Antimoni(III)sulfidi (Sb2S3) — määritelmä, rakenne ja ominaisuudet

Tutustu antimoni(III)sulfidiin (Sb2S3): määritelmä, rakenne, fysikaalis‑kemialliset ominaisuudet, käyttömahdollisuudet ja turvallisuus — selkeä ja ytimekäs opas.

Antimonitrisulfidi, joka tunnetaan myös nimellä antimoni(III)sulfidi, on kemiallinen yhdiste. Sen kemiallinen kaava on Sb₂S₃. Siinä on antimoni- ja sulfidi-ioneja. Antimoni on hapetusasteeltaan +3.

Yleistä ja koostumus

Sb₂S₃ on antimonin ja rikin yhdiste, joka esiintyy luonnossa mineraalina nimeltä stibiitti tai stibniitti (stibnite). Yhdisteen moolimassa on noin 339,7 g·mol⁻¹ (2 × Sb ~121,76 u + 3 × S ~32,06 u).

Rakenne

Antimonitrisulfidi muodostaa ortorombisen (stibniittityyppisen) kiteisen rakenteen. Rakenteessa Sb-atomit ovat pääosin kolmi- tai kolmikoordinoituneita ja ne liittyvät S-atomeihin muodostaen SbS₃-pyramideja. Nämä pyramidiyksiköt jakavat reunoja ja muodostavat pitkiä nauhamaisia ketjuja tai palkkimaisia rakenteita, joiden välissä esiintyy stereokemiallisesti aktiivisia elektronipareja antimonilla.

Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet

• Ulkonäkö: luonnon stibniitti on metallinhohtoista ja lyijynharmaata; puhdas tai amorfinen Sb₂S₃ voi esiintyä myös tummempana tai punaiseen vivahtavana. Kide- ja jauhemuodot voivat erota väriltään.
• Tiheys: luonnonmineraalissa noin 4,6–4,7 g·cm⁻³ (arvoluokka).
• Liukoisuus: käytännössä liukenematon veteen. Liukenee reaktiivisissa sulfidi- tai emäsliuoksissa muodostaen thioantimonaatteja ja reagoi voimakkaiden hapettimien kanssa muodostaen oksideja ja sulfaattia.
• Sähköiset ominaisuudet: Sb₂S₃ on kapeakaistainen puolijohde; tutkimuksissa sen energia-aukko (band gap) ilmoitetaan tyypillisesti noin 1,6–1,8 eV:n luokassa, minkä vuoksi sitä on tutkittu aurinkokenno- ja valodetektorimateriaaleina.

Valmistus ja esiintyminen

Luonnossa Sb₂S₃ esiintyy stibniitissä, joka muodostaa usein lankamaisia tai säikeisiä kiteitä hydrotermisissa olosuhteissa. Teollisessa tai laboratorio-olosuhteessa Sb₂S₃ voidaan valmistaa esimerkiksi:

• suoraan yhdistämällä puhdistetut alkuaineet (Sb + S) lämmöllä,
• saostamalla Sb³⁺-liuoksesta (esimerkiksi SbCl₃) rikihappokaasun (H₂S) avulla, jolloin muodostuu mustan tai punertavan sävyinen Sb₂S₃-sakka.

Käyttö

• Historiallisesti antimonisulfiidia on käytetty kosmetiikassa (esim. kohl-silmämeikki) ja pigmenttinä.
• Tietyt antimoniyhdisteet, mukaan lukien Sb₂S₃, ovat olleet käytössä sytyttiminä, ilotulitteissa ja joissain muissa teknisissä sovelluksissa.
• Tutkimuksessa Sb₂S₃ on kiinnostava puolijohdemateriaali aurinkokennosovelluksiin ja valodetektoreihin sen sopivan kaistanleveyden ja edullisen koostumuksen takia.

Chemialliset reaktiot

• Saostuu Sb³⁺-liuoksesta H₂S:n vaikutuksesta: 2 Sb³⁺ + 3 S²⁻ → Sb₂S₃(s).
• Hapettavissa olosuhteissa Sb₂S₃ oksidoituu muodostaen antimonin oksideja (esim. Sb₂O₃) ja rikin hapetuessa SO₂ tai SO₄²⁻.
• Voimakkaissa emäsliuoksissa tai sulfidi-ioni-ylijäämässä voi muodostua kompleksisia thioantimonaatteja.

Turvallisuus ja ympäristö

Antimoniyhdisteet ovat biologisesti aktiivisia ja voivat olla haitallisia terveydelle. Sb₂S₃-pölyn hengittäminen, suora ihoaltistus tai nieleminen tulee välttää. Työpaikoilla on tärkeää käyttää asianmukaista ilmanvaihtoa, suojavarusteita ja käsitellä kemikaaleja turvallisesti. Ympäristöön päästessään antimoniyhdisteet voivat olla haitallisia vesieliöstölle; paikalliset jäte- ja ympäristösäännökset tulee huomioida.

Yhteenveto

Antimonitrisulfidi (Sb₂S₃) on stibniittina esiintyvä antimonin ja rikin yhdiste, jolla on erityinen nauhamainen kristallirakenne ja mielenkiintoisia puolijohde‑ominaisuuksia. Sitä on käytetty historiallisesti pigmenttinä ja kosmetiikassa sekä tutkitaan nykyään teknisissä sovelluksissa, kuten aurinkokennoissa. Kuten muutkin antimoniyhdisteet, Sb₂S₃ vaatii varovaisuutta käsittelyssä sen myrkyllisyyden vuoksi.

Hae kirjaimella