Стибин

Стибин (сурьмянистый водород) — неорганическое бинарное химическое соединение сурьмы с водородом, очень ядовитый легковоспламеняющийся газ, имеющий чесночный запах. Химическая формула H₃Sb.

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  Δ_fG_g⁰  составляет 148 кДж/моль
• Стандартная энтропия образования S_g⁰  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:

 2 H₃Sb → (200oC) 3 H₂ + 2 Sb

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

Стибин легко окисляется кислородом O₂ или даже воздухом до Sb₂O₃:

 2 H₃Sb + 3 O₂ ⟶ Sb₂O₃ + 3 H₂O

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

 H₃Sb + NaNH₂ ⟶ NaH₂Sb + NH₃

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:

 Sb(OH)₃ + 6 H ⟶ H₃Sb + 3 H₂O

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

 Mg₃Sb₂ + 6 HCl ⟶ 2 H₃Sb + 3 MgCl₂

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

 Na₃Sb + 3 H₂O ⟶ H₃Sb + 3 NaOH

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⁺

 4 Sb₂O₃ + 6 LiAlH₄ ⟶ 8 H₃Sb + 3 Li₂O + 3 Al₂O₃

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

 4 SbCl₃ + 3 NaBH₄ ⟶ 4 H₃Sb + 3 NaCl + 3 BCl₃

Также в водной среде:

 SbCl₃ + 3 NaBH₄ ⟶ H₃Sb + 3 NaCl + 3 BH₃

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.