51 Sb 锑 121.76
类金属 p区 第5周期 第15族

锑

Sb · 元素51 · 类金属

一种自古以来就被用作眼部化妆品的脆性类金属,如今则用作阻燃剂。

20°C时的状态 固态
原子量 121.76 u
电子排布[Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p³

结构

锑原子

这不是环上点阵图,而是对每个已占据亚层的实际概率密度|ψ|²进行蒙特卡洛采样。拖动即可旋转。蓝色和紫色表示波函数的相反符号,这正是成键成为可能的原因。

轨道云

测量值

属性表

每个条形图显示锑在全部118种元素中该属性所处的位置。

物理

密度 6.697 g/cm³ 38%
熔点 903.8 K 37%
沸点 1860 K 42%
比热容 0.207 J/g·K
热导率 24.3 W/m·K 52%

原子

原子半径 139 pm 30%
共价半径 139 pm
范德华半径 206 pm

电子

电负性 2.05 73%
电离能 833.6 kJ/mol 73%
电子亲和能 101.3 kJ/mol 68%

存在情况

地壳中的丰度 0.2 mg/kg 44%

身份

符号Sb
原子序数51
原子量121.76 u
类别类金属
区p
晶体结构菱方晶系
氧化态-3, +3, +5
发现ancient
发现者自古以来已知

来源:IUPAC 2021标准原子量、CRC《化学与物理手册》、NIST。标有~的数值为预测值,而非测量值。

尺寸,按比例显示

锑的原子有多大?

半径139 pm——即0.139 nm,因此大约3.6百万个这样的原子并排起来才有一毫米长。

温度范围

固态、液态、气态——以及转变时机

锑在956 K的范围内呈液态,温度从904 K到1860 K。

所在位置

在表中的位置

锑位于第5周期、第15族。 第15族中的所有元素具有相同的最外层电子数,因此它们的性质非常相似。

其他类金属

所有类金属

背后的故事

锑是什么,以及我们如何发现它

一种自古以来就被用作眼部化妆品的脆性类金属,如今则用作阻燃剂。

锑的发现

从古代美容秘诀到现代元素

古埃及起源(公元前3000年)

锑的故事始于古代美容仪式。包括克娄巴特拉在内的埃及王后使用研磨后的辉锑矿(硫化锑)作为“kohl”——浓重的黑色眼妆,同时还能防止眼部感染,减弱沙漠阳光的眩光。

“她的眼睛描画着由辉锑矿制成的kohl,目光仿佛能够统御帝国。”——对埃及美人的古代描述

中世纪炼金术

中世纪炼金术士称锑为“金属之狼”,因为锑与其他金属一起加热时,似乎会“吞噬”其他金属。在炼金术文献中,符号♁代表锑,炼金术士相信它拥有嬗变能力。

修士的神秘发现

大约在1450年,一位名叫巴西尔·瓦伦丁的德国本笃会修士(可能是笔名)在其手稿《锑的凯旋战车》中详细记述了锑。他描述了提取金属锑的方法及其医学用途——尽管他的治疗方法往往被证明具有毒性!

贵金属混淆

几个世纪以来,锑一直与铅和锡混淆。其名称源自希腊语“anti-monos”,意为“不单独存在”,因为锑很少以纯态出现。阿拉伯炼金术士称它为“al-ithmid”,后来演变成“antimony”。

科学认识

尼古拉·勒梅里(1707年)在其化学论著中首次明确将锑区分为一种独立的元素。他证明锑可以被分离成一种脆性的银白色金属,其性质不同于铅或锡。

工业革命时期的用途

工业革命揭示了锑的真正潜力:

  • 18世纪80年代:印刷机用字模合金推动出版业变革
  • 19世纪40年代:火柴和击发帽中使用锑
  • 19世纪60年代:使用巴氏合金(锑锡合金)制造装饰品
  • 19世纪90年代:为早期汽车开发铅锑电池栅格

20世纪阻燃剂革命

20世纪50年代的发现:科学家发现三氧化二锑能够显著增强卤化化合物的阻燃性质。这一突破促成了锑最重要的现代用途——通过预防火灾挽救了无数生命。

现代认识

如今,我们了解到锑是一种具有独特性质的类金属:

  • 电子排布:[Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p³
  • 同素异形:以多种晶体形式存在
  • 半导体性质:用于现代电子产品和红外探测器
精彩旅程:从克娄巴特拉的眼妆到现代消防安全——锑长达5000年的历程展示了古老材料如何通过科学认识找到革命性的新用途!

用途

锑的用途

消防安全与阻燃剂

三氧化二锑(Sb₂O₃)是世界上最重要的阻燃协效剂,在全球锑消费量中占比超过60%。它通过释放干扰燃烧化学过程的卤化锑发挥作用,从儿童睡衣到飞机内饰,都能得到保护。

汽车工业

  • 刹车片:硫化锑提供在高温下仍能保持稳定性能的摩擦材料
  • 电池栅格:汽车电池中的铅锑合金(2-6% Sb)提供机械强度和耐腐蚀性
  • 轴承合金:用于重型发动机轴承的锑锡铜巴氏合金
  • 焊接:汽车电子产品中的无铅焊料含有锑

玻璃与陶瓷

  • 玻璃澄清:三氧化二锑可去除气泡,提高高品质玻璃生产中的透明度
  • 脱色剂:中和玻璃中铁杂质造成的黄色和绿色色调
  • 乳浊剂:制造白色、不透明的玻璃和陶瓷釉
  • 电视屏幕:阴极射线管玻璃中的锑化合物用于辐射屏蔽

纺织品与塑料

  • 聚酯生产:锑催化剂(三氧化二锑)促进聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)聚合
  • 阻燃织物:地毯、装饰织物和防护服中含有锑化合物
  • 塑料添加剂:在硬质PVC和热固性塑料中,三氧化二锑与卤化化合物配合使用

颜料与涂料

  • 那不勒斯黄:锑酸铅形成这种自古以来用于艺术创作的历史颜料
  • 伪装涂料:锑化合物降低红外反射率,用于军事用途
  • 陶瓷釉:锑为陶器和瓷砖赋予黄色和白色

电子产品与半导体

  • 半导体掺杂:超纯锑作为硅和锗中的n型掺杂剂
  • 热电器件:铋锑合金用于珀耳帖制冷系统
  • 红外探测器:锑化铟(InSb)用于军事和科学用途
  • 二极管:锑化合物用于隧道二极管和微波器件

军事与国防

  • 曳光弹:锑化合物形成可见的子弹飞行轨迹
  • 底火配方:击发帽和小型武器底火中含有三硫化二锑
  • 穿甲弹:锑使穿甲弹中的铅芯硬化

医药用途

  • 抗寄生虫药:锑化合物用于治疗利什曼病和血吸虫病
  • 兽医学:酒石酸锑钾用于治疗某些动物寄生虫

日常生活中的锑

家庭消防安全

  • 床垫:泡沫和织物罩中使用以锑为基础的阻燃剂
  • 地毯与小地毯:三氧化二锑防止家居用品中的火焰快速蔓延
  • 儿童服装:阻燃睡衣使用锑化合物以提高安全性
  • 装饰织物:沙发、椅子和窗帘经过以锑为基础的阻燃剂处理
  • 电子产品外壳:电视、电脑和家用电器外壳含有锑,以提高消防安全性

你的车辆

  • 汽车电池:铅锑栅格提供结构强度和较长使用寿命
  • 刹车片:硫化锑摩擦材料帮助汽车安全停车
  • 内饰部件:仪表板塑料和座椅织物含有阻燃剂
  • 电子系统:焊点和半导体部件中含有锑

食品与饮料容器

  • 塑料瓶:PET瓶生产中使用锑催化剂(水瓶、汽水瓶)
  • 食品包装:使用锑催化剂制成的聚酯薄膜和容器
  • 微波炉容器:耐热塑料通常含有锑化合物

服装与纺织品

  • 聚酯服装:几乎所有聚酯织物的生产都使用锑催化剂
  • 地毯背衬:合成地毯纤维和背衬材料中含有锑
  • 运动装备:阻燃运动服和装备中含有锑

建筑材料

  • 隔热材料:经锑处理的泡沫隔热材料满足消防安全要求
  • 电线:PVC电线涂层中含有锑以提高阻燃性
  • 屋面材料:合成屋面膜中含有锑化合物

消费电子产品

  • 电路板:阻燃PCB基材中含有锑
  • 电缆护套:电缆外部的塑料覆盖层经过锑处理
  • 设备外壳:手机和电脑外壳中含有锑阻燃剂
隐藏的锑:你每天会在不知不觉中与锑接触几十次,从聚酯衬衫到汽车刹车片,再到水瓶。它是化学世界中最不显眼但不可或缺的元素之一!

来源

自然存在

地壳中含量为0.2 mg/kg · 比44%的元素更丰富

全球锑分布

主要矿物:辉锑矿

辉锑矿(Sb₂S₃)含有71.4%的锑,形成具有独特金属灰色的晶体,并具有完全解理。古代文明将辉锑矿称为“kohl”,用于眼部化妆,却没有意识到使用的是硫化锑。

全球主要矿床

  • 中国:占世界产量的60%,主要来自湖南省锡矿山矿床——世界上最大的锑矿
  • 俄罗斯:西伯利亚有重要矿床,尤其是萨雷拉赫斯科耶矿床
  • 塔吉克斯坦:泽拉夫尚金锑成矿带含有大型辉锑矿床
  • 缅甸:历史悠久的锑矿区,拥有丰富的辉锑矿脉
  • 玻利维亚:安第斯山脉的高海拔矿床,通常与锡和银伴生
  • 土耳其:重要的欧洲来源地,拥有多个正在开采的锑矿

地质形成

锑矿床通过相对低温(150-300°C)下的热液过程形成。这种元素集中于:

  • 浅成热液脉:由温泉和地热活动形成的近地表矿床
  • 交代矿床:锑矿物取代石灰岩和其他碳酸盐岩形成的矿床
  • 多金属矿床:常与金、银、汞和砷一起发现
  • 温泉矿床:活跃地热区域中现代锑的沉淀物

共生矿物

  • 锑华(Sb₂O₄):辉锑矿风化形成的黄色锑氧化物
  • 方锑矿(Sb₂O₃):氧化带中的白色锑氧化物
  • 锑赭石(Sb₂O₄):黄色至棕色的氧化产物
  • 自然锑:某些矿床中罕见的金属锑
  • 黝铜矿:铜锑硫化物,即“灰铜矿”

丰度与稀有性

锑在地壳中约为0.2 ppm,丰度排名第63位的元素,比锡稀有,但比银丰富。其富集需要特定的地质条件,因此具有经济价值的矿床并不常见。

二次来源

  • 铅电池回收:从废旧汽车电池中回收大量锑
  • 阻燃剂回收:从电子废弃物中回收锑
  • 轴承金属回收:从工业机械中回收再利用的锑
地质启示:锑倾向于在活跃地热系统附近形成,因此许多矿床位于火山地区——这种古老元素由此与地球持续进行的地质过程联系在一起!

处理

安全

锑的安全概况

有毒金属——谨慎处理

锑及其化合物有毒,需要谨慎处理。与锡不同,锑可通过吸入、摄入和皮肤接触造成显著健康风险。不同锑化合物的毒性差异很大。

呼吸危害

  • 急性暴露:锑尘和烟雾会引起尘肺(“锑肺”)
  • 慢性影响:长期吸入会导致呼吸道刺激和肺部瘢痕
  • 职业接触限值:OSHA规定工作场所空气中的限值为0.5 mg/m³
  • 防护设备:工业环境中必须使用呼吸器

全身性健康影响

  • 心血管系统:高剂量会影响心律和血压
  • 胃肠道:急性暴露会引起恶心、呕吐和腹泻
  • 皮肤影响:“锑斑”——接触引起的脓疱性皮肤损伤
  • 生殖系统:某些锑化合物会影响生育能力和发育

工作场所安全

  • 工程控制:锑加工区域应使用局部排风
  • 个人防护:手套、安全眼镜和适当的呼吸器
  • 卫生措施:彻底洗手,并使用单独的工作服
  • 医学监测:定期对接触锑的工作人员进行健康监测

环境与消费者安全

  • 饮用水:EPA规定饮用水中锑的最高含量为6 ppb
  • PET瓶:塑料瓶中微量锑的迁移通常是安全的
  • 食品接触:食品中的锑含量通常非常低
  • 电子废弃物:妥善处理可防止锑污染

火灾与化学危害

  • 锑化氢气体(SbH₃):毒性极强的锑氢化物气体
  • 燃烧产物:燃烧锑化合物会释放有毒烟雾
  • 化学反应性:某些锑化合物是氧化剂

应急响应

  • 吸入:转移到新鲜空气处,并立即就医
  • 皮肤接触:用肥皂和水彻底清洗
  • 眼睛接触:用水冲洗15分钟,并寻求医疗救助
  • 摄入:不要催吐,联系中毒控制中心
重要提示:虽然消费品中的锑(阻燃剂、PET瓶)造成的风险很小,但工业用锑需要严格的安全规程。处理锑化合物时,务必遵循MSDS指南。

快速解答

锑:常见问题

锑是什么?

锑(符号Sb)是元素周期表中的第51号元素,属于5周期15族的类金属。 一种自古以来就被用作眼部化妆品的脆性类金属,如今则用作阻燃剂。 在室温下为固态。

锑的电子排布是什么?

锑的基态电子排布为[Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p³,共有5个已占据的电子层,电子分布为2, 8, 18, 18, 5。 它的最外层有5个电子,这决定了它的成键行为。

锑的熔点和沸点是多少?

锑在903.8 K(630.6 °C)熔化,在1860 K(1586.9 °C)沸腾。

锑的原子量是多少?

锑的标准原子量为121.76 u。这是其自然存在的同位素的加权平均值,因此通常不是整数。

锑的密度是多少?

锑的密度为6.697 g/cm³。水的密度为1.0 g/cm³,因此锑块约重6.7倍。

锑的电负性是多少?

锑的鲍林电负性为2.05。该标度范围为0.70(钫,吸引电子能力最弱)至3.98(氟,吸引电子能力最强)。 处于这一中间范围的数值通常对应共价键,而不是强离子键。

谁发现了锑,是在什么时候?

锑自古以来就已为人所知——它以无需冶炼即可使用的形式存在,因此无法将其发现归功于某一个人。 名称来源于希腊语 anti + monos;符号源自 stibium。

锑在地球上有多常见?

锑约占地壳的0.2 mg/kg——确实很稀有,因此价格昂贵。