Òxid d'antimoni(III)

Plantilla:Infotaula compost químic L'òxid d'antimoni(III), o triòxid de diantimoni, és un compost binari constituït per oxigen i antimoni, és un òxid la qual fórmula química és $\mathrm{S}\mathrm{b}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$. Té àmplies aplicacions com a retardant de flama, catalitzador, pigment i desgasador del vidre. És la forma predominant d'antimoni alliberat al medi ambient de les activitats humanes. La relativament baixa toxicitat d'aquest compost es deu a la seva solubilitat extremadament baixa en aigua. Tanmateix es considera possiblement carcinogen per als humans.

Estat natural i obtenció

Senarmontita

A la natura hom pot trobar òxid d'antimoni(III) al mineral senarmontita i al mineral valentinita, que presenten estructures cristal·lines diferents, ortoròmbica el primer i cúbica el segon. Aquests minerals es formen per oxidació del mineral estibina, constituït per sulfur d'antimoni(III) $\mathrm{S}\mathrm{b}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}{\phantom{A}}_3$ i d'altres minerals d'antimoni.

La producció mundial el 2005 d'òxid d'antimoni(III) fou de 120 000 tones, amb la Xina com a principal productor (47 %) seguida de Mèxic (22 %), Europa (17 %), el Japó (10 %) i Sud-àfrica (2 %) i altres països (2 %). Els processos d'obtenció industrial són dos:

Volatilització de l'òxid d'antimoni(III) cru

En aquest procés es parteix del sulfur d'antimoni(III) que es fa reaccionar amb oxigen en forns a 850 °C–1000 °C:

$$2\mathrm{S}\mathrm{b}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}{\phantom{A}}_3+9\mathrm{O}{\phantom{A}}_2⟶2\mathrm{S}\mathrm{b}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+6\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$$Després aquest òxid d'antimoni(III) obtingut es vaporitza per a condensar-se a continuació.

Oxidació de l'antimoni

Dins forns es produeix l'oxidació de l'antimoni per reacció directa d'oxigen gas sobre l'antimoni metàl·lic:

$$4\mathrm{S}\mathrm{b}+3\mathrm{O}{\phantom{A}}_2⟶2\mathrm{S}\mathrm{b}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$$

Propietats

L'òxid d'antimoni(III) a temperatura ambient és un sòlid cristal·lí, de cristalls blancs, inodor, de densitat 5,9 g/cm³, punt de fusió 656 °C i punt d'ebullició 1 550 °C. Sublima parcialment abans d'arribar al punt d'ebullició. És insoluble dins d'aigua, i en dissolvents orgànics.

Estructura de l' $\mathrm{\alpha }\text{-}\mathrm{S}\mathrm{b}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$

La forma cúbica $\mathrm{\alpha }\text{-}\mathrm{S}\mathrm{b}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$ és la fase estable en condicions ambientals de l'òxid d'antimoni(III), mentre que la cúbica $\mathrm{\beta }\text{-}\mathrm{S}\mathrm{b}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$ s'obté a pressió elevada i temperatura superior a 570 °C. L'estructura ortoròmbica conté unitats $\mathrm{S}\mathrm{b}{\phantom{A}}_4\mathrm{O}{\phantom{A}}_6$, amb els àtoms units mitjançant enllaç covalent $\mathrm{S}\mathrm{b}-\mathrm{O}$. El bloc bàsic d'aquestes unitats és l'estructura piramidal $\mathrm{S}\mathrm{b}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$, en què l'antimoni ocupa el centre d'un tetraedre allargat, amb els àtoms d'oxigen situats en tres dels vèrtexs i els electrons del parell solitari de l'antimoni que ocupen el quart. L'estructura $\mathrm{S}\mathrm{b}{\phantom{A}}_4\mathrm{O}{\phantom{A}}_6$ consta de quatre d'aquestes piràmides, amb tots els oxígens enllaçats a dos antimonis, formant una estructura semblant a una gàbia tancada. Els angles $\mathrm{O}-\mathrm{S}\mathrm{b}-\mathrm{O}$ són de 95,7°.

Estructura de la $\mathrm{\beta }\text{-}\mathrm{S}\mathrm{b}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$

L'altra forma, la ortoròmbica $\mathrm{\beta }\text{-}\mathrm{S}\mathrm{b}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$ també està composta de piràmides $\mathrm{S}\mathrm{b}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$, però en lloc de formar una estructura engabiada, formen una doble cadena més connectada, que es transforma en una estructura de doble filferro a pressió. Una diferència notable amb la forma ortoròmbica és la diferència dels angles d'enllaç. Els angles $\mathrm{O}-\mathrm{S}\mathrm{b}-\mathrm{O}$ són de 81°, 93° i 99°, i els angles dels enllaços $\mathrm{S}\mathrm{b}-\mathrm{O}-\mathrm{S}\mathrm{b}$ 110° i 132°.

Aplicacions

Retardant de flama

L'ús més important de l'òxid d'antimoni(III), pel que fa a la quantitat emprada, és com a retardant de flama de plàstics, gomes i teixits. L'òxid d'antimoni(III) en si no té cap funció ignífuga, però, quan s'utilitza juntament amb compostos orgànics halogenats, l'efecte sinèrgic de la barreja crea les propietats ignífugues.

$$\mathrm{S}\mathrm{b}\mathrm{X}{\phantom{A}}_3+\mathrm{H}{\phantom{A}}^{\bullet }⟶\mathrm{S}\mathrm{b}\mathrm{X}{\phantom{A}}_2+\mathrm{H}\mathrm{X}$$$$\mathrm{S}\mathrm{b}\mathrm{X}{\phantom{A}}_2+\mathrm{H}{\phantom{A}}^{\bullet }⟶\mathrm{S}\mathrm{b}\mathrm{X}+\mathrm{H}\mathrm{X}$$$$\mathrm{S}\mathrm{b}\mathrm{X}+\mathrm{H}{\phantom{A}}^{\bullet }⟶\mathrm{S}\mathrm{b}+\mathrm{H}\mathrm{X}$$$$\mathrm{S}\mathrm{b}+\mathrm{O}{\phantom{A}}^{\bullet }⟶\mathrm{S}\mathrm{b}\mathrm{O}{\phantom{A}}^{\bullet }$$$$\mathrm{S}\mathrm{b}\mathrm{O}{\phantom{A}}^{\bullet }\text{+}\mathrm{H}{\phantom{A}}^{\bullet }⟶\mathrm{S}\mathrm{b}\mathrm{O}\mathrm{H}$$$$\mathrm{S}\mathrm{b}\mathrm{O}\mathrm{H}+\mathrm{H}{\phantom{A}}^{\bullet }⟶\mathrm{S}\mathrm{b}\mathrm{O}{\phantom{A}}^{\bullet }\text{+}\mathrm{H}{\phantom{A}}_2$$

Quan l'oxigen reacciona amb un polímer origina diòxid de carboni, monòxid de carboni i diversos radicals lliures en fase gasosa ($\mathrm{H}{\phantom{A}}^{\bullet }$, $\mathrm{O}{\phantom{A}}^{\bullet }$, $\mathrm{O}\mathrm{H}{\phantom{A}}^{\bullet }$) que són els causants de què es mantingui la combustió. Si s'addiciona un compost orgànic clorat o bromat, aquests halògens capturen els radicals lliures, reaccionat amb ells i formant $\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$, $\mathrm{H}\mathrm{X}$ i $\mathrm{H}{\phantom{A}}_2$. Per reaccionar, els halògens han d'arribar a la flama en fase de gas. L'addició d'òxid d'antimoni(III) permet la formació d'espècies d'antimoni volàtils ($\mathrm{S}\mathrm{b}\mathrm{X}{\phantom{A}}_3$, $\mathrm{S}\mathrm{b}\mathrm{O}\mathrm{X}$, $\mathrm{S}\mathrm{b}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2\mathrm{X}$) capaços d'interrompre el procés de combustió inhibint els radicals lliures mitjançant una sèrie de reaccions proposades al costat. La formació dels composts ignífugs té lloc segons les reaccions:

$$2\mathrm{R}\mathrm{H}\mathrm{X}⟶2\mathrm{R}+2\mathrm{H}\mathrm{X}$$$$2\mathrm{R}\mathrm{H}\mathrm{X}⟶2\mathrm{R}\mathrm{H}+\mathrm{X}{\phantom{A}}_2$$$$6\mathrm{H}\mathrm{X}+\mathrm{S}\mathrm{b}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_3⟶2\mathrm{S}\mathrm{b}\mathrm{X}{\phantom{A}}_3+3\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$$$$\mathrm{X}{\phantom{A}}_2+\mathrm{S}\mathrm{b}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_3⟶\mathrm{S}\mathrm{b}\mathrm{O}\mathrm{X}+\mathrm{S}\mathrm{b}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2\mathrm{X}$$$$3\mathrm{S}\mathrm{b}\mathrm{O}\mathrm{X}⟶\mathrm{S}\mathrm{b}\mathrm{X}{\phantom{A}}_3+\mathrm{S}\mathrm{b}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$$

Indústria del vidre

L'òxid d'antimoni(III) s'utilitza com a agent de depuració o com a desgasador en la fabricació de vidre artístic, òptica i bombetes fluorescents de vidre, i en vidres per a pantalles per a televisió i ordinadors, etc. S'afegeix al vidre durant la fabricació i ajuda a eliminar les bombolles del vidre. El mecanisme implica diversos passos. En el pas final l'òxid d'antimoni(III) s'oxida fins a obtenir l'òxid d'antimoni(V). El contingut total de Sb al vidre acabat se situa normalment al voltant del 0,8 %.

Pigments

L'òxid d'antimoni(III) s'empra com a pigment blanc i en la fabricació de pigments de colors inorgànics complexos. Aquests pigments s'utilitzen en indústries posteriors com ara els plàstics (50 %), els recobriments (35 %), esmalts i ceràmica (10 %) i materials de construcció (5 %).

Catalitzador

En la producció d'envasos de PET s'empra l'òxid d'antimoni(III) com a catalitzador.