銻化合物

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銻化合物是化學元素(Sb)所形成的化合物。在銻化合物中,銻主要呈現+3和+5價,其+3價的陽離子在水中水解,一般以SbO+
的形式存在,而不是Sb3+
[1]

鹵化物、鹵氧化物及鹵代酸鹽[編輯]

三氯化銻在常溫下為固體,73.4 °C熔化。
五氯化銻在常溫下以液體的形式存在,2.8 °C以下凝固。

銻可以形成+3價和+5價的鹵化物。+3價的四種鹵化物均是已知的,除三碘化銻為紅色晶體外,其餘均為無色晶體。[1]三氟化銻是一種氟化劑,其活性比三氟化砷強,可由三氧化二銻氟化氫反應得到:[2]

Sb2O3 + 6 HF → 2 SbF3 + 3 H2O

它可用於製備有機氟化物。其餘三鹵化銻可由金屬銻和相應的鹵素反應得到。

2 Sb + 3 X2 → 2 SbX3 (X=Cl、Br或I)

濃鹽酸和硫化銻反應也能得到得到三氯化銻,它可以通過重結晶蒸餾[3]來提純。三氯化銻可以溶解很多氯化物,得到導電的溶液。[2]

三鹵化銻在水溶液中可以強烈水解,生成難溶於水的鹵氧化物[1]

SbX3 + H2O → SbOX↓ + 2HX (X=鹵素)

除了SbOX外,還會生成Sb4O5X2等其它含氧物種。[4]

氯氧化銻由三氯化銻水解得到,白色的水解產物可以溶於酒石酸硫代硫酸鈉,形成[SbO(C4H4O6)]和[Sb(S2O3)3]3−而溶解。將三氯化銻溶於較濃的鹽酸,形成氯銻酸鹽而抑制SbOCl沉澱的生成。它和強還原劑反應,放出劇毒的銻化氫[2]

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

較弱的還原劑只會使反應產物停留在單質銻:

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

五鹵化銻是低熔點的化合物。五氟化銻可由五氯化銻氟化氫反應,或三氟化銻氟氣反應得到:[5]

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

五氯化銻可由三氯化銻的進一步氯化得到。

SbCl3 + Cl2 → SbCl5

這兩種鹵化物都能形成六鹵配離子SbX
6
。三氯化銻在氯化銫的存在下被氯氣部分氧化,生成深藍色的Cs2SbCl6,其結構與黑色的(NH4)2SbBr6類似,由[SbX6]3−和[SbX6]構成。[6]

氧化物、氫氧化物及含氧酸鹽[編輯]

銻和氧氣反應得到三氧化二銻(Sb4O6),它以二聚體的形式存在。簡單的分子Sb2O3只有在高溫下存在。三氧化二銻溶於濃酸或有配位性的酸,形成相應的鹽或配離子,如溶於硫酸生成硫酸銻(Sb2(SO4)3);它也能溶於鹼形成亞銻酸鹽。氫氧化銻(Sb(OH)3)是未知的,目前僅已知Sb2O3·xH2O這一水合物[7]

五氧化二銻(Sb4O10)可由五氯化銻的水解得到。[8]其膠體可由三氧化二銻過氧化氫反應得到:[9]

Sb4O6 + 4H2O2 ⇌ Sb4O10 + 4 H2O

硫酸介質中,過硫酸銨氧化三氧化二銻也能得到五氧化二銻。[10]五氧化二銻的酸性比三氧化二銻強,可溶於鹼形成銻酸鹽。在工業上以五氯化銻製備銻酸鹽,為使的用量減少而節約成本,會先將氯化物水解,再用氫氧化鈉進行反應。[11]將三氧化二銻溶於氫氧化鈉得到的亞銻酸鹽用過氧化氫氧化,也是工業上製備銻酸鹽的方法之一。[12]六羥基合銻酸鉀(K[Sb(OH)6])在強鹼性的條件下可以將離子沉澱。[13]

硫屬化物及硫代酸鹽[編輯]

黑色的硫化銻
硫化銻礦物——輝銻礦

銻的硫化物在自然界中以輝銻礦的形式存在。硫化銻可溶於鹼金屬硫化物溶液[14]氫氧化物溶液[7]

Sb
2
S
3
+ 3 S2−
→ 2 SbS3−
3
2 Sb
2
S
3
+ 4 OH
SbO
2
+ SbS
2
+ 2 H
2
O
Sb
2
S
3
+ 6 OH
SbO3−
3
+ SbS3−
3
+ 3 H
2
O

形成的硫代亞銻酸鹽在酸的存在下又會沉澱出硫化銻。硫代銻酸銻(SbSbS4)可用作潤滑添加劑。[15]硒化銻可由的單質直接反應得到[16],它可用作光學材料[17],如用於太陽能電池中。[18] 硫化銻和氯化亞銅三氯化鋁在離子液體中反應,可以得到橙紅色的[Cu(Sb2S3)][AlCl4]晶體。[19]

Sb2S3 + CuCl + AlCl3 → [Cu(Sb2S3)][AlCl4]
Cu(Sb2S3)AlCl4晶體照片

碲化銻也可由相似的元素化合反應製備[20],或以三氯化銻亞碲酸鈉為原料,由還原劑硼氫化鈉還原製得。[21]混合硫屬化物(如Sb2Te2Se)是已知的,[22]可由單質在高溫下按化學計量比反應得到。[23]

參考文獻[編輯]

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 北京師範大學 等. 無機化學(下冊)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 無機化學叢書 第四卷 氮 磷 砷分族. pp 435-442
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  5. ^ Handbook of Preparative Inorganic Chemistry, 2nd Ed. Edited by G. Brauer, Academic Press, 1963, NY. Vol. 1. p. 200.
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  22. ^ 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.
  23. ^ 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

參考書籍[編輯]

  • 項斯芬 等. 無機化學叢書 第四卷 氮 磷 砷分族. 科學出版社. ISBN 9787030305480
  • Catherine E. H., Alan G. S. Inorganic Chemistry (2nd ed). Pearson Education Limited 2001, 2005. ISBN 0130-39913-2