Òxid d'antimoni(III)

Òxid d'antimoni(III)

Substància química	tipus d'entitat química
Massa molecular	291,792774 Da
Rol	cancerigen
Estructura química
Fórmula química	Sb₂O₃
SMILES canònic	Model 2D O=[Sb]O[Sb]=O i Model 2D [O-2].[O-2].[O-2].[Sb+3].[Sb+3]
Identificador InChI	Model 3D
NFPA 704: Standard System for the Identification of the Hazards of Materials for Emergency Response ()

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 ${\ce {Sb2O3}}$. 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) ${\ce {Sb2S3}}$ 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:

$${\ce {2 Sb2S3 + 9 O2 -> 2 Sb2O3 + 6 SO2}}$$

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:

$${\ce {4 Sb + 3 O2 -> 2 Sb2O3}}$$

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' ${\ce {\alpha-Sb2O3}}$

La forma cúbica ${\ce {\alpha-Sb2O3}}$ és la fase estable en condicions ambientals de l'òxid d'antimoni(III), mentre que la cúbica ${\ce {\beta-Sb2O3}}$ s'obté a pressió elevada i temperatura superior a 570 °C. L'estructura ortoròmbica conté unitats ${\ce {Sb4O6}}$, amb els àtoms units mitjançant enllaç covalent ${\ce {Sb-O}}$. El bloc bàsic d'aquestes unitats és l'estructura piramidal ${\ce {SbO3}}$, 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 ${\ce {Sb4O6}}$ consta de quatre d'aquestes piràmides, amb tots els oxígens enllaçats a dos antimonis, formant una estructura semblant a una gàbia tancada. Els angles ${\ce {O-Sb-O}}$ són de 95,7°.

Estructura de la ${\ce {\beta-Sb2O3}}$

L'altra forma, la ortoròmbica ${\ce {\beta-Sb2O3}}$ també està composta de piràmides ${\ce {SbO3}}$, 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 ${\ce {O-Sb-O}}$ són de 81°, 93° i 99°, i els angles dels enllaços ${\ce {Sb-O-Sb}}$ 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.

$${\ce {SbX3 + H^{.}-> SbX2 + HX}}$$

$${\ce {SbX2 + H^{.}-> SbX + HX}}$$

$${\ce {SbX + H^{.}-> Sb + HX}}$$

$${\ce {Sb + O^{.}-> SbO^{.}}}$$

$${\ce {SbO^{.}{+}H^{.}-> SbOH}}$$

$${\ce {SbOH + H^{.}-> SbO^{.}{+}H2}}$$

Quan l'oxigen reacciona amb un polímer origina diòxid de carboni, monòxid de carboni i diversos radicals lliures en fase gasosa (${\ce {H^{.}}}$, ${\ce {O^{.}}}$, ${\ce {OH^{.}}}$) 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 ${\ce {H2O}}$, ${\ce {HX}}$ i ${\ce {H2}}$. 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 (${\ce {SbX3}}$, ${\ce {SbOX}}$, ${\ce {SbO2X}}$) 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:

$${\ce {2 RHX -> 2 R + 2 HX}}$$

$${\ce {2 RHX -> 2 RH + X2}}$$

$${\ce {6 HX + Sb2O3 ->2 SbX3 + 3 H2O}}$$

$${\ce {X2 + Sb2O3 -> SbOX + SbO2X}}$$

$${\ce {3 SbOX -> SbX3 + Sb2O3}}$$

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.