Antymon (Sb) – właściwości, działanie i występowanie antymonu

Antymon to pierwiastek, o którym nie słyszy się często. Tajemniczości dodaje mu fakt, że symbol chemiczny (Sb) w żaden sposób nie odpowiada nazwie – jest bowiem skrótem od stibnitu, czyli pospolitego minerału, w którym tytułowy półmetal występuje najczęściej. W rzeczywistości antymon znajduje jednak szerokie zastosowanie we współczesnym przemyśle i jest nieocenionym elementem nowoczesnych technologii!



Antymon (Sb) w układzie okresowym pierwiastków. Źródło: Intothelight Photography/ShutterstockAntymon (Sb) w układzie okresowym pierwiastków. Źródło: Intothelight Photography/Shutterstock
  1. Historia antymonu
  2. Właściwości antymonu – jakie związki tworzy?
  3. Występowanie i wydobycie antymonu
  4. Zastosowania antymonu
  5. Wpływ antymonu na zdrowie
  6. Antymon a ekologia
Specyficzna nazwa antymonu jest zlepkiem dwóch greckich słów: „anty” oraz „monos” – tłumaczy się ją więc często jako: „niewystępujący samotnie”. Z punktu widzenia współczesnej nauki nie jest to do końca prawda, ale dość dobrze określa ogólne zwyczaje metaloidu zaklasyfikowanego do 15 grupy układu okresowego i położonego między cyną a tellurem.

Historia antymonu

Związki antymonu były znane człowiekowi już w starożytności. Już 3 tysiące lat p.n.e. siarczek antymonu (Sb2S3) wykorzystywany był przez Egipcjanki jako kosmetyk do podkreślania oczu – odpowiednik dzisiejszego eyelinera. Wzmianki o czarnym, barwiącym minerale można znaleźć w antycznych papirusach, zaś w Muzeum Luwru znajduje się licząca sobie 5 tysięcy lat waza wykonana z antymonu. Nawet w Starym Testamencie przeczytać można o kusicielskiej królowej Izebel, która była jedną z najsłynniejszych orędowniczek antymonowej kosmetyki.

Ok. VI w. p.n.e. Chaldejczycy wykorzystywali w sztuce i budownictwie żółty pigment, który był tak naprawdę antymonitem ołowiu – archeolodzy odnaleźli jego ślady w babilońskich świątyniach Nabuchodonozora. Z kolei w I w. n.e. rzymski uczony Pliniusz Starszy opisywał w swoich dziełach sposoby na przygotowanie siarczku antymonu, który wykorzystywany był do celów leczniczych.

W okresie średniowiecza antymon był już powszechnie stosowany w stopach metalowych służących do wyrobu dzwonów czy zwierciadeł.  W XVII w. niemiecki filozof i lekarz, Andreas Libavius, autor pierwszej chemicznej encyklopedii, opublikował jako pierwszy sposób izolacji antymonu za pomocą redukcji jego siarczku (stibnitu) żelazem. W efekcie uzyskał krystaliczny półmetal.
Tabela przedstawiająca właściwości antymonu; opracowanie własne

Właściwości antymonu – jakie związki tworzy?

Antymon jest półmetalem, co oznacza, że wykazuje cechy metalu i niemetalu. W temperaturze pokojowej ma postać ciała stałego – srebrzystych, połyskliwych i kruszących się bryłek o niskim poziomie twardości (zaledwie 3 w dziesięciostopniowej skali Mohsa). Jego liczba atomowa wynosi 51, zaś masa atomowa określana jest na poziomie 121,76. Temperatura topnienia pierwiastka wynosi 630,63 °C, zaś temperatura wrzenia 1635 °C.

Oprócz stabilnej, metalicznej formy znamy jeszcze 3 alotropowe odmiany antymonu:
  • rzadki, wybuchowy antymon powstały w efekcie elektrolizy trójchlorku antymonu; ucierany w moździerzu podlega silnej detonacji, zaś po zadrapaniu wydziela duże ilości ciepła oraz białe opary;
  • czarny antymon pozyskiwany na drodze szybkiego schładzania pary antymonowej; w tej postaci pierwiastek utlenia się w obecności powietrza i może ulegać spontanicznemu samozapłonowi;
  • żółty alotrop antymonu jest odmianą najmniej stabilną, uzyskiwaną poprzez oksydację stibnitu w temperaturze -90°C.

Ponadto antymon posiada dwa stabilne izotopy, czyli postacie różniące się ilością neutronów w jądrze, a w efekcie i masą atomową; obie spotykane w stanie naturalnym. Nieco częściej (57,36%) w przyrodzie występuje Sb-121, rzadziej Sb-123. Poza tym antymon posiada jeszcze 35 radioaktywnych izotopów, z których najdłuższy połowiczny okres rozpadu (a więc i żywotność) posiada Sb-125 – 2,75 roku.
W podstawowej postaci i normalnych warunkach antymon jest odporny na działanie kwasów, powietrza czy wilgoci. Może jednak stopniowo się utleniać w kontakcie z wilgotnym powietrzem. Po podgrzaniu bardzo łatwo oksyduje jednak w towarzystwie siarki i halogenków. Podgrzany w powietrzu tworzy natomiast trójtlenek antymonu (Sb2O3), który z kolei rozpuszcza się i w kwasach, i w zasadach.

Struktura elektronowa antymonu do złudzenia przypomina arsen – trzy najbardziej zewnętrzne orbity są jedynie w połowie zapełnione. W efekcie pierwiastek tworzy wiązania walencyjne z innymi atomami w różnych stopniach utleniania: od -3 do +3. Konsekwencją tego faktu są łatwe reakcje z metalami dające związki zwane antymonidami.
Kryształ antymonu. Źródło: Bosstock/Shutterstock
Kryształ antymonu. Źródło: Bosstock/Shutterstock

Występowanie i wydobycie antymonu

W jednej tonie skorupy ziemskiej występuje zaledwie 1 g antymonu. Pierwiastek jest więc pięć razy rzadszy niż arsen. W postaci naturalnej występuje sporadycznie, ale jest częścią składową aż 100 różnych minerałów. Najpowszechniejszym i najlepszym jego źródłem jest wspomniany już stibnit, zwany również antymonitem lub błyszczem antymonu. Tutaj ciekawostka: alternatywna geneza nazwy antymonu odnosi się do greckiego słowa „anthemon”, czyli kwiat. Stibnit faktycznie bowiem tworzy słupowate kryształy przypominające kielichy kwiatów. Na świecie znajdywany jest przede wszystkim w Chile, Japonii, Algierii, Boliwii, Niemczech, Słowacji czy Rumunii. W Polsce antymonity występują przede wszystkim na Dolnym Śląsku.

Istnieje wiele metod pozyskiwania czystego antymonu ze stibnitu. Najstarszą jest wspomniane już oddziaływanie żelazem na stopiony półmetal. Poza tym minerał oksyduje się do postaci tlenku i redukuje wodorem lub izoluje ze złóż za pomocą roztworów siarczku sodu, a następnie poddaje elektrolizie. Oczyszczony antymon formowany jest w bryłki. Największymi producentami antymonu na świecie są Chiny, Tadżykistan oraz Rosja.

Zastosowania antymonu

Ponad połowa wyprodukowanego na świecie antymonu wykorzystywana jest w metalurgii. Pierwiastek dodawany jest do stopów, aby zwiększyć ich funkcjonalność. Ponieważ powoduje on zwiększanie objętości podczas zastygania, doskonale nadaje się do tworzenia odlewów metalowych. Dodatek antymonu zwiększa również twardość i siłę metali, np. ołowiu. Końcowe zastosowania obejmują m.in. osłony na kable, kwasowo-ołowiowe akumulatory samochodowe, amunicję, a także wyposażenie chemiczne, od zbiorników po rury i pompy. W szczególności pierwiastek wykorzystywany jest także do tworzenia stopów łożyskowych (tzw. babbitów), britannium (stopu cyny, antymonu i miedzi) oraz stopów cyny.

Ponadto wysokiej jakości, czysty antymon znajduje zastosowanie w produkcji półprzewodników, zwłaszcza diod, czujników Halla oraz czujników wykrywających promieniowanie podczerwone. Związki antymonu są natomiast wykorzystywane jako środki opóźniające palność tworzyw sztucznych, tekstyliów, ceramiki czy farb; inne zaś sprawdzają się jako pigmenty. Winian antymonowo-potasowy pomaga wiązać barwniki w tkaninach, a paradoksalnie stosowany jest również w medycynie, jako substancja wykrztuśna i wymiotna, a także lek na tropikalne choroby.

Niszowe zastosowania antymonu obejmują również stabilizowanie i katalizowanie procesu produkcji szeroko wykorzystywanego polimeru PET oraz usuwanie bąbelków powietrza w szkle, np. ekranów telewizyjnych.

Wpływ antymonu na zdrowie

W naturalnej postaci, w normalnych warunkach atmosferycznych antymon nie ma negatywnego wpływu na ludzkie zdrowie. Niestety, wiele jego związków jest już uważanych za toksyczne i może stwarzać zagrożenie dla człowieka. Szczególną ostrożność wymaga obchodzenie się z trójtlenkiem antymonu, który powoduje poważne podrażnienia dróg oddechowych, choroby płuc, przebarwienia skóry, zaburzenia żołądkowe, a nawet arytmię serca. Silne zatrucie może przypominać reakcję na arszenik. Ryzyko dotyczy jednak przede wszystkim pracowników zakładów przemysłowych, którzy mogą mieć bezpośrednią styczność z oparami antymonu. Niestety, inhalacja związków antymonu może mieć również rakotwórczy wpływ.

Szczególnie kontrowersyjne jest zastosowanie wspomnianego wyżej winianu antymonowo-potasowego, którego nigdy nie należy przyjmować w większych niż zalecane ilościach. Ze względu na śladową obecność w butelkach PET i udowodnione ryzyko przenikania do napojów wiele krajów świata wprowadziło już standardy dozwolonego stężenia antymonu w wodzie pitnej (według Światowej Organizacji Zdrowia norma wynosi 20 µg/L, w UE jest ona czterokrotnie niższa). Ilości antymonu stwarzające bezpośrednie zagrożenie dla życia określane są na poziomie 50 mg/m3.
Antymon wykorzystywany jest m.in. w stopach cyny. Źródło: Arne Beruldsen/Shutterstock
Antymon wykorzystywany jest m.in. w stopach cyny. Źródło: Arne Beruldsen/Shutterstock

Antymon a ekologia

W bardzo małych ilościach antymon znajdowany jest w wodzie, glebie i powietrzu. Największym problem jest jego akumulacja w podłożu, gdzie niesiony być może na dalekie nawet odległości wraz z rzekami i strumieniami. Z doświadczeń wynika tymczasem, że wysokie stężenia antymonu mogą powodować uszkodzenie serca, płuc, wątroby i nerek gryzoni, w konsekwencji prowadzące do śmierci. U psów nawet niskie stężenie antymonu we wdychanym powietrzu skutkuje problemami z sercem, a wiele innych zwierząt może również doświadczać zaburzeń płodności. Jak na razie zagrożenie nie jest na szczęście wysokie, ale nie należy o nim zapominać, zwłaszcza w obliczu gigantycznej skali współczesnego przemysłu metalurgicznego.
Ekologia.pl (Agata Pavlinec)

Bibliografia

1. “Antimony” Royal Chemical Society, https://www.rsc.org/periodic-table/element/51/antimony, 30/06/2022
2. “Facts about Antimony” LiveScienceStaff, https://www.livescience.com/37390-antimony.html, 30/06/2022
3. “Antimony” Britannica, https://www.britannica.com/science/antimony, 30/06/2022
4. “All about antimony” PS Analytical, https://www.psanalytical.com/information/antimony.html, 30/06/2022
5. “Antimony facts” Anne Marie Helmenstine, https://www.thoughtco.com/antimony-element-facts-606498, 30/06/2022
6. “Facts about the Elements: Antimony” Daniel Herring, https://www.industrialheating.com/blogs/14-industrial-heating-experts-speak-blog/post/94603-facts-about-the-elements-antimony, 30/06/2022
7. “The Lonely Element Antimony” Chem Talk, https://chemistrytalk.org/antimony-element/, 30/06/2022
“Antimony – Sb” LennTech, https://www.lenntech.com/periodic/elements/sb.htmm, 30/06/2022

Ocena (3.2) Oceń: