МЫШЬЯК (лат. Arsenicum), As, химический элемент V группы периодической системы, атомный номер 33, атомная масса 74,9216.
Нахождение в природе: Мышьяк редко встречается в самородном виде, В основном содержится в сульфидных рудах, сопутствуя многим металлам.
Минералы: FeAsS (арсенопирит), As4S4 (реальгар), NiAs (никелин) Свойства: образует несколько модификаций. Обычный мышьяк (металлический или серый) представляет собой хрупкие кристаллы с серебристым блеском; плотность 5,74 г/см3, при 615 °С возгоняется. На воздухе окисляется и тускнеет. Компонент сплавов с медью, свинцом, оловом и др. и полупроводниковых материалов. Соединения мышьяка физиологически активны и ядовиты.
Название: русское название от слова «мышь» (препараты мышьяка применялись для истребления мышей и крыс).
Получение:
добывают из сульфидных руд (минералы: арсенопирит, аурипигмент, реальгар).
FeAsS = FeS + As.
Химические свойства : При высокой температуре реагирует со многими неметеллами; сплавляется с металлами, при этом часто образуются арсениды, например Na3S, Zn3As2
Применение: соединения мышьяка служили одними из первых инсектицидов (смотри, например, Арсенаты металлов). Неорганические соединения мышьяка применяются в медицине как общеукрепляющие, тонизирующие средства; органические — как противомикробные и противопротозойные (при лечении сифилиса, амебиаза и др.).


 

СУРЬМА (лат. Stibium), Sb, химический элемент V группы периодической системы, атомный номер 51, атомная масса 121,75.

Свойства: образует несколько модификаций. Обычная сурьма (так например, серая) — синевато-белые кристаллы; плотность 6,69 г/см3, tпл 630,5 °С. На воздухе не изменяется.

Важнейший минерал: антимонит (сурьмяный блеск).

Применение:Металлическая сурьма из-за своей хрупкости применяется редко. Однако, поскольку сурьма увеличивает твердость других металлов (олова, свинца) и не окисляется при обычных условиях, металлурги нередко вводят ее в состав различных сплавов. Число сплавов, в которые входит элемент №51, близко к двумстам. Наиболее известные сплавы сурьмы – твердый свинец (или гартблей), типографский металл, подшипниковые металлы.

Подшипниковые металлы – это сплавы сурьмы с оловом, свинцом и медью, к которым иногда добавляют цинк и висмут. Эти сплавы сравнительно легкоплавки, из них методом литья делают вкладыши подшипников. Наиболее распространенные сплавы этой группы – баббиты – содержат от 4 до 15% сурьмы. Баббиты применяются в станкостроении, на железнодорожном и автомобильном транспорте. Подшипниковые металлы обладают достаточной твердостью, большим сопротивлением истиранию, высокой коррозионной стойкостью.

Сурьма принадлежит к числу немногих металлов, расширяющихся при затвердевании. Благодаря этому свойству сурьмы типографский металл – сплав свинца (82%), олова (3%) и сурьмы (15%) – хорошо заполняет формы при изготовлении шрифтов; отлитые из этого металла строки дают четкие отпечатки. Сурьма придает типографскому металлу твердость, ударную стойкость и износостойкости.

Свинец, легированный сурьмой (от 5 до 15%), известен под названием гартблея, или твердого свинца. Добавка к свинцу уже 1% Sb сильно повышает его твердость. Твердый свинец используется в химическом машиностроении, а также для изготовления труб, по которым транспортируют агрессивные жидкости. Из него же делают оболочки телеграфных, телефонных и электрических кабелей, электроды, пластины аккумуляторов. Последнее, кстати, – одно из самых главных применений элемента №51. Добавляют сурьму и к свинцу, идущему на изготовление шрапнели и пуль.

Широкое применение в технике находят соединения сурьмы. Трехсернистую сурьму используют в производстве спичек и в пиротехнике. Большинство сурьмяных препаратов также получают из этого соединения. Пятисеринстую сурьму применяют для вулканизации каучука. У «медицинской» резины, в состав которой входит Sb2S5, характерный красный цвет и высокая эластичность. Жаростойкая трехокись сурьмы используется в производстве огнеупорных красок и тканей. Краска «сурьмин», основу которой составляет трехокись сурьмы, применяется для окраски подводной части и надпалубных построек кораблей.

Интерметаллические соединения сурьмы с алюминием, галлием, индием обладают полупроводниковыми свойствами. Сурьмой улучшают свойства одного из самых важных полупроводников – германия. Словом, сурьма – один из древнейших металлов, известных человечеству, – необходима ему и сегодня.


 

ВИСМУТ (лат. Bismuthum), Bi (читается «висмут», до середины 20 века произносили «бисмут»), химический элемент V группы периодической системы, атомный номер 83, атомная масса 208,9804.

Серебристо-серый металл с розоватым оттенком. Природный висмут состоит из одного нуклида 209Bi. Конфигурация внешнего электронного слоя 6s2p3. Висмут образует соединения в степенях окисления +3, +5, –3 (валентности III и V) и очень редко +1 и +2. Радиус нейтрального атома висмута 0,182 нм, радиус ионов Bi3+ — 0,110-0,131 нм, Bi5+ — 0,090 нм, Bi3– — 0,213 нм. Энергии последовательной ионизации атома висмута 7,289; 16,74; 25,57; 45,3 и 56,0 эВ; сродство к электрону 0,7 эВ. По шкале Полинга электроотрицательность висмута 1,9.

В периодической системе висмут — последний стабильный (не радиоактивный) элемент. По некоторым данным, 209Bi слабо радиоактивен, но его период полураспада столь велик (около 1017 лет), что этот нуклид можно считать стабильным.

Название: введен в химическую номенклатуру в 1819 году шведским химиком Й. Берцелиусом. Происхождение названия элемента однозначного объяснения не имеет.

Свойства: при обычном давлении существует только одна ромбоэдрическая модификация висмута (параметры решетки с периодом а = 0,4746 нм и углом 57,23o). Температура плавления 271,4°C (висмут — один из самых легкоплавких металлов), температура кипения 1564°C, плотность 9,80 кг/дм3. При плавлении висмут уменьшается в объеме (как лед), т.е. твердый висмут легче жидкого. При высоких давлениях существуют другие модификации металлического висмута. Висмут хрупок, легко растирается в порошок. Висмут — самый сильный диамагнетик среди металлов.

В сухом воздухе висмут не окисляется, во влажной атмосфере постепенно покрывается пленкой оксидов. При нагревании выше 1000°С сгорает с образованием основного оксида Bi2O3.

При окислении хлором суспензии Bi2O3 в среде водного раствора КОН при температуре около 100°C образуется Bi2O5. Кроме того, известны оксиды висмута составов Bi2O, Bi6O7 и Bi8O11.

При сплавлении висмута и серы образуется сульфид состава Bi2S3, обладающий полупроводниковыми и термоэлектрическими свойствами. При сплавлении висмута с селеном (Se) или теллуром (Te) образуются, соответственно, селенид или теллурид висмута.

Известны галогениды висмута состава BiX3, пентафторид BiF3, а также оксигалогениды составов BiOX (X = Cl, Br, I).

При действии кислот на сплав висмута с магнием (Mg) образуется висмутин BiH3.

При взаимодействии висмута с металлами образуются висмутиды, например, висмутид натрия (Na) Na3Bi, висмутид магния (Mg) Mg3Bi и др. При понижении рН растворов солей висмута (III) (нитрата, перхлората и др.) в осадок выпадают различные гидроксосоли, например, Bi(OH)2NO3. Ранее считалось, что они содержат ион BiO+ — (висмутил-ион), однако установлено, что такие гидроксосоли содержат октаэдрические катионы [Bi6(OH)12]6+, [Bi6O4(OH)4]6+ и [Bi6(OH)12]6+. Растворимые соли висмута ядовиты.

История открытия: висмут известен с 15 века, но его долго принимали за разновидность олова, свинца или сурьмы. В 1529 году немецкий ученый в области горного дела и металлургии Г. Агрикола дал первые сведения о металлическом висмуте, его добыче и переработке. Химическую индивидуальность висмута первым установил в 1739 году И. Потт.

Получение: источником висмута служат свинцовые, оловянные и другие руды, где он содержится как примесь. При промышленном получении висмута сначала из свинцовых и медных руд (содержание висмута в которых обычно составляет десятые и даже сотые доли процента) готовят концентрат. Концентраты перерабатывают гидрометаллургическим путем, иногда их подвергают металлотермической обработке (с использованием в качестве восстановителей кальция (Ca) или магния (Mg). На заключительной стадии очистки висмута применяют экстракцию, различные химические и электрохимические методы. В России первые килограммы металлического висмута получил в 1918 году К. А. Ненадкевич, разработавший технологию его выплавки.

Нахождение в природе: содержание висмута в земной коре очень мало и составляет всего 9·10–7% (71-е место среди всех элементов). В природе иногда встречается в свободном виде. Важнейшие минералы: висмутин, или висмутовый блеск, Bi2S3 (81,3% Bi), козалит Pb2Bi2S5 (42% Bi), бисмит Bi2O3(89,7% Bi) и некоторые другие. Висмут — редкий рассеянный элемент, его собственные минералы (например, висмутин, бисмит) очень редки.

Применение: основное применение висмута — его использование в качестве компонента легкоплавких сплавов. Висмут входит, например, в известный сплав Вуда, температура плавления которого ниже температуры кипения воды, во многие другие сплавы, используемые, например, при изготовлении легкоплавких предохранителей. Сплавы висмута и =марганца (Mn) характеризуются ферромагнитными свойствами и поэтому идут на изготовление мощных постоянных магнитов. Соединения висмута, особенно Bi2O3, применяют в стекловарении и керамике, в фармацевтической промышленности, в качестве катализаторов и др.

 

назад