Antimonio

El antimonio es un elemento químico que forma parte del grupo de los metaloides de número atómico 51 situado en el grupo 15 de la tabla periódica de los elementos. Su nombre y abreviatura (Sb) procede de estibio, término hoy ya en desuso, que a su vez procede del latín stibium ("Banco de arena gris brillante").[note 1] Su principal mena es la estibina.

Estaño ← Antimonio → Telurio
 
 
51		 Sb
  
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
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Gris plateado
Información general
Nombre, símbolo, número Antimonio, Sb, 51
Serie química Metaloides
Grupo, período, bloque 15, 5, p
Masa atómica 121,760 u
Configuración electrónica [Kr]4d105s25p3
Dureza Mohs 3
Electrones por nivel 2, 8, 18, 18, 5 (imagen)
Propiedades atómicas
Radio medio 145 pm
Electronegatividad 2,05 (escala de Pauling)
Radio atómico (calc) 133 pm (radio de Bohr)
Radio covalente 138 pm
Radio de van der Waals 206 pm
Estado(s) de oxidación ±3, 5
Óxido acidez media
1.ª energía de ionización 834 kJ/mol
2.ª energía de ionización 1594,9 kJ/mol
3.ª energía de ionización 2440 kJ/mol
4.ª energía de ionización 4260 kJ/mol
5.ª energía de ionización 5400 kJ/mol
6.ª energía de ionización 10 400 kJ/mol
Propiedades físicas
Estado ordinario Sólido
Densidad 6697 kg/m3
Punto de fusión 903,78 K (631 °C)
Punto de ebullición 1860 K (1587 °C)
Entalpía de vaporización 77,14 kJ/mol
Entalpía de fusión 19,87 kJ/mol
Presión de vapor 2,49 × 10-9 Pa a 6304 K
Varios
Estructura cristalina romboédrica
Calor específico 210 J/(K·kg)
Conductividad eléctrica 2,88 × 106 S/m
Conductividad térmica 24,3 W/(K·m)
Velocidad del sonido Sin datos m/s a 293,15 K (20 °C)
Isótopos más estables
Artículo principal: Isótopos del antimonio
iso AN Periodo MD Ed PD
MeV
121Sb57,36 %Estable con 70 neutrones
123Sb42,64 %Estable con 72 neutrones
125SbSintético2,7582 aβ–0,767125Te
Valores en el SI y condiciones normales de presión y temperatura, salvo que se indique lo contrario.

Este elemento semimetálico tiene cuatro formas alotrópicas. En su forma estable es un metal blanco azulado. El antimonio negro y el amarillo son formas no metálicas inestables. Principalmente se emplea en aleaciones metálicas y algunos de sus compuestos para dar resistencia contra el fuego, en pinturas, cerámicas, esmaltes, vulcanización del caucho y fuegos artificiales.

Características principales

El antimonio en su forma elemental es un sólido cristalino, fundible, quebradizo, blanco plateado que presenta una conductividad eléctrica y térmica baja y se evapora a bajas temperaturas. Este elemento semimetálico se parece a los metales en su aspecto y propiedades físicas, pero se comportan químicamente como un no metal. También puede ser atacado por ácidos oxidantes y halógenos.

Las estimaciones sobre la abundancia de antimonio en la corteza terrestre van desde 0,2 a 0,5 ppm. El antimonio es calcófilo, presentándose con azufre y con otros elementos como plomo, cobre y plata.[1]

Historia

Estudios arqueológicos e históricos indican que el antimonio y sus sulfuros han sido usados por los humanos al menos durante los últimos 6 milenios. En la antigüedad la antimonita o estibina, Sb2S3, la forma más común de sulfuro de antimonio fue el principal ingrediente del “kohl”, una pasta negra usada por los egipcios, entre otros, como maquillaje para los ojos.[2][3] Los babilonios conocían la forma de obtener antimonio de sus compuestos y lo usaban como ornamento para vasijas.

El alquimista Basil Valentine (1565-1624), presentado a veces como el descubridor del antimonio, fue el primero en describir la extracción de antimonio de sus compuestos en su tratado “Triumph Wagens des Antimonij” (El carro triunfal del antimonio).[4]

"Crisis médica sobre el antimonio" (1701) Diego Mateo Zapata.

El nombre antimonio viene de una latinización de la palabra árabe انتيمون ("al-ithmīd"), que a su vez consistía en una arabización de la palabra latina stibium.[5][6][7]

Otras teorías sugieren que antimonio es un compuesto de las palabras latinas “anti"(miedo) y “mono” (solo); lo que haría referencia a su existencia en la naturaleza normalmente como compuesto.[note 2][8][9]

Tras la invención de la imprenta en el siglo XVI el antimonio fue usado como aleante para los sellos tipográficos. Al enfriar, el antimonio líquido tiene la propiedad excepcional de expandirse mientras se solidifica. De este modo consigue rellenar las grietas de los moldes, por lo que las aristas de las piezas que se obtienen son muy afiladas. Por esta razón, se usó para hacer tipos de imprenta. En el siglo XIX su aleación con zinc (metal inglés) fue utilizada en los cubiertos, palmatorias y candelabros.

Tras el invento del acumulador eléctrico se comprobó que el uso de la aleación de plomo y antimonio hacía durar mucho más a los mismos. Durante la Primera Guerra Mundial se alcanzó un máximo de producción, debido a su uso armamentístico, ya que este semimetal aumenta mucho la dureza y la fuerza mecánica del plomo y del estaño. Con el desarrollo de la industria automovilística el uso del antimonio ha ido aumentando año tras año, aunque los niveles de la Primera Guerra Mundial no se volvieron a alcanzar hasta los años 1990.

Aplicaciones

El antimonio tiene una creciente importancia en la industria de semiconductores en la producción de diodos, detectores infrarrojos y dispositivos de efecto Hall.[10]

Usado en aleaciones, este semimetal incrementa mucho la dureza y resistencia a esfuerzos mecánicos de la aleación. También se emplea en distintas aleaciones como peltre, metal antifricción (aleado con estaño), metal inglés (formado por zinc y antimonio), etc.[11]

Algunas aplicaciones más específicas:

  • Baterías y acumuladores[12]
  • Tipos de imprenta[13][14][15]
  • Recubrimiento de cables
  • Cojinetes y rodamientos

Compuestos de antimonio en forma de óxidos, sulfuros, antimoniatos y halogenuros de antimonio se emplean en la fabricación de materiales resistentes al fuego, esmaltes, vidrios, pinturas y cerámicas.[16] El trióxido de antimonio es el más importante y se usa principalmente como retardante de llama.[17] Estas aplicaciones como retardantes de llama comprenden distintos mercados como ropa, juguetes, o cubiertas de asientos.[18][19]

Usos metálicos
Mineral de antimonio.

Desde que la batería eléctrica de plomo y ácido fue desarrollada en el siglo XX, ha sido en gran medida la batería secundaria (o recargable) más importante por todo el mundo. Se utilizan en vehículos de motor, o como baterías industriales.

Las baterías eléctricas industriales incluyen las baterías de acumuladores de tracción en las locomotoras de las minas, carros del golf, y así sucesivamente, baterías de "energía de emergencia". El antimonio en aleación con el plomo es usado para ciertas piezas de los acumuladores eléctricos para las cuales la resistencia a la corrosión es necesaria.

El antimonio es un componente menor pero importante de muchas soldaduras suaves, que son las soldaduras que funden en temperaturas debajo del 625 K. Estas soldaduras pueden contener entre 0,5 y 3% de antimonio. La función del antimonio en estas soldaduras es consolidar la soldadura y suprimir la formación del alótropos de estaño a bajas temperatura, lo que degradaría de otra manera la integridad estructural de los empalmes soldados en las temperaturas debajo del punto de la transición de fase (289 K). El antimonio se ha utilizado como un endurecedor para el plomo usado en la munición.

En los Estados Unidos su uso se confina en gran parte a la fabricación de balas y perdigones. La contaminación del agua subterránea, del suelo y de la cadena trófica con el tóxico plomo ha preocupado por muchos años, y las regulaciones ambientales han conducido al reemplazo del plomo al antimonio con una aleación de tungsteno.

Las aleaciones de plomo que contienen cerca del 2 al 8% de antimonio son resistentes al uso atmosférico y la corrosión por lo que son utilizadas en la construcción de canales y barreras de la humedad. En la industria química, las aleaciones que contienen a partir 4 a 15 % de antimonio proporcionan la protección contra varios estados líquidos de los productos químicos, especialmente del ácido sulfúrico o del azufre. Aleado con bismuto, plomo y estaño, el antimonio es un componente de algunas de las aleaciones fusibles usadas en dispositivos de seguridad de fuego. El metal que se emplea para la fabricación de caracteres y demás material tipográfico se obtiene con una aleación de plomo, antimonio y estaño. El plomo se usa por la fácil fusión y para que la aleación sea dúctil y compacta. El antimonio sirve para dar más resistencia al metal con el fin de que no se aplaste tan fácilmente durante las repetidas y numerosas tiradas. Las aleaciones son diversas, según los tamaños de los tipos y el uso a que se destinan.

Así que para la fabricación del metal destinado a blancos, se suele usar la aleación siguiente, denominada ordinaria: 75 partes de plomo, 20 partes de antimonio y 5 partes de estaño. Cantidades pequeñas de antimonio de gran pureza se utilizan en los vídeo discos (DVD).

Usos no metálicos

La punta de los fósforos de seguridad contiene trisulfuro de antimonio. La combustión es una reacción exotérmica mantenida por los radicales libres internamente generados y el calor radiante. Los retardadores con halógeno de la llama actúan interfiriendo con el mecanismo de cadena radical en la fase de gas (la llama). Cuando son utilizados por sí mismos, los retardadores de la llama del halógeno se deben utilizar en cantidades muy grandes. Este problema se evita agregando el trióxido del antimonio, que trabaja de forma conjunta con los halógenos, reduciendo la cantidad necesaria de retardante de llama y reduciendo también el coste del tratamiento total. El mecanismo del trabajo conjunto del antimonio y los halógenos se ha intentado explicar de varias maneras, pero ninguna es definitiva.

Muchos plásticos comunes son susceptibles a la degradación por el calor y la luz ultravioleta (UV) y se deben proteger durante la vida de servicio los productos hechos de ellos por la adición de compuestos conocidos como estabilizadores. El antimonio ha sido utilizado desde los años 1950 como estabilizador de calor eficaces para el PVC, especialmente en las formas rígidas del plástico.

El trióxido de antimonio se utiliza como catalizador en la polimerización del PET, que es un plástico usado en las botellas, películas, acondicionamiento de los alimentos, y muchos otros productos. Los compuestos del antimonio, junto con el dióxido de germanio, son los catalizadores preferidos para PET.

El dióxido de germanio da un producto con una transparencia mejor que el antimonio, pero que es demasiado costoso para muchas aplicaciones del PET. El trióxido de antimonio es utilizado también como pigmento blanco para las pinturas exteriores, donde su resistencia al desgaste por la acción atmosférica le hizo el objeto de valor, sin embargo, al descubrirse su capacidad tóxica el trióxido de antimonio ha sido suplantado por el dióxido de titanio (TiO2).

Todavía se utiliza en cantidades significativas como estabilizador del color, donde es importante mantener intensidad del color y evitar el cambio de la tonalidad, por ejemplo en las pinturas amarillas usadas para los autobuses de las escuelas (estadounidenses y sudafricanas) y en las rayas amarillas aplicadas a los pavimentos del camino.

Los pigmentos conductores de la electricidad del óxido de estaño (SnO) con antimonio se han introducido en años recientes para incorporarlos en las capas plásticas que protegen las computadoras y otros componentes electrónicos contra la electricidad estática.

El antimonio fue utilizado en medicina, por su buenas cualidades expectorantes, eméticas y purgantes. Y se llegaron a escribir tratados sobre sus cualidades médicas. Hasta que se decidió declararlo veneno, de forma oficial, el 3 de agosto de 1866. En forma de sales de antimonio Sb(OH)2Cl (Sbv) o como antimonio pentavalente, aún se menciona como tratamiento inicial contra leishmaniasis.

Antimonio y ambiente

El antimonio es liberado al ambiente desde fuentes naturales e industriales. Puede permanecer en el aire adherido a partículas muy pequeñas por muchos días. La mayoría del antimonio en el aire se deposita en el suelo, en donde se adhiere firmemente a partículas que contienen hierro, manganeso o aluminio. Altos niveles de antimonio en el aire que respiramos por períodos muy largos pueden ocasionar irritación de los ojos y los pulmones y causar problemas respiratorios, del corazón y del estómago.

El límite de exposición ocupacional es 0,5 mg de antimonio por m³ de aire por un día laborable de 8 h. El nivel máximo permitido del antimonio en agua potable en Europa es 0,006 ppm.

En el aire urbano, la principal fuente de antimonio es la combustión de combustibles fósiles en vehículos automotores, centrales eléctricas e incineradores.

El inventario tóxico de Estados Unidos de la Agencia de Protección del Ambiente (EPA) para el período a partir de 1993 a 2005 demostró que las plantas industriales de E. U. A. lanzaron más de 900 t/año de antimonio en todas las formas a la tierra y cerca de 25 t/año al agua subterránea. Del antimonio lanzado a la tierra por industrias importantes, los fundidores de cobre primarios suponen cerca de 60 %; fundidores primarios para otros metales no ferrosos, 20%; fundidores no ferrosos secundarios, 7% y refinerías de petróleo, 2%. El 11% restante se atribuye a la fabricación de varios productos del antimonio. El lanzamiento postconsumición del antimonio de productos desechados del uso final es también de importancia.

Hay preocupación, especialmente en Europa, por la lixiviación de los pigmentos del antimonio, de los estabilizadores de calor, y de los retardadores de la llama de productos desechados de los plásticos. Estas preocupaciones han contribuido a un cambio a los estabilizadores de calcio-cinc en Europa y a los estabilizadores basados en estaño en Estados Unidos y el Japón. Se cree que el país que más antimonio lanza a la atmósfera es China, debido a gran uso que se hace de este elemento en ese país, ya que posee las principales minas de antimonio del mundo. Sin embargo, debido al régimen político no se tienen datos.

Abundancia y obtención

El antimonio se encuentra en la naturaleza en numerosos minerales, aunque es un elemento poco abundante. Pero es posible encontrarlo libre, normalmente está en forma de sulfuros; la principal mena de antimonio es la antimonita (también llamada estibina), Sb2S3.[20]

Mediante el tostado del sulfuro de antimonio se obtiene óxido de antimonio (III), Sb2O3, que se puede reducir con coque para la obtención de antimonio.

2Sb2O3 + 3C → 4Sb + 3CO2

También se puede obtener por reducción directa del sulfuro, por ejemplo con chatarra de hierro:

Sb2S3 + 3Fe → 2Sb + 3FeS
Producción mundial en 2019, en toneladas por año
1.China China89 000
2.Rusia Rusia30 000
3. Tayikistán28 000
4.Birmania Birmania6000
5.Bolivia Bolivia3000
6.Turquía Turquía2400
7. Australia2030
8.Irán Irán500
9.Vietnam Vietnam310
10.México México300
10.Kazajistán Kazajistán300

Fuente: USGS. NOTA: No se han publicado datos de Estados Unidos.

Compuestos

Sus estados de oxidación más comunes son el 3 y el 5.

Los términos antimonio crudo y crudum se aplican al mineral que contiene más de 90 por ciento de antimonio, y al mineral del sulfuro licuado, que es esencialmente una mezcla del antimonio-sulfuro que contiene 70 por ciento o más antimonio. El metal refinado del antimonio es la forma común estable de antimonio.[cita requerida]

El antimonio amarillo o alfa-antimonio se produce por la acción de ozono en SbH3 líquido, -90 °C. Es amorfo y poco soluble en disulfuro de carbono. El antimonio amarillo es muy inestable y se transforma fácilmente a temperaturas superiores -90 °C en antimonio negro, que también puede formarse directamente a partir de SbH3 líquido y oxígeno a -40 °C. El antimonio negro se oxida espontáneamente en aire y se convierte en el antimonio romboédrico ordinario o beta-antimonio. La cuarta forma alotrópica del antimonio es el antimonio explosivo, que se forma a partir de la electrólisis del cloruro de antimonio.[cita requerida]

Esta forma se transforma a 475 K en la forma alotrópica más común produciendo una explosión. Hay estudios que intentan demostrar que el antimonio amarillo es en realidad antimonio impuro y no es una forma alotrópica verdadera del antimonio.

Debido a su dureza, fragilidad, y carencia del maleabilidad, el antimonio no tiene ninguna aplicación como metal por sí mismo a excepción de las cantidades pequeñas usadas para los bastidores ornamentales y los dispositivos de semiconductor. Sin embargo, es un componente de menor importancia en muchas aleaciones del plomo y estaño.

La mayoría del antimonio que se utiliza en el estado metálico, como en baterías del LA, la cubierta del cable, y varios otros usos, se utiliza como cierta forma de plomo antimonial, que puede contener hasta 25% de antimonio, pero contiene más comúnmente porcentajes de un solo dígito. El antimonio es también un componente de varias aleaciones de estaño, tales como metal de Bretaña, metal antifricción y soldaduras de estaño-antimonio-plata usada para ensamblar tubos para agua potable.

El antimonio forma un número muy grande de compuestos inorgánicos. Los sulfuros predominan en naturaleza y están disponibles para el comercio como minerales procesados del antimonio. En términos de las cantidades producidas, el compuesto sintético más importante del antimonio en gran medida es el trióxido (Sb2O3), que es utilizado por sí mismo para algunas aplicaciones.

Otros compuestos usados en cantidades substanciales son el pentóxido (Sb2O5), el trisulfuro (Sb2S3) y el pentasulfuro (Sb2S5). Estos compuestos se utilizan como los retardadores de la llama, en los pigmentos, estabilizadores del calor y de la radiación en los plásticos y de catalizadores.

Se conocen todos sus trihalogenuros, SbX3, y el pentafluoruro y pentacloruro, SbX5. El trifluoruro se emplea como fluorante. El pentafluoruro junto con HSO3F forma un sistema SbF5-FSO3H con propiedades de superácido. Con estos halogenuros se pueden preparar distintos complejos. Se conoce el hidruro SbH3 (estibina), pero es poco estable y se descompone con mucha facilidad.

Se conoce el trióxido de antimonio, Sb2O3 y el pentóxido, Sb2O5.

Precauciones

El antimonio y muchos de sus compuestos son tóxicos, debiéndose tener los mayores cuidados posibles en su manipulación. Reacciona violentamente con oxidantes fuertes (ejemplo: halógenos, permanganatos alcalinos y nitratos) originando riesgo de incendio y explosión. Reacciona en medio ácido con hidrógeno naciente produciendo un gas muy tóxico (estibamina). Estos compuestos se forman en presencias de metales atacables por el ácido que se está usando, como por ejemplo el hierro, por lo que nunca deben emplearse objetos metálicos (recipientes, pinzas, etc.) cuando se limpien con ácido minerales de antimonio.[21][22]

Su temperatura de autoignición es 900 °C, y su almacenamiento debe realizarse separado de alimentos y piensos, oxidantes fuertes, ácidos, sustancias reductoras.[23][24] Se debe manejar con guantes, gafas protectoras.

Referencias
  1. «Antimony Statistics and Information». United States Geological Survey. 31 de enero de 2009. Consultado el 15 de abril de 2009.
  2. Priesner, Claus and Figala, Karin, ed. (1998). Alchemie. Lexikon einer hermetischen Wissenschaft (en alemán). München: C.H. Beck.
  3. Pliny, Natural history, 33.33; W.H.S. Jones, the Loeb Classical Library translator, supplies a note suggesting the identifications.
  4. The fragment was presented in a lecture in 1892. One contemporary commented, "we only know of antimony at the present day as a highly brittle and crystalline metal, which could hardly be fashioned into a useful vase, and therefore this remarkable 'find' must represent the lost art of rendering antimony malleable." Moorey, P. R. S. (1994). Ancient Mesopotamian Materials and Industries: the Archaeological Evidence. Nueva York: Clarendon Press. p. 241.
  5. Albright, W. F. (1918). «Notes on Egypto-Semitic Etymology. II». The American Journal of Semitic Languages and Literatures 34 (4): 230.
  6. Sarton, George (1935). «Review of Al-morchid fi'l-kohhl, ou Le guide d'oculistique, translated by Max Meyerhof». Isis (en francés) 22 (2): 541. quotes Meyerhof, the translator of the book he is reviewing.
  7. LSJ, s.v., vocalisation, spelling, and declension vary; Endlich, p.28; Celsus, 6.6.6 ff; Pliny Natural History 33.33; Lewis and Short: Latin Dictionary. OED, s. "antimony".
  8. Lippman, p.643-5
  9. other possibilities include Athimar, the Arabic name of the metal, and a hypothetical *as-stimmi, derived from or parallel to the Greek. Endlich, p.28; one of the advantages of as-stimmi would be that it has a whole syllable in common with antimonium.
  10. O'Mara, William C.; Herring, Robert B.; Hunt, Lee Philip (1990). Handbook of semiconductor silicon technology. William Andrew. p. 473. ISBN 0815512376.
  11. Holmyard, E. J. (2008). «Inorganic Chemistry - A Textbooks for Colleges and Schools». Read Books. pp. 399-400. ISBN 9781443722537.
  12. Kiehne, Heinz Albert (2003). «Types of Alloys». Battery technology handbook. CRC Press. pp. 60-61. ISBN 9780824742492.
  13. National Research Council (1970). Trends in usage of antimony: report. National Academies. p. 50.
  14. Williams, Robert S. (2007). Principles of Metallography. Read books. pp. 46-47. ISBN 9781406746716.
  15. Hull, Charles (1992). Pewter. Osprey Publishing. pp. 1-5. ISBN 9780747801528.
  16. Sunan Abu-Dawud (Ahmad Hasan translation). Book 32, Number 4050.
  17. Maiti,, C. K. (2008). Selected Works of Professor Herbert Kroemer. World Scientific, 2008. p. 101. ISBN 9812709010.
  18. Ipser, H.; Flandorfer, H.; Luef, Ch.; Schmetterer, C.; Saeed, U. (2007). «Thermodynamics and phase diagrams of lead-free solder materials». Journal of Materials Science: Materials in Electronics 18 (1–3): 3-17. doi:10.1007/s10854-006-9009-3.
  19. «Metals Used in Coins and Medals». ukcoinpics.co.uk. Archivado desde el original el 26 de diciembre de 2010. Consultado el 16 de octubre de 2009.
  20. Peng, J (2003). «Samarium–neodymium isotope systematics of hydrothermal calcites from the Xikuangshan antimony deposit (Hunan, China): the potential of calcite as a geochronometer». Chemical Geology 200: 129. doi:10.1016/S0009-2541(03)00187-6.
  21. Hansen, Claus (17. February 2010). «Elevated antimony concentrations in commercial juices». Journal of Environmental Monitoring. Consultado el 1 de marzo de 2010.
  22. Borland, Sophie (1. March 2010). «Fruit juice cancer warning as scientists find harmful chemical in 16 drinks». Daily Mail. Consultado el 1 de marzo de 2010.
  23. Shotyk, W.; Krachler, M.; Chen, B. (2006). «Contamination of Canadian and European bottled waters with antimony from PET containers.». Journal of environmental monitoring : JEM 8 (2): 288-92. ISSN 1464-0325. PMID 16470261. doi:10.1039/b517844b.
  24. «London Free Press:». Lfpress.com. Consultado el 12 de septiembre de 2008.

Notas
  1. En el Reino Unido, la vocal variable /ɵ/ se pronuncia generalmente como una schwa [ə]; En Estados Unidos se pronuncia como una omega [oʊ].
  2. El uso del símbolo "femenino" también podría revelar un juego de palabras satírico en este origen

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