3. С азотной кислотой:

3P⁰ + 5HN⁺⁵O₃ + 2H₂O = 3H₃P⁺⁵O₄ + 5N⁺²O

4. С металлами образует фосфиды, в которых фосфор проявляет степень окисления - 3:

2P⁰ + 3Mg = Mg₃P₂^-3

фосфид магния легко разлагается водой

Mg₃P₂ + 6H₂O = 3Mg(OH)₂ + 2PH₃(фосфин)

3Li + P =Li₃P^-3

5. Со щелочью:

4P + 3NaOH + 3H₂O = PH₃ + 3NaH₂PO₂

В реакциях (1,2,3) - фосфор выступает как восстановитель, в реакции (4) - как окислитель; реакция (5) - пример реакции диспропорционирования.

Мышьяк

Мышьяк является неметаллом, образует соединения, подобные по его химическим свойствам. Однако, наряду с неметаллическими свойствами, мышьяк проявляет и металлические. На воздухе при обычных условиях мышьяк слегка окисляется с поверхности. Ни в воде, ни в органических растворителях мышьяк и его аналоги нерастворимы.

Мышьяк химически активен. На воздухе при нормальной температуре даже компактный (плавленый) металлический мышьяк легко окисляется, при нагревании порошкообразный мышьяк воспламеняется и горит голубым пламенем с образованием оксида As2O3.

Известен также термически менее устойчивый нелетучий оксид As2O5. При нагревании (в отсутствие воздуха) As возгоняется (температура возгонки 615оС). Пар состоит из молекул As4 с ничтожной (порядка 0,03%) примесью молекул As2. Мышьяк относится к группе элементов окислителей-восстановителей. При действии сильных восстановителей он проявляет окислительные свойства. Так, при действии металлов и водорода в момент выделения он способен давать соответствующие металлические и водородистые соединения: 6Ca +As4 = 2Ca3As2. При действии сильных окислителей мышьяк переходит в трех- или пятивалентное состояние.

Например, при накаливании на воздухе мышьяк, окисляясь кислородом, сгорает и образует белый дым - оксид мышьяка (III) As2O3: As4 + 3O2 =2As2O3 Устойчивые формы оксида мышьяка в газовой фазе - сесквиоксид (мышьяковистый ангидрид) As2O3 и его димер As4O6. До 300оС основная форма в газовой фазе - димер, выше этой температуры он заметно диссоциирован, а при температурах выше 1800оС газообразный оксид состоит практически из мономерных молекул As2O3. Газообразная смесь As4O6 и As2^O3 образуется при горении As в кислороде, при окислительном обжиге сульфидных минералов As, например арсенопирита, руд цветных металлов и полимерных руд. При конденсации пара As2O3 (As4O6) выше 310оС образуется стекловидная форма As2O3. При конденсации пара ниже 310^оС образуется бесцветная поликристаллическая кубическая модификация арсенолит. Все формы As2O3 хорошо растворимы в кислотах и щелочах. Оксид As(V) (мышьяковый ангидрид) As2O5 - бесцветные кристаллы ромбической сингонии. При нагревании As2O5 диссоциирует на As4O6 (газ) и О2. Получают As2O5 обезвоживанием концентрированных растворов H3AsO4 с последующим прокаливанием образующихся гидратов. Известен оксид As2O4, получаемый спеканием As2O3 и As2O5 при 280оС в присутствии паров воды.

Известен также газообразный монооксид AsO, образующийся при электрическом разряде в парах триоксида As при пониженном давлении. При растворении в воде As2O5 образует существующие только в растворе ортомышьяковистую H3AsO3, или As(OH)3, и метамышьяковистую HAsO2, или AsO(OH), кислоты, обладающие амфотерными, преимущественно кислыми, свойствами.

По отношению к кислотам мышьяк ведет себя следующим образом:

-- с соляной кислотой мышьяк не реагирует, но в присутствии кислорода образуется трихлорид мышьяка AsCl3: 4As +3O2 +12HCl = 4AsCl3 +6H2O -- разбавленная азотная кислота при нагревании окисляет мышьяк до ортомышьяковистой кислоты H3AsO3, а концентрированная азотная кислота - до ортомышьякой кислоты H3AsO4: 3As + 5HNO3 + 2H2O = 3H2AsO4 +5NO Ортомышьяковая кислота (мышьяковая кислота) H3AsO4*0.5H2O - бесцветные кристаллы; температура плавления - 36оС (с разложением); растворима в воде (88% по массе при 20оС); гигроскопична; в водных растворах - трехосновная кислота; при нагревании около 100оС теряет воду, превращаясь в пиромышьяковую кислоту H4As5O7, при более высоких температурах переходит в метамышьяковую кислоту HAsO3. Получают окислением As или As2O3 концентрированной HNO3. Она легкорастворимая в воде и по силе приблизительно равна фосфорной.

Окислительные свойства мышьяковой кислоты заметно проявляются лишь в кислой среде. Мышьяковая кислота способна окислить HI до I2 по обратимым реакциям:

H3AsO4 + 2HI = H3AsO3 + I2 + H2O

Ортомышьяковистая кислота (мышьяковистая кислота) H3AsO3 существует только в водном растворе; слабая кислота; получают растворением As2O3 в воде; промежуточный продукт при получении арсенитов (III) и других соединений. -- концентрированная серная кислота реагирует с мышьяком по следующему уравнению c образованием ортомышьяковистой кислоты: 2As + 3H2SO4 = 2H3AsO3 +3SO2 -- растворы щелочей в отсутствие кислорода с мышьяком не реагируют. При кипячении мышьяка со щелочами он окисляется в соли мышьяковистой кислоты H3AsO3. При сплавлении со щелочами образуется арсин (мышьяковистый водород) AsH3 и арсенаты (III). Применяют AsH3 для легирования полупроводниковых материалов мышьяком, для получения As высокой чистоты. Известны неустойчивые высшие арсины:

диарсин As2H4, разлагается уже при -100оС;

триарсин As3H5

Металлический мышьяк легко взаимодействует с галогенами, давая летучие галогениды AsHal3: As +3Cl2 = 2AsCl3 AsCl3 - бесцветная маслянистая жидкость, дымящаяся на воздухе, при застывании образует кристаллы с перламутровым блеском.

C F2 образует также и AsF5 -- пентафторид - бесцветный газ, растворимый в воде и растворах щелочей (с небольшим количеством тепла), в диэтиловом эфире, этаноле и бензоле. Порошкообразный мышьяк самовоспламеняется в среде F2 и Cl2. С S, Se и Te мышьяк образует соответствующие халькогениды: сульфиды -- As2S5, As2S3 ( в природе - минерал аурипигмент), As4S4 (минерал реальгар) и As4S3 (минерал диморфит); селениды - As2Se3 и As4Se4; теллурид - As2Te3. Халькогениды мышьяка устойчивы на воздухе, не растворимы в воде, хорошо растворимы в растворах щелочей, при нагревании - в HNO3. Обладают полупроводниковыми свойствами, прозрачны в ИК области спектра. С большинством металлов дает металлические соединения - арсениды. Галлия арсенид и индия арсенид - важные полупроводниковые соединения.

Известны многочисленные мышьякорганические соединения. Мышьякорганические соединения содержат связь As-C. Иногда к мышьякорганическим соединениям относят все органические соединения, содержащие As, например эфиры мышьяковистой кислоты (RO)3As и мышьяковой кислоты (RO)3AsO. Наиболее многочисленная группа мышьякорганических соединений - производные As с координационным числом 3. К ней относятся органоарсины RnAsH3-n, тетраорганодиарсины R2As-AsR2, циклические и линейные полиарганоарсины (RAs)n, а также органоарсонистые и диарганоарсинистые кислоты и их производные RnAsX3-n (X= OH, SH, Hal, OR', NR2' и др.).

ольшинство мышьякорганических соединений - жидкости, полиорганоарсины и органические кислоты As - твердые вещества, CH3AsH2 и CF3AsH2 - газы. Эти соединения, как правило, растворимы в органических растворителях, ограничено растворимы в воде, в отсутствие кислорода и влаги сравнительно устойчивы. Некоторые тетраорганодиарсины на воздухе воспламеняются.

Сурьма

Нормальный электродный потенциал реакции

Sb + 40H^- -- 3e**SbOJ~b +2Н₂0 сро = -- 0,67 В.

В соединениях проявляет степени окисления +3, +5, -- 3.

В обычных условиях чистая сурьма устойчива, на воздухе не окисляется и сохраняет свою блестящую поверхность даже в присутствии влаги, при нагревании иа воздухе окисляется легко.

Сурьма нерастворима в воде, устойчива в концентрированной плавиковой кислоте, разбавленных соляной и азотной кислотах. С концентрированными соляной и горячей (90--95°С) серной кислотами сурьма образует соответственно треххлористую сурьму SbCl₃ и сульфит сурьмы Sb2 (S0₄)₃. В крепкой азотной кислоте сурьма также растворяется с образованием Sb₂0₃ или Sb₂0₅, но при этом образующаяся на поверхности сурьмы пленка оксидов сдерживает ее дальнейшее растворение.

Царская водка и смесь азотной и винной кислот легко растворяют сурьму, а фосфорная и некоторые органические кислоты растворяют ее слабее.

Растворы аммиака и гидроксидов щелочных металлов на сурьму не действуют. Чистая сурьма устойчива также в расплавах углекислого натрия, однако сухие щелочи калия и натрня при красном калении образуют с сурьмой соответствующие антимонаты (соли сурьмяной кислоты).

С кислородом сурьма образует ряд соединений, из которых практическое значение имеют Sb₂0₃, Sb^O,,, Sb₂Os.

С азотом сурьма не реагирует и соединений не образует.

С водородом сурьма образует сурьмянистый водород (стибин) SbH₃.

С серой сурьма соединяется при сплавлении. Известны два сульфида Sb₂S₃ и Sb₂S₅.

С галогенами сурьма образует соединения типа Sb;c₃ и Sbx₅ (пента-бромидов и пентаиодидов не образует). Практическое значение имеют главным образом галогениды трехвалентной сурьмы, в частности хлориды и фториды (треххлористая сурьма SbCl₃ и трехфтористая сурьма SbF₃).

Со многими металлами сурьма легко образует сплавы -- антнмони-ды. Таким мягким металлам, как свинец и олово, она придает твердость, повышая их механические свойства; сплавам железа, наоборот, сообщает хрупкость.

В ряде случаев сурьма образует химические соединения, например Na₃Sb, NaSb, K₃Sb, KSb, Ca₃Sb₂, AlSb, GaSb, InSb, FeSb₂, Cu,Sb, Cu₂Sb, Ni₂Sb₃, NiSb, Ag₃Sb.

Co свинцом и оловом сурьма соединений не дает. С этими металлами в расплавленном состоянии сурьма смешивается в любых соотношениях.

Висмут

Среди элементов своей группы главной подгруппы (азот, фосфор, мышьяк, сурьма и висмут) восемьдесят третий элемент самый тяжелый и у него наиболее сильно выражены металлические свойства. Как элемент V группы висмут проявляет валентности +3 и +5 (а также -3, +1, +2, +4), но, поскольку ему более близки металлические свойства, нежели любому из его аналогов, три электрона отрываются от его атома намного чаще и легче, чем пять. Кроме того, практически важны лишь соединения трехвалентного висмута (3+), трехвалентны и все природные соединения этого элемента. Высшую степень окисления +5 висмут проявляет лишь в щелочной среде при действии сильных окислителей. Обладая атомным весом несколько большим, чем свинец, висмут занимает соседнее с ним место и представляет большое сходство по свойствам соединений. Внутреннее строение атома висмута роднит его не только с мышьяком и сурьмой, что естественно, но и со многими другими металлами. В атоме висмута есть предпоследний 18-электронный слой (слой типа Cu), который характерен для свинца, а также меди и ее аналогов (Au, Ag).

В сухом воздухе висмут химически устойчив, однако во влажной атмосфере наблюдается его поверхностное окисление с появлением пленки бурого цвета. Заметное окисление начинается при температуре порядка 500°С, а при температуре выше 1 000 °С висмут горит голубоватым пламенем с образованием основного оксида Bi2O3. В природе Bi2O3 можно наблюдать в виде землистых скоплений желтого и бурого цвета -- это минерал бисмит или висмутовая охра. Оксид висмута (III) можно получить при прокаливании висмута на воздухе, а также при разложении нитрата висмута Bi(NO3)3•5H2O. Bi2O3 имеет основный характер и легко растворяется в кислотах с образованием солей висмута (III), но практически не растворим в щелочах, даже концентрированных. При окислении хлором суспензии Bi2O3 в среде водного раствора КОН при температуре около 100° C образуется кислородное соединение высшего типа -- висмутовый ангидрид -- Bi2O5 -- темный порошок, разлагающийся при нагревании, а также с большою легкостью при действии восстановителей. Кроме того, известны оксиды висмута составов Bi2O, Bi6O7 и Bi8O11. Bi2O5 не растворяется в воде, но способен образовать гидрат Bi2O5•H2O, или BiHO3, так называемую висмутовую кислоту, метагидрат. Висмутовая кислота получается при пропускании хлора через кипящий крепкий раствор едкого кали, в котором размешана окись висмута в виде тонкого порошка. Полученная жидкость сначала окрашивается, затем осаждается красный порошок -- соединение висмутового ангидрида и окиси калия. Порошок промывают кипящей водой, затем крепкой азотной кислотой, затем более и более слабой, наконец, снова водой. Висмутовая кислота BiHO3, высушенная при 100°С, представляет светло-красный порошок, теряющий при 130°С воду и превращающийся в ангидрид, который при этой температуре начинает разлагаться с выделением кислорода. Этот гидрат к основаниям относится как слабая кислота, более слабая, чем сурьмяная. Соли ее со щелочными металлами легко разлагаются водой и поэтому мало исследованы.

Висмут не реагирует с водородом, углеродом, азотом, кремнием. Жидкий висмут незначительно растворяет фосфор. Известны галогениды висмута состава BiX3, например пентафторид BiF3, а также оксигалогениды составов

BiOX (X = Cl, Br, I)

При сплавлении висмута и серы образуется сульфид состава Bi2S3 -- кристаллическое вещество серого цвета, как трехсернистая сурьма, обладающее, подобно ей, металлическим блеском. Bi2S3 обладает полупроводниковыми и термоэлектрическими свойствами. При сплавлении висмута с селеном (Se) или теллуром (Te) образуются, соответственно, селенид или теллурид висмута. В ряду напряжений висмут стоит между водородом и медью, поэтому в разбавленных серной и соляной кислотах он не растворяется. Растворение в концентрированных серной и азотной кислотах идет с выделением SO2 и соответствующих оксидов азота:

Bi + 4HNO3 > Bi(NO3)3 + NO^ + 2H2O и

2Bi + 6H2SO4 > Bi2(SO4)3 + 3SO2^ + 6H2O

В результате взаимодействия висмута с азотной кислотой из раствора выкристаллизовывается нитрат висмута Bi(NO3)3•5H2O. Он растворяется в небольшом количестве воды, подкисленной азотной кислотой. При действии кислот на сплав висмута с магнием (Mg) образуется висмутин, или гидрид висмута, BiH3 -- весьма нестойкое соединение, разлагающееся уже при комнатной температуре. С большинством металлов при сплавлении висмут образует интерметаллические соединения -- висмутиды, например Na3Bi, Mg3Bi и другие. С расплавами алюминия, хрома и железа висмут не взаимодействует.

Гидроксид висмута (III), или гидроокись висмута, Bi(OH)3 получается в виде белого осадка при действии щелочей на растворимые соли висмута:

Bi(NO3)3 + 3NaOH > Bi(OH)3v + 3NaNO3

Гидроксид висмута -- очень слабое основание. Поэтому соли висмута (III) легко подвергаются гидролизу, переходя в основные соли, мало растворимые в воде.

Действием очень сильных окислителей на соединения висмута (III) можно получить соединения висмута (V). Важнейшие из них это висмутаты -- соли не стабильной висмутовой кислоты, например висмутат калия KBiO3. Эти соединения представляют собой очень сильные окислители.

Применение

Азот

Жидкий азот применяется как хладагент и для криотерапии. Промышленные применения газообразного азота обусловлены его инертными свойствами. Газообразный азот пожаро- и взрывобезопасен, препятствует окислению, гниению. В нефтехимии азот применяется для продувки резервуаров и трубопроводов, проверки работы трубопроводов под давлением, увеличения выработки месторождений. В горнодобывающем деле азот может использоваться для создания в шахтах взрывобезопасной среды, для распирания пластов породы. В производстве электроники азот применяется для продувки областей, не допускающих наличия окисляющего кислорода. Если в процессе, традиционно проходящем с использованием воздуха, окисление или гниение являются негативными факторами -- азот может успешно заместить воздух.

Важной областью применения азота является его использование для дальнейшего синтеза самых разнообразных соединений, содержащих азот, таких, как аммиак, азотные удобрения, взрывчатые вещества, красители и т. п. Большие количества азота используются в коксовом производстве («сухое тушение кокса») при выгрузке кокса из коксовых батарей, а также для «передавливания» топлива в ракетах из баков в насосы или двигатели.

В пищевой промышленности азот зарегистрирован в качестве пищевой добавки E941, как газовая среда для упаковки и хранения, хладагент, а жидкий азот применяется при разливе масел и негазированных напитков для создания избыточного давления и инертной среды в мягкой таре .Газообразным азотом заполняют камеры шин шасси летательных аппаратов. Кроме того, в последнее время заполнение шин азотом стало популярно и среди автолюбителей, хотя однозначных доказательств эффективности использования азота вместо воздуха для наполнения автомобильных шин нет.Жидкий азот нередко демонстрируется в кинофильмах в качестве вещества, способного мгновенно заморозить достаточно крупные объекты. Это широко распространённая ошибка. Даже для замораживания цветка необходимо достаточно продолжительное время. Это связано отчасти с весьма низкой теплоёмкостью азота. По этой же причине весьма затруднительно охлаждать, скажем, замки до ?196°C и раскалывать их одним ударом.

Литр жидкого азота, испаряясь и нагреваясь до 20°C, образует примерно 700 литров газа. По этой причине жидкий азот хранят в специальных сосудах Дьюара с вакуумной изоляцией открытого типа или криогенных ёмкостях под давлением. На этом же факте основан принцип тушения пожаров жидким азотом. Испаряясь, азот вытесняет кислород, необходимый для горения, и пожар прекращается. Так как азот, в отличие от воды, пены или порошка, просто испаряется и выветривается, азотное пожаротушение -- самый эффективный с точки зрения сохранности ценностей механизм тушения пожаров.

Заморозка жидким азотом живых существ с возможностью последующей их разморозки проблематична. Проблема заключается в невозможности заморозить (и разморозить) существо достаточно быстро, чтобы неоднородность заморозки не сказалась на его жизненных функциях. Станислав Лем, фантазируя на эту тему в книге «Фиаско», придумал экстренную систему заморозки азотом, в которой шланг с азотом, выбивая зубы, вонзался в рот астронавта и внутрь его подавался обильный поток азота.

Фосфор

Применяют ортофосфорную кислоту в настоящее время довольно широко. Основным ее потребителем служит производство фосфорных и комбинированных удобрений. Для этих целей ежегодно добывается во всем мире фосфоросодержащей руды около 100 млн. т. Фосфорные удобрения не только способствуют повышению урожайности различных сельскохозяйственных культур, но и придают растениям зимостойкость и устойчивость к другим неблагоприятным климатическим условиям, создают условия для более быстрого созревания урожая в районах с коротким вегетативным периодом. Они также благоприятно действуют на почву, способствуя ее структурированию, развитию почвенных бактерий, изменению растворимости других содержащихся в почве веществ и подавлению некоторых образующихся вредных органических веществ. Немало ортофосфорной кислоты потребляет пищевая промышленность. Дело в том, что на вкус разбавленная ортофосфорная кислота очень приятна и небольшие ее добавки в мармелады, лимонады и сиропы заметно улучшают их вкусовые качества.

Этим же свойством обладают и некоторые соли фосфорной кислоты. Гидрофосфаты кальция, например, с давних пор входят в хлебопекарные порошки, улучшая вкус булочек и хлеба. Интересны и другие применения ортофосфорной кислоты в промышленности. Например, было замечено, что пропитка древесины самой кислотой и ее солями делают дерево негорючим. На этой основе сейчас производят огнезащитные краски, негорючие фосфодревесные плиты, негорючий фосфатный пенопласт и другие строительные материалы. Различные соли фосфорной кислоты широко применяют во многих отраслях промышленности, в строительстве, разных областях техники, в коммунальном хозяйстве и быту, для защиты от радиации, для умягчения воды, борьбы с котельной накипью и изготовления различных моющих средств. Фосфорная кислота, конденсированные кислоты и дегидротированные фосфаты служат катализаторами в процессах дегидратирования, алкилирования и полимеризации углеводородов. Особое место занимают фосфорорганические соединения как экстрагенты, пластификаторы, смазочные вещества, присадки к пороху и абсорбенты в холодильных установках. Соли кислых алкилфосфатов используют как поверхностно-активные вещества, антифризы, специальные удобрения, антикоагулянты латекса и др. Кислые алкилфосфаты применяют для экстракционной переработки урановорудных щелоков.

Мышьяк

Элементарный мышьяк находит ограниченное применение в виде добавок к сплавам (на основе Cu, Pb и Sn) и полупроводниковым материалам. Мышьяк особой чистоты используют для синтеза полупроводниковых соединений. Элементарный мышьяк используется главным образом в качестве добавки (порядка 0,3%) к свинцу при выработке дроби. Добавка эта повышает твердость металла и сообщает ему способность застывать в виде капель строго шарообразной формы. As2O3 используют, как консервирующее средство при выделке мехов и кож, в производстве оптических стекол, как инсектицид, в аналитической химии для приготовления эталонных растворов мышьяка, как некротизирующее лекарственное средство. As2O5 применяют как гербицид, антисептик для пропитки древесины. Оксиды As входят в состав образующихся на поверхности полупроводниковых соединений (GaAs, InAs и др.) тонких оксидных пленок, определяющих электрофизические параметры интегральных устройств на основе этих полупроводников. В системах As-S и As-Se наблюдаются обширные области стеклообразования. Стекла халькогенидов мышьяка - полупроводниковые материалы, используемые в электронике, оптике, бессеребряной фотографии, электрофотографии, запоминающих устройствах. Аурипигмент и реальгар - пигменты, применяемые для приготовления красок для живописи.

Мышьякорганические соединения применяют в качестве лекарственных средств (например, новарсенол, минарсон, осарсол и др.), в электронной промышленности (например, R3As - для легирования эпитаксиальных слоев кремния), в качестве реагентов в аналитической химии. Соединения мышьяка применяются в медицине, при выделке кож и мехов, в стекольном, фарфоровом и других производствах. Важной областью их использования является сельское хозяйство, где различные производные мышьяка служат одним из основных средств борьбы с вредителями культурных растений. Все соединения мышьяка, растворимые в воде и слабокислых средах (например, желудочный сок), чрезвычайно ядовиты. ПДК в воздухе мышьяка и его соединений (кроме AsH3) в пересчете на мышьяк 0,3 мг/м3. Соединения As(III) более ядовиты, чем соединения As(V). Из неорганических соединений особенно опасны As2O3 и AsH3. Доза AsO3 менее 0,1 г при попадании в желудок смертельна для человека.

При работе с мышьяком и его соединениями необходимы: полная герметизация аппаратуры, удаление пыли и газов интенсивной вентиляцией, соблюдение личной гигиены (противопылевая одежда, очки, перчатки, противогаз), частый медицинский контроль; к работе не допускаются женщины и подростки. При остром отравлении мышьяком наблюдаются рвота, боли в животе, понос, угнетение центральной нервной системы. Помощь и противоядия при отравлении мышьяком: прием водных растворов Na2S2O3, промывание желудка, прием молока и творога; специфическое противоядие - унитиол.

Сурьма

Металлическая сурьма имеет повышенную хрупкость и в чистом виде 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. Наиболее известные сплавы сурьмы - твердый свинец (или гартблей), типографский металл и 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% сурьмы 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 сурьмы. 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.

Сурьма все больше применяется в полупроводниковой промышленности при производстве диодов, инфракрасных детекторов, устройств с эффектом Холла.Является компонентом свинцовых сплавов, увеличивающим их твёрдость и механическую прочность. Твердые и коррозионностойкие сплавы свинца с сурьмой (сурьмы от 5 до 15%) применяют в химическом машиностроении (для облицовки ванн и другой кислотоупорной аппаратуры), а также для изготовления труб, по которым транспортируются кислоты, щелочи и другие агрессивные жидкости. Из них же делают оболочки, окутывающие различные кабели (электрические, телеграфные, телефонные).Сурьмянистый водород (стибин) SbH₃ - применяется в качестве фумиганта для борьбы с насекомыми, вредителями сельскохозяйственных растений.

Природный сульфид сурьмы, стибнит, использовали в библейские времена в медицине и косметике. Стибнит до сих пор используется в некоторых развивающихся странах в качестве лекарства.

Висмут

Давно прошли те времена, когда висмут считался «всяким легчайшим, беднейшим и дешевейшим свинцом», то есть малоценным металлом с ограниченной сферой применения. В наши дни этот элемент необходим каждой стране с высокоразвитой промышленностью. За последние десятилетия спрос и цена на этот металл резко возросли, что не удивительно, ведь к таким традиционным потребителям висмута как металлургия, фармацевтика и химическая промышленность добавились электроника и ядерная энергетика.

Основной потребитель висмута -- это металлургия -- получение легкоплавких сплавов со свинцом, оловом, кадмием; при изготовлении форм для точного литья, штампов, разметочных, монтажных и контрольных приспособлений; для улучшения обрабатываемости сплавов алюминия, чугуна и стали при производстве авиа- и автодвигателей. В технике висмут издавна известен своими легкоплавкими сплавами, вот как металлурги позапрошлого века отзываются об этом металле: «В сплавах висмут употребляется единственно потому, что он придает им легкоплавкость. Оттого этим металлом пользуются оловянщики и органщики, когда им надобно иметь особенно легкоплавкий препарат. Словолитчики также прибавляют немного висмута для облегчения расплавления металла, чем, конечно, не улучшают своего товара, потому что висмут делает все сплавы ломкими».

В наше время сплавы, содержащие висмут не используются в типографском деле, однако существует огромное количество других областей, где сплавы висмута нашли своё применение. Так, например, огнеопасные объекты оборудованы автоматическими огнетушителями с плавкими предохранителями из сплава висмута с другими металлами. Сплавы более трудноплавкие, содержащие меньше висмута, употребляются для предохранительных клапанов в паровых котлах -- при известной температуре пара такой клапан плавится и выпускает пар. Сплав висмута со свинцом (1 часть Bi к 4 частям Pb) крайне легкоплавок и обладает способностью прочно приставать к твердым предметам, даже к стеклу, именно по этому данный сплав используется для спайки стекла и металла. Сплав висмута со свинцом и ртутью плавится уже при трении и потому используется для изготовления металлических карандашей. Сплавы висмута и марганца (Mn) характеризуются ферромагнитными свойствами и поэтому идут на изготовление мощных постоянных магнитов. Сплав висмута с сурьмой (88% Bi и 12% Sb), проявляющий в магнитном поле необычный эффект магнитосопротивления, используется для производства быстродействующих усилителей и выключателей. Порция висмута (всего 0,01%) к сплавам на основе алюминия и железа улучшает пластические свойства материала, упрощает его обработку. Такой же эффект оказывает висмут и на нержавеющую сталь.

Добавка висмута к олову излечивает его от «оловянной чумы» -- атомы висмута, добавленные к олову, как бы цементируют его решетку, не давая ей разрушиться при перестройке. Многие сплавы висмута при низкой температуре приобретают свойство сверхпроводимости. Высоким спросом пользуются соединения висмута с теллуром, применяемые в термоэлектрогенераторах. Эти соединения из-за удачного сочетания величин теплопроводности, электропроводности и термоэлектродвижущей силы позволяют преобразовывать тепловую энергию в электрическую с большим КПД (~7%).

Легкоплавкость висмута стала одной из причин прихода его в ядерную энергетику, где он «трудится» в качестве жидкого теплоносителя и охлаждающего агента. Иногда в «горячей зоне» реактора помещают уран, растворенный в жидком висмуте. Из всех металлов только бериллию висмут уступает по способности рассеивать тепловые нейтроны, почти не поглощая их при этом. Первым способом извлечения плутония из облученного урана был метод осаждения плутония с фосфатом висмута. Сейчас этот метод уже не применяют, однако на его основе были разработаны современные методы выделения плутония осаждением его из кислых растворов. С помощью висмута получают изотоп полоний-210, служащий источником энергии на космических кораблях.

Широкое применение нашли и соединения восемьдесят третьего элемента. Соединения висмута, особенно его трехокись Bi2O3, употребляют в производстве эмалей, фарфора и стекла -- главным образом в качестве флюса, понижающего температуру плавления смеси неорганических веществ, из которой образуются эмаль, фарфор или стекло. Висмутовые соединения вводят в состав стекол, если нужно повысить их коэффициент преломления. В производстве полимеров трехокись висмута служит катализатором; ее применяют, в частности, при получении акриловых полимеров. Висмут в виде мелкой стружки или порошка применяется в качестве катализатора для производства тетрафторгидразина (из трехфтористого азота), используемого в качестве окислителя ракетного горючего. При крекинге нефти некоторое применение находит оксохлорид висмута. Трёхфтористый висмут применяется для производства чрезвычайно энергоёмких (3000 Вт*ч/дмі, практически достигнутое -- 1500--2300 Вт*ч/дмі) лантан-фторидных аккумуляторов. Однако среди соединений висмута с галогенами наибольший интерес представляет, пожалуй, треххлористый висмут BiCl3. Это -- белое кристаллическое вещество, имеет необычное свойство: на свету он интенсивно темнеет, но, если его поместить после этого в темноту, он снова обесцвечивается. Треххлористый висмут используют для получения водостойких висмутовых смол и невысыхающих масел. Соли висмута применяются при изготовлении красок для дорожных знаков, дающих блики, когда на них падает луч автомобильной фары. Известные с давних пор косметические способности висмута проявляются сегодня в создании с помощью его солей (оксохлорид висмута применяется как блескообразователь) перламутровой губной помады, лака для ногтей, теней. В электронике на основе висмута изготовляют полупроводники. Соединения висмута с давних пор используются медициной: многие лекарства, присыпки и мази, применяемые как антисептические и заживляющие средства при лечении кожных и желудочно-кишечных заболеваний, ожогов, ран, содержат в том или ином виде висмут. Неспроста фармацевтическая промышленность -- один из основных потребителей этого металла.

Использованная литература:

Пятая вертикаль периодической системы Фадеев Г.Н., Основы общей химии - Том 1. 1973 Некрасов Б.В.

Размещено на Allbest.ru