银白色有光泽硬而脆的金属(常制成棒、块、粉等多种形状)。有鳞片状晶体结构。在潮湿空气中逐渐失去光泽,强热则燃烧成白色锑的氧化物。易溶于王水,溶于浓硫酸。相对密度6.68。熔点630℃。沸点1635℃(1440℃)。有毒,最小致死量(大鼠,腹腔)100mg/kg。有刺激性。 锑(英语:Antimony,拉丁语:stibium)是一种有毒的化学元素,元素符号为Sb,原子序数为51。它是一种有金属光泽的类金属,在自然界中主要存在于硫化物矿物辉锑矿(SbS)中。目前已知锑化合物在古代就用作化妆品,金属锑在古代也有记载,但那时却被误认为是铅。大约17世纪时,人们知道了锑是一种化学元素。 自20世纪末以来,中国已成为世界上最大的锑及其化合物生产国,而其中大部分又都产自湖南省冷水江市的锡矿山。锑的工业制法是先焙烧,再用碳在高温下还原,或者是直接用金属铁还原辉锑矿。 铅酸电池中所用的铅锑合金板。锑与铅和锡制成合金可用来提升焊接材料、子弹及轴承的性能。锑化合物是用途广泛的含氯及含溴阻燃剂的重要添加剂,锑在新兴的微电子技术中也有着它的广泛用途,如AMD显卡制造。
锑_锑 -特点
性质
锑块
锑是氮族元素(15族),电负性为2.05。根据元素周期律,它的电负性比锡和铋大,比碲和砷小。锑在室温下的空气中是稳定的,但加热时能与氧气反应生成三氧化二锑。
锑是一种带有银色光泽的灰色金属,其莫氏硬度为3。因此,纯锑不能用于制造硬的物件:贵州省曾在1931年发行锑制的硬币,但因为锑很容易磨损,在流通过程损失严重。锑在一般条件下不与酸反应。
锑的同素异形体属于六方晶系排布状态(hexagonal crystal system),有一个6次对称轴或者6次倒转轴,该轴是晶体的直立结晶轴C轴。另外三个水平结晶轴正端互成120夹角。轴角α=β=90,γ=120,轴单位a=b≠c,次性质使得用尖锐的器具刮擦它就会发生放热的化学反应,放出白烟并生成金属锑。如果在研钵中用研杵将它磨碎,就会发生剧烈的爆炸。黑锑是由金属锑的蒸汽急剧冷却形成的,它的晶体结构与红磷和黑砷相同,在氧气中易被氧化甚至自燃。当温度降到100℃时,它逐渐转变成稳定的晶型。黄锑是最不稳定的一种,只能由锑化氢在-90℃下氧化而得。在这种温度和环境光线的作用下,亚稳态的同素异形体会转化成更稳定的黑锑。
金属锑的结构为层状结构(空间群:R3m No. 166),而每层都包含相连的褶皱六元环结构。最近的和次近的锑原子形成变形八面体,在相同双层中的三个锑原子比其他三个相距略近一些。这种距离上的相对近使得金属锑的密度达到6.697 g/cm,但层与层之间的成键很弱也造成它很软且易碎。
安全标准
根据《中华人民共和国国家标准污水综合排放标准》,锑(Sb)属于第一类污染物,其最高允许排放浓度为0.1mg/L。
欧盟将锑列为高危害有毒物质和可致癌物质并予以规管。
美国环境保护署限制排入湖、河、弃置场和农田的镉量并禁止杀虫剂中含有锑。美国环境保护署允许饮用水含有10ppb的锑,并打算把限制减到5ppb。美国食品和药物管理局规定食用色素的含锑量为不得多于15ppm。美国职业安全卫生署规定工作环境空气中镉含量在烟雾为100微克/立方米,在镉尘为200微克/ 立方米。美国职业安全卫生署计划将空气中所有镉化合物含量限制在1到5微克/ 立方米美国国家职业安全和卫生研究所希望让工人尽量少呼吸到锑以防止膀胱癌。
天然存在
锑在地壳中的丰度估计为百万分之0.2至0.5,与之接近的是铊(0.5ppm)和银(0.07ppm)。尽管这种元素并不丰富,但它依然在超过一百种矿物中存在。虽然自然界中会有一些锑单质存在,但多数锑依然存在于它最主要的矿石――辉锑矿(主要成分SbS)中。
同位素
锑有两种稳定同位素,Sb的自然丰度为57.356%,而Sb的自然丰度为42.649%。锑还有35种放射性同位素,其中半衰期最长的Sb为2.75年。此外,截止2011年,已发现了29种亚稳态。这其中最稳定的是Sb,半衰期为60.20天,它可以用作中子源。比稳定同位素Sb轻的同位素倾向于发生β衰变,而较重的同位素更易发生β衰变。当然也有一些例外。
锑_锑 -化合物
参见:Category:锑化合物。
锑化合物通常分为+3价和+5价两类。与同主族的砷一样,它的+5氧化态更为稳定。
氧化物与氢氧化物
三氧化二锑可由锑在空气中燃烧制得。在气相中,它以双聚体SbO的形式存在,但冷凝时会 形成多聚体。五氧化二锑只能用浓硝酸氧化三价锑化合物制得。锑也VV能形成混合价态化合物――四氧化二锑,其中的锑为Sb(III)和Sb(V)。与磷和砷不同的是,这些氧化物都是两性的,它们不形成定义明确的含氧酸,而是与酸反应形成锑盐。
作用
氢氧化物曾广泛用作溶剂、灭火剂、有机物的氯化剂、香料的浸出剂、纤维的脱脂剂、粮食的蒸煮剂、药物的萃取剂、有机溶剂、织物的干洗剂,但是由于毒性的关系现在甚少使用并被限制生产,很多用途也被铜锌合金等所替代。也可用来合成三氧化二锑、尼龙7、尼龙9的单体;还可制三氯甲烷和药物;金属切削中用作润滑剂。
卤化物
锑能形成两类卤化物――SbX和SbX。其中三卤化物(SbF、SbCl、SbBr和SbI)的空间构型都是三角锥形。三氟化锑可以由三氧化二锑与氢氟酸反应制得:
Sb2O3 + 6 HF → 2 SbF3 + 3 H2O这种氟化物是路易斯酸,能结合氟离子形成配离子SbF和SbF。熔化的三氟化锑是一种弱的导体。三氯化锑则由三硫化二锑溶于盐酸制得:
Sb2S3 + 6 HCl → 2 SbCl3 + 3 H2S五卤化物(SbF和SbCl)气态时的空间构型为三角双锥形。但是转化为液态后,五氟化锑形成聚合物,而五氯化锑依旧是单体。五氟化锑是很强的路易斯酸,可用于配制著名的超强酸氟锑酸(HSbF)。
锑的卤氧化物比砷和磷更为常见。三氧化二锑溶于浓酸再稀释可形成锑酰化合物,例如SbOCl和(SbO)SO。
锑化物、氢化物与有机锑化合物
这类化合物通常被视作Sb的衍生物。Sb金属性不强,能与金属形成锑化物,例如锑化铟(InSb),锑化银(Ag3Sb),锑钯矿(Pd5Sb2),方锑金矿(AuSb2),红锑镍矿(NiSb)等。碱金属和锌的锑化物,例如NaSb和ZnSb比以上物质更为活泼。这些锑化物用酸处理可以生成不稳定的气体锑化氢(SbH)。
锑化物一般以共价键链接,是电子云的重叠,所以共价键最本质的分类方式就是它们的重叠方式。σ键,π键,δ键在有机化合物中,通常把共价键以其共用的电子对数分为单键、双键以及三键。单键是一根σ键;双键和三键都含一根σ键,其馀1根或2根是π键。但无机锑化物不用此法。原因是,无机锑化物中经常出现的共轭体系(离域π键)使得某两个原子之间共用的电子对数很难确定,因此无机物中常取平均键级,作为键能的粗略标准。
Sb3-+3H+=SbH3↑有机锑化合物一般可由格氏试剂对卤化锑的烷基化反应制备。已知有大量三价和五价的有机锑化合物――包括混合氯代衍生物,还有以锑为中心的阳离子和阴离子。例如Sb(CH)(三苯基锑)、Sb(CH)(含有一根Sb-Sb键)以及环状的[Sb(CH)]。五配位的有机锑化合物也很常见,例如Sb(CH)和一些类似的卤代物。
锑_锑 -历史
锑的一种炼金术符号为♀形
早在公元前3100年的埃及前王朝时代,化妆品刚被发明,三硫化二锑就用作化妆用的眼影粉。
在迦勒底的泰洛赫(今伊拉克),曾发现一块可追溯到公元前3000年的锑制史前花瓶碎片;而在埃及发现了公元前2500年至前2,200年间的镀锑的铜器。奥斯汀在1892年赫伯特・格拉斯顿的一场演讲时说道:“我们只知道锑现在是一种很易碎的金属,很难被塑造成实用的花瓶,因此这项值得一提的发现(即上文的花瓶碎片)表现了已失传的使锑具有可塑性的方法。”然而,默里(Moorey)不相信那个碎片真的来自花瓶,在1975年发表他的分析论文后,认为斯里米卡哈诺夫(Selimkhanov)试图将那块金属与外高加索的天然锑联系起来,但用那种材料制成的都是小饰物。这大大削弱了锑在古代技术下具有可塑性这种说法的可信度。
欧洲人万诺乔・比林古乔于1540年最早在《火焰学》()中描述了提炼锑的方法,这早于1556年阿格里科拉出版的名作《论矿冶》()。此书中阿格里科拉错误地记入了金属锑的发现。1604年,德国出版了一本名为《Currus Triumphalis Antimonii》(直译为“凯旋战车锑”)的书,其中介绍了金属锑的制备。15世纪时,据说笔名叫巴西利厄斯・华伦提努的圣本笃修会的修士提到了锑的制法,如果此事属实,就早于比林古乔。
一般认为,纯锑是由贾比尔(Jābir ibn Hayyān)于8世纪时最早制得的。然而争议依旧不断,翻译家马塞兰・贝特洛声称贾比尔的书里没有提到锑,但其他人认为贝特洛只翻译了一些不重要的着作,而最相关的那些(可能描述了锑)还没翻译,它们的内容至今还是未知的。
地壳中自然存在的纯锑最早是由瑞典籍英国科学家威廉・亨利・布拉格于1783年记载的。品种样本采集自瑞典西曼兰省萨拉市的萨拉银矿。
锑_锑 -生产
生产国
根据英国地质调查局2005年的报告,中华人民共和国是世界上锑产量最大的国家,占了全球的84%,远远超出其后的南非、玻利维亚和塔吉克斯坦。湖南省冷水江市的锡矿山是世界最大锑矿,估计储量为210万吨。
2010年,根据美国地质调查局的报告,中国生产的锑占全球的88.9%。
2010年各国锑产量国家产量(吨)占比(%)中华人民共和国120,00088.9南非3,0002.2玻利维亚3,0002.2俄罗斯3,0002.2塔吉克斯坦2,0001.5其他国家4,0003.0全球135,000100.0然而,英国洛斯基矿业咨询公式估计2010年中华人民共和国的初级生产锑产量占全球的76.75%(全球合计120,462吨,其中90,000吨是公开报道的,30,462吨未报道),紧接着的是俄罗斯(占4.14%,产量6,500吨)、缅甸(占3.76%,产量5,897吨)、加拿大(占3.61%,产量5,660吨)、塔吉克斯坦(占3.42%,产量5,370吨)和玻利维亚(占3.17%,4,980吨)。
洛斯基公司估计全球在2010年的次级生产锑产量为39,540吨。
英国地质调查局在2011年下半年将锑列在风险列表第一位。这个列表表示如果化学元素不能稳定供应,会对维持英国经济和生活方式造成的相对风险。根据洛斯基公司的报告,2014年中国的锑产量有所减少,并且在未来一段时间不可能上升。中国已没有开发十年左右的重要锑矿床,这种重要的经济储备资源将迅速枯竭。
同时,欧盟在2011年的一份报告中也将锑列为12种关键的原料之一,主要是因为来自中国以外的锑产量很少。
以下是洛斯基公司提供的2014年世界锑的主要生产者:
2014年锑的主要生产者国家公司产量(吨/年)中国闪锑度矿业(前锡矿山闪星锑业)2,750玻利维亚许多5,460加拿大比弗・布鲁克6,000中国布鲁克投资集团55,000中国湖南郴州矿业20,000中国华锡集团20,000中国沈阳华昌锑业15,000哈萨克斯坦Kazzinc1,000吉尔吉斯斯坦Kadamdzhai500老挝SRS500墨西哥美国锑业70缅甸许多6,000俄罗斯GeoPDroMining6,500南非默奇森联合公司6,000塔吉克斯坦YUnzob5,500泰国未知600储量
根据美国地质调查局的统计数据,世界的锑矿藏将在13年内枯竭。但美国地质调查局期待这期间会发现更多锑矿。
2010年的世界锑储量国家储量(吨)占比(%)中华人民共和国950,00051.88俄罗斯350,00019.12玻利维亚310,00016.93塔吉克斯坦50,0002.73南非21,0001.15其他国家150,0008.19全球1,831,000100.0生产过程
从矿石中提取锑的方法取决于矿石的质量与成分。大部分锑以硫化物矿石形式存在。低品位矿石可用泡沫浮选的方法富集,而高品位矿石加热到500