Antimon(III)sulfid (Sb2S3) – egenskaper, struktur och användningsområden

Upptäck Antimon(III)sulfid (Sb2S3): egenskaper, kristallstruktur, kemiska beteenden och praktiska användningsområden inom elektronik, pigment och materialvetenskap.

Antimontrisulfid, även känd som antimon(III)sulfid, är en kemisk förening. Dess kemiska formel är Sb₂ S₃ . Den innehåller antimon- och sulfidjoner. Antimonet befinner sig i oxidationstillstånd +3.

Egenskaper

• Utseende: Mineralformen stibnit förekommer som längsgående, metallblankt gråsvarta kristaller; finfördelat material är oftast rött till brunt.
• Täthet: cirka 4,63 g/cm³ (stibnit).
• Hårdhet: låg; omkring 2 på Mohs skala.
• Smältpunkt: cirka 550 °C (materialet kan delvis sönderdelas vid uppvärmning).
• Löslighet: praktiskt taget olösligt i vatten; löses i starka syror och i lösningar som kan bilda komplexa antimon(III)-arter. Utfälls lätt vid behandling av Sb(III)-lösningar med H₂S.
• Elektriska och optiska egenskaper: Sb₂S₃ är en halvledare med ett bandgap i området ungefär 1,6–1,8 eV (beroende på prov och tillverkningsmetod), vilket gör den intressant för fotoelektriska tillämpningar.

Struktur och kristallografi

Den naturliga formen stibnit har en ortorombisk kristallstruktur (vanlig rumsgrupp Pnma). I strukturen bildar antimonatomerna trigonal-pyramidala SbS₃-enheter som länkas i långa snevridna band eller "remsor". Varje Sb-atom är i praktik bundet till tre svavelatomer och har ett fritt elektronpar som påverkar geometri och fysikaliska egenskaper. Det förekommer även andra former/polymorfer vid extrema tryck- eller temperaturförhållanden och amorfa tunna filmer kan uppvisa avvikande egenskaper.

Förekomst och framställning

• Naturlig förekomst: Sb₂S₃ utgör mineralet stibnit, en viktig malm för antimon. Större fyndigheter finns i Kina, Bolivia, och andra länder med hydrotermala malmer.
• Syntes: Industriellt och i laboratorier framställs Sb₂S₃ genom direkt syntes mellan grundämnena antimon och svavel, eller genom utfällning från lösningar av antimon(III)-salter med H₂S enligt reaktionen:
  2 SbCl₃ + 3 H₂S → Sb₂S₃ ↓ + 6 HCl.
• Tuntfilmer: För elektroniska/tillämpningar används metoder som termisk avdunstning, sputtring eller kemisk ångavsättning (CVD) för att bilda tunna, kontrollerade skikt av Sb₂S₃.

Användningsområden

• Halvledare och solceller: På grund av sitt lämpliga bandgap studeras Sb₂S₃ som absorberande material i tunna film-solarceller och i fotodetektorer.
• Termoelektriska och fotoniska material: Anisotropa elektriska och termiska egenskaper gör materialet intressant i forskningssammanhang för termoelektriska och optiska komponenter.
• Pigment och kosmetika: Historiskt och i vissa traditionella kosmetiska produkter (t.ex. kohl) används antimon­sulfid; i dag är användningen begränsad av säkerhets- och hälsoskäl.
• Fallande tändmassor och pyroteknik: Sb₂S₃ används i vissa tändmassor, kemiska tändsammansättningar och i pyroteknik, där dess brännbara egenskaper och rökbildande beteende utnyttjas.
• Råvara för antimon: Som stibnit är Sb₂S₃ en primär källa för framställning av metalliskt antimon.

Kemiskt beteende

• Sb₂S₃ oxideras vid upphettning i luft till antimonoxider och kan avge svaveldioxid vid stark oxidation.
• I sura lösningar kan antimon(III) omvandlas till lösliga komplexjoner eller oxideras till antimon(V) beroende på oxidationsmedel.

Säkerhet och miljö

• Toxicitet: Antimonföreningar är i allmänhet giftiga vid inandning eller förtäring. Långtids- eller högdosexponering kan påverka hud, lungor och mag-tarmkanal; vissa antimonföreningar är också misstänkta att vara reproduktionstoxiska eller kancerogena.
• Hantering: Undvik dammbildning, använd skyddsutrustning (andasfilter vid damm, handskar, skyddsglasögon) och arbeta i dragskåp vid laboratoriearbete.
• Avfall: Kasserat material hanteras som farligt avfall enligt lokala föreskrifter för tungmetaller och sulfider; undvik utsläpp till vattenmiljöer eftersom antimon kan vara skadligt för organismer.

Sammanfattning

Sb₂S₃ (antimontrisulfid) är en viktig antimonförening med intressanta fysikaliska och optiska egenskaper som gör den betydelsefull både som malm (stibnit) och i teknisk forskning, särskilt inom fotovoltaik och halvledarteknik. Samtidigt kräver dess användning noggrann hantering på grund av giftighet och miljöpåverkan.

Sök med bokstav