Antimoni (Sb) — alkuaine: ominaisuudet, käyttö ja myrkyllisyys
Antimoni on kemiallinen alkuaine. Sen kemiallinen merkki on Sb. Symboli Sb tulee alkuaineen latinankielisestä nimestä "stibium". Sen järjestysluku on 51. Sen atomimassa on 121,8. Se on siniharmaa alkuaine, joka on jonkin verran myrkyllinen.
Ominaisuudet
Antimoni on metalloidin kaltainen alkuaine, jonka ulkonäkö on siniharmaa tai hopeanhohtoinen. Se on hauras ja hauras metalli, joka ei ole yhtä taipuisa kuin tyypilliset metallit. Antimonin tiheys on noin 6,7 g/cm³. Sen sulamispiste on noin 630 °C ja kiehumispiste noin 1587 °C. Elektronikonfiguraatio on [Kr] 4d10 5s2 5p3, ja tavallisimmat hapetusluvut ovat +3 ja +5.
Luonnossa esiintyminen ja mineraalit
Antimoni esiintyy luonnossa pääasiassa sulfidi‑mineraalina stibiittina (Sb2S3). Myös natriumin muodossa esiintyvä puhdas antimonin metalli on harvinaista. Antimonia louhitaan stibiitista, ja malmeista erotetaan ensin rikkipitoisuuksia polttamalla tai rikkaiden yhdisteiden käsittelyllä ennen metallisen antimonin talteenottoa.
Valmistus ja jalostus
Tyypillinen valmistusmenetelmä on stibiitin paistaminen, jolloin saadaan antimonin oksideja, joita voidaan sitten pelkistää esimerkiksi hiilellä tai raudalla metalliseksi antimoniksi. Teollisesti antimonia voidaan myös puhdistaa elektrolyyttisesti tai kemiallisin menetelmin.
Yhdisteet ja kemia
- Antimonitrioksidi (Sb2O3) on yleinen teollinen yhdiste, jota käytetään esimerkiksi palonestoaineissa.
- Antimonisulfiidi (Sb2S3) muodostaa stibiitin, joka on tärkein luonnonmineraali.
- Antimonilla muodostuu myös halogeeni‑yhdisteitä (esim. SbCl3) ja oksideja (Sb2O5) sekä orgaanisia antimoniyhdisteitä, joita on käytetty erilaisissa sovelluksissa.
Käyttö
Antimonilla on monia teollisia käyttökohteita. Tärkeimpiä ovat:
- palonestoaineet ja savunestoaineet (erityisesti Sb2O3 yhdistetään usein halogeenipohjaisiin palonestoaineisiin);
- seosaineet, esim. lyijy‑antimoni-seokset akkuissa, lyijypaloissa ja juotoksissa antavat kovuutta ja kulutuskestävyyttä;
- elektroniikassa ja puolijohdeteollisuudessa antimonia käytetään dopantteina ja joissain tapauksissa puolijohdemateriaalina;
- lasin ja keramiikan valmistuksessa väriaineena ja ominaisuuksia muuttavana aineena;
- lääketieteessä historiallisesti käytettiin antimoniyhdisteitä tietyissä loissairauksien hoidoissa (esim. leishmaniaasiin), mutta monet näistä käytännöistä ovat vähentyneet turvallisuussyistä.
Toksisuus ja turvallisuus
Antimoni ja sen yhdisteet ovat jossain määrin myrkyllisiä. Akuutti altistus voi aiheuttaa hengitysteiden ärsytystä, pahoinvointia, oksentelua ja ripulia. Pitkäaikainen altistus, erityisesti hengitysteitse, voi johtaa keuhko‑ongelmiin, ihomuutoksiin ja muuhun krooniseen toksisuuteen. Antimonitrioksidia (Sb2O3) on tutkittu mahdollisena karsinogeenina; kansainväliset arvioinnit ovat luokitelleet sen mahdollisesti karsinogeeniseksi ihmiselle, joten sen käsittelyssä on noudatettava varovaisuutta.
Käytännön turvallisuustoimia ovat suojavarusteiden (hengityssuojain, suojakäsineet, suojalasit) käyttäminen, hyvä ilmanvaihto ja huolellinen työhygienia. Työturvallisuusmääräykset ja altistuksen raja‑arvot vaihtelevat maittain, joten on tärkeää noudattaa paikallisia ohjeita ja turvallisuustiedotteita (SDS).
Isotoopit ja käyttö tutkimuksessa
Luonnollisella antimonilla on kaksi vakaa isotooppia: 121Sb ja 123Sb, jotka esiintyvät luonnossa noin 57 % ja 43 % suhteissa. Lisäksi on useita radioaktiivisia isotooppeja, joita käytetään tutkimuksissa ja teollisuudessa esimerkiksi merkkiaineina ja spektrometrisissa mittauksissa.
Ympäristövaikutukset
Antimoni sitoutuu usein maaperään ja sedimentteihin ja liikkuu ympäristössä hitaasti. Kuitenkin kylvetyt tai päästöt sisältävät yhdisteet voivat olla haitallisia kaloille ja muille vesieliöille. Siksi päästöjen hallinta ja jätteiden asianmukainen käsittely ovat tärkeitä ympäristön suojelemiseksi.
Yhteenvetona antimoni on teollisesti hyödyllinen metalloidimainen alkuaine, jolla on laaja kirjo käyttötarkoituksia, mutta jonka käsittelyssä on huomioitava myrkyllisyys ja ympäristövaikutukset.
Antimonikide
Ominaisuudet
Fysikaaliset ominaisuudet
Antimonilla on neljä allotrooppia. Antimonin yleinen allotrooppi on sinivalkoinen metalloidi. Jauheena se näyttää mustalta. Se on haurasta, pehmeää ja kiiltävää. Keltainen ja musta antimoni ovat epävakaita epämetalleja. Keltaista antimonia esiintyy vain hyvin kylmissä lämpötiloissa. Sitä valmistetaan hapettamalla stibiinistä. Se muuttuu mustaksi antimoniksi, kun siihen kohdistuu valoa tai kun se on lämpimämpää. Mustaa antimonia valmistetaan tavallisesti kuumentamalla metallista antimonia kiehuvaksi ja jäähdyttämällä höyryt sitten hyvin nopeasti. Se voi syttyä itsestään (ilman sytytyslähdettä, kuten kipinää tai liekkiä). Se myös syöpyy helposti. On olemassa toinenkin räjähtävä antimonin muoto, joka valmistetaan elektrolyysillä antimonitrikloridista. Tämä antimoni räjähtää muuttuessaan metalliseksi. Kemiallisia reaktioita ei tapahdu, vaan antimonikiteen atomit järjestäytyvät uudelleen. Kun puhutaan antimonista, tarkoitetaan yleensä sinivalkoista metalloidimuotoa, koska se on yleisin.
Antimonia esiintyy luonnossa kahtena stabiilina (ei radioaktiivisena) isotooppina. Sb-123 ja Sb-121
Kemialliset ominaisuudet
Antimoni on melko reagoimaton alkuaine. Se ei liukene helposti happoihin. Se voi liueta hapettaviin happoihin, kuten typpi- tai rikkihappoon. Se ei syövy helposti ilmassa, vaikka musta allotrooppi voi syövyttää. Antimoni palaa ilmassa muodostaen antimonitrioksidia. Ylimääräisessä ilmassa se palaa antimonitetroksidiksi.
Kemialliset yhdisteet
Antimoni muodostaa kemiallisia yhdisteitä kolmessa hapetusasteessa: -3, +3 ja +5. -3-yhdisteitä kutsutaan antimonideiksi. Niitä valmistetaan reagoimalla antimonia muiden metallien kanssa. Ne reagoivat happojen kanssa muodostaen myrkyllisen ja epävakaan kaasun stibiinin. +3-yhdisteet ovat yleisimpiä. Ne ovat heikkoja hapettimia. Ne ovat jokseenkin kovalenttisia, ja niiden sulamispisteet ovat alhaiset. Antimonitrikloridi on väritön ja pehmeä kiinteä aine, jolla on voimakas haju. Antimonitrioksidi on valkoinen kiinteä aine, joka liukenee vähän veteen. Muut antimoni(III)-halogenidit reagoivat veden kanssa antimonitrifluoridia lukuun ottamatta. +5-yhdisteet ovat voimakkaita hapettimia. Antimonipentafluoridi on erittäin reaktiivinen, samoin kuin antimonipentoksidi.
-3 yhdisteet
-3 yhdisteet ovat pelkistäviä aineita. Antimonidien ominaisuudet ovat seosten ja suolojen väliltä.
- Alumiiniantimonidi, musta kiinteä
- Antimonidi, Sb3- -ioni
- Stibiini, epästabiili väritön kaasu, jota syntyy, kun antimonidit reagoivat happojen kanssa.
- Sinkkiantimonidi, harmaa kiinteä aine
+3 yhdisteet
+3-yhdisteet ovat heikkoja hapettimia. Ne ovat kovalenttisia. Useimmat niistä ovat värittömiä tai vaaleankeltaisia kiinteitä aineita. Ne ovat yleisimpiä antimoniyhdisteitä.
- Antimonitribromidi, väritön kiinteä aine, reagoi veden kanssa.
- Antimonitrikloridi, väritön tai vaaleankeltainen pehmeä kiinteä aine, reagoi veden kanssa.
- Antimonitrifluoridi, vaaleanharmaa kiinteä aine, liukenee veteen.
- Antimonitrijodidi, keltainen kiinteä aine, reagoi veden kanssa.
- Antimonitrioksidi, valkoinen kiinteä aine, yleisin antimoniyhdiste.
- Antimonitrisulfidi, harmaa kiinteä aine, syttyvää
Sekoitettu hapetusaste
Antimonitetroksidissa antimoni on sekä +3- että +5-hapetusasteessa.
+5 yhdistettä
+5-yhdisteet ovat voimakkaita hapettimia. Ne ovat harvinaisia.
- Antimonipentakloridi, vaaleankeltainen neste
- Antimonipentafluoridi, väritön öljymäinen neste
- Antimonipentoksidi, keltainen kiinteä aine
Jauhemainen antimoni
Antimonitrioksidi
Antimonitrikloridi
Antimonisulfidi
Historia
Antimonisulfidi tunnettiin jo pitkään. Egyptistä ja Kaldeasta löydettiin antimonilla päällystettyjä ja antimonista valmistettuja esineitä. Antimoni mainittiin Euroopassa ensimmäisen kerran vuonna 1540. Ensimmäinen kotimainen antimoni löydettiin Ruotsista vuonna 1783. Antimonisulfidi ja antimoni sekoitettiin joskus antiikin aikana. On kiistanalaista, mitä antimonin alkuperäinen nimi "stibium" tarkoitti.
Esiintyminen
Antimoni ei ole yleistä. Sitä esiintyy suunnilleen yhtä usein kuin talliumia. Sitä on kuitenkin melko helppo saada, ja sitä on monissa mineraaleissa. Antimonia esiintyy joskus alkuaineena, mutta tavallisesti se esiintyy stibniittinä, antimonisulfidimineraalina. Stibniitti on antimonin tärkein malmi. Kiina on suurin antimonin tuottaja; se tuottaa 84 prosenttia kaikesta antimonista. Muita antimonia valmistavia maita ovat Etelä-Afrikka, Bolivia ja Kirgisia. Antimonia ei käytetä ihmiskehossa.
Stibniitti, antimonin sulfidimineraali.
Tuotanto
Antimonia valmistetaan stibniitistä kuumentamalla sitä ilmalla. Näin saadaan antimonitrioksidia. Koska se kuumenee niin paljon, antimonitrioksidi haihtuu. Muut stibniittimalmissa olevat metallioksidit eivät haihdu. Antimonitrioksidikaasu tiivistetään astiaan. Antimonitrioksidi kuumennetaan sitten hiilen kanssa, jolloin saadaan hiilidioksidia ja antimonia. Toinen tapa valmistaa antimonia on lämmittää stibniitti rautaromun kanssa. Tällöin saadaan rauta(II)sulfidia ja antimonia. Antimoni erotetaan ja käytetään.
Käyttää
Noin puolet kaikesta antimonista käytetään liekinestoon käytettävän antimonitrioksidin valmistukseen.
Se muodostaa seoksen lyijyn kanssa. Tämä seos, 5 % antimonia ja 95 % lyijyä, on kovempaa kuin puhdas lyijy. Sitä käytetään lyijyhappoparistoissa ja eräissä muissa tuotteissa. Sitä käytetään seoksena lyijyn kanssa pilliurkujen pilleissä. Tina sisältää antimonia. Joissakin lyijyttömissä juotteissa on antimonia. Sitä käytetään lyijyn seoksena käsiaseiden ammuksissa ja kaapeleiden päällysteissä. Sitä käytetään myös joissakin seoksissa, joilla on hyvin vähän kitkaa, kuten Babbitt-metallissa.
Toinen käyttötarkoitus on katalysaattori joidenkin muovien valmistuksessa. Antimoni(III)oksidia lisätään lasiin kuplien poistamiseksi esimerkiksi televisioruuduista. Antimonia käytetään elektroniikassa dopingaineena. Joitakin antimoniyhdisteitä käytettiin lääkkeinä tappamaan alkueläimiä. Antimoni-pilleri oli antimonipala, jonka piti parantaa sairauksia. Sitä käytetään lemmikkieläinten lääkkeissä. Antimonisulfidia käytetään tulitikuissa.
Turvallisuus
Antimoni on myrkyllistä. Se on myrkyllisyydeltään samanlainen kuin arseeni, mutta vähemmän myrkyllinen kuin arseeni. Antimoni-pölyn hengittäminen voi olla hyvin vaarallista. Antimoni reagoi voimakkaiden hapettimien kanssa. Pieniä määriä antimonia tulee ulos muovipulloista, joissa antimonia on käytetty katalysaattorina. Jotkut ihmiset olivat huolissaan siitä, että antimonia tuli liikaa.
| · v · t · e | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Viranomaisvalvonta |
