Antimon

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) 
07 - Achtung
Achtung
H- und P-Sätze H: Kann die Atemwege reizen.
P: Nicht in die Augen, auf die Haut oder auf die Kleidung gelangen lassen.
EU-Gefahrstoffkennzeichnung
Reizend
Reizend
(Xi)
R- und S-Sätze R: Reizt die Augen, Atmungsorgane und die Haut.
S:
  • Bei Berührung mit den Augen gründlich mit Wasser abspülen und Arzt konsultieren.
  • Geeignete Schutzhandschuhe tragen.

Antimon (von lateinisch Antimonium, vermutlich von arabisch ithmid / ‏إثمد‎ / iṯmid) ist ein chemisches Elementmit dem Elementsymbol Sb (von lat. Stibium "(Grau-)Spießglanz") und der Ordnungszahl 51. Im Periodensystemsteht es in der 5. Periode und der 5. Hauptgruppe (Gruppe 15) oder Stickstoffgruppe. In der stabilen Modifikation ist es ein silberglänzendes und sprödes Halbmetall.

Geschichte

Als Typlokalität für gediegenes Antimon gilt zwar die Silbermine in der schwedischen Gemeinde Sala im Västmanland, allerdings war metallisches Antimon schon den Chinesen und Babyloniern bekannt und einige seiner Verbindungen wurden schon in der Bronzezeit als Zuschlag zu Kupfer verwendet, um Bronze herzustellen (Funde von Velem-St. Vid in Ungarn). Im 17. Jahrhundert ging der Name Antimon als Bezeichnung auf das Metall über. Die koptische Bezeichnung für das Schminkpuder Antimonsulfid ging über das Griechische in das Lateinische stibium über. Die von Jöns Jakob Berzelius benutzte Abkürzung Sb wird noch heute als Elementsymbol genutzt. Ganz sicher ist diese Herleitung nicht. Es gibt auch andere Vermutungen über die Herkunft der Elementbezeichnung. Der ungewöhnliche Name gehe auf das spätgriechische anthemon (deutsch: "Blüte") zurück. Damit sollen die stängelartigen Kristalle, die büschelförmig angeordnet sind und wie eine Blüte aussehen, beschrieben werden.

Vorkommen

Gediegenes Antimon mit gut entwickelten, glänzenden Kristallflächen und Spaltrissen

Antimon ist ein selten vorkommendes Element und, da es in der Natur auch gediegen, das heißt in elementarer Form gefunden werden kann, von der International Mineralogical Association (IMA) unter der System-Nr. 1.CA.05 als Mineral anerkannt.

Weltweit konnte gediegen Antimon bisher (Stand: 2011) an rund 300 Fundorten nachgewiesen werden, so unter anderem in Australien; in Bolivien, in Brasilien, in Deutschland, Frankreich; in Italien; einigen Regionen von Kanada; einigen Regionen von Österreich; Ost- und Westsibirien und Ural in Russland; in Schweden; in Tschechien sowie in vielen Regionen der USA. Eine der weltweit bedeutendsten Lagerstätte für gediegen Antimon und Antimonerze ist der Murchison greenstone belt in Südafrika.

Bisher sind 264 Antimon-Minerale bekannt (Stand: 2010). Industriell genutzt wird überwiegend das Sulfid-Mineral Stibnit Sb2S3 mit einem Gehalt von max. 71,7 % Sb. Das Mineral mit dem höchsten Sb-Gehalt in einer Verbindung ist die natürliche Antimon-Arsen-Legierung Paradocrasit (max. 92 %), allerdings kommt sie mit nur drei Fundorten im Gegensatz zum Stibnit (rund 2500 Fundorte) sehr viel seltener vor.

Gewinnung und Darstellung

Zeitliche Entwicklung der weltweiten Antimonförderung

Technisch wird Antimon aus dem Antimonglanz gewonnen. Ein Verfahren beruht auf dem Abrösten und der Reduktion mit Kohlenstoff(Röstreduktionsverfahren):

\mathrm{Sb_2S_3 +5\ O_2 \rightarrow \ Sb_2O_4 +3\ SO_2}
\mathrm{Sb_2O_4 +4\ C \rightarrow 2\ Sb + 4\ CO}

Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Reduktion mit Eisendurchzuführen (Niederschlagsverfahren):

\mathrm{Sb_2S_3 + 3\ Fe \rightarrow 2\ Sb + 3\ FeS}

Weltweit wurden zu Beginn des 21. Jahrhunderts zwischen 110.000 und 160.000 Tonnen pro Jahr an Antimon gefördert. Seit 1900 hat sich damit die Fördermenge mehr als verzehnfacht.

Eigenschaften
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl Antimon, Sb, 51
Serie Halbmetalle
Gruppe, Periode, Block 15, 5, p
Aussehen silbrig glänzend grau
CAS-Nummer 7440-36-0
Massenanteil an der Erdhülle 0,65 ppm
Physikalisch
Aggregatzustand fest
Kristallstruktur trigonal
Dichte 6,697 g/cm3
Mohshärte 3,0
Magnetismus diamagnetisch (\chi_{m} = -6,8 · 10-5)
Schmelzpunkt 903,78 K (630,63 °C)
Siedepunkt 1908 K (1635 °C)
Molares Volumen 18,19 · 10-6 m3/mol
Verdampfungswärme 193 kJ/mol
Schmelzwärme 19,7 kJ/mol
Elektrische Leitfähigkeit 2,5 · 106 A/(V · m)
Wärmeleitfähigkeit 24 W/(m · K)
Chemisch
Oxidationszustände -3, 3, 5
Normalpotential 0,150 V (Sb3+ + 3 e- → Sb)
Elektronegativität 2,05 (Pauling-Skala)

Eigenschaften

Kristallographische Daten
Idealisierte Kristallform eines ditrigonalen Skalenoeders

Idealisierte Kristallform eines ditrigonalen Skalenoeders.

Kristallsystem trigonal - ditrigonal-skalenoedrisch
Raumgruppe R \bar{3} m
Gitterparameter
(Elementarzelle)
a = 431 pm; c = 1127 pm
Zahl (Z) der Formeleinheiten = 6

Modifikationen

Antimon kann in drei verschiedenen Modifikationen auftreten, wobei metallisches bzw. graues Antimon die beständigste Modifikation ist.

Durch Abschrecken von Antimondampf an kalten Flächen entsteht amorphes, schwarzes und sehr reaktives Antimon, welches sich durch Erhitzen wieder in metallisches Antimon umwandelt. Durch elektrolytische Herstellung entsteht explosives Antimon, das beim Ritzen explosionsartig aufglühend und funkensprühend in metallisches Antimon übergeht. Gelbes Antimon ist dagegen keine eigenständige Modifikation, sondern eine hochpolymere chemische Verbindung mit Wasserstoff.

Unter Standardbedingungen kristallisiert Antimon trigonal in rhomboedrischer Aufstellung in der nach der Hermann-Mauguin-Symbolik beschriebenen Raumgruppe R \bar{3} m mit den Gitterparametern a = 431 pm und c = 1127 pm sowie sechs Formeleinheiten pro Elementarzelle.

Physikalische Eigenschaften

Metallisches Antimon ist silberweiß, stark glänzend, blättrig-grobkristallin. Es lässt sich aufgrund seiner Sprödigkeit leicht zerkleinern. Die elektrische und thermische Leitfähigkeit ist gering. Flüssiges Antimon expandiert als einer von wenigen Stoffen beim Erstarren (Dichteanomalie). Zum Siedepunkt existieren in der Literatur mit 1325 °C, 1587 °C, 1635 °C und 1750 °C unterschiedliche Angaben.

Chemische Eigenschaften

Mit naszierendem Wasserstoff reagiert Antimon zum instabilen Antimonhydrid SbH3. Von Luft und Wasser wird Antimon bei Raumtemperatur nicht angegriffen. Oberhalb des Schmelzpunkts verbrennt es in Luft mit bläulich-weißer Flamme zu Antimon(III)-oxid. In heißen konzentrierten Mineralsäuren löst es sich auf. Mit den Halogenen reagiert es schon bei Raumtemperatur heftig zu den entsprechenden Halogeniden.

In Verbindungen liegt Antimon überwiegend in den Oxidationsstufen +3 und +5 vor. In Metallantimoniden wie Kaliumantimonid K3Sb bildet es Sb3--Ionen.

Isotope

Es existieren zwei stabile Antimon-Isotope: 121Sb und 123Sb.

Verwendung

Der überwiegende Teil des hergestellten Antimons wird zu Legierungenverarbeitet und zeigt dabei folgende Eigenschaften:

Wichtige Legierungen:

Weitere Anwendungen:

Medizinische Bedeutung

Kaliumantimonyltartrat (Brechweinstein) wurde lange als brechreizerregendes Mittel verwendet, heute wird es noch manchmal verwendet, um den Mageninhalt von Vögeln zu untersuchen. Sowohl Schistosomiasis und Trypanosomen wurden beginnend Anfang des 19. Jahrhunderts mit Brechweinstein bekämpft, aber inzwischen werden bessere Medikamente verwendet.

Antimonpräparate werden meist als weniger toxische pentavalente Formen zur medikamentösen Therapie der Leishmaniose und Schistosomiasis eingesetzt, allerdings in entwickelten Ländern nicht mehr als Mittel der ersten Wahl. Hierbei hemmt Antimon das Enzym Phosphofructokinase, das den geschwindigkeitsbestimmenden Schritt der Glykolyse darstellt.

Medizinische Wirkung

Antimon kann bereits bei Ingestion von 200 bis 1200 mg tödlich sein. In der Toxikologie sind drei Antimon-Formen bekannt, von denen das gasförmige Antimonhydrid (Stiban, SbH3) die gefährlichste Form ist, die eine massive Hämolyse induziert. Nach der Toxizität folgt Kaliumantimonyltartrat (Brechweinstein) mit dreiwertigem Antimon, während fünfwertiges Antimon am wenigsten toxisch ist.

Das trivalente Antimon wird innerhalb der ersten zwei Stunden zu 95 % in rote Blutkörperchen aufgenommen und damit vorwiegend in stark durchbluteten Organen angereichert. Die Exkretion erfolgt vorwiegend durch Bindung an Glutathion über die Galle mit entsprechend hohem enterohepatischen Kreislauf, und nur ein geringer Teil wird über die Nieren ausgeschieden. Kaliumantimonyltartrat wird zu 90 % innerhalb des ersten Tages nach Aufnahme ausgeschieden, die übrigen 10 % aufgrund einer langsameren Eliminationskinetik über 16 Tage.

Es wird vermutet, dass Antimon ähnlich wie Arsen den Pyruvatdehydrogenase-Komplex inhibiert und somit zu einem Mangel des intrazellulären Energieträgers Adenosintriphosphat (ATP) führt. Dabei kommt es zur Bildung von Chelatkomplexen zwischen dem Antimon und Thiol-Gruppen der entsprechenden Enzyme. Im Körper wirkt es an zahlreichen Organen toxisch, so im Verdauungstrakt, in der Leber, in den Nieren, im Herz und im Zentralnervensystem. Die höchste Konzentration erreicht Antimon in der Leber, wo es zu einer Hepatitis bis hin zum Leberversagen kommen kann. Am Herzen kommt es zu EKG-Veränderungen mit Inversion und Verminderung der T-Welle und verlängertem QT-Intervall. Ein akutes Nierenversagen kann zur temporären oder permanenten Hämodialyse führen.

Therapeutisch erfolgt bei einer Antimon-Vergiftung neben supportiven Maßnahmen wie Infusionstherapie (sowohl zum Ausgleich des Flüssigkeitsverlustes durch das Erbrechen als auch zum Schutz der Nieren), und engmaschiger Überwachung der Vitalfunktionen und des EKGs die Gabe von Aktivkohle, N-Acetylcystein als Vorläufer des Glutathions zur vermehrten Sekretion und eines Chelatbildners, z.B.Dimercaprol.

Sicherheitshinweise und Grenzwerte

Von den Antimonverbindungen sind seitens der EU Antimonfluorid als giftig (T) und die Chloride als ätzend (C) eingestuft, außerdem als umweltgefährlich (N); alle anderen Antimonverbindungen als gesundheitsschädlich (Xn) und umweltgefährlich (N). Antimon selbst ist dort nicht aufgeführt, laut Sicherheitsdatenblatt ist es als reizend gekennzeichnet.

Die Internationale Agentur für Krebsforschung (IARC) stuft Antimon(III)-oxid als möglicherweise krebserzeugende Substanz ein

Ergebnisse aus Untersuchungen deuten darauf hin, dass Antimonverbindungen Haut und Schleimhäute reizen. Diese Verbindungen lösen sich vermutlich aus Kunststoff und Textilien.

In der EU gilt für Trinkwasser ein Grenzwert von 5 µg/l. Untersuchungen von in PET-Flaschen abgefüllten Fruchtsäften (für die keine Richtlinien existieren) ergaben Antimonkonzentrationen bis zu 44,7 µg/l in unverdünnten Saftkonzentraten.

Nachweis

Flammenfärbung von Antimon

Vorproben:

Flammenfärbung. Flamme fahlblau, wenig charakteristische Phosphorsalzperle: Farblos (gestört durch alle Elemente, die eine farbige Perle erzeugen)

Nachweisreaktion:

Reduktion durch unedle Metalle, zum Beispiel Eisen, Zink oder Zinn.

In nicht zu sauren Lösungen reduzieren unedle Metalle Antimon-Kationen Sb(III), Sb(V) und Sb(III)/(V) zu metallischem Antimon:

2 Sb3+ + 3 Fe → 2 Sb + 3 Fe2+

Die auf Antimon zu prüfende Substanz wird in salzsaure Lösung gegeben und mit Eisenpulver versetzt. Es entsteht ein schwarzer, flockiger Niederschlag aus metallischem Antimon in der Lösung oder direkt am Eisen. Auch der Nachweis an einem Eisennagel ist möglich. Dabei ist eine schwarze Ablagerung am Nagel ein Nachweis für Antimon, welches sich hier elementar niedergeschlagen hat.

Die Marshsche Probe gestattet einen eindeutigen Nachweis von Antimon. Wenn die pyrolytisch abgeschiedene Substanz (dunkel glänzender Spiegel) sich nicht in ammoniakalischem Wasserstoffperoxid löst, sind Arsen und Germanium als mögliche Alternativen ausgeschlossen.

Die hochempfindliche Bestimmung winziger Antimonspuren erfolgt durch die Hydridtechnik der Atomspektrometrie. Hierbei wird im Prinzip die Marshsche Probe mit der Atomabsorptionsspektrometrie gekoppelt. Die Matrixeffekte der Probelösung lassen sich dadurch sehr wirksam unterdrücken.

Sonstige Verbindungen

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Basierend auf einem Artikel in Wikipedia.de
 
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Datum der letzten Änderung:  Jena, den: 05.09. 2021