Сурьма́ (лат. Stibium), Sb, химический элемент V группы короткой формы (15-й группы длинной формы) периодической системы, атомный номер 51, атомная масса 121,76. Природная сурьма – смесь стабильных изотопов ¹²¹Sb (57,21 %) и ¹²³Sb (42,79 %); среди искусственно полученных радиоизотопов наиболее долгоживущий ¹²⁵Sb (период полураспада Т_1/2 2,76 года, β-излучатель).

Историческая справка

Сурьма известна с глубокой древности; так, в библейские времена порошок сурьмяного блеска (природный минерал антимонит) применялся в качестве косметического средства, в странах Востока за 3 тыс. лет до н. э. изготавливали сосуды из литой сурьмы. Латинское название сурьмы stibium (от греч. στίβι) встречается у Плиния Старшего. В конце 18 в. в Западной Европе для обозначения сурьмы стало применяться средневековое латинское название antimonium, которое предположительно произошло от греческого ἄνϑεμον – цветок, по виду сростков игольчатых кристаллов сурьмяного блеска. Подробное описание свойств и способов получения сурьмы (которую считали разновидностью металлов) и её соединений дано в книге алхимика Василия Валентина «Триумфальная колесница антимония» (1604). Русское название «сурьма» произошло от турецкого sürme (порошок сурьмяного блеска для чернения бровей), по другим данным – от персидского سرمه (металл).

Распространённость в природе

Содержание сурьмы в земной коре 5·10^–5 % по массе, в морской воде менее 5·10^–4 мг/дм³. Известно около 120 минералов – антимонит Sb₂S₃, самородная сурьма и др. Сурьму также извлекают при комплексной переработке полиметаллических руд.Сурьма. Фото: DEA / R. APPIANI / Universal Images Group / Science & Society Picture LibraryСурьма. Фото: DEA / R. APPIANI / Universal Images Group / Science & Society Picture Library

Свойства

Конфигурация внешней электронной оболочки атома сурьмы 5s²5p³; степени окисления +3 и +5, редко –3; энергии последовательной ионизации 834, 1794, 2443, 4260, 5400 кДж/моль; электроотрицательность по Полингу 2,05; атомный радиус 182 пм, ионные радиусы (пм, в скобках указаны координационные числа): Sb³⁺ 76 (6), Sb⁵⁺ 60 (6). Среди аллотропных модификаций наиболее устойчива при комнатной температуре серая «металлическая» ромбоэдрическая α-Sb (SbI). Известны кристаллические модификации, существующие при высоких давлениях, и неустойчивые аморфные модификации (жёлтая, чёрная и серебристо-белая взрывчатая). Металлическая α-Sb – серебристо-белая с синеватым оттенком, плотность 6684 кг/м³ (25 °С), t_пл 630,7 °С, t_кип 1753 °С; температура перехода в сверхпроводящее состояние 2,7 К; диамагнитна; твёрдость по Бринеллю 260 МПа; при комнатной температуре хрупка, выше 310 °С становится пластичной.

Сурьма химически малоактивна. Устойчива на воздухе, выше 600 °С окисляется с образованием оксида Sb₂O₃. Не реагирует с N₂, С, Si, В. Активно реагирует с галогенами, кроме F₂, горит в атмосфере Сl₂. Реагирует с S, Sе, Те, Р. При сплавлении с большинством металлов образует бинарные соединения – антимониды. Не реагирует с HCl и HF, разбавленной H₂SO₄. Окисляется концентрированной Н₂SО₄ до Sb₂(SО₄)₃, концентрированной HNO₃ до Sb₂O₅·nH₂O. Не реагирует со щелочами и NH₃ в водном растворе. Действием НСl на антимониды Mg или Zn получают гидрид (стибин) SbН₃ – бесцветный высокотоксичный газ. Соединения Sb(III) и Sb(V) в водной среде подвергаются гидролизу. Соединения, образующиеся при гидролизе Sb(III), содержат катионы оксосурьмы SbO⁺ и дигидроксосурьмы Sb(OН)₂⁺. Оксид Sb₂O₃ и гидроксид Sb₂O₃·nH₂O амфотерны, оксид Sb₂O₅ и его гидрат Sb₂O₅·nH₂O имеют кислотный характер.

Получение

Сырьём для производства сурьмы служат обогащённые с использованием гравитационных и флотационных методов сурьмяные руды. Для получения сурьмы чаще используют пирометаллургические процессы – осадительную плавку с железом или (для частично окисленных руд или руд, содержащих драгоценные металлы) окислительный обжиг с возгонкой Sb₂О₃, который далее подвергают восстановительной плавке. Гидрометаллургический способ переработки включает выщелачивание раствором Na₂S с NaOH с последующим электролизом. Рафинирование сурьмы огневым способом включает удаление Fe и Сu действием Sb₂S₃ или S, щелочное рафинирование (очистку от As и S), очистку от Na действием SiO₂. Для извлечения Аu, Ag и Рb проводится электролитическое рафинирование. Сурьму высокой чистоты получают переводя Sb в SbСl₃ или SbН₃, которые подвергают перегонке. Применяют также электролитическое рафинирование и зонную плавку. Объём мирового производства сурьмы около 116 тыс. т/год (2016).

Применение

Сурьма – компонент сплавов на основе Рb и Sn (для аккумуляторных пластин, типографских шрифтов, подшипников и др.), на основе Cu и Zn, Sn (для художественного литья). Сурьму используют для получения материалов с полупроводниковыми свойствами; оксиды – для получения оптического стекла, эмалей, керамики, как наполнитель термостойких пластмасс, антипирен для тканей, люминофор и др.; сульфиды – как компонент пиротехнических составов, пигменты, вулканизующие агенты.

Сурьма и её соединения токсичны, вызывают раздражение слизистых оболочек верхних дыхательных путей, глаз, кожи.