锑化合物

锑化合物是化学元素锑（Sb）所形成的化合物。在锑化合物中，锑主要呈现+3和+5价，其+3价的阳离子在水中水解，一般以SbO+
的形式存在，而不是Sb3+
。[1]

卤化物、卤氧化物及卤代酸盐

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三氯化锑在常温下为固体，73.4 °C熔化。
五氯化锑在常温下以液体的形式存在，2.8 °C以下凝固。

锑可以形成+3价和+5价的卤化物。+3价的四种卤化物均是已知的，除三碘化锑为红色晶体外，其余均为无色晶体。[1]三氟化锑是一种氟化剂，其活性比三氟化砷强，可由三氧化二锑和氟化氢反应得到：[2]

Sb2O3 + 6 HF → 2 SbF3 + 3 H2O

它可用于制备有机氟化物。其余三卤化锑可由金属锑和相应的卤素反应得到。

2 Sb + 3 X2 → 2 SbX3 （X＝Cl、Br或I）

浓盐酸和硫化锑反应也能得到得到三氯化锑，它可以通过重结晶或蒸馏[3]来提纯。三氯化锑可以溶解很多氯化物，得到导电的溶液。[2]

三卤化锑在水溶液中可以强烈水解，生成难溶于水的卤氧化物：[1]

SbX3 + H2O → SbOX↓ + 2HX （X＝卤素）

除了SbOX外，还会生成Sb4O5X2等其它含氧物种。[4]

氯氧化锑由三氯化锑水解得到，白色的水解产物可以溶于酒石酸或硫代硫酸钠，形成[SbO(C4H4O6)]−和[Sb(S2O3)3]3−而溶解。将三氯化锑溶于较浓的盐酸，形成氯锑酸盐而抑制SbOCl沉淀的生成。它和强还原剂反应，放出剧毒的锑化氢：[2]

3 H+ + SbCl4− + 3 Zn → SbH3↑ + 3 Zn2+ + 4 Cl−

较弱的还原剂只会使反应产物停留在单质锑：

2 SbCl4− + 3 Fe → 2 Sb↓ + 3 Fe2+ + 8 Cl−

五卤化锑是低熔点的化合物。五氟化锑可由五氯化锑和氟化氢反应，或三氟化锑和氟气反应得到：[5]

SbCl5 + 5 HF → SbF5 + 5 HCl
SbF3 + F2 → SbF5

五氯化锑可由三氯化锑的进一步氯化得到。

SbCl3 + Cl2 → SbCl5

这两种卤化物都能形成六卤配离子SbX−
6。三氯化锑在氯化铯的存在下被氯气部分氧化，生成深蓝色的Cs2SbCl6，其结构与黑色的(NH4)2SbBr6类似，由[SbX6]3−和[SbX6]−构成。[6]

氧化物、氢氧化物及含氧酸盐

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锑和氧气反应得到三氧化二锑（Sb4O6），它以二聚体的形式存在。简单的分子Sb2O3只有在高温下存在。三氧化二锑溶于浓酸或有配位性的酸，形成相应的盐或配离子，如溶于硫酸生成硫酸锑（Sb2(SO4)3）；它也能溶于碱形成亚锑酸盐。氢氧化锑（Sb(OH)3）是未知的，目前仅已知Sb2O3·xH2O这一水合物。[7]

五氧化二锑（Sb4O10）可由五氯化锑的水解得到。[8]其胶体可由三氧化二锑和过氧化氢反应得到：[9]

Sb4O6 + 4H2O2 ⇌ Sb4O10 + 4 H2O

在硫酸介质中，过硫酸铵氧化三氧化二锑也能得到五氧化二锑。[10]五氧化二锑的酸性比三氧化二锑强，可溶于碱形成锑酸盐。在工业上以五氯化锑制备锑酸盐，为使碱的用量减少而节约成本，会先将氯化物水解，再用氢氧化钠进行反应。[11]将三氧化二锑溶于氢氧化钠得到的亚锑酸盐用过氧化氢氧化，也是工业上制备锑酸盐的方法之一。[12]六羟基合锑酸钾（K[Sb(OH)6]）在强碱性的条件下可以将钠离子沉淀。[13]

硫属化物及硫代酸盐

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黑色的硫化锑
硫化锑矿物——辉锑矿

锑的硫化物在自然界中以辉锑矿的形式存在。硫化锑可溶于碱金属硫化物溶液[14]或氢氧化物溶液[7]：

Sb
2S
3 + 3 S2−
 → 2 SbS3−
3
2 Sb
2S
3 + 4 OH−
 → SbO−
2 + SbS−
2 + 2 H
2O
Sb
2S
3 + 6 OH−
 → SbO3−
3 + SbS3−
3 + 3 H
2O

形成的硫代亚锑酸盐在酸的存在下又会沉淀出硫化锑。硫代锑酸锑（SbSbS4）可用作润滑添加剂。[15]硒化锑可由锑和硒的单质直接反应得到[16]，它可用作光学材料[17]，如用于太阳能电池中。[18] 硫化锑和氯化亚铜、三氯化铝在离子液体中反应，可以得到橙红色的[Cu(Sb2S3)][AlCl4]晶体。[19]

Sb2S3 + CuCl + AlCl3 → [Cu(Sb2S3)][AlCl4]
Cu(Sb2S3)AlCl4晶体照片

碲化锑也可由相似的元素化合反应制备[20]，或以三氯化锑、亚碲酸钠为原料，由还原剂硼氢化钠还原制得。[21]混合硫属化物（如Sb2Te2Se）是已知的，[22]可由单质在高温下按化学计量比反应得到。[23]

参考文献

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  1. ^ 1.0 1.1 1.2 北京师范大学 等. 无机化学（下册）第四版. 高等教育出版社, 2003. pp 687-692. ISBN 978-7-04-011583-3
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 无机化学丛书 第四卷 氮 磷 砷分族. pp 435-442
  3. ^ 段学臣, 杨向萍, 黄蔚庄. 高纯三氯化锑的制备[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2001, 32(2):169-172.
  4. ^ 杜新玲. Sb3+-Cl−-H2O体系中三氯化锑水解平衡的研究[J]. 中国有色冶金, 2012, 41(5):75-79.
  5. ^ Handbook of Preparative Inorganic Chemistry, 2nd Ed. Edited by G. Brauer, Academic Press, 1963, NY. Vol. 1. p. 200.
  6. ^ Inorganic Chemistry. pp 409-410
  7. ^ 7.0 7.1 无机化学丛书 第四卷 氮 磷 砷分族. pp 443-450
  8. ^ 孙兆祥, 李玉红. 水合五氧化二锑的合成及其对Sc3+吸附性能的研究[J]. 北京师范大学学报:自然科学版, 1997(1):99-103.
  9. ^ 张利, 李庆奎, 龚竹青,等. 胶体五氧化二锑的制备及性质[J]. 精细化工, 2005, 22(3):222-226.
  10. ^ 吴建国, 柯家骏. 过硫酸铵法制备五氧化二锑[J]. 无机盐工业, 1991(1):9-11.
  11. ^ 梁永棠, 钟宁远. 氯化法生产锑酸钠工艺[J]. 无机盐工业, 1991(1):14-18.
  12. ^ 刘鹊鸣, 单桃云, 金承永. 氧化锑矿碱法制备锑酸钠工艺探讨[J]. 湖南有色金属, 2014, 30(3):31-33.
  13. ^ 吴胜强, 杨玲. 六羟基锑酸钾法鉴定钠离子[J]. 凯里学院学报, 1999(3):21-21.
  14. ^ Inorganic Chemistry. pp 426-429
  15. ^ 姚俊兵. 锑化合物——优秀的润滑油脂添加剂[J]. 润滑油, 2006, 21(4):29-34.
  16. ^ 廖峻, 张军, 邵乐喜. 一种硒化锑微米单晶颗粒的制备方法:, CN 105603532 A[P]. 2016.
  17. ^ 薛丁江, 石杭杰, 唐江. 新型硒化锑材料及其光伏器件研究进展[J]. 物理学报, 2015, 64(3):86-94.
  18. ^ 罗苗. 硒化锑薄膜太阳能电池的器件物理研究[D]. 华中科技大学, 2015.
  19. ^ Matthias A. Grasser, Kati Finzel, Michael Ruck. The Layered Semiconductor Cu(Sb2S3)[AlCl4]. ZAAC. 2022. Volume 648, issue 13. doi:10.1002/zaac.202200021
  20. ^ 段兴凯, 江跃珍. 电弧等离子体合成Sb2Te3粉末材料的微结构研究[J]. 热加工工艺, 2011, 40(10):88-89.
  21. ^ 郭燕红. 碲化锑基低维材料的制备和物性研究[D]. 新疆大学, 2017.
  22. ^ Anderson, Thomas L.; Krause, H. Brigitte. Refinement of the antimony telluride and diantimony ditelluride selenide structures and their relation to nonstoichiometric antimony telluride selenide (Sb2Te3-ySey) compounds. Acta Crystallographica, Section B: Structural Crystallography and Crystal Chemistry, 1974. 30 (5): 1307-1310. DOI: 10.1107/S0567740874004729.
  23. ^ Huang, Shiu-Ming; Yan, You-Jhih; Yu, Shih-Hsun; Chou, Mitch. Thickness-dependent conductance in Sb2SeTe2 topological insulator nanosheets. Scientific Reports, 2017. 7 (1): 1-7. DOI:10.1038/s41598-017-02102-7

参考书籍

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  • 项斯芬 等. 无机化学丛书 第四卷 氮 磷 砷分族. 科学出版社. ISBN 9787030305480
  • Catherine E. H., Alan G. S. Inorganic Chemistry (2nd ed). Pearson Education Limited 2001, 2005. ISBN 0130-39913-2
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