Antimon

Eigenschaften
[Kr] 4d10 5s2 5p3 51 Sb Periodensystem
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
Atomar
Atommasse	121,750 u
Atomradius (berechnet)	145 (133) pm
Kovalenter Radius	139 pm
Van-der-Waals-Radius	206 pm
Elektronenkonfiguration	[Kr] 4d10 5s2 5p3
1. Ionisierungsenergie	834 kJ/mol
2. Ionisierungsenergie	1594,9 kJ/mol
3. Ionisierungsenergie	2440 kJ/mol
4. Ionisierungsenergie	4260 kJ/mol
5. Ionisierungsenergie	5400 kJ/mol
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)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZA ZE (MeV) ZP 119Sb {syn.} 38,19 h ε 0,594 119Sn 120Sb {syn.} 5,76 d ε 2,681 120Sn 121Sb 57,36 % Stabil 122Sb {syn.} 2,7238 d β− 1,979 122Te ε 1,620 122Sn 123Sb 42,64 % Stabil 124Sb {syn.} 60,20 d β− 2,905 124Te 125Sb {syn.} 2,7582 a β− 0,767 125Te
Weitere Isotope siehe Liste der Isotope
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP)  Achtung H- und P-Sätze H: 335 P: 262 EU-Gefahrstoffkennzeichnung Reizend (Xi) R- und S-Sätze R: 36/37/38 S: 26​‐​37
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Antimon [antiˈmoːn] (von lateinisch Antimonium, vermutlich von arabisch ithmid / إثمد / iṯmid) ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Sb (von lat. Stibium „(Grau-)Spießglanz“) und der Ordnungszahl 51. Im Periodensystem steht 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 gediegen 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

Gediegen 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 mehreren Regionen von Australien; in den bolivianischen Departements La Paz und Potosí; Minas Gerais in Brasilien; Schwarzwald, Fichtelgebirge, Oberpfälzer Wald, Odenwald und im Harz in Deutschland; Seinäjoki in Finnland; mehreren Regionen von Frankreich; Lombardei, Piemont, Sardinien und Trentino-Südtirol in Italien; einigen Regionen von Kanada; einigen Regionen von Österreich; Ost- und Westsibirien und Ural in Russland; neben Västmanland noch Dalarna, Gästrikland, Närke, Södermanland, Värmland und Västerbotten in Schweden; in einigen Regionen der Slowakei; Böhmen und Mähren in Tschechien sowie in vielen Regionen der USA. Eine der weltweit bedeutendsten Lagerstätte für gediegen Antimon und Antimonerze ist der Murchison greenstone belt in der Murchison Range von 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):

$\mathrm {Sb_{2}S_{3}+5\ O_{2}\rightarrow \ Sb_{2}O_{4}+3\ SO_{2}}$

$\mathrm {Sb_{2}O_{4}+4\ C\rightarrow 2\ Sb+4\ CO}$

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

$\mathrm {Sb_{2}S_{3}+3\ Fe\rightarrow 2\ Sb+3\ FeS}$

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

Kristallographische Daten
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	Z = 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 Normalbedingungen 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 Legierungen verarbeitet und zeigt dabei folgende Eigenschaften:

• Es dient zur Härtung von Blei- und Zinnlegierungen.
• Im Gegensatz zu allen anderen Metallen dehnt es sich beim Abkühlen der Schmelze aus (infolge Umwandlung in eine andere Modifikation): Der Antimongehalt kann so eingestellt werden, dass solche Legierungen beim Abkühlen nicht schrumpfen oder sich sogar etwas ausdehnen; bei in Gießformen hergestellten Teilen presst sich das Metall dadurch beim Erstarren in alle Ecken und Winkel, so dass auch komplizierte Formen und stark gemusterte Oberflächen lunkerfrei hergestellt werden können.

Wichtige Legierungen:

• Blei-Antimon-Legierungen: Hartblei, Letternmetall, Lagermetall, Akkumulatoren-Blei, Bleimantel für Erdkabel
• Zinn-Antimon-Legierungen: Britanniametall, Lagermetall
• Herstellung von Halbleitern
• Zinn-Antimon-Kupferlegierungen (Babbit-Metall) für Lagermetalle
• Zinn-Antimon-Kupfer-Bleilegierungen für Zinngeschirr und andere Gebrauchsartikel aus Zinn
• so genanntes Lötzinn oder Weichlot
• Aluminium-Antimon, Gallium-Antimon, Indium-Antimon für IR- und Halleffektgeräte
• Schrumpffreie Antimon-Legierungen für Präzisionsguss

Weitere Anwendungen:

• Herstellung von Antimonverbindungen
• Im Mittelalter auch als Arzneimittel, zum Beispiel Brechweinstein (Kaliumantimonyltartrat)
• Bestandteil von Sprengstoffzündern
• Antimontrisulfid in Bremsbelägen von Fahrzeugen.

• Antimon(V)-sulfid
  • zur Herstellung (Vulkanisieren) von rotem Kautschuk (Beispiel: Labor-Gummischläuche)
  • als roter Bestandteil des Zündkopfes in Streichhölzern
  • früher als Augenschminken und in der Augenheilkunde, als „Augenerweiterer“

• Antimonchromat als gelbes Farbpigment

• Antimonoxide
  • Katalysator zur Herstellung von Polyester und PET (Antimon(III)-oxid)
  • als Weißpigment zur Färbung von Polystyrol, Polyethylen und Polypropylen
  • Herstellung weißer Glasuren und Fritten
  • Läuterung von Bleiglas
  • mit Zinn dotiert als transparent-leitfähige Beschichtung („ATO“ Antimon-Tin-Oxide), beispielsweise auf Gläsern zur Herstellung von Displays oder in elektrisch leitfähigen Pigmenten („Minatec“) für Fußbodenbeläge zur Ableitung elektrostatischer Aufladungen.
  • in Pigmenten („Lazerflair“) für die LASER-Markierung von Kunststoffteilen, wegen der starken Absorption von Infrarot-Strahlung üblicher Markierungslaser (Nd-YAG).
  • in Tarnanstrichen wegen der starken Infrarot-Absorption.
  • als Flammschutzmittel als Bestandteil von flammfesten und flammhemmenden Farben, Kunststoffen und Textilien für Kabelumhüllungen, Autositzbezüge, Vorhangstoffe, Kinderbekleidung u. ä.

• Antimonsalze als Bestandteil von Pestiziden, Beizen und Feuerwerksartikeln
• Scheidemittel für Gold. Antimon fällt Silber aus Goldschmelzen aus.

Medizinische Bedeutung

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 - 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 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

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.

Verbindungen

• Antimonwasserstoff, auch Monostiban SbH₃ genannt.
  Giftiges Gas, das sich aus Antimon und einwirkenden Säuren bildet.
• Distiban (Sb₂H₄)

Halogenverbindungen

• Antimon(V)-fluorid (SbF₅) bildet (nach VSEPR) eine quadratische Pyramide aus und hybridisiert dabei zu sp³d
• Antimon(V)-chlorid (SbCl₅)

• Antimon(III)-fluorid (SbF₃)
• Antimon(III)-chlorid (SbCl₃)
• Antimon(III)-bromid (SbBr₃)
• Antimon(III)-iodid (SbI₃)

Sauerstoffverbindungen

• Antimon(III)-oxid (Antimontrioxid) (Sb₂O₃)
• Antimon(III,V)-oxid (Antimontetroxid) (Sb₂O₄)
• Antimon(V)-oxid (Antimonpentaoxid, (Sb₂O₅)

• antimonige Säure/Antimontrihydroxid (H₃SbO₃/Sb(OH)₃)
• Antimonsäure (HSb(OH)₆)

Schwefelverbindungen

• Antimontrisulfid, auch Antimonglanz genannt (Sb₂S₃)
  Grauschwarze, metallisch glänzende Stängel. Ausgangsstoff zur Herstellung metallischen Antimons. Löslich in starken Säuren. Verwendung für Streichhölzer, Rubingläser und Tarnanstriche (Reflexion von IR-Licht).
• Antimonpentasulfid, früher als Goldschwefel bezeichnet (Sb₂S₅)

Sonstige Verbindungen

• Antimon(V)-chloridfluorid (SbCl₄F) (Katalysator für die Herstellung von Polytetrafluorethylen („Teflon“))
• Aluminiumantimonid (AlSb)
• Galliumantimonid (GaSb)
• Indiumantimonid (InSb)

Weblinks

Wiktionary: Antimon – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

 Commons: Antimon – Album mit Bildern und/oder Videos und Audiodateien

 Wikibooks: Praktikum Anorganische Chemie/ Antimon – Lern- und Lehrmaterialien

• EnvironmentalChemistry.com - Antimony
• Elementymology & Elements Multidict: Antimony (by Peter van der Krogt)
• „Nachrichten aus der Chemie“ „Antimon: das vergessene Gift?“ von Michael Krachler, Universität Heidelberg
• Mineralienatlas:Antimon (Wiki)
• Chemie im Alltag: Mozart – Opfer einer Antimonvergiftung?

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Uuo

Alkalimetalle

Erdalkalimetalle

Lanthanoide

Actinoide

Übergangsmetalle

Metalle

Halbmetalle

Nichtmetalle

Halogene

Edelgase

unbekannt