1.1 Химические свойства сурьмы

Сурьма принадлежит к пятой группе периодической системы Д.И.Менделеева и входит в подгруппу мышьяка. Атомная масса сурьмы равна 121,75, атомный номер 51. Строение электронной оболочки 1s², 2s², 2p⁶, 3s², 3p⁶, 3d¹⁰, 4s², 4p⁶, 4d¹⁰, 5s², 5p³. Природная сурьма состоит из двух природных изотопов ¹²¹Sb (57,25%) и ¹²³Sb (42,75 %).

Сурьма -- металл блестящего серовато-белого цвета. Из жидкого состояния застывает в кристаллическом виде. Кроме кристаллической формы, известны три аморфные формы -- желтая, черная и взрывчатая сурьма. В обычных условиях устойчива только кристаллическая сурьма, она серебристо-белого цвета с синеватым оттенком. Чистый металл при медленном охлаждении под слоем шлака образует на поверхности игольчатые кристаллы, напоминающую форму звезд.

Взрывчатая сурьма (плотность 5,64-5,97 г/см³) взрывается при любом соприкосновении: образуется при электролизе раствора SbCl₃; чёрная (плотность 5,3 г/см³) - при быстром охлаждении паров сурьмы; жёлтая - при пропускании кислорода в сжиженный SbH₃. Жёлтая и чёрная неустойчивы, при пониженных температурах переходят в обыкновенную. Наиболее устойчивая кристаллическая сурьма, кристаллизуется в тригональной системе, плотность 6,61-6,73 г/см³ (жидкой - 6,55 г/см³); t_пл630,5 °C; t_кип1635-1645 °C. Температурный коэффициент линейного расширения для поликристаллической сурьмы 11,5 Ч10⁶ при 0-100 °C; удельное электросопротивление (20 °C) (43,045Ч10⁶ омЧсм); диамагнитна, удельная магнитная восприимчивость -0,66Ч10^-6. В отличие от большинства металлов, сурьма хрупка, легко раскалывается по плоскостям спайности, истирается в порошок и не поддаётся ковке (иногда её относят к полуметаллам). Механические свойства зависят от чистоты металла. Твёрдость по Бринеллю для литого металла 325-340Мн/м² ; модуль упругости 285-300; предел прочности 86,0Мн/м². В соединениях проявляет степени окисления главным образом +5, +3 и -3.

В химическом отношении сурьма малоактивна. На воздухе не окисляется вплоть до температуры плавления. С азотом и водородом не реагирует. Углерод незначительно растворяется в расплавленной сурьме. Металл активно взаимодействует с хлором и другими галогенами, образуя сурьмы галогениды. С кислородом взаимодействует при температуре выше 630 °C с образованием Sb₂O₃. При сплавлении с серой получаются сурьмы сульфиды, так же взаимодействует с фосфором и мышьяком. Устойчива по отношению к воде и разбавленным кислотам. Концентрированные соляная и серная кислоты медленно растворяют сурьму с образованием хлорида SbCl₃ и сульфата Sb₂(SO₄)₃; концентрированная азотная кислота окисляет сурьму до высшего окисла, образующегося в виде гидратированного соединения xSb₂O₅ЧуН₂О. Практический интерес представляют труднорастворимые соли сурьмяной кислоты - антимонаты (МеSbO₃Ч3H₂O, где Me - Na, К) и соли не выделенной метасурьмянистой кислоты - метаантимониты (MeSbO₂ЧЗН₂О), обладающие восстановительными свойствами. Сурьма соединяется с металлами, образуя антимониды.

1.2 Фоновое содержание сурьмы в разных типах почв. Кларк в

литосфере

Среднее содержание сурьмы в земной коре невелико (не превышает 1 мг/кг) или 5 Ч10^-5 % по массе. Исключение составляют глины, в которых концентрация Sb достигает 2 мг/кг. В геохимическом отношении сурьма имеет черты сходства с мышьяком, в меньшей степени - с висмутом. В природных условиях обычно имеет валентность +3, реже +5. Для неё характерно амфотерное поведение.

Поведение сурьмы в процессе выветривания изучено недостаточно. Тем не менее, характер распределения в водах, концентрации в углях и связь с гидроксидами железа указывают на относительно высокую её подвижность в окружающей среде. В верхних слоях почв содержание сурьмы колеблется от 0,05 до 4,0 мг/кг, т.е. сравнимо с уровнями в горных породах. По данным Ведеполя, среднее содержание сурьмы в почвах составляет 1 мг/кг, а общее среднее, рассчитанное на основе данных таблицы 1, равно 0,9 мг/кг.

Как и мышьяк, сурьма может быть связана с месторождениями цветных металлов, а в промышленных районах она, вероятно, является загрязняющим окружающую среду веществом. Например, в почвах вблизи завода по выплавке меди отмечены высокие содержания этого элемента, достигающие 200 мг/кг. Имеются данные о повышенных ее концентрациях в воздухе около различных плавильных заводов и в городских районах. Характер изменения сурьмы в верхнем слое почв Норвегии ясно свидетельствует о техногенном загрязнении, связанном с влиянием дальнего атмосферного переноса.

Таблица 1. Содержание сурьмы в поверхностном слое почв различных

стран (мг/кг сухой массы)

Фоновое содержание сурьмы в верхнем слое почв СНГ в мг/кг составляет: дерново-подзолистые - 0,76, черноземы - 0,99, торфяные - 0,28.

Сурьма - один из доступных металлов вследствие наличия ее руд и металлов, кроме того, она содержится в виде примесей в рудах многих других металлов, при переработке которых её выделяют в качестве побочного продукта.

В природе наиболее часто встречаются соединения трехвалентной положительно заряженной сурьмы (сульфиды, тиосоли, антимониты, триоксид), затем трехвалентной отрицательно заряженной (антимониды). Соединения пятивалентной сурьмы в природе встречаются очень редко.

Из минералов содержащих сурьму, наиболее распространенным является сурьмяный блеск (стибит, антимонит) Sb₂S₃. находится он в гидротермальных месторождениях в виде жил сурьмяных руд и пластообразных тел.

1.3 Источники поступления сурьмы в почву в условиях

антропогенного загрязнения окружающей природной среды

Почва - весьма специфический компонент биосферы, поскольку она не только геохимически аккумулирует компоненты загрязнений, но и выступает как природный буфер, контролирующий перенос химических элементов соединений в атмосферу, гидросферу и живое вещество. Микроэлементы, поступающие из различных источников, попадают в конечном итоге на поверхность почвы, и их дальнейшая судьба зависит от ее химических и физических свойств.

В условиях антропогенного загрязнения окружающее природной среды основными источниками поступления сурьмы в почву являются:

- чёрная и цветная металлургия - выработка сплавов, переработка вторцветмета;

- приборостроение - электротехническое производство;

- химическая промышленность - производство лакокрасок.

Среди источников возможного техногенного загрязнения почв сельскохозяйственных угодий и растений в научной и особенно популярной литературе называются минеральные и известковые удобрения. Конкретных экспериментальных и производственных данных о фактическом действии удобрений на загрязнение почвенной среды и растительной продукции совершенно недостаточно. Отсутствуют также систематизированные данные о химическом составе минеральных и известковых удобрений.

Следует отметить, что сурьма, может образовывать летучие соединения, и таким образом возможен воздушный перенос её на большие расстояния от промышленных районов.

1.4 Факторы, оказывающие влияние на поступление химического

элемента из почвы в растение

В настоящее время мало известно о механизмах накопления растениями тяжелых металлов, потому что до сих пор основное внимание уделялось усвоению соединений азота, фосфора и других элементов питания из почвы.

Кроме того, сравнение полевых и модельных исследований показало, что загрязнение почвы и окружающей среды (смачивание листовых пластинок солями тяжелых металлов) в полевых условиях оказывает менее значительное изменение в росте и развитии растений, чем в лабораторных модельных опытах. В некоторых опытах высокое содержание металлов в почве стимулировало рост и развитие растений. Это связано с тем, что более низкая влажность почвы в полевых условиях снижает мобильность металлов, и это не позволяет их токсическому эффекту проявиться в полной мере. С другой стороны, это может быть связано с уменьшением токсичности почвы, обусловленной деятельностью почвенных микроорганизмов в результате снижения их численности при загрязнении почвы металлами. Кроме того, это явление можно объяснить косвенным влиянием тяжелых металлов, например, через воздействие их на некоторые биохимические процессы в почве, в результате чего возможно улучшение питательного режима растений.

Таким образом, действие металлов на растительный организм зависит от природы элемента, содержания его в окружающей среде, характера почвы, формы химического соединения, срока от момента загрязнения. Формирование химического состава растительного организма определяется биохимическими особенностями различных видов организмов, их возрастом и биохимическими закономерностями связи между элементами в организме. Содержание одних и тех же химических элементов в различных частях растений может изменяться в широких пределах.