Стибин

Стиби́н (сурьмя́нистый водоро́д) — неорганическое бинарное химическое соединение сурьмы с водородом, очень ядовитый легковоспламеняющийся газ, имеющий чесночный запах. Химическая формула H₃Sb.

Стибин
Общие
Систематическое наименование	стибин
Традиционные названия	сурьмянистый водород, антимонид водорода, гидрид сурьмы
Хим. формула	SbH3
Рац. формула	SbH3
Физические свойства
Состояние	бесцветный легковоспламеняющийся газ, жидкость
Молярная масса	124,78 г/моль
Плотность	5,48 г/л
Энергия ионизации	9,51 ± 0,01 эВ
Термические свойства
Температура
• плавления	−88 °C
• кипения	−17 °C
Мол. теплоёмк.	41 Дж/(моль·К)
Давление пара	82,8 кПа
Химические свойства
Растворимость
• в воде	слабо растворим
• в остальных веществах	растворим в этаноле и сероуглероде
Структура
Координационная геометрия	тригональная, пирамидальная
Классификация
Рег. номер CAS	7803-52-3
PubChem	9359
Рег. номер EINECS	620-578-3
SMILES	[SbH3]
InChI	InChI=1S/Sb.3H OUULRIDHGPHMNQ-UHFFFAOYSA-N
RTECS	WJ0700000
ChEBI	30288
ChemSpider	8992
Безопасность
ЛД50	100 мг/кг
Токсичность	Класс опасности 2
Пиктограммы ECB
NFPA 704	4 4 2
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

История получения/изученияПравить

Стибин по химическим свойствам очень похож на арсин — это было обнаружено с помощью пробы Марша. Этот тест определяет количество арсина, получаемое в присутствии мышьяка. Процедура разработана около 1836 года Джеймсом Маршем. Газ заметен в стеклянной трубке и разлагается посредством нагрева до температуры 250—300 °C. Присутствие мышьяка было указано по образованию осадка в нагретой части. Образование чёрного налёта (так называемого «сурьмянистого зеркала») на стекле в прохладной части оборудования указывает на присутствие сурьмы.

В 1837 году Льюис Томсон и Пфафф независимо обнаружили стибин. Однако его свойства долгое время оставались слабо изученными, поскольку лабораторная приборная база того времени не соответствовала изучаемому предмету. Только в 1876 году Фрэнсис Джонс протестировал несколько методов синтеза, а в 1901 году Альфредом Стоком было определено большинство свойств стибина.

СвойстваПравить

ФизическиеПравить

• Стандартная энергия Гиббса ${\mathrm{\Delta <!--\; \Delta \; -->}}_f{G}_g^0$$\Delta _{f}G_{g}^{0}$  составляет 148 кДж/моль
• Стандартная энтропия образования $S_g^0$$S_{g}^{0}$  составляет 233 Дж/(моль·K)

ХимическиеПравить

Бесцветный легковоспламеняющийся газ с неприятным запахом. Сильный восстановитель, ядовит.

Химические свойства H₃Sb схожи с арсином. Реагирует с растворами солей тяжёлых непереходных элементов (Ag⁺, Pb²⁺). Типичная для тяжёлых соединений с водородом (например, AsH₃, H₂Te, SnH₄) неустойчивость связей между составляющими элементами так же подойдёт под определение стибина.

Стибин медленно разлагается на сурьму и водород уже при комнатной температуре, зато быстро при температуре 200 °C. Процесс идёт с большей лёгкостью, чем в случае разложения арсина.

$\mathsf{2}{\mathsf{H}}_{\mathsf{3}}\mathsf{S}\mathsf{b}\stackrel{\mathsf{(}{\mathsf{200}}^{\mathsf{o}}\mathsf{C}\mathsf{)}}{\to }\mathsf{3}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{S}\mathsf{b}$${\mathsf {2H_{3}Sb{\xrightarrow {(200^{o}C)}}3H_{2}+2Sb}}$ 

Образует катион стибония H₄Sb⁺ (Аналог аммония) Разложение происходит с помощью автокатализа, которое может быть взрывоопасным:

Стибин легко окисляется кислородом O₂ или даже воздухом до Sb₂O₃:

$\mathsf{2}{\mathsf{H}}_{\mathsf{3}}\mathsf{S}\mathsf{b}\mathsf{+}\mathsf{3}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}⟶<!--\; ⟶\; -->\mathsf{S}{\mathsf{b}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{3}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$${\mathsf {2H_{3}Sb+3O_{2}\longrightarrow Sb_{2}O_{3}+3H_{2}O}}$ 

Стибин может быть депротонирован. В данном случае выделяется аммиак и дигидроантимонид натрия:

${\mathsf{H}}_{\mathsf{3}}\mathsf{S}\mathsf{b}\mathsf{+}\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{N}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}⟶<!--\; ⟶\; -->\mathsf{N}\mathsf{a}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}\mathsf{b}\mathsf{+}\mathsf{N}{\mathsf{H}}_{\mathsf{3}}$${\mathsf {H_{3}Sb+NaNH_{2}\longrightarrow NaH_{2}Sb+NH_{3}}}$ 

ПолучениеПравить

Получают стибин в виде нестабильного газа действием атомарного водорода на соединения сурьмы или при действии кислот на антимониды магния, цинка.

Получается при воздействии на гидроксид сурьмы(III) атомарным водородом:

$\mathsf{S}\mathsf{b}\mathsf{(}\mathsf{O}\mathsf{H}{\mathsf{)}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{6}\mathsf{H}⟶<!--\; ⟶\; -->{\mathsf{H}}_{\mathsf{3}}\mathsf{S}\mathsf{b}\mathsf{+}\mathsf{3}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$${\mathsf {Sb(OH)_{3}+6H\longrightarrow H_{3}Sb+3H_{2}O}}$ 

Так же существует возможность реакции антимонида магния с избытком разбавленной соляной кислоты. Получается стибин и хлорид магния:

$\mathsf{M}{\mathsf{g}}_{\mathsf{3}}\mathsf{S}{\mathsf{b}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{6}\mathsf{H}\mathsf{C}\mathsf{l}⟶<!--\; ⟶\; -->\mathsf{2}{\mathsf{H}}_{\mathsf{3}}\mathsf{S}\mathsf{b}\mathsf{+}\mathsf{3}\mathsf{M}\mathsf{g}\mathsf{C}{\mathsf{l}}_{\mathsf{2}}$${\mathsf {Mg_{3}Sb_{2}+6HCl\longrightarrow 2H_{3}Sb+3MgCl_{2}}}$ 

Кроме того, содержащие Sb⁻³ соединения реагируют с протонными реагентами (даже с водой):

$\mathsf{N}{\mathsf{a}}_{\mathsf{3}}\mathsf{S}\mathsf{b}\mathsf{+}\mathsf{3}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}⟶<!--\; ⟶\; -->{\mathsf{H}}_{\mathsf{3}}\mathsf{S}\mathsf{b}\mathsf{+}\mathsf{3}\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{O}\mathsf{H}$${\mathsf {Na_{3}Sb+3H_{2}O\longrightarrow H_{3}Sb+3NaOH}}$ 

Оба метода получения имеют недостаток, заключающейся в том, что в результате реакций газообразный стибин получается в смеси с водородом. При охлаждении газа до уровня ниже −17 °C этот недостаток может быть устранён, потому что стибин конденсируется при такой температуре.

Методом, который позволяет избежать такго недостатка, является последовательная реакция катиона Sb³⁺ с веществами, содержащими формальный анион H⁻ с образованием Sb⁻³ и H⁺

$\mathsf{4}\mathsf{S}{\mathsf{b}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{6}\mathsf{L}\mathsf{i}\mathsf{A}\mathsf{l}{\mathsf{H}}_{\mathsf{4}}⟶<!--\; ⟶\; -->\mathsf{8}{\mathsf{H}}_{\mathsf{3}}\mathsf{S}\mathsf{b}\mathsf{+}\mathsf{3}\mathsf{L}{\mathsf{i}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}\mathsf{+}\mathsf{3}\mathsf{A}{\mathsf{l}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}$${\mathsf {4Sb_{2}O_{3}+6LiAlH_{4}\longrightarrow 8H_{3}Sb+3Li_{2}O+3Al_{2}O_{3}}}$ 

Или, как правило, получают гидрированием хлорида сурьмы (III) с использованием борогидрида натрия в эфирных растворителях:

$\mathsf{4}\mathsf{S}\mathsf{b}\mathsf{C}{\mathsf{l}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{3}\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{B}{\mathsf{H}}_{\mathsf{4}}⟶<!--\; ⟶\; -->\mathsf{4}{\mathsf{H}}_{\mathsf{3}}\mathsf{S}\mathsf{b}\mathsf{+}\mathsf{3}\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{C}\mathsf{l}\mathsf{+}\mathsf{3}\mathsf{B}\mathsf{C}{\mathsf{l}}_{\mathsf{3}}$${\mathsf {4SbCl_{3}+3NaBH_{4}\longrightarrow 4H_{3}Sb+3NaCl+3BCl_{3}}}$ 

Также в водной среде:

$\mathsf{S}\mathsf{b}\mathsf{C}{\mathsf{l}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{3}\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{B}{\mathsf{H}}_{\mathsf{4}}⟶<!--\; ⟶\; -->{\mathsf{H}}_{\mathsf{3}}\mathsf{S}\mathsf{b}\mathsf{+}\mathsf{3}\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{C}\mathsf{l}\mathsf{+}\mathsf{3}\mathsf{B}{\mathsf{H}}_{\mathsf{3}}$${\mathsf {SbCl_{3}+3NaBH_{4}\longrightarrow H_{3}Sb+3NaCl+3BH_{3}}}$ 

ПрименениеПравить

Стибин используется в полупроводниковой промышленности с добавкой небольших количеств сурьмы с использованием процесса химического осаждения паров (ССЗ). Так же сообщается, что стибин используется как фумигант, но его нестабильность и быстрая выветриваемость контрастирует с более традиционным фумигантом PH₃.

Опасность примененияПравить

 

Стибин высокотоксичен: ЛД₅₀ от 100 мг/кг у мышей. По механизму действия и опасности для человека аналогичен арсину. К счастью, стибин настолько неустойчив, что он редко встречается за пределами лабораторий.

Токсикологические свойстваПравить

Отличается по токсичности от других соединений сурьмы, но аналогичен арсину. Стибин связывается с гемоглобином красных кровяных клеток, заставляя их разрушаться. В большинстве случаев отравление стибином не схоже с арсиновым, хотя исследования на животных показывают, что их токсичность эквивалентна. Первые признаки воздействия, которые могут появиться через несколько часов, очевидны:

• головные боли,
• головокружение и тошнота, а затем симптомы гемолитической анемии (высокий уровень неконъюгированного билирубина),
• гемоглобинурия,
• нефропатия.

См. такжеПравить

• Сурьма
• Арсин
• Фосфин
• Висмутин
• Высокотоксичные вещества