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锑化合物

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锑化合物是化学元素(Sb)所形成的化合物。在锑化合物中,锑主要呈现+3和+5价,其+3价的阳离子在水中水解,一般以SbO+的形式存在,而不是Sb3+[1]

卤化物、卤氧化物及卤代酸盐[编辑]

三氯化锑在常温下为固体,73.4 °C熔化。
五氯化锑在常温下以液体的形式存在,2.8 °C以下凝固。

锑可以形成+3价和+5价的卤化物。+3价的四种卤化物均是已知的,除三碘化锑为红色晶体外,其余均为无色晶体。[1]三氟化锑是一种氟化剂,其活性比三氟化砷强,可由三氧化二锑氟化氢反应得到:[2]

Sb2O3 + 6 HF → 2 SbF3 + 3 H2O

它可用于制备有机氟化物。其余三卤化锑可由金属锑和相应的卤素反应得到。

2 Sb + 3 X2 → 2 SbX3 (X=Cl、Br或I)

浓盐酸和硫化锑反应也能得到得到三氯化锑,它可以通过重结晶蒸馏[3]来提纯。三氯化锑可以溶解很多氯化物,得到导电的溶液。[2]

三卤化锑在水溶液中可以强烈水解,生成难溶于水的卤氧化物[1]

SbX3 + H2O → SbOX↓ + 2 HCl (X=卤素)

除了SbOX外,还会生成Sb4O5X2等其它含氧物种。[4]

氯氧化锑(SbOCl)由三氯化锑水解得到,白色的水解产物可以溶于酒石酸硫代硫酸钠,形成[SbO(C4H4O6)]和[Sb(S2O3)3]3−而溶解。将三氯化锑溶于较浓的盐酸,形成氯锑酸盐而抑制SbOCl沉淀的生成。它和强还原剂反应,放出剧毒的锑化氢[2]

3 H+ + SbCl4 + 3 Zn → SbH3↑ + 3 Zn2+ + 4 Cl

较弱的还原剂只会使反应产物停留在单质锑:

2 SbCl4 + 3 Fe → 2 Sb↓ + 3 Fe2+ + 8 Cl

五卤化锑是低熔点的化合物。五氟化锑可由五氯化锑氟化氢反应,或三氟化锑氟气反应得到:[5]

SbCl5 + 5 HF → SbF5 + 5 HCl
SbF3 + F2 → SbF5

五氯化锑可由三氯化锑的进一步氯化得到。

SbCl3 + Cl2 → SbCl5

这两种卤化物都能形成六卤配离子SbX
6
。三氯化锑在氯化铯的存在下被氯气部分氧化,生成深蓝色的Cs2SbCl6,其结构与黑色的(NH4)2SbBr6类似,由[SbX6]3−和[SbX6]构成。[6]

氧化物、氢氧化物及含氧酸盐[编辑]

锑和氧气反应得到三氧化二锑(Sb4O6),它以二聚体的形式存在。简单的分子Sb2O3只有在高温下存在。三氧化二锑溶于浓酸或有配位性的酸,形成相应的盐或配离子,如溶于硫酸生成硫酸锑(Sb2(SO4)3);它也能溶于碱形成亚锑酸盐。氢氧化锑(Sb(OH)3)是未知的,目前仅已知Sb2O3·xH2O这一水合物[7]

五氧化二锑(Sb4O10)可由五氯化锑的水解得到。[8]其胶体可由三氧化二锑过氧化氢反应得到:[9]

Sb4O6 + 4H2O2 ⇌ Sb4O10 + 4 H2O

硫酸介质中,过硫酸铵氧化三氧化二锑也能得到五氧化二锑。[10]五氧化二锑的酸性比三氧化二锑强,可溶于碱形成锑酸盐。在工业上以五氯化锑制备锑酸盐,为使的用量减少而节约成本,会先将氯化物水解,再用氢氧化钠进行反应。[11]将三氧化二锑溶于氢氧化钠得到的亚锑酸盐用过氧化氢氧化,也是工业上制备锑酸盐的方法之一。[12]六羟基合锑酸钾(K[Sb(OH)6])在强碱性的条件下可以将离子沉淀。[13]

硫属化物及硫代酸盐[编辑]

黑色的硫化锑
硫化锑矿物——辉锑矿

锑的硫化物在自然界中以辉锑矿的形式存在。硫化锑可溶于碱金属硫化物溶液[14]氢氧化物溶液[7]

Sb2S3 + 3 S2− → 2 SbS3−
3
2 Sb2S3 + 4 OHSbO
2
+ SbS
2
+ 2 H2O
Sb2S3 + 6 OHSbO3−
3
+ SbS3−
3
+ 3 H2O

形成的硫代亚锑酸盐在酸的存在下又会沉淀出硫化锑。硫代锑酸锑(SbSbS4)可用作润滑添加剂。[15]硒化锑可由的单质直接反应得到[16],它可用作光学材料[17],如用于太阳能电池中。[18]碲化锑也可由相似的元素化合反应制备[19],或以三氯化锑亚碲酸钠为原料,由还原剂硼氢化钠还原制得。[20]混合硫属化物(如Sb2Te2Se)是已知的,[21]可由单质在高温下按化学计量比反应得到。[22]

参考文献[编辑]

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 北京师范大学 等. 无机化学(下册)第四版. 高等教育出版社, 2003. pp 687-692. ISBN 978-7-04-011583-3
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 无机化学丛书 第四卷 氮 磷 砷分族. pp 435-442
  3. ^ 段学臣, 杨向萍, 黄蔚庄. 高纯三氯化锑的制备[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2001, 32(2):169-172.
  4. ^ 杜新玲. Sb3+-Cl-H2O体系中三氯化锑水解平衡的研究[J]. 中国有色冶金, 2012, 41(5):75-79.
  5. ^ Handbook of Preparative Inorganic Chemistry, 2nd Ed. Edited by G. Brauer, Academic Press, 1963, NY. Vol. 1. p. 200.
  6. ^ Inorganic Chemistry. pp 409-410
  7. ^ 7.0 7.1 无机化学丛书 第四卷 氮 磷 砷分族. pp 443-450
  8. ^ 孙兆祥, 李玉红. 水合五氧化二锑的合成及其对Sc3+吸附性能的研究[J]. 北京师范大学学报:自然科学版, 1997(1):99-103.
  9. ^ 张利, 李庆奎, 龚竹青,等. 胶体五氧化二锑的制备及性质[J]. 精细化工, 2005, 22(3):222-226.
  10. ^ 吴建国, 柯家骏. 过硫酸铵法制备五氧化二锑[J]. 无机盐工业, 1991(1):9-11.
  11. ^ 梁永棠, 钟宁远. 氯化法生产锑酸钠工艺[J]. 无机盐工业, 1991(1):14-18.
  12. ^ 刘鹊鸣, 单桃云, 金承永. 氧化锑矿碱法制备锑酸钠工艺探讨[J]. 湖南有色金属, 2014, 30(3):31-33.
  13. ^ 吴胜强, 杨玲. 六羟基锑酸钾法鉴定钠离子[J]. 凯里学院学报, 1999(3):21-21.
  14. ^ Inorganic Chemistry. pp 426-429
  15. ^ 姚俊兵. 锑化合物——优秀的润滑油脂添加剂[J]. 润滑油, 2006, 21(4):29-34.
  16. ^ 廖峻, 张军, 邵乐喜. 一种硒化锑微米单晶颗粒的制备方法:, CN 105603532 A[P]. 2016.
  17. ^ 薛丁江, 石杭杰, 唐江. 新型硒化锑材料及其光伏器件研究进展[J]. 物理学报, 2015, 64(3):86-94.
  18. ^ 罗苗. 硒化锑薄膜太阳能电池的器件物理研究[D]. 华中科技大学, 2015.
  19. ^ 段兴凯, 江跃珍. 电弧等离子体合成Sb2Te3粉末材料的微结构研究[J]. 热加工工艺, 2011, 40(10):88-89.
  20. ^ 郭燕红. 碲化锑基低维材料的制备和物性研究[D]. 新疆大学, 2017.
  21. ^ Anderson, Thomas L.; Krause, H. Brigitte. Refinement of the antimony telluride and diantimony ditelluride selenide structures and their relation to nonstoichiometric antimony telluride selenide (Sb2Te3-ySey) compounds. Acta Crystallographica, Section B: Structural Crystallography and Crystal Chemistry, 1974. 30 (5): 1307-1310. DOI: 10.1107/S0567740874004729.
  22. ^ Huang, Shiu-Ming; Yan, You-Jhih; Yu, Shih-Hsun; Chou, Mitch. Thickness-dependent conductance in Sb2SeTe2 topological insulator nanosheets. Scientific Reports, 2017. 7 (1): 1-7. DOI:10.1038/s41598-017-02102-7

参考书籍[编辑]

  • 项斯芬 等. 无机化学丛书 第四卷 氮 磷 砷分族. 科学出版社. ISBN 9787030305480
  • Catherine E. H., Alan G. S. Inorganic Chemistry (2nd ed). Pearson Education Limited 2001, 2005. ISBN 0130-39913-2