КНР	950 000	51,88
Россия	350 000	19,12
Боливия	310 000	16,93
Таджикистан	50 000	2,73
ЮАР	21 000	1,15
Другие (Канада/Австралия)	150 000	8,19
Всего в мире	1 831 000	100,0

Изотопы

Природная сурьма является смесью двух изотопов: изотопная распространённость 57,36 %) и периодом полураспада 2,76 года, все остальные изотопы и изомеры сурьмы имеют период полураспада, не превышающий двух месяцев.

Пороговая энергия для реакций с высвобождением нейтрона (первого):

• 121 Sb — 9,248 МэВ,
• 123 Sb — 8,977 МэВ,
• 125 Sb — 8,730 МэВ.

Физические и химические свойства

Сурьма в свободном состоянии образует серебристо-белые кристаллы с металлическим блеском, плотность 6,68 г/см³. Напоминая внешним видом металл, кристаллическая сурьма обладает большей хрупкостью и меньшей тепло- и электропроводностью [10] .

Основные валентные состояния в соединениях: III и V.

Окисляющие концентрированные кислоты активно взаимодействуют с сурьмой.

Сурьма растворима в «Царской водке»:

Сурьма металлическая — 51-й химический элемент в периодической таблице Менделеева, обозначается символом Sb. Это полуметалл с зернистым строением и светлым голубовато-серебристым оттенком. В свободном состоянии представляет собой кристаллы с металлическим блеском.

Сурьма как вещество: физические свойства

Внешне вещество похоже на металл, однако характеризуется меньшей электро- и теплопроводностью. Оно отличается хрупкостью (легко растирается в порошок) и способностью расширяться при застывании.

Элемент существует в четырех модификациях:

• Кристаллическая, или серая (основная модификация).
• Черная (аморфная).
• Взрывчатая (аморфная).
• Желтая (аморфная).

Кристаллическая сурьма

В основной модификации полуметалл образует игольчатые кристаллы в форме звезд. Чем меньше примесей, тем толще кристаллы. Вещество начинает плавиться при температуре +630,5 ⁰C, закипает — при +1634 ⁰C. Обладает диамагнитностью, т.е. намагничивается против направления внутреннего поля.

Основные свойства вещества:

• Плотность при стандартных условиях — 6,691 г/см 3 .
• Удельная теплоемкость — 0,210 кДж/(кг*К) при температурах от 20 ⁰С до 200 ⁰С.
• Молярная теплоемкость — 25,2 Дж/(K*моль).
• Теплопроводность — 17,6 вт/(м*К) при температуре 20 ⁰C.
• Молярный объем — 18,4 см 3 /моль.
• Удельная теплота плавления — 20,08 кДж/моль.
• Удельная теплота испарения — 195,2 кДж/моль.

В основной модификации металл устойчив при стандартных условиях. Он имеет слоистую структуру.

Черная сурьма

Это аморфная металлическая модификация, которая образуется из кристаллической сурьмы при резком охлаждении паров вещества. Она имеет плотность 5,3 г/см 3 . Данная неустойчивая модификация в безвоздушном пространстве при нагреве до 400 ⁰С переходит в кристаллическую сурьму.

Желтая сурьма

Чтобы получилась желтая сурьма, требуется воздействие кислорода на сниженный стибин SbH3. Эта модификация содержит небольшой процент химически связанного водорода. Является неустойчивой: переходит в черную сурьму при освещении или нагревании.

Взрывчатая сурьма

Электролиз раствора SbCl3 в соляно-кислой среде приводит к образованию взрывчатой сурьмы. Она имеет плотность от 5,64 до 5,97 г/см 3 , внешне напоминает графит. При любом прикосновении взрывается и превращается в кристаллическую сурьму.

Сурьма и человек: историческая справка

Этот металл применялся с доисторических времен. При раскопках на территории древнего Вавилона археологи обнаружили сосуды из металлической сурьмы. Изделия датируются 3 тысячелетием до н.э.

Предметы из этого металла также были найдены в Грузии: находки относятся к 1 тысячелетию до н.э. В древности металл использовался в сплаве со свинцом, медью или оловом.

С XIX в. до н.э. в Древнем Египте и странах Азии (Индия, Междуречье и др.) повсеместно применялся «сурьмяный блеск» — черный порошок из соединений полуметалла, который использовался для грима (в основном для чернения бровей).

До конца неизвестно происхождение самого названия. В тюркских языках существует слово surme, которое обозначает «грим, мазь». В персидском «сурме» значит «металл».

Сурьма и организм: несколько слов о биологии

Сурьма относится к макроэлементам и участвует в обменных процессах многих живых организмов. Среднее количество элемента в растениях — 0, 06 мг, в наземных животных — 0,0006 мг, в морских животных — 0,02 мг. В организме человека содержится не более 0,00001% сурьмы по массе. Она поступает с воздухом, пищей и водой, содержится в щитовидной железе, эритроцитах и плазме крови, печени, почках, костной ткани, селезенке. В среднем за сутки поступает около 50 мкг и выводится мочой и фекалиями.

До конца не изучены физиологическая и биохимическая функции макроэлемента, поэтому нет достоверных данных о возможных последствиях ее дефицита в организме. При этом установлено, что избыток вещества препятствует белковому, жировому и углеводному обменам. Если сурьма накапливается в щитовидной железе, она угнетает ее работу и вызывает эндемический зоб. При одноразовом попадании в пищеварительный тракт вызывает рефлекторную рвоту и полностью выводится. При регулярных поступлениях избыточного количество сурьмы в пищевод возможны заболевания желудочно-кишечного тракта, в том числе язвы.

Токсичные пары металла могут вызвать поражения кожи и носовые кровотечения. В зоне риска — люди, которые работают с этим металлом постоянно: печатники, эмалировщики и др.

В малых дозах макроэлемент применяется в медицине — в основном, в составе отхаркивающих и рвотных средств.

Сурьма как элемент: химические свойства

Металлическая сурьма малоактивна и устойчива на открытом воздухе при нормальных температурах. Начинает окислятся при +630 ⁰С, в результате чего образуется соединение Sb2O3 — оксид сурьмы. Полуметалл не вступает в реакции с водородом, азотом, кремнием и бором, остается устойчивым к воде, а в расплавленном виде незначительно растворяет углерод.

В результате возможных химических реакций образуются следующие вещества:

• Сульфид сурьмы — при сплавлении с серой.
• Интерметаллические соединения (антимониды) — при взаимодействии с мышьяком, медью, палладием и некоторыми другими металлами.
• Хлорид сурьмы — при растворении в хлоре.
• Сульфат сурьмы — при растворении в соляной кислоте.
• Сурьмяная кислота — в результате реакции с концентрированной азотной кислотой.

Полуметалл растворяется в «царской водке» — смеси винной и азотной кислот.

Сурьма как полезное ископаемое: добыча и производство

Месторождения металлической сурьмы находятся в ЮАР, Китае, Алжире, России, Болгарии, Азербайджане, Киргизии, Сербии, Финляндии, Казахстане, Таджикистане. Содержание элемента в земной коре невелико — 500 мг/т. Большая часть вещества сконцентрирована в осадочных породах — бокситах, фосфоритах, глинистых сланцах. Меньше всего ископаемого содержится в песчаниках и известняках.

Более 70% этого металла производится в Китае, а остальные 30% делят Россия, Мьянма, Боливия, Таджикистан, ЮАР, Канада, Австралия и некоторые другие страны.

На территории Китая также находятся самые крупные резервы — более 50% мировых запасов. Около 20% расположено в России, 16% — в Боливии, 3% — в Таджикистане, 1% — в ЮАР, менее 10% рассредоточено по разным странам.

Сурьма как ресурс: применение

Металлургия

Поскольку сурьма — хрупкий металл, в металлургической промышленности она практически не применяется отдельно. Зато в сплавах она повышает прочность других металлов и препятствует окислению.

Сплав сурьмы, олова и свинца называется «гарт» (в переводе с украинского — «зеркала»). Он на протяжении многих веков используется в типографии для изготовления шрифтов. В основу положено свойство сурьмы расширяться при затвердевании: благодаря этому сплав более плотно заполняет литейную матрицу. Помимо этого, сурьма повышает износостойкость шрифта. Гарт также используется для отливки пуль, изготовления кабелей, труб для протока агрессивных жидкостей и др.

Сплав свинца и сурьмы отличается твердостью и устойчивостью к коррозии. Он применяется в химическом машиностроении.

Баббиты (подшипниковые сплавы) широко используются в железнодорожном, автомобильном транспорте и станкостроении. Они содержат сурьму, олово, медь и свинец. Имеют высокую твердость, стойкость к истиранию и коррозии.

Всего существует порядка 200 сплавов различных металлов с сурьмой. В том числе она добавляется к металлам для хрупкой отливки.

Полупроводниковая промышленность

Полуметалл входит в свинцовые сплавы, используется при производстве диодов, ИК детекторов, датчиков Холла и других элементов в полупроводниковой промышленности.

Медицина

Стибнит, природный сульфит сурьмы, в древности применялся в качестве лекарства от паразитов. В некоторых странах его до сих пор добавляют в препараты. Соединения металла применяются для лечения лейшманиозов и глазных заболеваний.

Другие области применения

Оксид сурьмы используют в текстильной промышленности как закрепитель. Он также входит в состав многих эмалей и красок. Пятиокись металла применяется при изготовлении стекла, люминесцентных ламп, резины. Трехсернистая сурьма входит в состав спичек. Металла находит применение в электронике (для некоторых припоев) и в термоэлектрический сплавах.

Что такое Сурьма — особенности, характеристики, где используется

Издавна известная человеку сурьма – это металл, занимающий 51 место в таблице химических элементов. Она обладает зернистой структурой, цветом напоминает серебро с голубоватым отливом. Sb – металл, не входящий в категорию цветных, в быту он встречается крайне редко. В свободном виде материал внешне очень похож на кристаллы, обладающие характерным для металла отливом.

Физические свойства

Сурьма известна как чрезвычайно хрупкое вещество. Она легко истирается до состояния порошка, заметно расширяется, когда полностью застывает, плохо проводит электрический ток и тепло.

Примечательно, что Surma имеет несколько модификаций. Основной принято считать серую сурьму (кристаллическую). Помимо этого, возможны три аморфных состояния элемента: взрывчатая сурьма, желтая, а также черная.

• В основной кристаллической модификации для вещества характерна структура в виде игл или звездочек. Чем чище материал, тем толще отдельные фрагменты. В стандартных условиях слоистая кристаллическая структура достаточно устойчива. Плавление этого вещества начинается при 630,5 градусах, а кипение произойдет при нагреве до 1634 градусов.
• Черная сурьма образуется в результате резкого охлаждения кристаллического вещества. Структура неустойчива, при росте температуры до 400 градусов без доступа воздуха вещество снова приобретает форму кристаллов.
• Желтую сурьму получают при воздействии кислорода на сжиженный SbH3. В ее составе имеется невысокое содержание водорода с прочными химическим связями. На свету или нагреве быстро трансформируется в сурьму черную.
• Взрывчатая «вресия» очень похожа на графит. Она является продуктом электролиза раствора SbCl3 в кисло-соляной рабочей среде. Взрывается от любого прикосновения, превращаясь в кристаллическую модификацию.

Химические свойства материала

Сурьма металлическая не относится к химически активным веществам. Реакция окисления начнется при нагреве до 630 градусов. При этом сформируется оксид сурьмы Sb2O3.

Металл не способен реагировать на водород, кремний, азот и бром, водой не растворяется. Углерод частично сможет растворить сурьму только в виде расплава.

При соединении с серой образуется сульфид сурьмы. После растворения в хлоре получают хлорид. Сульфаты являются продуктом растворения вещества в обычной соляной кислоте, а сурьмяную кислоту получают в результате взаимодействия с концентратом азотной кислоты.

Сплав свинца с сурьмой является самым известным соединением данного вещества. Необходимо отметить, что вещество опасно для человеческого организма в распыленном виде. Оно отрицательно воздействует на глаза, органы дыхания, может спровоцировать аллергические проявления на кожных покровах, повредить пищеварительной системе. Государственные стандарты относят аэрозоль сурьмы к веществам второго класса опасности.

Добыча

В природе сурьму можно обнаружить в разных видах:

• самородки;
• в составе руды (меди, серебра, свинца);
• в качестве компонента разных минералов (всего насчитывают около сотни видов).

Из руд самой богатой сурьмой (до 60%) является аммонит.

Этот металл один из наиболее распространенных элементов, имеющихся в земной коре. Ее мировые запасы оцениваются в пределах 1,83 млн тонн. При этом 50% находится в распоряжении Китая. По объему производства мировой рынок также возглавляет Китай, поставляющий около 70% сурьмы. Из руд самой богатой сурьмой (до 60%) является аммонит. Наша страна находится на втором месте по добыче и производству данного металла.

Производство

С экономической точки зрения рациональна добыча металла из руд с содержанием свыше 10% сурьмы. В зависимости от типа исходного сырья используют разные производственные технологии. Руда с низким содержанием металла подвергается обогащению. Для дальнейшей добычи чернового вещества применяют пиро или гидрометаллургическую технологию. Следующим технологическим шагом служит способ огневого рафинирования.

Сплавы сурьмы

Поскольку сурьма представляет собой хрупкий материал, ее чаще применяют в виде различных сплавов. Их насчитывают около двух сотен. С середины XV века и по сей день соединение сурьмы с оловом и свинцом (гарт) востребовано в типографском деле. В современных условиях из этого сплава изготавливают и трубы для химической промышленности. Они устойчивы к воздействию щелочей и кислот.

Сплавы применяют при производстве полупроводников. Баббиты предназначены для подшипниковой продукции, поскольку отличаются они низким коэффициентом трения.

Для выпуска специализированной медицинской (красной) резины, каучука, спичек применяют сурьмяные сульфиды.

Применение в разных сферах

Наиболее востребована сурьма в процессе изготовления аккумуляторных батарей. Говоря о том, где используется сурьма, необходимо предполагать применение различных ее соединений.

• В пиротехнике сплавы необходимы при изготовлении трассирующих пуль.
• Соединение сурьмы со свинцом устойчиво к коррозии, и обладает хорошим показателем твердости. Этот материал активно используют в химическом машиностроении.
• В химической промышленности элемент необходим в качестве компонента для реакции органического синтеза, при выпуске неводных растворителей.
• Сурьма необходима для производства жаропрочных стекол, эмалей, тканей и керамики. Текстильщики применяют красители, в которых данный элемент выполняет роль закрепителя.
• В качестве красящего пигмента сурьма известна давно. В настоящее время она входит в состав многих красителей, в том числе и краски для художников (железная чернь).
• Элемент до сих пор используют в фармакологии как компонент лекарственных средств от болезней органов зрения и лейшманиозов.

Нюансы сдачи сурьмяного лома

Поскольку материал входит в категорию опасных отходов, не все приемные пункты готовы работать с ним. При этом лом сурьмы сдают не так часто, что гарантирует высокую приемную цену за кг, около 450 рублей и выше, в зависимости от марки.

В больших городах сдать сурьму несложно. Учитывая ее специфические особенности, лом рекомендуется держать в плотно закрытой таре. Особенно это правило касается вещества в чистом виде.

Примечательно, что в качестве вторичного сырья можно сдать даже краски, в составе которых присутствует данный металл.

СУРЬМА — от красоты глаз до аккумуляторов

Сурьмяные подводки для г лаз с допотопных времен применяли в Египте. Причем делали это и женщины, и мужчины, и дети.

Абу-л-Фазл Тифлиси в труде «Описание ремесел» писал:

«Если будут постоянно смазывать веки сурьмой, то глаза будут здоровыми, приобретут блеск и пройдут всякие язвочки на веках».

Он же рекомендовал применять сурьмяные мази при ожогах, язвах матки, «горячих опухолях».

Металл или нет?

История элемента связана с алхимией. Именно она занимала место нынешней химии, пусть в усеченном виде. Алхимики насчитывали семь металлов, каждый был приписан к определенной планете. Сурьме не повезло — ей планеты не досталось. Поэтому этот элемент назвали полуметаллом (она и ковалась хуже, чем золото, например).

Нынешние химики в этом согласны с алхимией. Сурьму нельзя назвать полноценным металлом, зная ее свойства. Отличить этот «металл-неметалл» от полноценных металлов сложно.

Свойства

Химический элемент сурьма (Stibium, в русском произношении стибиум) — полуметалл, номер 51 в таблице Менделеева.

Выглядит сурьма, как металл — блеск, цвет, но… металл может быть хрупким. Стибиум вы растолчете в порошок в обычной ступке пестиком.

Свойства атома
Название, символ, номер	Сурьма́ / Stibium (Sb), 51
Атомная масса (молярная масса)	121,760(1)[1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Kr] 4d10 5s2 5p3
Радиус атома	159 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	140 пм
Радиус иона	(+5e)62 (−3e)245 пм
Электроотрицательность	2,05 [2] (шкала Полинга)
Электродный потенциал
Степени окисления	5, 3, −3
Энергия ионизации (первый электрон)	833,3 (8,64) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	6,691 г/см³
Температура плавления	903,9 K
Температура кипения	1908 K
Уд. теплота плавления	20,08 кДж/моль
Уд. теплота испарения	195,2 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	25,2[3] Дж/(K·моль)
Молярный объём	18,4 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	тригональная
Параметры решётки	ahex=4,307; chex=11,27[4]
Отношение c/a	2,62
Температура Дебая	200 K
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 24,43 Вт/(м·К)
Номер CAS	7440-36-0

Интересные свойства этот химический элемент проявляет в своих аллотропных модификациях. Металлических модификаций 4, существуют при разных давлениях.

Кристаллическая модификация самая устойчивая, похожа на синеватый, белый, серебристый металл.

Модификация элемента	Свойства
Жёлтая	При нагреве превращается в черную
Чёрная	Неустойчива; при понижении температуры переходит в кристаллическую
Взрывчатая	При ударе и трении взрывается

У сурьмы в отличие от других металлов низкие тепло- и электропроводность. Расширяется при застывании (это неметаллическое свойство).

В природе состоит из двух изотопов.

Добыча

Существует самородная сурьма, но промышленного интереса она не представляет.

Сурьмяных руд в природе более сотни, но самая богатая антимонит (более 60% рудообразующего элемента).

Страны-обладатели крупнейших сурьмоносных месторождений:

• Китай;
• Таджикистан;
• ЮАР;
• Боливия;
• Мексика.

У России второе место в мире по добыче и производству сурьмяных концентратов.

Производство

Добыча металла из руд с содержанием менее 10 % экономически невыгодна.

В производстве бедные руды вначале обогащаются. Затем извлекают черновую сурьму пиро- или гидрометаллургическим способом. Для дальнейшего использования извлеченный полуметалл подвергают огневому рафинированию.

Сурьмяные сплавы

Их известно около 200.

С XV века до нынешних дней в типографии используют сплав гарт (свинец+сурьма+олово). Он же применяется в производстве труб для агрессивных (кислоты, щелочи) жидкостей.

Из сплавов AlSb, GaSb, InSb делают полупроводники.

Широко применяются баббиты — подшипниковые антифрикционные сплавы.

Сурьмяные сульфиды идут на вулканизацию каучука, для производства спичек, для изготовления особо прочной (эластичной и термостойкой) красной медицинской резины.

Применение

Большая часть производимой в мире сурьмы идет на производство сплавов для аккумуляторных батарей.

Сурьмовые соединения (оксиды, сульфиды) применяют в:

1. Пиротехнике (производство трассирующих пуль).
2. Химической промышленности (оргсинтез, производство неводного растворителя).
3. Текстильной промышленности.
4. Производстве жаропрочных эмалей, тканей, стекол, керамики.

Стибиум используют в изготовлении пигментов и красок.

Стибнит, или антимонит (Sb2S3) как издавна, так и сейчас в странах третьего мира применяют в медицине. Соединения сурьмы применяют для лечения лейшманиозов, сонной болезни.

Для женщин: сурьмовую подводку для глаз можно купить в аюрведических лавочках. На Востоке ее используют даже девочки: считается, что подводка приносит пользу при глазных болезнях, стимулирует рост бровей и ресниц.

Однако медики считают, что полуметалл ядовитый, и относят его ко II классу опасности.

Стоимость

Цена килограмма сурьмы в зависимости от ее чистоты колеблется от 2800 до 20000 рублей за килограмм (на 23.07.2020).

Мне 42 года и я специалист в области минералогии. Здесь на сайте я делюсь информацией про камни и их свойства — задавайте вопросы и пишите комментарии!

СУРЬМА: ИСТОРИЯ, СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И РИСКИ — ХИМИЯ — 2022

Сурьма является металлоидом блестящим, серебром, и с некоторым голубоватым оттенком. Его твердое вещество также отличается очень хрупкостью и шелушением по текстуре. Он принадлежит к 15-й группе таблицы Менделеева, возглавляемой азотом. После висмута (и московского) это самый тяжелый элемент группы.

Он представлен химическим символом Sb. В природе он встречается в основном в минеральных рудах стибита и ульманнита, химические формулы которых Sb ₂ S ₃ и NiSbS соответственно. Его высокая склонность к образованию сульфидов вместо оксидов обусловлена ​​тем, что он химически мягкий.

Кристаллическая сурьма. Источник: Best Sci-Fatcs

С другой стороны, сурьма также физически мягкая, ее твердость составляет 3 балла по шкале Мооса. Он стабилен при комнатной температуре и не вступает в реакцию с кислородом воздуха. Но при нагревании в присутствии кислорода он образует триоксид сурьмы, Sb ₂ O ₃ .

Точно так же он устойчив к действию слабых кислот; но в горячем состоянии на него воздействуют азотная и соляная кислоты.

Сурьма имеет множество применений, в том числе ее используют в сплавах со свинцом и оловом, в производстве автомобильных аккумуляторов, материалов с низким коэффициентом трения и т. Д.

Этот металлоид имеет редкое свойство увеличиваться в объеме при затвердевании, что позволяет его сплавам полностью занимать пространство, используемое для формования инструмента, который будет изготовлен.

История его открытия

До нашей эры

Есть свидетельства того, что с 3100 г. до н.э. сульфид сурьмы использовался в Египте в косметических целях. В Месопотамии, на территории современного Ирака, были обнаружены остатки вазы и другого артефакта, предположительно датируемого периодом между 3000 и 2200 годами до нашей эры, в производстве которого использовалась сурьма.

Введение термина

Римский ученый Плиний Старший (23-79 г. н.э.) описал использование сурьмы, которую он называл стибиусом, при разработке семи лекарств в своем «Трактате по естественной истории». Алхимику Абу Мусса Джахиру ибн Хайяну (721-815) приписывают введение термина сурьма для названия элемента.

Он использовал следующую этимологию: «анти» как синоним отрицания, а «моно» — только. Затем он хотел подчеркнуть, что сурьма встречается не только в природе. Уже известно, что он входит в состав сульфидных минералов, а также многих других элементов.

получение

Считается, что греческий натурист Педаниус Диаскоридес получил чистую сурьму, нагревая сульфид сурьмы в потоке воздуха. Итальянский металлург Ванносио Бирингучо в книге De la Pirotecnia (1540 г.) описывает метод выделения сурьмы.

Немецкий химик Андреас Либавиус (1615 г.), используя расплавленную смесь железа, сульфида сурьмы, соли и тартрата калия, получил кристаллическую сурьму.

Первое подробное сообщение о сурьме было сделано в 1707 году французским химиком Николя Лемери (1645-1715) в его книге «Трактат о сурьме».

Состав сурьмы

Морщинистые слои, составляющие кристаллическую структуру металлической или серебряной сурьмы. Источник: Materialscientist

Верхнее изображение показывает морщинистую слоистую структуру, заимствованную атомами мышьяка. Однако сероватая сурьма, более известная как металлическая сурьма, также принимает эту структуру. Она называется «морщинистой», потому что атомы Sb движутся вверх и вниз по плоскости, состоящей из оболочки.

Эти слои, хотя и отвечают за взаимодействующие с ним фотоны, сияют серебристым блеском, заставляя сурьму выглядеть как металл, правда в том, что силы, которые их объединяют, слабы; следовательно, видимые металлические фрагменты Sb могут быть легко измельченными и хрупкими или отслаивающимися.

Кроме того, атомы Sb в морщинистых слоях недостаточно близко расположены, чтобы сгруппировать свои атомные орбитали вместе и, таким образом, создать полосу, которая обеспечивает электрическую проводимость.

Глядя на сероватую сферу по отдельности, можно увидеть, что она имеет три связи Sb-Sb. С более высокой плоскости можно было увидеть Sb в центре треугольника с тремя Sb, расположенными в его вершинах. Однако треугольник не плоский и имеет два уровня или этажа.

При боковом воспроизведении таких треугольников и их связей образуются морщинистые слои, которые выстраиваются в ряд, образуя ромбоэдрические кристаллы.

аллотропия

Только что описанная структура соответствует сероватой сурьме, наиболее устойчивой из четырех ее аллотропов. Остальные три аллотропа (черный, желтый и взрывной) метастабильны; то есть они могут существовать в очень суровых условиях.

Информации об их строении немного. Однако известно, что черная сурьма аморфна, поэтому ее структура нечеткая и запутанная.

Желтая сурьма устойчива при температурах ниже -90 ° C, ведет себя как неметаллический элемент, и можно предположить, что она состоит из небольших агломератов типа Sb ₄ (подобных агломератам фосфора); при нагревании превращается в черный аллотроп.

Что касается взрывоопасной сурьмы, то она состоит из гелеобразного осадка, образующегося на катоде при электролизе водного раствора галогенида сурьмы.

При малейшем сильном трении или ударе мягкое твердое тело выделяет столько тепла, что оно взрывается и стабилизируется по мере того, как его атомы перегруппировываются в ромбоэдрическую кристаллическую структуру сероватой сурьмы.