锑（拼音：tī，注音：ㄊ一ˋ，粤拼：tai1[2][3]；英语：Antimony），是一种化学元素，其化学符号为Sb（源于拉丁语：Stibium），原子序数为51，原子量为121.760 u。锑是有金属光泽的类金属，在自然界主要存在于硫化物矿物辉锑矿（Sb2S3）中。目前已知锑化合物在古代就用作化妆品，[4]金属锑在古代也有记载，但那时却被误认为是铅。大约17世纪时，人们知道了锑是化学元素之一。[5]
性质
锑是一种带有银色光泽的灰色金属，其莫氏硬度为3。因此，纯锑不能用于制造硬的物件：中国的贵州省曾在1931年发行锑制的硬币，但因为锑很容易磨损，在流通过程损失严重。[11][12]锑会与稀硝酸或温暖的浓硫酸发生化学反应[13]。
目前已知锑有四种同素异形体——一种稳定的金属锑和三种亚稳态锑（爆炸性锑、黑锑、黄锑）。金属锑是一种易碎的银白色有光泽的金属。把熔融的锑缓慢冷却，金属锑就会结成三方晶系的晶体，其与砷的灰色同素异形体异质同晶。罕见的爆炸性锑可由电解三氯化锑制得，用尖锐的器具刮擦它就会发生放热的化学反应，放出白烟并生成金属锑。如果在研钵中用研杵将它磨碎，就会发生剧烈的爆炸。黑锑是由金属锑的蒸汽急剧冷却形成的，它的晶体结构与红磷和黑砷相同，在氧气中易被氧化甚至自燃。当温度降到100℃时，它逐渐转变成稳定的晶型。黄锑是最不稳定的一种，只能由锑化氢在-90℃下氧化而得。在这种温度和环境光线的作用下，亚稳态的同素异形体会转化成更稳定的黑锑。[14][15][16]
金属锑的结构为层状结构（空间群：R3m No. 166），而每层都包含相连的褶皱六元环结构。最近的和次近的锑原子形成变形八面体，在相同双层中的三个锑原子比其他三个相距略近一些。这种距离上的相对近使得金属锑的密度达到6.697 g/cm3，但层与层之间的成键很弱也造成它很软且易碎。[10]:758
同位素
锑有两种稳定同位素，121Sb的自然丰度为57.36%，而123Sb的自然丰度为42.64%。锑还有35种放射性同位素，其中半衰期最长的125Sb为2.75年。此外，目前已发现了29种亚稳态。这其中最稳定的是124Sb，半衰期为60.20天，它可以用作中子源。比稳定同位素123Sb轻的同位素倾向于发生β+衰变，而较重的同位素更易发生β-衰变。当然也有一些例外。[17]
自然存在
锑化合物通常分为+3价和+5价两类。[19]
氧化物与氢氧化物
三氧化二锑可由锑在空气中燃烧制得。[20]在气相中，它以双聚体Sb4O6的形式存在，但冷凝时会形成多聚体。[10]五氧化二锑只能用浓硝酸氧化三价锑化合物制得。[21]锑也能形成混合价态化合物——四氧化二锑，其中的锑为Sb(III)和Sb(V)。[21]与磷和砷不同的是，这些氧化物都是两性的，它们不形成定义明确的含氧酸，而是与酸反应形成锑盐。
目前还没有制得亚锑酸（Sb(OH)3），但它的共轭碱亚锑酸钠（[Na3SbO3]4）可由熔融的氧化钠与三氧化二锑反应制得。[10]:763过渡金属的亚锑酸盐也已制得。[22]:122锑酸只能以水合物HSb(OH)6的形式存在，它形成的盐中含有Sb(OH)6−。这些盐脱水得到混合氧化物。[22]:143
许多锑矿石是硫化物，其中如辉锑矿（Sb2S3）、深红银矿（Ag3SbS3）、辉锑铅矿、脆硫锑铅矿和硫锑铅矿。[10]:757五硫化二锑是一种非整比化合物，锑处于+3氧化态并含有S-S键。[23]有多种硫代锑酸盐是已知的，例如[Sb6S10]2−和[Sb8S13]2−。[24]
卤化物
五卤化物（SbF5和SbCl5）气态时的空间构型为三角双锥形。但是转化为液态后，五氟化锑形成聚合物，而五氯化锑依旧是单体。[10]:761五氟化锑是很强的路易斯酸，可用于配制著名的超强酸氟锑酸（HSbF6）。
锑化物、氢化物与有机锑化合物
在迦勒底的泰洛赫（今伊拉克），曾发现一块可追溯到公元前3000年的锑制史前花瓶碎片；而在埃及发现了公元前2500年至前2200年间的镀锑的铜器。[14]奥斯汀在1892年赫伯特·格拉斯顿的一场演讲时[29]说道：“我们只知道锑现在是一种很易碎的金属，很难被塑造成实用的花瓶，因此这项值得一提的发现（即上文的花瓶碎片）表现了已失传的使锑具有可塑性的方法。”[注 1][29]然而，默里（Moorey）不相信那个碎片真的来自花瓶，在1975年发表他的分析论文后，认为斯里米卡哈诺夫（Selimkhanov）试图将那块金属与外高加索的天然锑联系起来，但用那种材料制成的都是小饰物。[29]这大大削弱了锑在古代技术下具有可塑性这种说法的可信度。[29]
欧洲人万诺乔·比林古乔于1540年最早在《火法技艺》（De la pirotechnia）中描述了提炼锑的方法，这早于1556年阿格里科拉出版的名作《论矿冶》（De re Metallica）。此书中阿格里科拉错误地记入了金属锑的发现。1604年，德国出版了一本名为《Currus Triumphalis Antimonii》（直译为“凯旋战车锑”）的书，其中介绍了金属锑的制备。15世纪时，据说笔名叫巴西利厄斯·华伦提努的圣本笃修会的修士提到了锑的制法，如果此事属实，就早于比林古乔。[注 2][15][31]
一般认为，纯锑是由贾比尔（Jābir ibn Hayyān）于8世纪时最早制得的。然而争议依旧不断，翻译家马塞兰·贝特洛声称贾比尔的书里没有提到锑，但其他人认为[15][32]贝特洛只翻译了一些不重要的著作，而最相关的那些（可能描述了锑）还没翻译，它们的内容至今还是未知的。[33]
名称来源
现代语言和中古希腊语中锑的名称antimony是来自中世纪拉丁语的antimonium。这个说法的来源不可考。所有的说法都有一些难以解释的地方。其他名称来源的说法像是：锑名称可能来自于ἀντίμοναχός anti-monachos或法文antimoine。这些名称来源是因为早期炼金的修士们还有锑的毒性，而被称为“修士杀手”。[35]
另一个常见的名称来源是希腊语ἀντίμόνος（antimonos）表示“对抗孤独”，可以解释为“未被以金属形式发现”或“未被发现为无杂质的”。[36][37] Lippmann推测一假设的希腊语ανθήμόνιον（anthemonion）表示“小花”，并引用了几个描述化学或生物风化的相关希腊词的例子。[38]
锑的早期使用包含1050至1100年时的翻译文件，由非洲君士坦丁书写的阿拉伯医学论文翻译。[39]一些当局认为锑之名称来自于某些阿拉伯腐败的相关名词，是麦尔侯夫从ithmid中得知；[40]其他可能性包括非金属的阿拉伯语athimar以及源自于或平行于希腊语as-stimmi。[41] Jöns Jakob Berzelius自stibium中得出锑的标准元素符号Sb。[42]锑的古代词语主要以锑的硫化物为主要含义。
生产国
根据英国地质调查局2005年的报告，中华人民共和国是世界上锑产量最大的国家，占了全球的84%，远远超出其后的南非、玻利维亚和塔吉克斯坦。湖南省冷水江市的锡矿山是世界最大锑矿，估计储量为210万吨。[6]
2010年，根据美国地质调查局的报告，中国生产的锑占全球的88.9%。2016年，中国锑产量下降至76.9%。
然而，英国洛斯基矿业咨询公司估计2010年中华人民共和国的初级生产锑产量占全球的76.75%（全球合计120,462吨，其中90,000吨是公开报道的，30,462吨未报道），紧接着的是俄罗斯（占4.14%，产量6,500吨）、缅甸（占3.76%，产量5,897吨）、加拿大（占3.61%，产量5,660吨）、塔吉克斯坦（占3.42%，产量5,370吨）和玻利维亚（占3.17%，4,980吨）。[46]
洛斯基公司估计全球在2010年的次级生产锑产量为39,540吨。[46]
英国地质调查局在2011年下半年将锑列在风险列表第一位。这个列表表示如果化学元素不能稳定供应，会对维持英国经济和生活方式造成的相对风险。[47]
同时，欧盟在2011年的一份报告中也将锑列为12种关键的原料之一，主要是因为来自中国以外的锑产量很少。[48]
根据洛斯基公司的报告，2010年中国的锑产量有所减少，并且在未来一段时间不可能上升。中国已没有开发十年左右的重要锑矿床，这种重要的经济储备资源将迅速枯竭。[46]
以下是洛斯基公司提供的2010年世界锑的主要生产者：
| 国家 | 公司 | 产量（吨/年） |
|---|---|---|
 澳大利亚
|
曼德勒资源 | 2,750 |
 玻利维亚
|
许多 | 5,460 |
 加拿大
|
比弗·布鲁克 | 6,000 |
 中国
|
锡矿山闪星锑业 | 55,000 |
| 中国
|
湖南郴州矿业 | 20,000 |
| 中国
|
华锡集团 | 20,000 |
| 中国
|
沈阳华昌锑业 | 15,000 |
 哈萨克斯坦
|
Kazzinc | 1,000 |
 吉尔吉斯斯坦
|
Kadamdzhai | 500 |
 老挝
|
SRS | 500 |
 墨西哥
|
美国锑业 | 70 |
 缅甸
|
许多 | 6,000 |
 俄罗斯
|
GeoProMining | 6,500 |
 南非
|
默奇森联合公司 | 6,000 |
 塔吉克斯坦
|
Unzob | 5,500 |
 泰国
|
未知 | 600 |
 土耳其
|
Cengiz & Özdemir Antimuan Madenleri | 2,400 |
储量
根据美国地质调查局的统计数据，世界的锑矿藏将在2030年内枯竭。[自何时起？]但美国地质调查局期待这期间会发现更多锑矿。
生产过程
从矿石中提取锑的方法取决于矿石的质量与成分。大部分锑以硫化物矿石形式存在。低品位矿石可用泡沫浮选的方法富集，而高品位矿石加热到500–600 °C使辉锑矿熔化，并得以从脉石中分离出来。锑可以用铁屑从天然硫化锑中还原并分离出来：[7]
三硫化二锑比三氧化二锑稳定，因此易于转化，而焙烧后又恢复成硫化物。[8]这种材料直接用于许多应用中，可能产生的杂质是砷和硫化物。[50][51] 将锑从氧化物中提取出来可使用碳的热还原法：[7][50]
供应风险及关键矿产排名
锑在欧洲及美国的供应风险排名一直很高，此排名涉及元素的关键性，且指出供应维持当前经济及生活方式所需的化学元素或元素群的相对风险。因进口至欧洲及美国的锑大部分来自中国，中国的生产对于供应至关重要。随着中国正在修订及提升环境管制标准，锑的生产越来越受到限制。此外，中国过去几年的锑出口配额也一直下降。此两项因素导致欧洲及美国的锑供应风险增加。
根据2015年英国地质调查局风险列表，锑在相对供应风险指数中排名第二（仅次于稀土元素）。[52] 这指出它目前是对于英国经济和生活方式具有经济价值的化学元素或元素群的第二高供应风险。此外，在2014年发布的一份报告（修订了2011年发布的初始报告）中，锑被确定为欧盟20种关键原材料之一。相对于其经济重要性，锑保持着高供应风险，92％的锑是从中国进口的，此为一个极高的生产集中度。[53]
美国为了确定哪些金属应被称为对国家安全具有战略性或关键性，已经进行了大量分析，但确切的定义并不存在，关于什么构成对美国安全具战略性或关键矿物的看法各有不同。[54] 2015年，美国并没有开采锑，这种金属是从国外进口的。 从2011年到2014年，美国68％的锑来自中国，14％来自印度，4％来自墨西哥，14％来自其他地方，而目前没有公开美国政府的库存量。
美国“关键和战略矿产供应链小组委员会(Subcommittee on Critical and Strategic Mineral Supply Chains)”从1996年至2008年筛选了78种矿产资源，发现包括锑在内的一小部分矿物一直属于潜在的关键矿物类别。在未来将对已发现的矿物子集进行第二次评估，以确定哪些矿产应该被定义为重大风险且对美国的利益至关重要。[55]
阻燃剂
锑的最主要用途是它的氧化物三氧化二锑用于制造耐火材料。除了含卤素的聚合物阻燃剂以外，它几乎总是与卤化物阻燃剂一起使用。三氧化二锑形成锑的卤化物的过程可以减缓燃烧，即为它具有阻燃效应的原因。[56] 这些化合物与氢原子、氧原子和羟基自由基反应，最终使火熄灭。[57]商业中这些阻燃剂应用于儿童服装、玩具、飞机和汽车座套。它也用于玻璃纤维复合材料（俗称玻璃钢）工业中聚酯树脂的添加剂，例如轻型飞机的发动机盖。树脂遇火燃烧但火被扑灭后它的燃烧就会自行停止。[8][58]
合金
锑能与铅形成用途广泛的合金，这种合金硬度与机械强度相比锑都有所提高。大部分使用铅的场合都加入数量不等的锑来制成合金。在铅酸电池中，这种添加剂改变电极性质，并能减少放电时副产物氢气的生成。[8][59]锑也用于减摩合金（例如巴比特合金），[60]子弹、铅弹、网线外套、铅字合金（例如Linotype排字机[61]）、焊料（一些无铅焊接剂含有5%的锑）、[62]铅锡锑合金、[63]以及硬化制作管风琴的含锡较少的合金。
其他应用
其他的锑几乎都用在下文所述的三个方面。[7]第一项应用是生产聚对苯二甲酸乙二酯的稳定剂和催化剂。[7]第二项应用则是去除玻璃中显微镜下可见的气泡的澄清剂，主要用途是制造电视屏幕；[9]这是因为锑离子与氧气接触后阻碍了气泡继续生成。[64]第三项应用则是颜料。[7]锑在半导体工业中的应用正不断发展，主要是在超高电导率的n-型硅晶圆中用作掺杂剂，[65]这种材料用于生产二极管、红外线探测器和霍尔效应元件。20世纪50年代，小珠装的铅锑合金用于给NPN型合金结晶体管的发射器和接收器上漆。[66]锑化铟是用于制作中红外探测仪的材料。[67][68][69]
锑的生物学或医学应用很少。主要成分为锑的药品称作含锑药剂（antimonial），是一种催吐剂。[70]锑化合物也用作抗原虫剂。从1919年起，酒石酸锑钾（俗称吐酒石）曾用作治疗血吸虫病的药物。它后来逐渐被吡喹酮所取代。[71]锑及其化合物用于多种兽医药剂，例如安修马林（硫苹果酸锑锂）用作反刍动物的皮肤调节剂。[72]锑对角质化的组织有滋养和调节作用，至少对动物是如此。
锑和它的许多化合物有毒，作用机理为抑制酶的活性，这点与砷类似；与同族的砷和铋一样，三价锑的毒性要比五价锑大。[85] 但是，锑的毒性比砷低得多，这可能是砷与锑之间在摄取、新陈代谢和排泄过程中的巨大差别所造成的：如三价锑和五价锑在消化道的吸收最多为20%；五价锑在细胞中不能被定量地还原为三价（事实上在细胞中三价锑反而会被氧化成五价锑[86]）；由于体内不能发生甲基化反应，五价锑的主要排泄途径是尿液。[87] 急性锑中毒的症状也与砷中毒相似，主要引起心脏毒性（表现为心肌炎），不过锑的心脏毒性还可能引起阿－斯综合征。有报告称，从搪瓷杯中溶解的锑等价于90毫克酒石酸锑钾时，锑中毒对人体只有短期影响；但是相当于6克酒石酸锑钾时，就会在三天后致人死亡。[83] 吸入锑灰也对人体有害，有时甚至是致命的：小剂量吸入时会引起头疼、眩晕和抑郁；大剂量摄入，例如长期皮肤接触可能引起皮肤炎、损害肝肾、剧烈而频繁的呕吐，甚至死亡。[88]
- ^ 原文：We only know of antimony at the present day as a highly brittle and crystalline metal, which could hardly be fashioned into a useful vase, and therefore this remarkable 'find' (artifact mentioned above) must represent the lost art of rendering antimony malleable.
- ^ 在1710年时戈特弗里德·莱布尼茨在认真调查过后认为前面的作品都是错误的，也没有名叫巴西利厄斯·华伦提努的修士。那本书的作者实际上是Johann Thölde（1565年—1624年）。历史专家现在同意此书为16世纪中叶所著，其作者很可能是Thölde。[30] 在这以后，Harold Jantz可能是唯一否认Thölde的原作者身份的现代学者，但他同意此书著于1550年之后，参见Catalogue of German Baroque literature。
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- Chemistry in its element podcast (MP3)，来自英国皇家化学学会的化学世界：Antimony （页面存档备份，存于互联网档案馆）