Фосфатные связующие

Способность фосфатов формировать прочную трёхмерную полимерную сетку используется для изготовления фосфатных и алюмофосфатных связок.

35. Мышьяк, сурьма, висмут. Общая характеристика элементов. Нахождение в природе, получение и свойства. Соединения с металлами – получение и свойства.

Мышья́ к As — химический элемент15-й группы четвёртого периода периодической системы; имеет атомный номер 33. Простое вещество представляет собой хрупкий полуметалл стального цвета с зеленоватым оттенком (в серой аллотропной модификации).

Мышьяк — рассеянный элемент. Содержание в земной коре 1, 7·10^{− 4}% по массе. В морской воде 0, 003 мг/л^[7]. Этот элемент иногда встречается в природе в самородном виде, минерал имеет вид металлически блестящих серых скорлупок или плотных масс, состоящих из мелких зёрнышек.

Известно около 200 мышьяковосодержащих минералов. В небольших концентрациях часто сопутствует свинцовым, медным и серебряным рудам. Довольно распространены два природных минерала мышьяка в виде сульфидов (бинарных соединений с серой): оранжево-красный прозрачный реальгар AsS и лимонно-жёлтый аурипигмент As₂S₃. Минерал, имеющий промышленное значение для получения мышьяка, — арсенопирит (мышьяковый колчедан) FeAsS или FeS₂•FeAs₂ (46 % As), также перерабатывают мышьяковистый колчедан — лёллингит (FeAs₂) (72, 8 % As), скородит FeAsO₄ (27 — 36 % As). Большая часть мышьяка добывается попутно при переработке мышьяковосодержащих золотых, свинцово-цинковых, медноколчеданных и других руд.

В настоящее время для получения металлического мышьяка чаще всего нагревают арсенопирит в муфельных печах без доступа воздуха. При этом освобождается мышьяк, пары которого конденсируются и превращаются в твердый мышьяк в железных трубках, идущих от печей, и в особых керамических приёмниках. Остаток в печах потом нагревают при доступе воздуха, и тогда мышьяк окисляется в As₂O₃. Металлический мышьяк получается в довольно незначительных количествах, и главная часть мышьякосодержащих руд перерабатывается в белый мышьяк, то есть в триоксид мышьяка — мышьяковистый ангидрид As₂О₃.

Основной способ получения — обжиг сульфидных руд с последующим восстановлением оксида углем:

На воздухе при обычных условиях мышьяк слегка окисляется с поверхности. Ни в воде, ни в органических растворителях мышьяк и его аналоги нерастворимы. Мышьяк химически активен. На воздухе при нормальной температуре даже компактный (плавленый) металлический мышьяк легко окисляется, при нагревании порошкообразный мышьяк воспламеняется и горит голубым пламенем с образованием оксида As2O3. Известен также термически менее устойчивый нелетучий оксид As2O5.
Мышьяк относится к группе элементов окислителей-восстановителей. При действии сильных восстановителей он проявляет окислительные свойства. Так, при действии металлов и водорода в момент выделения он способен давать соответствующие металлические и водородистые соединения:

6Ca +As4 = 2Ca3As2.

При действии сильных окислителей мышьяк переходит в трех- или пятивалентное состояние. Например, при накаливании на воздухе мышьяк, окисляясь кислородом, сгорает и образует белый дым – оксид мышьяка (III) As2O3:

As4 + 3O2 =2As2O3.

Сурьма́ (обозначается символом Sb) химический элемент 15-й группы пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева; имеет атомный номер 51. Сурьма — полуметалл серебристо-белого цвета с синеватым оттенком, грубозернистого строения. Известны четыре металлических аллотропных модификаций сурьмы, существующих при различных давлениях, и три аморфные модификации (взрывчатая, чёрная и жёлтая сурьма).

Из осадочных пород наиболее высокие концентрации сурьмы отмечаются в глинистых сланцах (1, 2 г/т), бокситах и фосфоритах (2 г/т) и самые низкие в известняках и песчаниках (0, 3 г/т). Повышенные количества сурьмы установлены в золе углей.

Сурьма в небольших количествах (граммы, десятки, редко сотни г/т) отмечается в галенитах, сфалеритах, висмутинах, реальгарах и других сульфидах.

Основной способ получения — обжиг сульфидных руд с последующим восстановлением оксида углем:

В обычных условиях сурьма свойства свои не меняет, в воде не растворяется. Хорошо взаимодействует в виде сплава сурьмы с другими металлами, так как основное ее достоинство – это увеличение твердости металлов. Даже если добавить к свинцу 1% сурьмы его прочность уже значительно увеличится.

Ви́ смут — химический элемент 15-й группы шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева; имеет атомный номер 83. Обозначается символом Bi, представляет собой при нормальных условиях блестящий серебристый с розоватым оттенком металл.

Содержание висмута в земной коре — 2·10^{− 5} % по массе, в морской воде — 2·10^{− 5} мг/л.

В рудах находится как в форме собственных минералов, так и в виде примеси в некоторых сульфидах и сульфосолях других металлов. В мировой практике около 90 % всего добываемого висмута извлекается попутно при металлургической переработке свинцово-цинковых, медных, оловянных руд и концентратов, содержащих сотые и иногда десятые доли процента висмута.

Висмутовые руды, содержащие 1 % и выше висмута, встречаются редко.

Висмут получают сплавлением сульфида с железом:

Bi₂S₃ + 3Fe = 2Bi + 3FeS,

или последовательным проведением процессов:

2Bi₂S₃ + 9O₂ = 2Bi₂O₃ + 6SO₂↑;

Bi₂O₃ + 3C = 2Bi + 3CO↑.

В соединениях висмут проявляет степени окисления − 3, +1, +2, +3, +4, +5. При комнатной температуре в среде сухого воздуха не окисляется, но в среде влажного воздуха покрывается тонкой плёнкой оксида. Нагрев до температуры плавления приводит к окислению висмута, которое заметно интенсифицируется при 500 °C. При достижении температуры выше 1000 °C сгорает с образованием оксида Bi₂O₃

Взаимодействие озона с висмутом приводит к образованию оксида Bi₂O₅.

Незначительно растворяет фосфор. Водород в твердом и жидком висмуте практически не растворяется, что свидетельствует о малой активности водорода по отношению к висмуту. Известны гидриды Bi₂H₂ и BiH₃, которые при нагреве являются неустойчивыми и ядовитыми газами. Висмут не взаимодействует с углеродом, азотом и кремнием.

Арсениды - соединения мышьяка с более электроположительными элементами.

Арсениды — кристаллические тугоплавкие соединения с металлическим блеском, обычно серебристо-белого или светло-серого цвета (иногда жёлтого или красного). Обладают полупроводниковой, полуметаллической или металлической (низшие арсениды) проводимостью.

С увеличением атомного содержания мышьяка в молекуле химическая стойкость арсенидов увеличивается. При действии окислителей или при нагревании на воздухе арсениды окисляются до арсенатов(III) или до оксида мышьяка As₂O₃.

Высшие арсениды при нагревании теряют часть As переходя в низшие арсениды.

Арсениды получают чаще всего сплавлением As с соответствующим металлом в вакууме, инертной атмосфере, под давлением пара As или под слоем флюса, например В₉О₃, а также действием пара As на металлы.

Для получения мелких кристаллов или пленок используют химические транспортные реакции.

Арсениды могут быть получены взаимодействием AsCl₃ с металлами, AsH₃ с их оксидами, растворами солей или с металлоорганических соединений, сплавлением As с галогенидами металлов, восстановлением арсенантов(V) или арсенатов(III) металлов водородом, взаимодействием As с растворами металлов в жидком аммиаке NH₃ и др.

Антимони́ ды (стиби́ ды) — соединения сурьмы с металлами. Примеры: антимонид галлия, антимонид индия, стибин. Соединения в основном интерметаллические.

Антимониды щелочных и в несколько меньшей степени щелочноземельных металлов химически очень активны, легко окисляются, гидролизуются водой с выделением H₃Sb. Антимониды Mg и Аl менее активны, но легко разлагаются разбавленными кислотами. Все остальные антимониды взаимодействуют только с концентрированными кислотами или царской водкой. С увеличением содержания Sb в антимонидах их химическая устойчивость повышается. Некоторые антимониды, в частности, образуемые щелочными металлами, растворяются в солевых расплавах, например, в смесях LiCl и LiF или NaCl иNaI.