Antimon

51 ón ← antimon → tellúr As ↑ Sb ↓ Bi 51 Sb Periódusos rendszer
Általános
Név, vegyjel, rendszám	antimon, Sb, 51
Elemi sorozat	félfémek
Csoport, periódus, mező	15, 5, p
Megjelenés	ezüstszürke csillogó
Atomtömeg	121,760(1)  g/mol
Elektronszerkezet	[Kr] 4d10 5s2 5p3
Elektronok héjanként	2, 8, 18, 18, 5
Fizikai tulajdonságok
Halmazállapot	szilárd
Sűrűség (szobahőm.)	6,697 g/cm³
Sűrűség (folyadék) az o.p.-on	6,53 g/cm³
Olvadáspont	903,78 K (630,63 °C, 1167,13 °F)
Forráspont	1860 K (1587 °C, 2889 °F)
Olvadáshő$\Delta _{fus}{H}^{\ominus }$	19,79 kJ/mol
Párolgáshő $\Delta _{vap}{H}^{\ominus }$	193,43 kJ/mol
Moláris hőkapacitás	(25 °C) 25,23 J/(mol·K)
Gőznyomás P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k T/K 807 876 1011 1219 1491 1858
Atomi tulajdonságok
Kristályszerkezet	romboéderes
Oxidációs szám	±3, +5 (enyhén savas oxid)
Elektronegativitás	2,05 (Pauling-skála)
Ionizációs energia	1.: 834 kJ/mol
	2.: 1594,9 kJ/mol
	3.: 2440 kJ/mol
Atomsugár	145 pm
Atomsugár (számított)	133 pm
Kovalens sugár	138 pm
Egyebek
Mágnesség	nincs adat
Fajlagos ellenállás	(20 °C) 417 nΩ·m
Hőmérséklet-vezetési tényező	(300 K) 24,4 W/(m·K)
Hőtágulási együttható	(25 °C) 11,0 µm/(m·K)
Hangsebesség (vékony rúd)	(20 °C) 3420 m/s
Young-modulus	55 GPa
Nyírási modulus	20 GPa
Kompressziós modulus	42 GPa
Mohs-keménység	3,0
Brinell-keménység	294 HB
CAS-szám	7440-36-0
Fontosabb izotópok
Fő cikk: Az antimon izotópjai izotóp természetes előfordulás felezési idő bomlás mód energia (MeV) termék 121Sb 57,36% Sb stabil 70 neutronnal 123Sb 42,64% Sb stabil 72 neutronnal 125Sb mest. 2,7582 év Beta- 0,767 125Te
Hivatkozások

Az antimon egy kémiai elem a periódusos rendszer Va csoportjából, vegyjele Sb, rendszáma 51, atomi tömegegysége 121,75.

Gyógyszerészetben használt latin neve antimonium, régies neve stíbium, nyelvújításkori magyar neve: dárdany.

Jellemzői

Elemi antimon oxidációs termékekkel

Több allotróp módosulata ismeretes. Ebből az ezüstfehér színű, félfém jellegű, rideg (mozsárban könnyen porítható) formája stabil szobahőmérsékleten. Az elektromosságot és a hőt gyengén vezeti, olvasztott állapotban jobban, mint kristályosban. A sárga és fekete formája instabil és nemfém jellegű. Antimongőz -90 °C alá történő hirtelen lehűtésével a sárga módosulat keletkezik, amely már -80 °C-on fémes módosulattá alakul. Fény hatására a fekete módosulat keletkezik, amely piroforos jellegű. Tömény SbCl₃ oldat elektrolízisekor a katódon a robbanó módosulat keletkezik. Az antimon és egyes ötvözetei hűtésre kitágulnak.

Előfordulása

Becslések szerint a földkéregben 0,2-0,5 p.p.m van jelen. Elemi állapotban is előfordul a természetben, de gyakrabban ásványokban. Ásványai közül ismertebbek az antimonit (Sb₂S₃), diszkrazit (Ag₂Sb), tetraedrit (Cu₂SbS₃), valamint a szenarmontit, valentinit és antimonokker (ezek antimon-oxidok).

Története

Vannak bizonyítékok, melyek alátámasztják azt a feltevést, hogy az antimon ismert volt már az ókorban is. Az antimon-szulfidot mint fekete szemöldök- és szempillafestéket használták a korabeli nők a Közel-Keleten. Dioszkoridész az antimon-szulfidot stimmi néven említi, és Idősebb Plinius „stibium” -ként. Később a „stibium” a fémet jelölte és nem a szulfidot. Dioszkoridész szerint, ha a stimmit faszénnel hevítik, fém válik ki, pont, mint az ólom esetében. Innen az a feltevés, hogy az antimon ismert volt az ókorban, de összetévesztették az ólommal.

Később Constantinus Africanus említi az antimon szót, amit először az arab Geber alkimista használt 800 körül. A szó eredete vitatott. Egyesek szerint az arab othmond-ból származna és Geber használta, mások a görög anti (ellen) és monos (egyedül) szóösszetételből származtatnák, mivel az antimon sosem jelenik meg egyedül, hanem más fémekkel együtt, vagy a francia moine (szerzetes)-ből származna mivel a szerzetesek foglalkoztak ilyen mérgekkel (ismert volt az antimon-oxid és kálium-bitartarát keveréke, mint hánytató).

A XIII. század írásaiban találkozunk az antimonnal egy ötvözetben (réz + 6% antimon) ami „Albertus Magnus aranya”-ként ismert és nagyon jó hamisítvány volt.

A XVII. század elején megjelent egy könyv az antimonról („Currus triumphalis antimonii”), ahol leírták tulajdonságait, előállítását, egyes vegyületeit és felhasználását. A könyv szerzője a Szent Benedek-rendi Basilius Valentinius (1392-1450) szerzetes, akinek kéziratait Johann Thölde alkimista adata ki. Későbbi kutatások cáfolják ezeket az állításokat, és a könyv valódi szerzőjeként Johann Thölde-t tartják és úgy vélik, a bencés szerzetes nem is létezett, hanem Thölde álnév alatt adta ki könyvét. Az első tudományos kézikönyvet az antimonról Nicolas Lemery (1645–1715) írta. 1789-ben Lavoisier bejegyzi az antimont a kémiai elemek közé.

Előállítása

Az antimonitból előállítható vassal történő redukcióval:

$\mathrm {Sb_{2}S_{3}+3Fe\Rightarrow 3FeS+2Sb} \,\!$

A keletkező antimon alacsonyabb hőmérsékleten olvad mint a vas-szulfid és kőnyű elválasztani ettől. Ugyancsak antimonitból előállítható pörköléssel és utána, a keletkezett oxidból szénnel redukálhatjuk.

$\mathrm {Sb_{2}S_{3}+5O_{2}\Rightarrow Sb_{2}O_{4}+3SO_{2}} \,\!$

$\mathrm {Sb_{2}O_{4}+4C\Rightarrow 2Sb+4CO} \,\!$

Tulajdonságai

Vegyületeiben oxidációszáma -3, +3, és +5 lehet, ezek elsősorban kovalens jellegűek. 800 °C-on a levegő jelenlétében ég és fehér füst alakú antimon-trioxid keletkezik. Porítva és klórt tartalmazó edénybe szórva ég és antimon-pentaklorid keletkezik. Hevítve kénnel, arzénnel és foszforral reagál. A sósav és kénsav nem támadja meg, a salétromsav oxidálja és a koncentráció függvényében trioxid, vagy pentaoxid keletkezik amelyek hidratálódnak savképzéssel. Sói vízben oldva hidrolizálnak és oldhatatlan vegyületek keletkeznek.

Hatása az élővilágra

Az antimon és vegyületeinek nagy része mérgező. Az antimonmérgezés tünetei nagyon hasonlóak az arzénmérgezéséhez. Kis adagban fejfájást, szédülést és depressziót okoz. Nagy adagban gyakori és heves hányáshoz vezet, amely pár napon belül halállal végződhet. Egy tanulmány kimutatta, hogy savas gyümölcsitalok antimon-oxidot oldanak ki a modern PET flakonokból, de a koncentráció nem lépi túl a megengedett határt. Az ivóvízben a megengedett antimonmennyiség országonként változik:

• Anglia 20 µg l⁻¹ (mikrogramm per liter)
• Kanada 6 µg l⁻¹
• Németország 5 µg l⁻¹
• Japán 2 µg l⁻¹

Felhasználása

• Az antimont egyes vegyületeit (oxidok, szulfidok, nátrium-antimonát, és antimon-triklorid) felhasználják tűzálló zománcok előállítására a kerámiaipar részére, és éghető anyagok tűzállóságának növelésére
• az antimon(III)-szulfid és kálium-klorát keverékét gyufa gyártására használják
• az elektronika diódák, infravörösfény-detektorok és Hall effektuson alapuló eszközök gyártásánál alkalmazza
• jelen van különböző ötvözetekben:
  • ólom-antimon (kemény ólom), amit vízvezetékek, lefolyók, ólom akkumulátorok rácsainak gyártására használnak
  • ólom-ón-antimon, amit nyomdákban, betűk gyártására használnak
  • ólom-ón-réz-antimon: siklócsapágyak gyártására használt súrlódáscsökkentő ötvözet
  • az „ólommentes” forrasztóónok 5% antimont tartalmaznak

Vegyületei

antimon(III)-klorid

Legegyszerűbben antimonitból és tömény sósavból lehet előállítani főzessél.

$\mathrm {Sb_{2}S_{3}+6HCl\rightarrow 3H_{2}S+2SbCl_{3}} \,\!$

Desztillálással tisztítható (forráspontja 223 °C). A tiszta antimon(III)-klorid 73 °C-on kristályosodik és egy átlátszó, lágy, vajszerű anyag keletkezik, fajsúlya $\rho =$ 3,0. Innen származik a régi „antimonvaj” elnevezés. Erősen nedvszívó és a levegő nedvességével egy olajszerű oldatot képez. Jól oldódik szén-diszulfidban, kloroformban, éterben, acetonban, abszolút alkoholban. Oldódik kevés vízben, de oldatát ha hígítjuk hidrolizál és fehér csapadék alakjában antimon-klorid-oxid válik ki. Sok vízzel melegítve, az antimon-klorid-oxid antimon-oxiddá alakul, ami sósavval újra regenerálja az antimon(III)-kloridot.

$\mathrm {2SbCl_{3}{\xrightarrow[{H_{2}O}]{\xleftarrow {HCl}}}OSbCl{\xrightarrow {H_{2}O}}Sb_{2}O_{3}}$

Nátrium-klorid oldatba oldva egy komplex vegyület keletkezik.

$\mathrm {SbCl_{3}+3NaCl\rightarrow Na_{3}\left[SbCl_{6}\right]} \,\!$

Az antimon(III)-kloridot vas- és réztárgyak színezésére (barnítás) használják.

antimon-oxid

• Az antimon-trioxid (Sb₂O₃), az antimon oxidálásával, vagy a hidroxid víztelenítésével lehet előállítani. Fehér kristályos por amely hevítéskor megsárgul, de lehűtve újra fehér lesz. 656 °C-on megolvad és 700 °C-on forr. Gőzének sűrűsége megfelel a Sb₄ O₆ molekuláris képletnek. Amfoter jellemű. Jól oldódik bázisokban antimonitok képződése közben.

$\mathrm {Sb_{2}O_{3}+2NaOH\Rightarrow 2NaSbO_{2}+H_{2}O} \,\!$

Ezeket a meta-antimonossavból lehet származtatni, amit oldatból nem lehet elkülöníteni.

$\mathrm {Sb_{2}O_{3}{\xleftarrow {\xrightarrow {+H_{2}O}}}2H\left[SbO_{2}\right]{\xleftarrow {\xrightarrow {+2H_{2}O}}}2H_{3}\left[SbO_{3}\right]}$

Ahol

• • H[SbO₂] hidrogén-[dioxo-antimonát(III)], elavult neve meta-antimonossav
  • H₃ [SbO₃] hidrogén-[trioxo-antimonát(III)], elavult neve ortoantimonossav

A természetben két módosulata fordul elő: a szenamontit és a valentinit. Felhasználják a fehér zománcok előállításánál.

• Az antimon-tetroxidot (Sb₂O₄), az antimon(III)-oxid, vagy az antimon(V)-oxid 900 °C-on történő hosszas hevítésével lehet előállítani. Vízben oldhatatlan színtelen, kristályos, melynek X sugaras elemzésével megállapították hogy tulajdonképpen az antimon(III) és antimon(V) oxidjainak a kombinációja. A természetben mint antimonokker fordul elő.
• Az antimon(V)-oxid (Sb₂O₅), az antimon salétromsavval való oxidálásával lehet előállítani. Tisztán elég nehéz előállítani mivel a hevítéssel történő víztelenítésnél oxigént is veszít és keletkezik Sb₂ O₄ is. Világossárga színű és vízben gyengén oldódik. Belőle származtathatók az antimonsavak, melyek közül a legfontosabb a H[Sb(OH)₆] (hexahidroxo-antimonsav), amit tiszta állapotban nem lehet elkülöníteni, de elkülöníthetők a sói, az antimonátok. Antimon(V)-oxid és kálium-hidroxid hevítésével és az olvadék kevés vízből való kristályosításával előállítható a kálium-[hexahidroxo-antimonát(V)], K[Sb(OH)₆]. Ennek tömény oldata, Na⁺ ionok jelenlétében kicsapja a nátriumot, Na[Sb(OH)₆] fehér csapadék formájában.

antimon(III)-szulfid Sb₂S₃

Antimonit: Carnegie Természetrajzi Múzeum

Előállítható a két elem megfelelő arányban való összeolvasztássávval, vagy az antimon(III) kicsapásával, hidrogén-szulfiddal. A csapadék narancssárga színű és az antimon kimutatására használják az analitikai kémiában. Ha levegő hiányában hevítjük átalakul az ólomszürke módosulatba amely azonos a természetben is előforduló ásvánnyal, az antimonittal, 500 °C-on megolvad. Az antimonit a rombos rendszerben kristályosodik és tűszerű kristályai elérhetik a 15–20 cm-t. Ha a hevítést levegő jelenlétében végezzük akkor antimon-tetraoxid keletkezik.

antimon(V)-szulfid Sb₂S₅

Hasonló eljárásokkal lehet előállítani mint antimon(III)-szulfidot (antimon(V)-kloridból és hidrogén-szulfidból). Tiszta állapotban nátrium-[tetratio-antimonát(V)]-ből állítható elő híg savak hatására

$\mathrm {2Na_{3}SbS_{4}+6HCl\Rightarrow Sb_{2}S_{5}+6NaCl+H_{2}S} \,\!$

Szép narancssárga színű por, és ezért nevezték „sulfur auratum”-nak. Felhasználják a vörös gyufa gyártására (kálium-kloráttal) és a vörös kaucsukáruk vulkanizálására (220 °C-on bomlik és kén szabadul fel ami vulkanizál és a keletkezett Sb₂S₃ pedig színező).

hidrogén-antimonid SbH₃

Előállítható antimon(III)-oxidból és sósavból. Szobahőmérsékleten gáznemű (olvadáspontja -88,5 °C és forráspontja -17 °C), kellemetlen szagú. Nagyon instabil, már szobahőmérsékleten könnyen bomlik, főleg ha érdes felülettel érintkezik, vagy a kémcső falán van antimon tükör egy előző kísérletből. A tiszta hidrogén-antimonit 200 °C-ra hevítve robban.

Forrás

• Kémiai kislexikon (Dr. Makkay Ferenc, Kriterion Könyvkiadó)
• Chimie generală, C. D. Neniţescu, Editura didactică şi pedagogică, Bucureşti, 1972