Стибин

Стибин
Общие
Систематическое наименование	стибин (англ. Stibane)
Традиционные названия	сурьмянистый водород, антимонид водорода
Хим. формула	H3Sb
Физические свойства
Состояние	бесцветный легковоспламеняющийся газ, жидкость
Молярная масса	124,78 г/моль
Плотность	5,48 г/см³
Энергия ионизации	9,51 ± 0,01 эВ
Термические свойства
Т. плав.	−88 °C
Т. кип.	−17 °C
Мол. теплоёмк.	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
PubChem	9359
Рег. номер EINECS	620-578-3
SMILES	[SbH3]
InChI	1S/Sb.3H OUULRIDHGPHMNQ-UHFFFAOYSA-N
RTECS	WJ0700000
ChEBI	30288
ChemSpider	8992
Безопасность
ЛД50	100 мг/кг
Токсичность	4 4 2
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.

Стибин (сурьмянистый водород) — неорганическое бинарное химическое соединение сурьмы с водородом, имеющее чесночный запах. Химическая формула ${\displaystyle {\mathsf {H_{3}^{+}Sb^{-3}}}}$.

История получения/изучения

Стибин 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 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 быть определены, это отчасти объяснялось тем, что подходящих для постепенного синтеза приборов ещё 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 ${\displaystyle \Delta _{f}G_{g}^{0}}$ составляет 148 кДж/моль
• Стандартная энтропия образования ${\displaystyle S_{g}^{0}}$ составляет 233 Дж/(моль·K)

Химические

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. Газ медленно разлагается при комнатной температуре, зато быстро при температуре 200 °C:

${\displaystyle {\mathsf {2H_{3}Sb{\xrightarrow {(200^{o}C)}}3H_{2}+2Sb}}}$

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

Стибин легко окисляется кислородом O₂ или даже воздухом до Sb₂O₃:

${\displaystyle {\mathsf {2H_{3}Sb+3O_{2}\longrightarrow Sb_{2}O_{3}+3H_{2}O}}}$

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

${\displaystyle {\mathsf {H_{3}Sb+NaNH_{2}\longrightarrow NaH_{2}Sb+NH_{3}}}}$

Получение

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:

${\displaystyle {\mathsf {Sb(OH)_{3}+6H\longrightarrow H_{3}Sb+3H_{2}O}}}$

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

${\displaystyle {\mathsf {Mg_{3}Sb_{2}+6HCl\longrightarrow 2H_{3}Sb+3MgCl_{2}}}}$

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

${\displaystyle {\mathsf {Na_{3}Sb+3H_{2}O\longrightarrow H_{3}Sb+3NaOH}}}$

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⁺

${\displaystyle {\mathsf {4Sb_{2}O_{3}+6LiAlH_{4}\longrightarrow 8H_{3}Sb+3Li_{2}O+3Al_{2}O_{3}}}}$

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

${\displaystyle {\mathsf {4SbCl_{3}+3NaBH_{4}\longrightarrow 4H_{3}Sb+3NaCl+3BCl_{3}}}}$

Также в водной среде:

${\displaystyle {\mathsf {SbCl_{3}+3NaBH_{4}\longrightarrow H_{3}Sb+3NaCl+3BH_{3}}}}$

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

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 свойства

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. также

• Сурьма
• Арсин
• Высокотоксичные вещества