عنصر آنتیموان یک نیمه فلز براق و نقره ای رنگ از گروه نیتروژن جدول تناوبی است. این فلز دارای بافت پوسته پوسته و سخت و شکننده است. این فلز که از زمان های قدیم شناخته شده است، کاربردهای گسترده ای از جمله آرایش چشم مشکی دارد. آنتیموان را می توان عنصری تنها دانست زیرا هرگز به تنهایی یافت نمی شود. همیشه با عنصر دیگری ترکیب می شود. بیایید درباره آنتیموان بیشتر بدانیم.

حقایق جالب درباره آنتیموان
ریشه نام آن از کلمات یونانی “آنتی” و “مونوس” به معنای “نه تنها” گرفته شده است زیرا همیشه با عنصر دیگری یافت می شود.
نماد آنتیموان Sb است که از “stibium” می آید. استیبیوم از کلمه یونانی “stibi” به معنای علامت گرفته شده است. این به نحوه استفاده از آنتیموان برای آرایش چشم سیاه مربوط می شود.
در عهد عتیق اشارات کتاب مقدسی از آنتیموان وجود دارد، جایی که ملکه ایزابل از ترکیب آنتیموان برای آرایش استفاده می کند.
آنتیموان سمی است و هرگز نباید آن را استنشاق یا بلعید. با این حال، به طور گسترده ای برای اهداف دارویی مختلف از جمله ملین ها استفاده شده است. خوشبختانه، مردم اکنون بهتر می دانند که از این شیوه های خطرناک پیروی نکنند.
یکی از نظریه های مرگ زودهنگام ولفگانگ آمادئوس موتزارت این است که پزشک او را با داروی سمی آنتیموان مسموم کرده است.
آنتیموان در جدول تناوبی

آنتیموان، نماد اتمی Sb، دارای عدد اتمی 51 در جدول تناوبی است. در سمت راست قلع و در سمت چپ تلوریم قرار دارد. زیر آرسنیک و بالای بیسموت قرار دارد و خواصی مشابه هر دوی این عناصر دارد. آنتیموان دارای پیکربندی الکترونی [Kr] 4d105s25p3 است.

عناصر پنیکتوژن اعضای گروه نیتروژن جدول تناوبی هستند. در کنار آنتیموان، عناصر دیگر این گروه عبارتند از: نیتروژن (آشنایی با کشف نیتروژن)، فسفر، آرسنیک، بیسموت و آنون پنتیوم. Pnictogen ها خاص هستند زیرا پیوندهای کووالانسی دو و سه گانه قوی تشکیل می دهند (در اینجا درباره پیوندهای کووالانسی بیشتر بدانید) تا ترکیبات پایدار تولید کنند.

آنتیموان تقریباً با تمام فلزات جدول تناوبی واکنش نشان می دهد و پنکتیدها را تشکیل می دهد. علاوه بر این، تمام پنیکتوژن ها دارای پنج الکترون ظرفیت هستند. دو تا از این الکترون ها جفت هستند و در لایه فرعی s وجود دارند، در حالی که سه الکترون باقی مانده در پوسته p، جفت نشده هستند. آنتیموان می تواند سه الکترون p را از دست بدهد و در نتیجه بار 3+ ایجاد کند، یا هر پنج الکترون را از دست بدهد و بار 5+ را به همراه داشته باشد. این عنصر همچنین یکی از پنیکوژن‌های سنگین‌تر است، اما در رسانش الکتریسیته بسیار شکننده و بد است.

آلوتروپ آنتیموان

چهار آلوتروپ آنتیموان وجود دارد: یک شکل فلزی و سه شکل ناپایدار. آلوتروپ فلزی پایدار است، در حالی که سه شکل فراپایدار ناپایدار هستند. اشکال فراپایدار خود را به صورت جامدات زرد، سیاه و انفجاری نشان می دهند.

فرم فلزی

آلوتروپ فلزی پایدارترین آلوتروپ آنتیموان است. چیزی که آنتیموان را از سایر عناصر متمایز می کند، توانایی آن برای انبساط در هنگام انجماد است. در مجموع، تنها چهار عنصر می توانند این کار را انجام دهند، از جمله بیسموت. آلوتروپ فلزی را می توان به عنوان شکل معمول آنتیموان در نظر گرفت.

فرم های فراپایدار
آلوتروپ انفجاری

آلوتروپ انفجاری آنتیموان محلول جامد تری کلرید آنتیموان است. بسیار حساس است و حتی یک خراش کوچک می تواند باعث انفجاری مخرب شود. الکتروشیمیدان جورج گور اولین کسی بود که آنتیموان انفجاری را در سال 1858 تهیه کرد. ابتدا یک محلول غلیظ از تری کلرید آنتیموان فرآیند الکترولیز را در محلول اسید هیدروکلریک انجام می دهد. در فرآیند الکترولیز، باید یک آند و کاتد وجود داشته باشد. آنتیموان آند و پلاتین یا مس کاتد است. سپس آنتیموان روی کاتد رسوب می‌کند که می‌تواند منجر به انفجار شود. اگر آنتیموان سطح پلاتین/مس را خراش دهد، باعث تبدیل آنتیموان به آلوتروپ فلزی پایدارتر از طریق تبخیر می شود.

هنگامی که تری کلرید آنتیموان تبخیر می شود، گرما آزاد می شود و انفجار ابرهای سفید رخ می دهد. این یک فرآیند بسیار خطرناک است، زیرا بخارات تری کلرید آنتیموان سمی هستند. هنگام استنشاق، باعث تحریک در دهان، بینی، گلو و ریه می شود. علاوه بر این، ممکن است باعث سردرد، درد شکم شود و ممکن است بر سلامت کبد، قلب و سیستم تولید مثل تأثیر بگذارد.

آنتیموان سیاه

آنتیموان سیاه محصول گاز آنتیموان که به سرعت سرد می شود، آمورف است، به این معنی که شکل مشخصی ندارد. در مقایسه با آلوتروپ فلزی، آنتیموان سیاه از نظر شیمیایی بسیار واکنش پذیرتر است. با این حال، ناپایدارتر است و به راحتی در معرض هوا اکسید می شود، که ممکن است باعث اشتعال خود به خود شود. علاوه بر این، در دمای بالا در حدود 100 درجه سانتیگراد (212 درجه فارنهایت)، آنتیموان سیاه به فرم فلزی پایدار تبدیل می شود.

آنتیموان زرد

آنتیموان زرد غیرفلزی است و در بین همه آلوتروپ ها کمترین پایداری را دارد. هنگامی که ترکیب استیبین، SbH3، در دمای پایین 90 درجه سانتیگراد (-130 درجه فارنهایت) اکسید می شود، تشکیل می شود. هنگامی که دما از آن بالاتر می رود، آنتیموان زرد به آنتیموان سیاه تبدیل می شود. آنتیموان زرد به نام زرد ناپلی نیز شناخته می شود که یک رنگدانه معدنی است که برای رنگ استفاده می شود. این رنگ ها را ایجاد می کند

از رنگ زرد مایل به قرمز تیره به زرد روشن و روشن تبدیل می شود. زرد ناپلی یکی از قدیمی ترین رنگدانه های شناخته شده است و از ابتدای قرن هفدهم مورد استفاده قرار گرفته است.

کاربردهای آنتیموان در دنیای امروز

کاربرد اصلی آنتیموان برای مواد ضد حریق است. در حالی که اکسیدهای آنتیموان به تنهایی بازدارنده آتش خوبی نمی سازند، هنگامی که برای تبدیل شدن به هم افزایی ترکیب شوند، یکی از موثرترین مواد ضد حریق را تولید می کند. به عنوان مثال، تری کلرید آنتیموان تنها زمانی نسوز است که با هالوژن ترکیب شود. پودر تری کلرید آنتیموان اغلب به پلاستیک، رنگ، لعاب، منسوجات و لباس های کودکان اضافه می شود تا آنها را در برابر آتش مقاوم کند.

معمولاً برای افزایش سختی، آنتیموان به آلیاژهای سرب اضافه می شود. آلیاژهای سرب-آنتیموان همچنین باتری هایی با رسانایی الکتریکی خوب می سازند تا زمان شارژ مجدد و عملکرد کلی را افزایش دهند. این آلیاژها همچنین گلوله هایی تولید می کنند که گلوله های رقیب جلیقه مسی آنقدر سخت هستند که می توانند از زره عبور کنند.

آنتیموان همچنین برای ساخت برخی از وسایل نیمه هادی مانند آشکارسازهای مادون قرمز استفاده می شود. این یک ماده ایده آل است زیرا فقط چند لایه اتمی ضخامت دارد. محققان در حال بررسی امکان جایگزینی آنتیموان به جای سیلیکون در تولید تراشه های کامپیوتری کوچک هستند. در حالی که سیلیکون نیمه هادی خوبی است، قادر به حمل ترانزیستورهای کافی نیست. از طرف دیگر، آنتیموان، در حالی که از نظر اندازه شبیه به سیلیکون است، قابلیت شارژ بسیار سریع‌تری دارد.

تاریخچه عنصر آنتیموان

در حالی که اولین کاشف آنتیموان یک راز باقی مانده است، نیکلاس لمری شیمیدان فرانسوی اولین کسی بود که این عنصر را به طور علمی مورد مطالعه قرار داد. او رساله ای در مورد آنتیموان را در سال 1707 منتشر کرد که یافته های خود را در مورد خواص و آماده سازی این عنصر شرح داد. با این حال، ترکیبات آنتیموان از زمان های قدیم به خوبی شناخته شده بود. با شروع از 3000 سال قبل از میلاد، سولفید آنتیموان (III)، پودر Sb2S3 در منطقه خاورمیانه برای آرایش چشم سیاه محبوب بود. علاوه بر این، آنتیموان در یک گلدان باستانی یافت شد که تخمین زده می شود مربوط به 4000 سال قبل از میلاد باشد.

تصور می شود که پلینی، بایگانی رومی قرن اول، اولین کسی بود که این عنصر را نام برد. او عنصر را استیبیوم نامید. بعدها ابوموسی جابر بن حیان این عنصر را آنتیموان به معنای «هیچ‌وقت تنها» نامید، زیرا هرگز در طبیعت به تنهایی یافت نمی‌شود. پلینی نوشت که چگونه استیبنیت، Sb2S3 چندین هدف دارویی داشت. علاوه بر این، مردم یونان باستان از استیبنیت به عنوان داروی پوست استفاده می کردند.

محبوبیت در قرون وسطی افزایش یافت، زمانی که کیمیاگران شروع به علاقه بیشتر به عنصر کردند. آنها معتقد بودند که می توانند سرب را با استفاده از آنتیموان به طلا تبدیل کنند. همچنین در قرون وسطی بود که مردم گلوله های آنتیموان فلزی را به عنوان ملین می بلعیدند. به طرز وحشتناکی، گلوله ها بدون تأثیر از دستگاه گوارش عبور می کنند و برای استفاده مجدد از مدفوع خارج می شوند. خوشبختانه، روش استفاده از آنتیموان به این روش در سال 1600 پایان یافت.

واکنش های آنتیموان

در دمای اتاق، آنتیموان به دلیل پایداری آن نسبتاً غیر فعال است. نه با هوا و نه آب واکنش نشان خواهد داد. با این حال، با برخی از هالوژن ها واکنش نشان می دهد. علاوه بر این، آنتیموان در حالی که در آب نامحلول است، در اسید نیتریک و سولفوریک داغ محلول است.

آنتیموان + اکسیژن

هنگامی که دما بالا می رود، تنها در این صورت آنتیموان با اکسیژن موجود در هوا واکنش می دهد. این واکنش منجر به مشتعل شدن عنصر و سوختن آن در شعله آبی مایل به سفید برای تولید اکسید آنتیموان (III) تری اکسید، Sb2O3 می شود.

آنتیموان + آب

مانند اکسیژن، آب تنها زمانی با آنتیموان واکنش نشان می دهد که درجه حرارت بالا باشد. در حرارت قرمز، آنتیموان و آب ترکیب می شوند و اکسید آنتیموان (III) تری اکسید را تشکیل می دهند.

آنتیموان + هالوژن ها

هالوژن های فلوئور، کلر، برم و ید در دمای اتاق نسبت به آنتیموان واکنش نشان می دهند. واکنش آنها ترکیبات تری هالید را تشکیل می دهد:

2Sb(s) + 3F2(g) → 2SbF3(s)
2Sb(s) + 3Cl2(g) → 2SbCl3(s)
2Sb(s) + 3Br2(g) → 2SbBr3(s)
2Sb(s) + 3I2(g) → 2SbI3(s)

پنتا کلرید آنتیموان می تواند از ترکیب گاز کلر با تری کلرید آنتیموان مذاب تشکیل شود.

افزودن هیدروژن فلوراید باعث تولید پنتا فلوراید آنتیموان و در نهایت اسید فلوئوآنتیمونیک می شود که یکی از قوی ترین اسیدهای شناخته شده است.

SbCl5 + 5 HF → SbF5 + 5 HCl
SbF5 + 2 HF ⇄ SbF6– + H2F+
آنتیموان + اسیدها

اسید نیتریک و سولفوریک داغ می تواند آنتیموان را در محلول های ترکیبات آنتیموان (III) حل کند. اسید کلریدریک آنتیموان را نیز حل می کند، اما فقط در محیطی بدون اکسیژن.

ترکیبات آنتیموان
هالیدها

کلرید آنتیموان (III)، SbCl3 یک کریستال بی رنگ و مرطوب است، به این معنی که به راحتی آب را از محیط اطراف خود جذب می کند. هنگامی که در دمای بالا در معرض اسید هیدروکلریک یا سولفوریک قرار می گیرد، حل می شود. آنتیموان (III) کلرید در سنتز تری اکسید آنتیموان خالص و در تولید دارو و منسوجات نقش دارد. انحلال این هالید منجر به تشکیل فلوراید آنتیموان (III) SbF3 می شود. این ترکیب همچنین یک کریستال بی رنگ است که در اسید هیدروفلوئوریک و آب حل می شود. در فرآیند الکترولیز تصفیه آنتیموان و برای

تولید منسوجات

برمید آنتیموان (III)، SbBr3 یک جامد زرد رنگ است که در آب تجزیه می شود و اسید هیدروبرومیک و اکسید آنتیموان تولید می کند. خورنده است و کاربرد عملی واقعی ندارد. با این حال، برای تصفیه آب و تجزیه و تحلیل شیمیایی مفید است.

یدید آنتیموان (III)، SbI3 یک جامد قرمز رنگ است که خود را در سه فاز مختلف نشان می دهد. شکل گازی رایج ترین است. در این حالت، هالید در یک ساختار هرمی شکل می‌آید، برخلاف یون آنتیموان که در حالت جامد خود توسط یک هشت وجهی از شش لیگاند یدیدی احاطه شده است. هنگامی که با آب ترکیب می شود، هالید به سرعت هیدرولیز می شود.

اکسیدها

اکسیدهای آنتیموان آمفوتریک هستند، به این معنی که می توانند با اسیدها و بازها واکنش دهند. با اسیدها، نمک آنتیموان تشکیل می شود، در حالی که بازها ترکیب را حل می کنند.

تری اکسید آنتیموان، Sb2O3، محصول سوختن آنتیموان در هوا است. به ویژه به دلیل نقش آن در مواد مقاوم در برابر آتش شناخته شده است. علاوه بر این، در ساخت پلاستیک پلی اتیلن ترفتالات (PET) که به طور گسترده در ظروف غذا و نوشیدنی دیده می شود، نقش دارد. با این حال، مصرف کنندگان باید بدانند که تری اکسید آنتیموان در لیست پیشنهاد 65 قرار دارد، زیرا قرار گرفتن در معرض آن خطر ابتلا به سرطان را افزایش می دهد. در ژانویه 2020، ایالت کالیفرنیا فروش هر گونه مبلمانی را که حاوی بیش از 0.1 درصد مواد بازدارنده آتش مانند تری اکسید آنتیموان باشد، ممنوع کرد.

علاوه بر این، تری اکسید آنتیموان که در ظروف غذا وجود دارد، می تواند به غذای آن نشت کند که مردم آن را می خورند. خوشبختانه، کاهش قرار گرفتن در معرض این ماده شیمیایی سرطان زا آسان است. مصرف کنندگان هنگام خرید مبلمان جدید باید محتاط باشند و سعی کنند از مبلمان مقاوم در برابر شعله اجتناب کنند. همچنین، خطر مصرف مواد غذایی آلوده را می توان با تغییر به ظروف شیشه ای یا اجتناب از گرم کردن پلاستیک PET کاهش داد.

پنتوکسید آنتیموان، Sb2O5، از واکنش اکسیداسیون تری اکسید آنتیموان با اسید نیتریک غلیظ به دست می آید. در حالت اکسیداسیون +5، پایدارترین حالت اکسیداسیون آنتیموان وجود دارد. پنتوکسید آنتیموان در محلولی از هیدروکسید پتاسیم غلیظ تجزیه می شود و هگزا هیدروکسوآنتیمونات پتاسیم (V)، KSb(OH)6 را تشکیل می دهد. از طرفی دیگر تحت تأثیر اسید نیتریک قرار نمی گیرد. این یک ضد شعله و همچنین یک لخته است – که برای تشویق ذرات به پیوند – در تولید دی اکسید تیتانیوم عمل می کند (در اینجا درباره دی اکسید تیتانیوم بیشتر بیاموزید).

هیدریدها

استیبین، SbH3، آنالوگ آمونیاک است و تولید اسیدی است که با فلز آنتیموان واکنش می دهد. همچنین محصول جانبی تولید باتری سرب اسید است. در حالی که نمی توانید این گاز بی رنگ را ببینید، اما قطعا می توانید آن را بو کنید. استیبین نه تنها بوی وحشتناکی دارد که می توان آن را با سولفید هیدروژن مقایسه کرد، بلکه هنگامی که تا دمای بالای 200 درجه سانتیگراد (392 درجه فارنهایت) حرارت داده می شود، خطر آتش سوزی دارد. حتی در دمای اتاق، این ترکیب به آرامی تجزیه می شود و آنتیموان و هیدروژن تولید می کند. این ماده با کلر، اسید نیتریک غلیظ و ازن به شدت واکنش نشان می دهد و می تواند منجر به آتش سوزی یا انفجار شود.

کسانی که در معرض خطر قرار گرفتن در معرض استیبین هستند باید از سمیت آن آگاه باشند. این گاز می تواند از طریق استنشاق وارد بدن شود و توسط خون، کبد، ریه ها، کلیه ها، تیروئید، آدرنال و پانکراس جذب شود. قرار گرفتن در معرض استیبین عوارض جانبی متعددی دارد، از جمله تحریک ریه، همولیز گلبول های قرمز، یرقان، خستگی، حالت تهوع، درد شکم و کمر، هماچوری، سردرد و تشنج.

سنتز آنتیموان

اکثر آنتیموان از جایگزینی کربنات و رسوبات اپی ترمال طلا-آنتیموان حاصل می شود. کانی استیبنیت منبع اولیه آنتیموان است و در سنگ های کربناته مانند سنگ آهک یافت می شود. این یک ماده معدنی بسیار ارزشمند برای اهداف تجاری آنتیموان است.

در حالی که چندین روش برای استخراج آنتیموان وجود دارد، این فرآیند نسبتا جدید تنها به یک مرحله نیاز دارد. در دماهای پایین، عنصر را می توان از طریق ذوب از کنسانتره استیبنیت جدا کرد. با استفاده از اکسید آهن به عنوان یک عامل کاهنده، گوگرد از طریق فرآیند ذوب تثبیت در نمک مذاب سدیم می رود. این روش موثر می تواند تا 91.48 درصد آنتیموان را با خلوص 96 درصد بازیابی کند.

آنتیموان همچنین می تواند از سنگ معدن طلای نسوز از طریق فرآیند شستشوی سولفید سدیم جدا شود. این روش با استخراج آنتیموان به شکل پیروآنتیمونات سدیم عمل می کند. ابتدا آنتیموان از سنگ معدن طلا در محلول سولفید سدیم شسته می شود. سپس محلول لیچینگ حاوی تیوآنتیمونیت سدیم مرحله اکسیداسیون تحت فشار را طی می کند تا پیروآنتیمونات سدیم تولید کند.

ایالات اکسیداسیون آنتیموان

دو حالت متداول اکسیداسیون آنتیموان عبارتند از 3+ و 5+ که حالت 5+ پایدارترین است. با این حال، حالت های اکسیداسیون 3- تا 5+ همگی امکان پذیر است.

خواص آنتیموان
نقطه ذوب: 903.778 K; 630.628 درجه سانتی گراد; 1167.13 درجه فارنهایت
نقطه جوش: 1860 K; 1587 درجه سانتی گراد; 2889 درجه فارنهایت
چگالی: 6.68 گرم بر سانتی متر مکعب
وزن اتمی: 121.760
عدد اتمی: 51
الکترونگاتیوی: 2.05
طبقه بندی: نیمه فلزی
فراوانی طبیعی در پوسته زمین: 0.00002%
پیکربندی پوسته الکترونی: [Kr] 4d10 5s2 5p3
ایزوتوپ ها: 121Sb
به طور طبیعی در

مواد معدنی: استیبنیت
سمیت: هنگام استنشاق یا بلع سمی است
آنتیموان را از کجا بخرم؟

فلز آنتیموان را می توان از آمازون و برخی از فروشگاه های تخصصی خریداری کرد.