სტიბიუმი

სტიბიუმი – (ლათ. Stibium) აღინიშნება სიმბოლოთი Sb, მენდელეევის პერიოდული სისტემის მე-15 ჯგუფის ელემენტი. ატომური ნომერი 51, ატომური წონა 121.75. წარმოქმნის რამდენიმე მოდიფიკაციას. მარტივი ნივთიერება ანტიმონიუმი (სტიბიუმი) (CAS - ნომერი: 7440-36-0) - მეტალი (ნახევრადმეტალი) მოვერცხლისფო-თეთრი ფერის მოლურჯო ელფერით, უხეშმარცვლოვანი აღნაგობის. ჩვეულებრივ სტიბიუმი წარმოადგენს მოლურჯო – თეთრ კრისტალებს; ჰაერზე არ იცვლება. ცნობილია სტიბიუმის ოთხი მეტალური ალოტროპიული მოდიფიკაცია, რომელიც არსებობს სხვადასხვა წნევის დროს და სამი ამორფული მოდიფიკაცია (ფეთქებადი, შავი და ყვითელი ბისმუტი).

დასახელების წარმოშობა

შესაძლოა ბერძნული ἀντί + μόνος (anti monos)–დან, რაც მიახლოებით ნიშნავს მარტოობის საწინააღმდეგოს, რადგანაც სჯეროდათ, რომ ის ბუნებაში არასდროს არსებობდა სუფთა სახით, ან ἀντί + μοναχός (anti monachos)–დან, რაც ნიშნავს ბერის მკვლელს, რადგანაც ბევრი ალქიმიკოსი ბერი იყო და ანთიმონი კი შხამიანია. შესაძლოა ასევე წარმოიშვა ძველეგვიპტური ანთოს ამონისგან (გამოთქმა), რაც შეიძლება ითარგმნოს, როგორც „ღვთაება ამონის ყვავილი“.

ელემენტის სიმბოლო Sb ლათინური stibium-დანაა, რომელიც მომდინარეობს ბერძნული στίμμι (stimmi; გენიტივში: στίμμεος or στίμμιδος)–დან, რომელიც შესაძლოა ნასესხებია ეგვიპტურიდან ან არაბულიდან.

ისტორია

სტიბიუმი ცნობილია უძველესი დროიდან. სტიბიუმს იყენებდნენ ჩვ. წ. აღ. 3000 წლის წინათ. ელემენტის ლათინური დასახელება დაკავშირებულია მინერალთან ”სტიბი”, რომლისგანაც ძველ საბერძნეთში ღებულობდნენ სტიბიუმს . ძველ ეგვიპტეში უკვე ჩვ. წ. აღ. მე-19 საუკუნეში ფხვნილი ბისმუტის კაშკაშა (ბუნებრივი Sb₂S₃) დასახელებით mesten ან stem გამოიყენება წამწამების გასამუქებლად. ძველ საბერძნეთში ის იყო ცნობილი, როგორც stími და stíbi. აქედან წარმოიშვა ლათინური stibium. დაახლოებით 12-14 სს. წარმოიშვა დასახელება antimonium. 1789 წელს ა. ლავუაზიემ სტიბიუმი ჩართო ქიმიური ელემენტების სიაში დასახელებით antimoine (თანამედროვე ინგლისური antimony, ესპანური და იტალიური antimonio, ფრანგული Antimoine, გერმანული Antimon). რუსული ”სტიბიუმი” მოდის თურქულიდან ”surme ” - წამწამების გასაშავებელი (წამწამების გასაშავებელი ფხვნილი მზადდებოდა მინერალიდან სტიბიუმის კაშკაშა). სხვა თეორიის მიხედვით, სპარსულიდან ”სურმე” - მეტალი. მე-15 საუკუნეში ბერმა ვასილი ვალენტინმა აღწერა სტიბიუმის მიღების პროცესი ტყვიის შენადნობიდან ტიპოგრაფიული შრიფტის გადმოსხმისათვის (отливки). ბუნებრივ გოგირდიან სტიბიუმს (сернистую сурьму) მან უწოდა სტიბიუმიანი მინა. შუა საუკუნეებში იყენებდნენ სტიბიუმის პრეპარატებს სამედიცინო მიზნებისათვის, ძირითადად ღებინების გამოსაწვევად: სტიბიუმის აბები, ღვინო, დაყოვნებული ბისმუტის თასში (ამ დროს წარმოიქმნება ”პირსასაქმნებელი ქვა” K[C₄H₂O₆Sb (OH)₂]•1/2H₂O).

ადგილმდებარეობა

სტიბიუმის წარმოშობის ადგილები ცნობილია სამხრეთ აფრიკის რესპუბლიკაში ალჟირში, სომხეთში, ტაჯიკისტანში, ბულგარეთში, იაკუტიაში, ფინლანდიაში, ჩინეთში, ყირგიზეთში.

იზოტოპები

ბუნებრივი სტიბიუმი წარმოადგენს ორი იზოტოპის ნარევს: ¹²¹Sb (იზოტოპური გავრცელებადობა 57.36%) და ¹²³Sb (42.64 %). ხელოვნურად მიღებული რადიოაქტიური იზოტოპებიდან მნიშვნელოვანია - ¹²²Sb ნახევარდაშლის პერიოდით 2.8 დღე, ¹²⁴Sb ნახევარდაშლის პერიოდით 60.2 დღე და ¹²³Sb ნახევარდაშლის პერიოდით 2 წელი. ერთადერთი ხანგრძლივ სიცოცხლისუნარიანი რადიონუკლიდია - ¹²⁵Sb ნახევარდაშლის პერიოდით 2.76 წელი, ხოლო სტიბიუმის ყველა დანარჩენი იზოტოპისა და იზომერის ნახევარდაშლის პერიოდი არ აღემატება ორ თვეს.

მიღება

სტიბიუმს ღებულობენ სტიბიუმის სულფიდის Sb₂S₃ შელღობით რკინასთან:

Sb₂S₃+3Fe = 2Sb+3FeS

სულფიდის დაწვითა და შემდგომ მიღებული ოქსიდის ნახშირით აღდგენით.

Sb₂S₃+5O₂ = Sb₂O₄+3SO₂

Sb₂O₄+4C = 2Sb+4CO

სუფთა სტიბიუმს (99.9%) ღებულობენ ელექტროლიტური რაფინირებით. სტიბიუმის გამოწვილვა ხდება აგრეთვე ტყვიის კონცენტრატებიდან, რომელიც მიღებულია პოლიმეტალური მადნების დამუშავებისას.

სტიბიუმის ბუნებაში გავრცელება

სტიბიუმის საშუალო შემცველობა დედამიწის ქერქში შეადგენს მასით 5•10^-3%-ს. მაგმაში და ბიოსფეროში სტიბიუმი გაფანტულია. ცხელი მიწისქვეშა წყლებიდან ის კონცენტრირდება ჰიდროტერმინალურ საბადოებში. ცნობილია საკუთრივ სტიბიუმის საბადოები, ასევე სტიბიუმვერცხლისწყლიანი, სტიბიუმტყვიის, სტიბიუმოქროს, სტიბიუმვოლფრამის საბადოები. სტიბიუმის 27 მინერალიდან მთავარი სამრეწველო მნიშვნელობა აქვს ანთიმონიტს (Sb₂S₃). გოგირდთან მსგავსების წყალობით სტიბიუმი მინარევის სახით ხშირად გვხვდება დარიშხანის, ბისმუტის, ნიკელის, ტყვიის, ვერცხლისწყლის, ვერცხლის, და სხვა ელემენტების სულფიდებში.

ფიზიკური თვისებები

სტიბიუმი - მოვერცხლისფრო-თეთრი მოლურჯო ელფერის მყიფე მეტალი. ნაცრისფერი სტიბიუმი Sb(I) რომბოედრული მესერით ჩვეულებრივ პირობებში მდგრადია. ლღობის ტემპერატურა Tლღ= 630.5°C, დუღილის ტემპერატურა Tლღ= 1634°C. სიმკვრივე 6.69გ/სმ³. 5.5გპა-ის დროს ის გადადის კუბურ მოდიფიკაციაში Sb(II), ხოლო 8.5 გპა წნევის პირობებში ჰექსაგონალურში Sb(III), 28გპა-ზე ზევით - Sb(IV). ნაცრისფერ სტიბიუმს გააჩნია ფენოვანი (слоистую) სტრუქტუტურა, სადაც თითოეული Sb-ის ატომი პირამიდულად დაკავშირებულია სამ მეზობელ, ერთ სიბრტყეზე განლაგებულ სტიბიუმის ატომებთან (ატომთა შორის მანძილია 0.288ნმ) და გააჩნია სამი უახლოესი მეზობელი სხვა შრეზე (ატომთა შორის მანძილია 0.338ნმ).

ცნობილია სტიბიუმის სამი ამორფული მოდიფიკაცია. ყვითელი სტიბიუმი წარმოიქმნება ჟანგბადის ზემოქმედებით თხევად სტიბინზე SbH₃ და შეიცავს უმნიშვნელო რაოდენობით ქიმიურად დაკავშირებულ წყალბადს. გაცხელების ან დასხივების პირობებში ყვითელი სტიბიუმი გადადის შავ სტიბიუმში (სიმკვრივე 5.3 გ/სმ³), რომლისთვისაც დამახასიათებელია ნახევარგამტარული თვისებები.

SbCl₃ ელექტროლიზის დროს, დენის დაბალი სიმკვრივის პირობებში წარმოიქმნება ფეთქებადი სტიბიუმი, რომელიც შეიცავს უმნიშვნელო რაოდენობით ქიმიურად დაკავშირებულ ქლორს (ფეთქდება ხახუნის დროს). შავი სტიბიუმი, უჰაერო არეში 400°C-ზე გაცხელებისას და ფეთქებადი სტიბიუმი ხახუნისას გარდაიქმნებიან მეტალურ ნაცრისფერ სტიბიუმად. მეტალური სტიბიუმი Sb(I) - ნახევარგამტაია. ოთახის ტემპერატურაზე მეტალური სტიბიუმი ძალიან მყიფეა და როდინში ადვილად იფქვება ფხვნილის სახით, 310°C-ზე ზევით პლასტიკურია, ასევე პლასტიკურია მაღალი სისუფთავის სტიბიუმის მონოკრისტალები.

ქიმიური თვისებები

ზოგიერთ მეტალებთან სტიბიუმი წარმოქმნის ანთიმონიდებს: კალას SnSb, ნიკელის Ni₂Sb₃, NiSb, Ni₅Sb₂ და Ni₄Sb. ბისმუტი არ ურთიერთქმედებს მარილმჟავასთან, ფთორწყალბადმჟავასა და გოგირდმჟავასთან.

კონცენტრირებულ აზოტმჟავასთან ურთიერთქმედებისას ის წარმოქმნის ცუდად ხსნად ბისმუტმჟავას HSbO₃:

3Sb + 5HNO₃ = 3HSbO₃ + 5NO + H₂O

სტიბიუმის მჟავების ზოგადი ფორმულაა Sb₂O₅ • nH₂O. კონცენტრირებულ H₂SO₄ -თან სტიბიუმი ურთიერთქმედებს სტიბიუმ (III) სულფატის წარმოქმნით Sb₂(SO₄)₃:

2Sb + 6H₂SO₄ = Sb₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O

სტიბიუმი მდგრადია ჰაერზე 600 °C. შემდგომი გაცხელებით იჟანგება Sb₂O₃-მდე.

4Sb + 3O₂ = 2Sb₂O₃

სტიბიუმ (III) ოქსიდს ახასიათებს ამფოტერული თვისებები და ურთუერთქმედებს ტუტესთან და მჟავასთან.

Sb₂O₃ + 6NaOH + 3H₂O = 2Na₃[Sb (OH)₆]

Sb₂O₃ + 6HCl = 2SbCl₃ + 3H₂O

ჟანგბადის არეში Sb₂O₃-ის გაცხელებით 700 °C-ზე ზევით წარმოიქმნება შემდეგი შემადგენლობის ოქსიდი Sb₂O₄:

2Sb₂O₃ + O₂ = 2Sb₂O₄

ეს ოქსიდი ერთდროულად შეიცავს Sb(III) და Sb (V). მის სტრუქტურაში გვერდიგვერდ გაერთიანებულია ოქტაედრული დაჯგუფებები [SbIIIO₆ ] და [SbVO₆].

სტიბიუმის მჟავების ფრთხილი გაუწყლოებისას წარმოიქმნება სტიბიუმის პენტაოქსიდი Sb₂O₅.

2HSbO₃ = Sb₂O5 + H₂O

რომელიც ავლენს მჟავა თვისებებს

Sb₂O₅ + 6NaOH = 2Na₃SbO₄ + 3H₂O

და წარმოადგენს დამჟანგველს

Sb₂O₅ + 10HCl = 2SbCl₃ + 2Cl₂ + 5H₂O

სტიბიუმის მარილები ადვილად ჰიდროლიზდება. ჰიდროქსომარილების წარმოქმნა იწყება pH 0.5-0.8 არეში Sb(III)-თვის და pH 0.1 Sb(V)-თვის. ჰიდროლიზის პროდუქტის შემადგენლობა დამოკიდებულია თანაფარდობაზე მარილი/წყალი და რეაგენტის შეტანის თანმიმდევრობაზე:

SbCl₃ + H₂O = SbOCl + 2HCl

4SbCl₃ + 5H₂O = Sb₄O₅Cl₂ + 10HCl

ფთორთან სტიბიუმი წარმოქმნის პენტაფთორიდს SbF₅. მისი ურთიერთქმედებით ფთორწყალბადმჟავასთან HF წარმოიქმნება ძლიერი მჟავა H[SbF₆].

სტიბიუმის ფხვნილის შეტანისას ქლორის არეში ის იწვის და წარმოქმნის პენტაქლორიდისა SbCl₅ და ტრიქლორიდის SbCl₃ ნარევს.

2Sb + 5Cl₂ = 2SbCl₅,

2Sb + 3Cl₂ = 2SbCl₃

სტიბიუმი ბრომთან და იოდთან ურთიერთქმედებისას წარმოქმნის SbI₃ და SbBr₃ .

2Sb + 3I₂ = 2SbI₃

SbBr₃ - უფერო კრისტალებია, რომელსაც პრაქტიკული გამოყენება არა აქვს. გვხვდება SbI₃ სამი მოდიფიკაცია, რომელთაგან ყველაზე გავრცელებულია ტრიგონალური. ღებულობენ სტიბიუმის იოდთან დაფქვით.

გოგირდწყალბადმჟავას ზემოქმედებით Sb (III)-ისა და Sb (V)-ის მარილების წყალხსნარებზე წარმოიქმნება მოწიტალო-ნარინჯისფერი სტიბიუმის ტრისულფიდი Sb₂S₃ ან ნარინჯისფერი პენტასულფიდი Sb₂S₅, რომლებიც ურთიერთქმედებენ ამონიუმის სულფიდთან (NH₄)₂S:

Sb₂S₃ + 3 (NH₄)₂S = 2 (NH₄)₃SbS₃

Sb₂S₅ + 3 (NH₄)₂S = 2 (NH₄)₃SbS₄

წყალბადის ზემოქმედებით Sb -ის მარილებზე გამოიყოფა გაზი სტიბინი SbH₃:

SbCl₃ + 4Zn + 5HCl = 4ZnCl₂ + SbH₃ + H₂

სტიბინი გაცხელებით იშლება Sb და H₂

მიღებულია სტიბიუმის ორგანული ნაერთები, სტიბინის წარმოებულები. მაგალითად, Sb (CH₃)₃:

2SbCl₃ + 3Zn (CH₃)₂ = 3ZnCl₂ + 2Sb (CH₃)₃

ბიოლოგიური როლი და ორგანიზმზე ზემოქმედება

სტიბიუმი მიეკუთვნება მიკროელემენტებს, ადამიანის ორგანიზმში მისი შემცველობა შეადგენს 10–⁶%-ს მასით. მუდმივად იმყოფება ცოცოხალ ორგანიზმებში, ფიზიოლოგიური და ბიოლოგიური როლი ჯერ არ არის დადგენილი.

სტიბიუმის შემცველობა (100გ მშრალ ნივთიერებაზე) მცენარეებში შეადგენს 0.006მგ-ს, ზღვის ცხოველებში 0.02მგ, ხმელეთის ცხოველებში 0.0006მგ-ს. ადამიანისა და ცხოველის ორგანიზმში სტიბიუმი ხვდება სასუნთქი ორგამოებისა და კუჭ-ნაწლავის ტრაქტის საშუალებით. გამოიყოფა ძირითადად ფეკალური მასის სახით, უმნიშვნელო რაოდენობით კი - შარდის.

სტიბიუმი შერჩევით კონცენტრირდება ფარისებურ ჯირკვალში, ღვიძლში და ელენთაში. მისი დაგროვება ფარისებურ ჯირკვალში იწვევს მისი ფუნქციის შეფერხებას და ენდემურ ჩიყვს. თუმცა, საჭმლის მომნელებელ ტრაქტში სტიბიუმის ნაერთების მოხვედრა არ იწვევს მოწამვლას, რადგანაც Sb (III)-ის მარილები იქ განიცდის ჰიდროლიზს და წარმოქმნის მცირედხსნად პროდუქტებს. ერითროციტებში უპირატესად გროვდება სტიბიუმი ჟანგვის ხარისხით +3, სისხლის პლაზმაში - ჟანგვის ხარისხით +5. ზღვრულად დასაშვები კონცენტრაცია სტიბიუმისა 10^-5 - 10^-7გ 100გ მშრალ ქსოვილზე. უფრო მაღალი კონცენტრაციის დროს ეს ელემენტი აპასიურებს რიგ ფერმენტებს, ლიპიდური, ნახშირწყლების და ცილის მიმოცვლას (შედეგად შესაძლებელია სულფჰიდრილური ჯგუფების ბლოკირება).

სტიბიუმის და მისი ნაერთები არის შხამიანი. მოწამლვა შესაძლებელია სტიბიუმის შენადნობების წარმოებისას და სტიბიუმის საბადოების კონცენტრატის გამოდნობის დროს. მწვავე მოწამვლის დროს - ზედა სასუნთქი გზების ლორწოვანი აპკის, თვალის, ასევე კანის გაღიზიანება. შეიძლება განვიტარდეს დერმატიტი, კონიუქტივიტი და ა.შ. სტიბიუმის მტვერი და ორთქლი იწვევს ცხვირიდან სისხლდენას, პნევმოსკლეროზს, ასევე იწვევს სქესობრივი ფუნქციის დარღვევას, აზიანებს კანს.

გამოყენება

სტიბიუმი სულ უფრო მეტად გამოიყენება ნახევარგამტარების წარმოებაში დიოდების, ინფრაწითელი დეტექტორების, მოწყობილობები ჰოლის ეფექტით წარმოების დროს. არის კომპონენტი ტყვიის შენადნობების, რომელიც ზრდის მის სიმაგრეს და მექანიკურ სიმტკიცეს. გამოყენების სფერო მოიცავს:

• ბატარეა
• ანტიფრიქციული შენადნობები
• ტიპოგრაფიული შენადნობები
• ცეცხლსასროლი იარაღი და ტრასირებადი ტყვიები
• გარსი კაბელებისათვის
• ასანთი
• მიჩრჩილვა - ზოგიერთი შენადნობი ტყვიის გარეშე შეიცავს 5% Sb

ლინოტიპურ მბეჭდავ მანქანებში გამოყენება

კალასა და სპილენძთან ერთად სტიბიუმი წარმოქმნის მეტალურ შენადნობს - ბაბიტი (ანტიფრიქციული შენადნობი), რომელსაც ახასიათებს ანტიფრიქციული თვისებები და გამოიყენება სრიალის საკისრებში. სტიბიუმი ემატება მეტალებს, რომელიც განკუთვნილია ნატიფი სხმულისათვის.

სტიბიუმის ნაერთები ოქსიდების, სულფიდების, ნატრიუმის ანთიმონატისა და სტიბიუმის ტრიქლორიდის სახით გამოიყენება ცეცხლგამძლე ნაერთების, კერამიკული ემალის, მინის, საღებავების და კერამიკული ნაკეთობების საწარმოებლად. ბისმუტის ტრიოქსიდი წარმოადგენს ყველაზე მნიშვნელოვან სტიბიუმის ნაერთს და ძირითადად იყენებენ ცეცხლგამძლე კომპოზიციებში. სტიბიუმის სულფიდი წარმოადგენს ერტ-ერთ ინგრედიენტს ასანთის თავებში.

ბუნებრივი სტიბიუმის სულფიდს, სტიბნიტს, იყენებდნენ ბიბლიურ დროში მედიცინაში და კოსმეტიკაში. სტიბნიტი დღესაც გამოიყენება ზოგიერთ განვითარებად ქვეყნებში, როგორც წამალი.

შენადნობების წარმოება

სტიბიუმი - არის შენადნობების კომპონენტი ტყვიისა და კალას საფუძველზე (აკუმულატორის ფირფიტებისათვის, ტიპოგრაფიული შრიფტებისათვის, საკისარებისათვის, ჭურჭლისათვის, დამცავი ეკრენები,იონიზირებული გამოსხივების წყაროებთან მუშაობისათვის).

ელექტრონიკა

სუფთა სტიბიუმს იყენებენ ანთიმონიდების (მაგალითად, ალუმინის, გალიუმის, ინდიუმის; AlSb, GaSb, InSb) ნახევარგამტარული თვისებებით, მისაღებად. შედის რთული სინთეზური პრეპარატების, წამლების შენადგენლობაში. რეზინის წარმოების დროს გამოიყენება სტიბიუმის პენტა სულფიდი Sb₂S₅.

ბირთვული ენერგია, ბირთვული იარაღი

ბირთვულ ტექნოლოგიებში ძალიან მნიშვნელოვანია ზოგიერთი სტიბიუმის იზოტოპი და ნაწილობრივ ბირთვული იარაღის ტექნოლოგიაში გააჩნია ვერცხლისწყლის პიროანთიმონატს Hg₂Sb₂O₇ (ოქსისტიბატი) შესაბამისი იზოტოპური შემადგენლობით, რომელიც გარკვეულწილად ემსახურებოდა გავრცელებულ ლეგენდას ე.წ. ”წითელ ვერცხლისწყალზე”.

HgO+(H₃SbO₃+H₂O) = Hg₂Sb₂O₇+H₂O

ამ ნივთიერების განსაკუთრებულობა მდგომარეობს იმაში, რომ ის არის ერთგვარი მრავალფუნქციური ბირთვული კატალიზატორი (ნეიტრონების გამრავლების კოეფიციენტია 7-9) და ძალიან მკაცრად უნდა იქნეს გათვალისწინებული ნებისმიერი ქვეყნის მიერ ბირთვული ტერორიზმის საფრთხე.

ფასი

ფასი მეტალურ სტიბიუმზე ზოდებში 99% სისუფთავის შეადგენს დაახლოებით 6.5 დოლარი/კგ.

მასალა მომზადებულია www.wikipedia.com -ის მიხედვით