Сурьма и её характеристики

Общая характеристика сурьмы

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Сурьма – пятьдесят первый элемент Периодической таблицы. Обозначение – Sb от латинского «stibium». Расположена в пятом периоде, VA группе. Относится к полуметаллам. Заряд ядра равен 51.

Сурьма встречается в природе в соединении с серой – в виде сурьмяного блеска]6 или антимонита, Sb₂S₃. Несмотря на то, что содержание сурьмы в земной коре сравнительно невелико [0,00005% (масс.)], сурьма была известна еще в глубокой древности. Это объясняется распространенностью в природе сурьмяного блеска и легкостью получения из него сурьмы.

В свободном состоянии сурьма образует серебристо-белые кристаллы (рис. 1), обладающие металлическим блеском и имеющие плотность 6,68 г/см ³. Напоминая по внешнему виду металл, кристаллическая сурьма отличается хрупкостью и значительно хуже проводит теплоту и электрический ток, чем обычные металлы. Кроме кристаллической сурьмы, известны и другие ее аллотропические видоизменения.

Рис. 1. Сурьма. Внешний вид.

Атомная и молекулярная масса сурьмы

Относительной молекулярная масса вещества (M_r) – это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (A_r) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.

Поскольку в свободном состоянии сурьма существует в виде одноатомных молекул Sb, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 121,760.

Изотопы сурьмы

Известно, что в природе сурьма может находиться в виде двух стабильных изотопов ¹²¹Sb (57,36%) и ¹²³Sb (42,64%). Их массовые числа равны 121 и 123 соответственно. Ядро атома изотопа сурьмы ¹²¹Sb содержит пятьдесят один протон и семьдесят нейтронов, а изотопа ¹²³Sb – такое число протонов и семьдесят два нейтрона.

Существуют искусственные нестабильные изотопы сурьмы с массовыми числами от 103-х до 139-ти, а также более двадцати изомерных состояния ядер, среди которых наиболее долгоживущим является изотоп ¹²⁵Sb с периодом полураспада равным 2,76 года.

Ионы сурьмы

На внешнем энергетическом уровне атома сурьмы имеется пять электронов, которые являются валентными:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰5s²5р ³.

В результате химического взаимодействия сурьма отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион либо принимает электроны от другого атома, т.е. является их акцептором и превращается в отрицательно заряженный ион:

Sb⁰ -3e → Sb³⁺;

Sb⁰ -5e → Sb⁵⁺;

Sb⁰+3e → Sb^3-.

Молекула и атом сурьмы

В свободном состоянии сурьма существует в виде одноатомных молекул Sb. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу сурьмы:

Энергия ионизации атома, эВ	8,64
Относительная электроотрицательность	2,05
Радиус атома, нм	0,159

Сплавы сурьмы

Сурьму вводят в некоторые сплаву для придания им твердости. Сплав, состоящий из сурьмы, свинца и небольшого количества олова, называется типографским металлом, или гартом и служит для изготовления типографского шрифта. Из сплава сурьмы со свинцом (от 5 до 15% Sb) изготовляют пластины свинцовых аккумуляторов, листы и трубы для химической промышленности.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Осуществите ряд химических превращений:

Sb→ Sb₂O₃→ SbCl₃→ Na[Sb(OH)₄].

Ответ

В ходе сгорания сурьмы на воздухе при температуре 650^oС происходит образование оксида сурьмы (III):

4Sb + 3O₂→ 2Sb₂O₃.

При нагревании (1000^oС) смеси оксида сурьмы (III) с газообразным хлором образуется хлорид сурьмы (III):

2Sb₂O₃ + 6Cl₂→ 4SbCl₃ + 3O₂.

Хлорид сурьмы (III) растворяется в концентрированных щелочах с образованием комплексных соединений:

SbCl₃ + 4NaOH_conc→Na[Sb(OH)₄]+ 3NaCl.

ПРИМЕР 2

Задание

Рассчитайте массовые доли элементов, входящих в состав оксида сурьмы (III), если его молекулярная формула имеет вид Sb₂O₃.

Решение

Массовая доля элемента в составе какой-либо молекулы определяется по формуле:

ω (Х) = n × Ar (X) / Mr (HX) × 100%.

Найдем молекулярную массу оксида сурьмы (III):

Mr(Sb₂O₃) = 2×Ar(Sb) + 3×Ar(O) = 2×122 + 3×16 = 244 + 48 = 292 г.

Тогда, массовые доли сурьмы и кислорода будут равны:

ω (Sb) = 2 × Ar (Sb) / Mr (Sb₂O₃) × 100%;

ω (Sb) = 2 × 122 / 292 × 100% = 83,56%.

ω (O) = 3 × Ar (O) / Mr (Sb₂O₃) × 100%;

ω (O) = 3 × 16 / 292 × 100% = 16,44%.