Antimoni (tarkistettu)

Huomautus: Tämä alun perin vuonna 1998 julkaistu artikkeli päivitettiin vuonna 2006 e-kirjapainosta varten.

Yleiskatsaus

Ihmiset ovat käyttäneet antimoniyhdisteitä vuosisatojen ajan. Muinaisen Egyptin naiset käyttivät kivikiveä, antimonisulfidia (Sb2S3), tummentamaan silmiään. Antimonia käytettiin myös värillisten lasitteiden valmistukseen helmiäisiin ja lasitavaroihin. Antimonin kemiallinen symboli on peräisin alkuaineen muinaisesta nimestä stibium. Antimonia ei tunnistettu kemialliseksi alkuaineeksi ennen keskiaikaa, mutta siitä tuli yleinen alkemistien käyttämä materiaali.

Alkemia oli eräänlainen esitiede, joka oli olemassa noin vuodesta 500 eaa. noin 1500-luvun loppuun. Alkemistit halusivat löytää keinon muuttaa lyijyä, rautaa ja muita metalleja kullaksi. He halusivat myös löytää keinon saada ikuinen elämä. Alkemia sisälsi liikaa magiaa ja mystiikkaa ollakseen todellinen tiede, mutta alkemistit kehittivät useita tekniikoita ja tuottivat monia uusia materiaaleja, jotka myöhemmin havaittiin hyödyllisiksi nykyaikaisessa kemiassa. Antimoni oli yksi näistä materiaaleista.

SYMBOLI
Sb

ATOMINEN
NUMERO 51

ATOMINEN MASSA
121.75

SUKUPUOLI
Ryhmä 15 (VA)
Typpi

NIMI
AN-ti-moh-nee

Antimoni on metalloidi. Metalloidi on alkuaine, jolla on sekä metallien että epämetallien ominaisuuksia. Metalloidit löytyvät jaksollisen järjestelmän oikealla puolella olevan porrasviivan kummaltakin puolelta (lukuun ottamatta alumiinia, jota ei pidetä metalloidina).

Antimonia käytetään pääasiassa seoksissa, keramiikassa ja lasissa, muoveissa ja palonestoaineissa. Palonestomateriaalit eivät pala avotulella. Sen sijaan ne kytevät tai eivät pala lainkaan.

Löytäminen ja nimeäminen

Antimonin yhdisteet tunnettiin jo muinaisissa kulttuureissa. Niitä on löydetty esimerkiksi helmissä, maljakoissa ja muissa lasiesineissä käytetyistä värillisistä lasitteista. Näitä yhdisteitä käytettiin kuitenkin laajalti vasta keskiajalla, jolloin niistä tuli suosittuja alkemistien keskuudessa. He ajattelivat, että antimonia voitaisiin käyttää lyijyn muuttamiseen kullaksi. Tältä ajalta alkaa ilmestyä merkintöjä antimonin ominaisuuksista.

Elementin nimesi todennäköisesti ensimmäisen kerran roomalainen tutkija Plinius (23-79 jKr.), joka kutsui sitä stibiumiksi. Muslimialkemisti Abu Musa Jabir Ibn Hayyan (n. 721-c. 815) kutsui sitä luultavasti ensimmäisenä antimoniksi – anti (”ei”) ja monos (”yksin”). Nimi tulee siitä, että antimonia ei esiinny luonnossa yksinään.

Alkemistit käyttivät salaisia koodeja kirjoittaessaan suurimmasta osasta työtään, joten nykyiset tutkijat eivät tiedä paljoa siitä, miten antimonia käytettiin. Ensimmäiset yksityiskohtaiset kertomukset antimonista julkaistiin vuonna 1707, kun ranskalainen kemisti Nicolas Lemery (1645-1715) julkaisi kuuluisan kirjansa Treatise on Antimony.

Fysikaaliset ominaisuudet

Antimoni on hopeanvalkoinen, kiiltävä alkuaine, joka näyttää metallilta. Sillä on suomuinen pinta ja se on kova ja hauras kuin ei-metalli. Sitä voidaan valmistaa myös mustana jauheena, jolla on kiiltävä kiilto.

Antimonin sulamispiste on 630 °C ja kiehumispiste 1635 °C. Se on suhteellisen pehmeä materiaali, jota lasi voi naarmuttaa. Sen tiheys on 6,68 grammaa kuutiosenttimetriä kohti.

Metalloidi on alkuaine, jolla on sekä metallien että epämetallien ominaisuuksia.

Kemialliset ominaisuudet

Antimoni on kohtalaisen aktiivinen alkuaine. Se ei yhdisty ilman hapen kanssa huoneenlämmössä. Se ei myöskään reagoi kylmän veden tai useimpien kylmien happojen kanssa. Se liukenee kuitenkin joihinkin kuumiin happoihin ja kuningasveteen. Kuningasvesi on suolahapon ja typpihapon seos. Se reagoi usein sellaisten materiaalien kanssa, jotka eivät reagoi kummankaan hapon kanssa erikseen.

Esiintyminen luonnossa

Antimonia esiintyy harvoin natiivina (alkuaineena). Sen sijaan se esiintyy yleensä yhdisteenä. Antimonin yleisimmät mineraalit ovat stibniitti, tetrahedriitti, bournoniitti, boulangeriitti ja jamesoniitti. Useimmissa näistä mineraaleista antimoni on yhdistetty rikin kanssa muodostaen jonkinlaista antimonisulfidia (Sb2S3).

Suurimmat antimonin tuottajat ovat tässä järjestyksessä Kiina, Venäjä, Bolivia, Etelä-Afrikka ja Kirgisia. Yhdysvallat tuottaa antimonia sivutuotteena vain yhdessä hopeakaivoksessa Idahossa.

Antimonin runsaudeksi arvioidaan noin 0,2 miljoonasosaa, mikä sijoittaa sen maankuoressa esiintyvien kemiallisten alkuaineiden joukossa alimpaan viidennekseen. Se on runsaampi kuin hopea tai elohopea, mutta harvinaisempi kuin jodi.

Isotoopit

Antimonilla on kaksi luonnossa esiintyvää isotooppia, antimoni-121 ja antimoni-123. Isotoopit ovat alkuaineen kaksi tai useampia muotoja. Isotoopit eroavat toisistaan massaluvun perusteella. Alkuaineen nimen oikealle puolelle kirjoitettu luku on massaluku. Massaluku kuvaa alkuaineen atomin ytimessä olevien protonien ja neutronien lukumäärää. Protonien määrä määrää alkuaineen, mutta neutronien määrä minkä tahansa alkuaineen atomissa voi vaihdella. Jokainen variaatio on isotooppi.

Antimonista tunnetaan myös noin 20 radioaktiivista isotooppia. Radioaktiivinen isotooppi on isotooppi, joka hajoaa ja luovuttaa jonkinlaista säteilyä. Radioaktiivisia isotooppeja syntyy, kun atomeihin ammutaan hyvin pieniä hiukkasia. Nämä hiukkaset tarttuvat atomeihin ja tekevät niistä radioaktiivisia.

Kahta antimonin radioaktiivista isotooppia käytetään kaupallisesti merkkiaineina. Nämä isotoopit ovat antimoni-124 ja antimoni-125. Merkkiaine on isotooppi, joka ruiskutetaan elävään tai elottomaan järjestelmään. Isotoopin liikettä voidaan sitten seurata, kun se liikkuu järjestelmän läpi. Esimerkiksi öljyputkeen voidaan ruiskuttaa pieni määrä antimoni-124:ää. Isotoopin läsnäolo voidaan havaita putken yläpuolella olevalla laitteella. Isotoopin lähettämä säteily saa aikaan valon vilkkumisen tai äänen soittimen sisällä. Näin voidaan seurata isotoopin liikkumista putkistossa. Jos putkistossa on vuoto, merkkiaine poistuu siitä. Sen liikkuminen maaperän läpi voidaan havaita.

Extraktio

Antimonia voidaan ottaa talteen stibniitistä kuuman raudan avulla:
Noin puolet Yhdysvalloissa tuotetusta antimonista kierrätetään autoissa ja kuorma-autoissa käytetyistä vanhoista lyijyakuista.

Käyttökohteet

Antimonia käytetään seosten valmistamiseen useiden eri metallien kanssa. Seos valmistetaan sulattamalla ja sekoittamalla kaksi tai useampia metalleja. Seoksen ominaisuudet ovat erilaiset kuin yksittäisten metallien. Yksi yleisimmistä tällaisista seoksista on lyijyn kanssa tehty seos. Lyijy-antimoni-seoksia käytetään juotoksissa, ampumatarvikkeissa, kalastustarvikkeissa, sähkökaapeleiden päällysteissä, matalissa lämpötiloissa sulavissa seoksissa ja paristoissa. Autoissa ja kuorma-autoissa käytettävien lyijyakkujen kaltaisten akkujen valmistukseen käytetään noin viidennes kaikesta vuosittain käytetystä antimonista. Pieni määrä antimonia käytetään myös transistorien valmistukseen, joita on esimerkiksi sähköisissä kuluttajalaitteissa, kuten tietokonepeleissä, taskulaskimissa ja kannettavissa stereolaitteissa. Transistori on kiinteän olomuodon elektroniikkalaite (joka käyttää kiinteän olomuodon erityisominaisuuksia elektroniputkien sijaan), jota käytetään ohjaamaan sähkövirran kulkua.

Muita vähäisiä antimonin käyttökohteita ovat muun muassa lasin ja keramiikan valmistus sekä muovien valmistus. Lasissa ja keramiikassa pieni määrä antimonia varmistaa, että lopputuotteesta tulee kirkas ja väritön. Muovien valmistuksessa antimonia käytetään katalysaattorina. Katalyytti on aine, jota käytetään kemiallisen reaktion nopeuttamiseen tai hidastamiseen. Katalyytti ei itse muutu reaktion aikana.

Yhdisteet

Antimonin tärkein käyttökohde on yhdisteiden valmistaminen, joita käytetään liekinkestävien materiaalien valmistuksessa. Hieman yli puolet kaikesta antimonista menee tähän käyttöön. Näitä ovat antimonioksikloridi (SbOCl), antimonipentoksidi (Sb2O5), antimonitrikloridi (SbCl3) ja antimonitrioksidi (Sb2O3). Näitä yhdisteitä ruiskutetaan kankaalle tai lisätään kankaaseen, jotta siitä saadaan palonestoainetta.

Terveysvaikutukset

Antimoni ja sen yhdisteet ovat vaarallisia ihmisen terveydelle. Pieninä pitoisuuksina nämä aineet voivat ärsyttää silmiä ja keuhkoja. Ne voivat myös aiheuttaa vatsakipuja, ripulia, oksentelua ja mahahaavoja. Suurempina annoksina antimoni ja sen yhdisteet voivat aiheuttaa keuhko-, sydän-, maksa- ja munuaisvaurioita. Hyvin suurina annoksina ne voivat aiheuttaa kuoleman.