アンチモン：歴史、構造、特性、用途、リスク - 化学

アンチモンは半金属光沢がある、銀、およびいくつかの青みがかった色合いです。その固体はまた、非常にもろくてフレーク状の質感が特徴です。それは窒素が率いる周期表のグループ15に属しています。ビスマス（およびモスクワ）の後、それはグループの最も重い要素です。

これは化学記号Sbで表され、自然界では主にスチバイトとアルマナイト鉱石に含まれ、化学式はそれぞれSb ₂ S ₃とNiSbSです。酸化物の代わりに硫化物を形成するその高い傾向は、それが化学的に柔らかいという事実によるものです。

結晶性アンチモン。出典：Best Sci-Fatcs

一方、アンチモンも物理的に柔らかく、モース硬度は3です。常温で安定で、空気中の酸素と反応しません。しかし、酸素の存在下で加熱すると、三酸化アンチモン、Sb ₂ O _{3を形成し}ます。

同様に、それは弱酸の作用に耐性があります。しかし、高温になると、硝酸と塩酸の攻撃を受けます。

アンチモンには数多くの用途があり、中でも鉛やスズとの合金、自動車用バッテリー、低摩擦材料などの製造に使用されています。

この半金属は、固化すると体積が増加するという珍しい特性を備えており、その合金は、製造される機器の成形に使用されるスペースを完全に占有することができます。

その発見の歴史

紀元前

紀元前3100年以降、硫化アンチモンがエジプトで化粧品として使用されたという証拠があります。現在のイラクのメソポタミアでは、おそらく花瓶の遺跡と別の遺物が発見されました。おそらく紀元前3000年から2200年の間に、アンチモンが製造に使用されたと考えられています。

用語の紹介

ローマの学者プリニー長老（23-79 AD）は、自然史に関する彼の論文の中で7つの薬の詳細に彼がスティビウスと呼んだアンチモンの使用について説明しました。錬金術師のアブマッサジャヒルイブンハイヤン（721-815）は、元素にアンチモンという用語を導入したとされています。

彼は次の語源を使用しました：否定の同義語としての「anti」、および唯一の「mono」。それから彼はアンチモンが自然に発見されただけではないことを強調したかった。それは硫化鉱物の一部であるだけでなく、他の多くの要素であることはすでに知られています。

入手

ギリシャのヌーディスト、Pedanius Diascoridesは、空気中の硫化アンチモンを加熱することにより、純粋なアンチモンを得たと考えられています。イタリアの冶金学者、Vannocio Biringucioは、本「De la Pirotecnia（1540）」で、アンチモンを分離する方法について説明しています。

ドイツの化学者Andreas Libavius（1615）は、鉄、硫化アンチモン、塩、酒石酸カリウムの溶融混合物を使用して、結晶性アンチモンの製造を達成しました。

アンチモンに関する最初の詳細なレポートは、1707年にフランスの化学者ニコラレメリー（1645-1715）が著書『アンチモンに関する論文』で発表しました。

アンチモンの構造

金属または銀のアンチモンの結晶構造を構成するしわの層。出典：材料科学者

上の画像は、ヒ素原子によって採用されたしわの層状構造を示しています。ただし、メタリックアンチモンとしてよく知られている灰色がかったアンチモンもこの構造を採用しています。殻で構成された平面を上下に移動するSb原子があるため、「しわ」と呼ばれます。

これらの層は、それと相互作用する光子を担当しますが、アンチモンを金属として通過させ、銀色の輝きを放ちますが、真実は、それらを結合する力が弱いことです。したがって、Sbの見かけの金属片は簡単に粉砕され、もろくなったり、はがれたりします。

また、しわのある層のSb原子は、それらの原子軌道をグループ化して、電気伝導を可能にするバンドを作成するのに十分近くありません。

灰色がかった球を個別に見ると、Sb-Sb結合が3つあることがわかります。より高い平面から見ると、Sbは三角形の中心にあり、3つのSbが頂点にあります。ただし、三角形はフラットではなく、2つのレベルまたはフロアがあります。

そのような三角形とそれらの結合の横方向の複製は、菱面体晶を形成するように整列するしわのある層を確立します。

アロトロピー

ここで説明した構造は、4つの同素体の中で最も安定した灰色がかったアンチモンに対応しています。他の3つの同素体（黒、黄色、爆発物）は準安定です。つまり、非常に厳しい条件下で存在する可能性があります。

それらの構造に関する情報はあまりありません。しかし、黒いアンチモンはアモルファスであるため、その構造は複雑で複雑です。

黄色のアンチモンは-90ºC以下で安定しており、非金属元素のように振る舞い、小さな凝集体タイプSb ₄（リンのものと同様）からなると推測できます。加熱すると黒い同素体に変わります。

そして、爆発性アンチモンに関しては、それはハロゲン化アンチモンの水溶液の電気分解中に陰極上に形成されるゼラチン状の堆積物からなる。

わずかな強い摩擦または衝撃で、柔らかい固体は非常に多くの熱を放出し、その原子が灰色がかったアンチモンの菱面体晶の結晶構造に再集合するときに爆発して安定します。

プロパティ

原子量

121.76 g / mol。

原子番号

51。

電子構成

4d ¹⁰ 5s ² 5p ³。

酸化状態

-3、-2、-1、+ 1、+ 2、+ 3、+ 4、+ 5。

身体的特徴

光沢のある銀色の固体、もろい、鱗状の表面、青みがかった色合い。それはまた黒い粉として現われることができます。

融点

630.63°C

沸点

1,635°C

密度

-6.697 g / cm ³、室温で。

-6.53 g / cm ³、液体状態、温度は融点以上。

融合熱

19.79 kJ / mol。

気化熱

193.43 kJ / mol。

モルカロリー容量

25.23 J / mol.K

電気陰性

2.05（ポーリングスケール）。

原子ラジオ

140 pm。

硬度

軟らかい要素で、モース硬度が3で、ガラスに傷が付きます。

安定

室温で安定しており、酸化しません。また、酸による攻撃にも耐性があります。

同位体

¹²¹ Sbと¹²³ Sbの2つの安定同位体があり、さらに35の放射性同位体があります。放射性同位元素¹²⁵ Sbの半減期は最も長く、2.75年です。一般に、放射性同位体EMITβ ⁺及びβ ^-放射線。

電気および熱伝導率

アンチモンは熱と電気の弱い伝導体です。

化学反応性

希酸から水素を置換することはできません。有機酸および無機酸とイオン複合体を形成します。金属アンチモンは空気とは反応しませんが、湿った空気中で急速に酸化物に変換されます。

プロセスが高温で行われる場合、ハロゲンと硫化物はアンチモンを容易に酸化します。

用途

合金

アンチモンは鉛と合金で使用されて自動車バッテリー用のプレートを作成し、プレートの抵抗と充電の特性を向上させます。

鉛スズ合金は、溶接の特性を改善するために使用されているだけでなく、トレーサー弾とカートリッジ起爆装置の特性を改善しています。電気ケーブルをコーティングするための合金にも使用されます。

アンチモンは減摩合金、ピューターおよびオルガンやその他の楽器の製造におけるスズ含有量の少ない硬化合金の製造に使用されます。

水と共通して、凝縮すると体積が増加するという特徴があります。したがって、鉛とスズの合金に存在するアンチモンは、金型のすべてのスペースを埋め、その合金で作成された構造の定義を改善します。

難燃剤

三酸化アンチモンは、常にハロゲン化難燃剤、臭化物、塩化物と組み合わせて難燃性化合物を製造するために使用されます。

難燃剤は、酸素原子およびOHラジカルと反応して、火災を抑制します。これらの難燃剤は、子供服、おもちゃ、航空機、およびカーシートに使用されています。

それらはまた、ポリエステル樹脂、および軽航空機エンジンのカバーとして使用されるアイテムのガラス繊維複合材にも追加されます。

難燃剤として使用されるアンチモン化合物には、次のものがあります。五酸化アンチモン、SbO ₅ ; 三塩化アンチモン、SbCl ₃ ; 三酸化アンチモン、SbO ₃。

エレクトロニクス分野

半導体、ダイオード、中赤外線検出器の製造、およびトランジターの製造に使用されます。半導体技術で使用される高純度のアンチモンは、アンチモン化合物を水素で還元することによって得られます。

医学と獣医

アンチモン化合物は、古くから催吐薬や抗原虫として医学で使用されてきました。酒石酸カリウムカリウム（酒石酸催吐剤）は、アンチスキストソームとして長い間使用されていました。さらに、去痰薬、発汗および催吐薬として使用されています。

アンチモン塩は反芻動物の皮膚のコンディショニングにも使用されています。アニオリン、リチウムアンチモンチオマレートなど。

アンチモン酸メグルミンは、家畜の外部病巣におけるリーシュマニア症の治療に使用される薬物です。ただし、治療効果は限られていました。

顔料と塗料

アンチモン化合物は、エナメルの塗料や乳白剤の製造に使用されます。また、硫化アンチモンのゆっくりとした酸化の産物である朱色、黄色、オレンジ色の顔料にも使用されています。

その有機塩（酒石酸塩）の一部は、特定の染料の結合を助けるために繊維産業で使用されています。

硫化アンチモンは古代エジプトで目を暗くするための化粧品として使用されていました。

その他の用途

一部のアンチモン塩は、テレビ画面で発生する微視的な気泡を除去するためのコーティング剤として使用されます。アンチモンイオンは酸素と相互作用し、気泡を形成する傾向を排除します。

一部の安全マッチのヘッドには硫化アンチモン（III）が使用されています。硫化アンチモンは、自動車のブレーキパッドに使用される材料の摩擦係数を安定させるためにも使用されます。

¹²⁴ Sb 同位体は、ベリリウムとともに、平均24 keVのエネルギーで中性子源として使用されます。さらに、アンチモンはプラスチック製造の触媒として使用されます。

リスク

壊れやすい要素であるため、取り扱い中に環境からの汚染ダストが発生する可能性があります。アンチモン粉じんにさらされた労働者では、皮膚炎、腎炎、上気道の炎症および結膜炎が観察されている。

じん肺は、閉塞性の肺の変化と組み合わされることもあるが、長期の暴露後に報告されている。

三酸化アンチモンは致命的となる心臓機能の損傷を引き起こす可能性があります。

この元素にさらされた人々では、一過性の膿疱性皮膚感染の存在が観察されています。

この金属を低用量で継続的に摂取すると、下痢、嘔吐、胃潰瘍を引き起こす可能性があります。また、空気中の最大許容濃度は0.5 mg / m ³です。

参考文献

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