Подгруппа мышьяка.

Окислительные свойства мышьяковой и сурьмяной кислот заметно проявляются лишь в кислой среде, причём первая способна окислить НI до I2, а вторая — даже HСl до Сl2 по обратимым реакциям:

H3AsO4 + 2 HI Û H3AsO3 + I2 + H2O

H3SbO4 + 5 HCl Û SbCl3 + Cl2 + 4 H2O.

Производные пятивалентного висмута являются окислителями уже не только в кислой, но и в щелочной среде.

Весьма характерные для As, Sb и Bi сернистые соединения могут быть получены как взаимодействием этих элементов с серой при нагревании, так и обменным разложением в растворах. Полученные сухим путём (а также природные) Bi2S3 и Sb2S3 представляю собой серо-чёрные кристаллические вещества. Из растворов Bi2S3 выделяется в виде коричнево-чёрного, Sb2S­3 и Sb2S5 — оранжево-красных, а As2S3 и As2S5 — ярко-жёлтых порошков. Все эти сульфиды нерастворимы в воде и разбавленных кислотах (не являющихся одновременно окислителями). Сульфиды мышьяка нерастворимы и в концентрированной HCl, но крепкая азотная кислота (и царская водка) растворяет их по реакции:

3 As2S5 + 40 HNO3 + 4 H2O = 6 H3AsO4 + 15 H2SO4 + 40 NO.

Сульфиды As, Sb и Bi проявляют некоторую аналогию свойств с оксидами тех же элементов. Подобно тому, как оксиды As и Sb при взаимодействии со щелочами дают соли кислот Н3ЭО3 или Н3ЭО4, сернистые их производные образуют с растворимыми сульфидами металлов соли соответствующих тиокислот (т. е. кислот, в которых кислород замещён на серу), например, по реакциям:

3 (NH4)2S + As2S3 = 2 (NH4)3AsS3 и 3 (NH4)2S + As2S5­ = 2 (NH4)3AsS4.

Также протекает процесс и для сульфидов сурьмы. Напротив, Bi2S3 с растворимыми сернистыми солями практически не реагирует. Сульфид этот, следовательно, ведёт себя аналогично почти нерастворимому в щелочах оксиду (Bi2O3).

Соли тиомышьяковистой (H3AsS3), тиомышьяковой (H3AsS4) кислот и соответствующих кислот сурьмы вполне устойчивы. Как правило, они имеют жёлтый или красный цвет. Производные Na, K и NН4 в воде растворимы хорошо, большинство остальных — плохо. Некоторые тиоарсениты и тиоарсенаты применяются для борьбы с вредителями сельского хозяйства.

В отличие от своих солей, свободные тиокислоты неустойчивы и разлагаются на соответствующий сульфид и сероводород, например, по схемам:

2 Н3AsS3 = As2S3¯ + 3 H2S­ и 2 H3AsS4 = As2S5¯ + 3 H2S­.

Поэтому при подкислении раствора тиосоли отвечающий ей сульфид выпадает в осадок по реакции:

2 (NH4)3AsS4 + 6 HCl = 6 NH­4Cl + As2S5¯ + 3 H2S­.

Образование и распад тиосолей As и Sb имеют большое значение для качественного химического анализа.

При обычных условиях и нагревании в отсутствие воздуха все сульфиды As, Sb и Bi устойчивы. Например, As2S3 плавится при 310 °С и кипит при 723 °С без разложения, As2S5 распадается на As2S3 и S лишь при 500 °С. Молекула трёхсернистого мышьяка отвечает формуле As4S6 [d(AsS) = 225 пм] и построена однотипно с P4­O6. As4S4 плавится при 320 °С и кипит при 534 °С. Пятисернистый мышьяк отвечает формуле As4S10 и построен однотипно с P4O10.

Сульфиды мышьяка применяются в кожевенной промышленности (для снятия волоса со шкур), в пиротехнике и производстве минеральных красок; Sb2S3 (т. пл. 560, т. кип. 1160 °С) используется в пиротехнике, спичечном и стекольном производствах, Sb2S5 — в резиновой промышленности (для вулканизации каучука). Помимо упоминавшихся выше сульфидов известны As2S3, Sb2S4, Bi4S4, BiS2. Для селенидов и теллуридов As, Sb, Bi характерен тип Э2Se3 или Э2Те3. Все эти соединения могут быть получены нагреванием смесей соответствующих элементов, взятых в стехиометрических количествах. Теллурид висмута (т. пл. 580, т. кип. 1172 °С) используется в некоторых термоэлектрических устройствах. Его кристаллы имеют слоистую структуру и обнаруживают резко различную электропроводность в направлениях параллельном и перпендикулярном слоям. С повышением давления их температура плавления сперва возрастает (до 610 °С при 15 тыс. атм), а затем понижается (до 535 °С при 50 тыс. атм).

Так как основной характер As(OH)3 и Sb(OH)3 выражен значительно слабее, чем у гидроксида висмута, осаждение трёхвалентных As и Sb сероводородом нужно вести в кислой среде, для того чтобы сместить равновесие диссоциации обоих гидроксидов в сторону образования катионов Э3+. Ещё более это относится к осаждению сульфидов пятивалентных As и Sb, так как при нейтральной (и тем более щелочной) реакции раствора, в нём содержится лишь ничтожное количество ионов As5+ и Sb5+. Только при большом избытке кислоты (особенно в случае As) равновесие обратимой реакции ЭО43+ + 8 Н+ Û 4 Н2О + Э5+ смещается вправо. Этого достаточно для того, чтобы мог образоваться осадок сульфида Э2S5. При этом наряду с осаждением Э2S5 всегда идёт также окисление сероводородом по схеме: Э5+ + Н2S = Э3+ + S + 2 H+. В результате при осаждении сероводородом производных пятивалентных As и Sb в кислой (обычно солянокислой) среде образуется смесь сульфидов Э2S5 и Э2S3, причём осадок содержит также выделившуюся при окислении серу. В случае Sb восстановление до Э3+ идёт практически нацело, а в случае As состав осадка сильно зависит от условий осаждения.

Copyright © 2024 - All Rights Reserved - www.chemicalnow.ru