Подгруппа мышьяка.

Содержание элементов этой подгруппы в земной коре сравнительно невелико, и по ряду мышьяк (1·10-4 %) — сурьма (5·10-6 %) — висмут (2·10-6 %) уменьшается. Встречаются они главным образом в виде сернистых минералов — реальгара (As4S4), аурипигмента (As2S3), сурьмяного блеска (Sb2S3) и висмутового блеска (Вi2S3). Примеси всех трёх элементов часто содержатся в рудах различных металлов.

Соединения Аs, Sb и Bi были известны ещё в древнем Египте. Получение элементарного мышьяка из природного сульфида описано в энциклопедии Зосимоса, а при раскопках Вавилона были найдены сосуды из сурьмы, изготовленные за 3000 лет до н. э. Первые упоминания о металлическом висмуте содержатся в алхимических сочинениях ХV века. Мышьяк и висмут — чистые элементы 75Аs и 209Вi, тогда как сурьма состоит из двух изотопов — 121 (57,25 %), 122 (42,75 %).

Для получения As, Sb и Bi их сернистые руды обжигаются на воздухе, причём сульфиды переходят в оксиды, которые затем восстанавливают углём. Реакции идут по схемам:

2 Э2S3 + 9 O2 = 6 SO2 + 2 Э2O3 и Э2O3 + 3 C = 3 CO + 2 Э.

В свободном состоянии элементы подгруппы мышьяка имеют металлический вид и довольно хорошо проводят тепло и электричество. Однако они очень хрупки и легко могут быть измельчены в порошок. Важнейшие их константы (наряду с соответствующими данными для азота и фосфора) сопоставлены ниже:

Элемент	Агрегатное состояние	Цвет	Температура плавления °С	Температура кипения °С	Плотность г/см3
N	газ	бесцветный	-210	-196	1,0
P	твёрд.	белый	44	257	1,8
As	твёрд.	серебристый	817 (36 атм)	615	5,7
Sb	твёрд.	серебристый	631	1634	6,7
Bi	твёрд.	красноватый	271	1552	9,8

На воздухе при обычных условиях Sb не изменяется, а As и Bi слегка окисляются с поверхности. Ни в воде, ни в органических растворителях мышьяк и его аналоги нерастворимы. Со многими металлами они легко дают сплавы.

Обычные формы всех трёх элементов характеризуются однотипной слоистой структурой кристаллов. Каждый атом связан с тремя другими того же слоя и имеет трёх ближайших соседей в другом слое. Сурьма способна образовывать смешанные кристаллы и с Аs, и с Bi, но последние не образуют их друг с другом.

При нагревании (в присутствии воздуха) Аs возгоняется (т. возг. 615 °С). Пар состоит из молекул Аs4 с ничтожной (порядка 0,03%) примесью молекул Аs2. При дальнейшем его нагревании равновесие по схеме Э4 Û 2Э2 Û 4Э всё более смещается вправо. То же самое характерно для паров сурьмы и висмута, которые при температурах кипения имеют следующие составы: 49% Sb4 + 49% Sb2 + 2% Sb.

Энергия диссоциации (кДж/моль) двухатомных молекул по ряду N2 (945) - P2 (490) - As2 (385) - Sb2 (300) - Bi2 (200) последовательно уменьшается.

Подобно фосфору, мышьяк способен существовать в нескольких аллотропических формах, из которых наиболее устойчива обычная серая. С повышением давления её температура плавления довольно быстро возрастает (достигая 950 °С при 60 тыс. атм). При очень быстром охлаждении паров получается жёлтый мышьяк с плотностью 2,0 г/см3, довольно хорошо растворимый в сероуглероде (около 8% при 20 °С) и образующий при упаривании такого раствора жёлтые кристаллы. Последние слагаются из молекул Аs4, имеющих, как и у фосфора структуру правильного тетраэдра. На воздухе он легко окисляется, а под действием света быстро переходит в серую форму. При возгонке Аs в струе водорода образуется аморфный чёрный мышьяк с плотностью 4,7 г/см3. Последний не окисляется на воздухе, но выше 270 °С переходит в серую форму.

Copyright © 2024 - All Rights Reserved - www.chemicalnow.ru