砷、锑、铋是砷分族元素,它们的电子结构与氮、磷不同,次外层电子结构为18电子。砷、锑、铋在性质上有许多相似之处。
砷、锑在地壳中的含量较少,它们主要以硫化物矿的形式存在,如雄黄(As4S4)、雌黄(As2S3)、砷硫铁矿(FeAsS)、辉锑矿(Sb2S3)、辉铋矿(Bi2S3)等。少量砷还广泛存在于金属硫化物矿中。我国锑的蕴藏量居世界第一。
砷和锑存在黄、灰、黑三种同素异形体,常温下稳定的是灰砷和灰锑。铋没有同素异形体。
灰砷、灰锑和铋都具有金属的外观,能够传热导电,但是它们的性质脆弱,熔点较低且容易挥发。熔点从砷到铋逐渐降低。在气态时,砷、锑、铋都是由多个原子组成的分子。砷和锑的蒸气分子都是由四个原子组成的。加热到1073K时,它们开始分解为As2、Sb2。铋的蒸气密度表明,单原子分子和双原子分子处于平衡状态。
在常温下,砷、锑、铋在水和空气中相对稳定,在高温下能够与氧、硫、卤素发生反应。砷、锑、铋与卤素反应一般会生成三卤化物,但是在过量氟存在时,砷会生成AsF5;在过量氟和氯存在时,锑会生成SbF5和SbCl5。
砷、锑、铋都不溶于稀酸,但是能够与硝酸、热浓硫酸、王水等发生反应:
2As+3H2SO4(热、浓)=As2O3+3SO2↑+3H2O
2Sb+6H2SO4(热、浓)=Sb2(SO4)3+3SO2↑+6H2O
2Bi+6H2SO4(热、浓)=Bi2(SO4)3+3SO2↑+6H2O
2As+6NaOH(熔融)=2Na3AsO3+3H2↑
Sb、Bi不与NaOH作用。
砷、锑、铋(包括磷)能够与ⅢA族金属形成化合物,如GaAs、GaSb、InAs、AlSb等,它们是Ⅲ~Ⅴ族半导体材料。砷分族元素还容易与金属形成合金,例如在铅中加入锑可以增加铅的硬度,适用于制造子弹和轴承;熔融的锑或铋在凝固时具有体积膨胀的特性,可用于制造铸字合金。铋、锡、镉和铅的一些合金具有低熔点,可用于自动灭火设备和蒸气锅炉的安全装置。纯铋可作为热载体用于核动力反应堆。