Стибин

Стиби́н (сурьмя́нистый водоро́д) — неорганическое бинарное химическое соединение сурьмы с водородом, очень ядовитый легковоспламеняющийся газ, имеющий чесночный запах. Химическая формула H₃Sb. Гомологичен арсину, фосфину и аммиаку, по химическим и токсикологическим свойствам схож с арсином.

Стибин по химическим свойствам очень похож на арсин — это было обнаружено с помощью пробы Марша, то есть качественной высокочувствительной пробы на арсин, проведённой в присутствии мышьяка. Проба была 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.

• 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)

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,^[3] зато быстро при температуре 200 °C. Процесс идёт с большей лёгкостью, чем в случае разложения арсина.^[4]:414

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

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

Стибин легко окисляется кислородом O₂ (или даже воздухом), а также и озоном:

${\displaystyle {\ce {4SbH3}}}$ ${\displaystyle {\ce {+}}}$ ${\displaystyle {\ce {3O2}}}$(воздух)${\displaystyle {\ce {\,\xrightarrow {KOMH.} 4Sb}}}$ ${\displaystyle {\ce {+}}}$ ${\displaystyle {\ce {6H2O;}}}$

 

${\displaystyle {\ce {2SbH3}}}$ ${\displaystyle {\ce {+}}}$ ${\displaystyle {\ce {O3\xrightarrow {-90^{o}C\,\leq \,t^{o}\,\leq \,-50^{o}C} 3H2O}}}$ ${\displaystyle {\ce {+}}}$ ${\displaystyle {\ce {2Sb}}}$ (жёлтая).

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

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

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 такого 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:

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

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.

Стибин чрезвычайно ядовит: 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.

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

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

• Сурьма
• Арсин
• Фосфин
• Висмутин
• Высокотоксичные вещества