Методы определения сурьмы в объектах окружающей среды

Казанский государственный технологический университет

      Заочное отделение  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Курсовая  работа

по  аналитической химии

по  теме « Методы определения  сурьмы в объектах окружающей среды». 
 

                                       Выполнила:

                                                                                                        Порошина О.В.

                                                                                                         пищ. ф-т

                                                                                                         105 группа

                                                                                                         Проверила:                               

                                                                                                Бурангулова  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание. 
 
 
 

Введение………………………………………………………..3

Характеристика  вещества………………………………..4

Сурьма  в объектах окружающей среды………………..9

Металл или неметалл……………………………………..10

Качественное  определение сурьмы……………………13

Количественное  определение сурьмы…………………17

Методы  осаждения………………………………………25

Методы  соосаждения…………………………………..26

Литература………………………………………………..28 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение. 

О сурьме можно рассказывать много. Это  элемент с интересной  историей и интересной свойствами; элемент, используемый давно и достаточно широко; элемент, необходимый не только технике, но и общечеловеческой культуре. Историке считают , что первые производства сурьмы появились на древнем Востоке чуть ли не 5 тыс. лет  назад для изготовления сосудов. В Древнем Египте уже 19 века до н.э. порошок сурьмяного блеска (природный Sb2S3) под названием mesten или stem применялся для чернения бровей. В древней Греции он был известен как stimi и stibi, отсюда лат. Stibium.  Около 12-14 веков н.э. появились название antimonium. В 1789 году А. Лавуазье включил Сурьму в список химических элементов под названием animoine. Русское "сурьма" произошло от турецкого surme; им обозначался  порошок свинцового  блеска PbS, также  служивший для чернения бровей по других данным, "сурьма" – от персидского сурме – метал. Свойства и способы получения сурьмы и ее соединения впервые дано алхимиком монахом - бенедиктинец  Василием Валентином в 1604 году. Однако еще в прошлом веке было установлено , что среди монахов ордена бенедиктинцев такого никогда не бывало. Ученые пришли к выводу, что « Василий Валентин»- это псевдоним неизвестного ученого, написавшего свой тракт не раньше  середины XVI в. В дореволюционной России не было ни одного завода, ни одного цеха, в которых бы выплавляли сурьму. А она была нужна- прежде всего полиграфии ( как компонент материала для литер) и красильной промышленности. В начале XX в.  Россия ежегодно ввозила из-за границы около тысячи тонн сурьмы. В 1934г. на опытном заводе выплавили первую советскую металлическую сурьму. К 1936г. производство этого вещества достигло таких масштабов, что страна полностью освободилась от необходимости возить его из-за рубежа. 

Характеристика вещества. 

Сурьма «от тур. Stibium» Sb, химический элемент V группы периодической системы Менделеева; атомный номер 51, атомная масса 121,75,  плотность 6620 кг/м³ , электроотрицательность 1.9., ковалентный радиус 1,40А, Металл серебристо-белого цвета с синеватым оттенком. Природная сурьма-смесь двух изотопов: ¹²¹Sb (57,25%) и ¹²³Sb(42,75%).  Из искусственно получения радиоактивных изотопов важнейшие ¹²²Sb(T½ =2,8 сут), ¹² Sb(T½ =60,2 сут), ¹² Sb(T½ =2 года).,

Физические  свойства Сурьмы . Сурьма известна в в кристаллической и трех аморфных формах (взрывчатая, черная и желтая). Взрывчатая сурьма (плотность 5,6-5,97 г/см³) взрывается при любом соприкосновении, образуется при электролизе раствора SbCI3 ; черная (плотность 5,3 г/см³)- при быстром охлаждение паров сурьмы; желтая – при пропускании кислорода в сжиженный SbH3. желтая и черная сурьма неустойчива, при пониженных температурах переходят в обыкновенную сурьму. Наиболее устойчивая кристаллическая сурьма, кристаллизируется в тригональной системе, а=4,5064 А; плотность 6,61-6,73 г/см³,  температура давления 630,5 ºC, температура кипения 1635-1645 ºC, удельная теплоемкость при 20-100 ºC 0,210 кдж/(кгК) [0,0498 кал/(г ºC)]. Сурьма диамагнитная, удельная магнитная восприимчива. В отличие от большинства металлов, сурьма хрупка, легко раскалывается по плоскости спайности, истирается в порошок и не подается ковке. Механические свойства зависит от чистоты метала. Твердость по Бринеллю для литого металла 325-340 Мн/м².

Химические  свойства сурьмы. Конфигурации внешних электронов атома Sb 5s²5p³, степени окисления +3 и  
+5, редко-3. В химическом отношение сурьма малоактивна. Углерод незначительно растворяется в расплавленной сурьме. Металл активно взаимодействует  с хлором и других галогенами, образуя галогениды сурьмы.  С кислородом взаимодействует при температуре выше 630 ºC с образованием Sb2О3. При сплавление с серой получается  сульфиды сурьмы, так же взаимодействует с фосфором и мышьяком. Сурьма устойчива по отношению к воде и разбавленным кислотам. Концентрированная соляная и серная кислоты медленно растворяют сурьму с образованием хлорида SbCI3  и сульфата Sb2(SO4)3 ; концентрированная азотная кислота сурьму до высшего оксида, образуется в виде гидратированного соединения xSb2О5·H2О. Практический интерес представляет труднорастворимые соли сурьмяной кислоты- антимониты (MeSbО3·3Н2О, где Мe-Na, K) и соли не выделенной метасурьмянистой кислоты- метаантимониты (MeSbО3·3Н2О) , обладающее  восстановительными свойствами. Сурьма соединяется с металлами, образуя антимониды.

Получение сурьмы. Сурьма получают пирометаллургической и гидрометаллургической переработкой концентратов или руды, содержащий 20-60% Sb. К пирометаллургическим методом относятся осадительной и восстановительная плавки. Сырьем для осадительной плавки служат сульфидные концентраты; процесс основан на вытеснение сурьмы из ее сульфида железом: Sb2S3+3Fe=>2Sb+3FeS. Железо вводится в шихту в виде скрапа. Плавку ведут в отражательных или в коротких вращающихся барабанных печах при 1300-1400ºC. Извлечение сурьмы в черновой металл составляет  более 90%. Восстановительная плавка сурьмы основана на восстановление ее оксидов до металлов древесном углем или каменноугольной пылью и ошлаковали пустой породы. Восстановительной плавке предшествует окислительный обжиг при 550 ºC с избытком воздуха. Огарок содержит нелетучий оксид сурьмы. Как для осадительной, так и для восстановительной плавок возможно применение электропечей. Гидрометаллургический способ получения сурьмы состоит из двух стадий: обработка сырья щелочным сульфидным раствором с переводом сурьмы в раствор в виде солей сурьмяных кислот и сульфосолей и выделения сурьмы электролизом. Черновая сурьма в зависимости от состава сырья  и способа ее получения содержит от 1,5 до 15% примесей: Fe, As, S и других. Для получения чистой сурьмы применяют пирометаллургическое или электролитическое рафинирование. При пирометаллургическом рафинировании примеси железа и меди удаляют в виде сернистых соединений, вводя в расплав сурьмы антимонит (крудум) - Sb2S3, после чего удаляют мышьяк и серу при продувке воздуха под содовым шлаком. При элетролитическом рафинировании с раствором анодом черновую сурьму очищают от железа, меди и других металлов, остающих в электролите (Cu, Aq, Au остаются в шламе). Элекролитом служит раствор, состоящий из SbF3, H2SO4,  HF. Содержание примесей в рафинированной сурьмt  не превышает 0,5-0,8%. Для получения сурьмs высокой чистоты применяют зонную плавку в атмосфере инертного газа или получают сурьме из предварительно очищенных оксидов (III) или тоихлорида.

Применение  сурьмы. Сурьма находит широкое применение в технике в виде сплавов и соединений – их насчитывается около двухсот. Ещё в трудах крупнейшего металлурга средневековья Георга Агриколы, жившего в XVI веке, мы находим такие строки: “Если путем сплавления определенная порция сурьмы прибавляется к олову, получается типографский сплав, из которого изготовляется шрифт, применяемый теми, кто получает книги”. И сегодня сплав свинца с сурьмой и оловом (гарт), где сурьмы от 5 до 30%, непременный атрибут любой типографии. Расплавленная сурьма, в отличие от других металлов (кроме висмута и галлия), при затвердевании увеличивает свой объем. Поэтому при отливке шрифта типографский сплав, содержащий сурьму, застывая в литейной матрице, расширяется, благодаря чему плотно её заполняет и, следовательно, очень точно воспроизводит зеркальное изображение буквы, - цифры или какого иного знака, который затем, при печати, должен быть перенесён на бумагу. Помимо этого, сурьма придаёт типографскому сплаву твёрдость и износостойкость, – весьма важные свойства, если учесть, что каждая литера выполняет свои функции десятки тысяч раз. На склонности остывающей сурьмы к “полноте” основано использование её сплавов для художественного литья, где необходимо сохранять тончайшие детали оригинала.

      Твёрдые и коррозионностойкие сплавы свинца с сурьмой (сурьмы от5 до 15%) применяют  в химическом машиностроении (для  облицовки ванн и  другой кислотоупорной аппаратуры), а также  для изготовления труб, по которым  транспортируются кислоты, щёлочи и другие агрессивные жидкости. Из них же делают оболочки, окутывающие различные кабели (электрические, телеграфные, телефонные), решётки свинцовых аккумуляторов, сердечники пуль, дробь, шрапнель.

      Широко  применяют подшипниковые  сплавы (баббиты), в состав которых входят олово, медь и сурьма (сурьмы от 4 до 15%). Первый сплав такого типа был создан ещё в 1839г американским инженером И.Баббитом. Несмотря на “солидный возраст”, эти материалы до сих пор в большом почёте у конструкторов. Особая структура – наличие твёрдых частиц в мягкой пластичной основе - обусловливает высокие антифрикционные свойства баббитов: малый коэффициент трения в подшипниках, залитых этими сплавами, хорошую прирабатываемость, большое сопротивление истиранию. Неплохой антифрикционный материал – чугун, легированный сурьмой (0,5%).

      Большое применение в производстве полупроводниковых  приборов находят  сурьму высокой чистоты  и антимониды. Чистую сурьму (общая сумма  примесей 1  10^-4 вес %) применяют как донорскую добавку при производстве полупроводников из германия, а также она служит исходным материалом для применения антимонидов (AlSb, CaSb, InSb).

        Антимонид индия  применяют для  построения датчиков  Холла, для преобразования  неэлектрических  величин в электрические,  в счетно-решающих устройствах, в качестве фильтра и регистратора инфракрасного излучения. На основе AlSb и CaSb созданы высокочастотные диоды и триоды. Благодаря большой ширине запрещенной зоны AlSb применяют для построения солнечных батарей. Искусственно - радиактивный изотоп Sb¹²⁴ используют в источниках V- излучения и источниках нейтронов. 

      В последние годы сурьма стала оказывать  кое-какие “услуги”…криминалистике. Дело в том, что  летящая пуля оставляет  за собой вихревой поток, в котором  имеются микро  количества ряда элементов – свинца, сурьмы, бария, меди. Оседая на землю, пол или другую поверхность, они оставляют на ней невидимый след. Невидимый? Оказывается, современная наука позволяет увидеть этот след, а значит, и узнать и направление пули. На обследуемую поверхность накладывают полоски влажной фильтровальной бумаги, затем их помещают в ядерный реактор и подвергают бомбардировка нейтронами. Вследствие “обстрела” некоторые атомы, прихваченные бумагой (в том числе атомы сурьмы), превращаются в радиоактивные изотопы, а степень их активности позволяет судить о содержании этих элементов в пробах и таким образом определить траекторию и длину полёта пули, характеристику самой пули, оружия и боеприпасов.

      Разнообразна  “деятельность” и  соединений сурьмы. В различных областях промышленности применяют трёхокись сурьмы, сульфиды и хлориды. Так трёхокись сурьмы (Sb₂O₃) применяется главным образом как пигмент для красок, глушитель для эмали, протрава в текстильной промышленности, в производстве невозгораемых тканей и красок, её используют также для изготовления оптического (просветлённого) стекла.

      Сурьма  пятиокись (Sb₂O₅) находит широкое применение в изготовление лечебных препаратов, в производстве стекла, керамики, красок, в текстильной и резиновой промышленности, в качестве составной части люминесцентных ламп дневного света.

      Сурьма  треххлористая (SbCl₃) применяется для воронения стали, чернения цинка, в медицине, в качестве протравы в текстильном производстве и как реактив в аналитической химии.

      Сурьма  трехфтористая (SbF₃) применяется в составе электролита при электролитическом рафинировании сурьмы, а также в текстильной промышленности и при производстве тефлона.