Стибин

Стибин
Общие
Систематическое наименование	стибин (англ. Stibane)
Традиционные названия	сурьмянистый водород, антимонид водорода
Химическая формула	H3Sb
Физические свойства
Состояние (ст. усл.)	бесцветный легковоспламеняющийся газ, жидкость
Молярная масса	124.784 г/моль
Плотность	5.48 г/см³
Термические свойства
Температура плавления	−88 °C
Температура кипения	−17 °C
Молярная теплоёмкость (ст. усл.)	41 Дж/(моль·К)
Давление пара	82,8 кПа
Химические свойства
Растворимость в воде	слабо растворим
Растворимость в остальных веществах	растворим в этаноле и сероуглероде
Структура
Координационная геометрия	тригональная, пирамидальная
Классификация
Рег. номер CAS	7803-52-3
Безопасность
ЛД50	100 мг/кг
Токсичность	4 4 2

Стибин (сурьмянистый водород) — неорганическое бинарное химическое соединение сурьмы с водородом, имеющее запах сероводорода (то есть запах тухлых яиц). Химическая формула $~\mathsf{H^+_3Sb^{-3}}$.

История получения/изучения

Стибин очень похож на арсин — это было обнаружено с помощью пробы Марша. Это 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 черного налета на стекле в прохладной части оборудования указывает на присутствие сурьмы.

В 1837 году Льюис Томсон и Пфафф независимо обнаружили стибин. Потребовалось некоторое время, прежде чем свойства токсичных газов могли были определены, это отчасти объяснялось тем, что подходящих для постепенного синтеза приборов еще не было. В 1876 году Фрэнсис Джонс протестировал несколько методов синтеза, но затем в 1901 году Альфредом Стоком было определено большинство свойств стибина.

Свойства

Физические

• Стандартная энергия Гиббса $\Delta_f G^0_g$ составляет 148 кДж/моль
• Стандартная энтропия образования $S^0_g$ составляет 233 Дж/(моль·K)

Химические

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

Химические свойства H₃Sb схожи с арсином. Типичная для тяжелых соединений с водородом (например, AsH₃, H₂Te, автокатализа, которое может быть взрывоопасным:

Стибин легко окисляется кислородом O₂ или даже воздухом:

2H₃Sb + 3O₂ → Sb₂O₃ + 3H₂O

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

$~\mathsf{H_3Sb+NaNH_2 \longrightarrow NaH_2Sb+NH_3}$

Получение

Получают действием атомарного водорода на соединения сурьмы или при действии кислот на антимониды магния, цинка. Или, как правило, последовательной реакцией катиона Sb³⁺ с анионом H⁻ и образуется Sb³⁻ и H⁺

$~\mathsf{2Sb_2O_3+3LiAlH_4 \longrightarrow 4H_3Sb+1.5Li_2O+1.5Al_2O_3}$

$~\mathsf{SbCl_3+\frac{3}{4} NaBH_4 \longrightarrow H_3Sb+\frac{3}{4} NaCl+\frac{3}{4} BCl_3}$

Кроме того, соединения с Sb³⁻ реагируют с протонными реагентами (даже с водой), давая стибин в виде нестабильного газа:

NaOH.

Синтез

Получается при воздействии на гидроксид сурьмы(III) водородом:

$\mathsf{Sb(OH)_3 + 6 H \longrightarrow H_3Sb + 3 H_2O}$

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

$\mathsf{Mg_3Sb_2 + 6 HCl \longrightarrow 2 H_3Sb + 3 MgCl_2}$

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

Методом, который позволяет не получить такой недостаток, является гидрирование хлорида сурьмы(III) с использованием борогидрида натрия в растворе соляной кислоты:

$\mathsf{SbCl_3+3NaBH_4 \longrightarrow H_3Sb+3NaCl+3BH_3}$

Применение

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 применения

Он высоко токсичен: ЛД₅₀ от 100 мг/кг у мышей. К счастью, стибин настолько неустойчив, что он редко встречается за пределами лабораторий.

Токсикологические свойства

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

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

См. также

• Сурьма
• Арсин
• Высокотоксичные вещества