Kaliumantimonat, [12208-13-8]
Kaliumantimonat ist eine schon lange bekannte Substanz, bereits Berzelius[1] beschreibt es, Fremy[2] erwähnt erstmals die Nutzung zum Nachweis bzw der quantitativen Bestimmung von Natrium - damals wohl die einzige Möglichkeit um das "Strecken" von teuren Kali-Produkten mit billigem Na nachzuweisen. Auch später gibt es immer wieder Beiträge[3,4] die sich damit befassen und die Methode empfindlicher oder genauer machen.
Bemerkenswert ist dabei, dass anscheinend die genaue Zusammensetzung bzw. Struktur dieses Reagenzes gar nicht so einfach aufzuklären war. Lange Zeit wurde über die genaue Formel gerätselt, ob es nun ein einfaches Meta-Antimonat KSbO3 sei oder ein Orthoantimonat K3SbO4 oder ein Pyroantimonat K4Sb2O7 oder noch mal ganz anders zusammengesetzt, ob das Wasser Formelwasser oder Kristallwasser sei. Das hat vermutlich teilweise damit zu tun, dass das richtige Atomgewicht von Antimon erst relativ spät bekannt war. Nach aktueller Lesart handelt es sich dabei um ein "Kaliumhexahydroxoantimonat" der Formel K[Sb(OH)6] mit einem Verhältnis K:Sb:O von 1:1:6 in dem das Wasser in der Koordinationssphäre des Antimonats gebunden ist. Mikhaylov et.al.[5] beklagten 2011 einen Mangel an Strukturaufklärung - auch der Tatsache geschuldet dass Kaliumantimonat nur schwer kristallin zu erhalten ist und fanden ein kristallines K2[Sb(O)(OH)5], bestätigten jedoch auch die Na Verbindung als Na[Sb(OH)6]. Wie auch immer, trivial ist die Antimonchemie sicher nicht, wenn man es genau betrachtet.
Die Herstellung von Kaliumantimonat erfolgte zuerst durch Oxidation von Antimon-Metall in geschmolzenem Salpeter, Schou[6] beschreibt die Herstellung aus Antimonsulfid das alkalisch mit KOH und CuO umgesetzt wird (bemerkenswerterweise fungiert CuO hier als Oxidationsmittel!). Beide Methoden bereiten gewisse Probleme bei der Reinigung des Produkts oder Ausbeute. Am komfortabelsten ist sicher die Methode wie von Jander und Brüll[7] beschrieben - hier wird Antimon(III)oxid in Kalilauge mit Wasserstoffperoxid zum Antimonat(V) umgesetzt. Dieser Methode folgt auch der Artikel.
Geräte:
Becherglas, Magnetheizrührer
Chemikalien:
Antimon(III)-oxid

Kaliumhydroxid


Wasserstoffperoxid 12%



Ethanol


Kaliumhexahydroxoantimonat(V)


Durchführung:
In einem 400 ml Becherglas wurden 14,6 g (50 mmol) Sb2O3 und 12,5 g (200 mmol) KOH (berücksichtigt den Gehalt von ca 90%) eingewogen und unter kräftigem Rühren 50 ml Wasser zugesetzt. Das KOH löst sich unter starker Erwärmung auf und das Sb2O3 liegt in Suspension vor. Die Heizplatte wurde auf ca 80° eingestellt um die Wärme des Ansatzes zu halten und zunächst 50 ml 12% H2O2 zugegeben. Das Becherglas wurde bedeckt und kräftig weiter gerührt wobei ständig eine leichte Gasentwicklung durch Zersetzung des H2O2 zu beobachten war. Nach ca 10-15 Minuten war zu beobachten, dass die Suspension bereits deutlich dünner war, eher ein blassgelblicher Ton, die Gasentwicklung war beendet. Nun wurden erneut 30 ml 12% H2O2 zugegeben worauf die Gasentwicklung wieder einsetzte und etwas mehr als eine Stunde weiter in der Hitze gerührt.
Nun wurde das Becherglas von der Heizplatte genommen und über Nacht auskühlen gelassen, wobei sich eine kleine Menge nicht aufgelöstes Edukt als schwach gelblicher Niederschlag gut absetzte. Die klare Lösung darüber wurde in ein anderes Becherglas dekantiert und der Rest mit dem Bodensatz filtriert. Dieser Niederschlag ist sehr fein und geht leicht durch Filterpapier, es wurde daher mehrfach durch das selbe Filter gegossen bis das Filtrat ganz klar war.
Das Filtrat wurde mit der dekantierten Lösung vereinigt und auf der Heizplatte bei ca 100° auf ein Volumen von < 50 ml eingedunstet. Die Lösung wurde auskühlen gelassen und ca. 100 ml Ethanol (Spiritus) zugesetzt, daraufhin fällt das Kaliumantimonat langsam aus. Anfangs bildet sich ein Trübung die auch an den Wänden des Becherglases gut anhaftet, bald setzt sich eine größere Menge einer zähen Masse am Boden ab. Nach einigen Stunden stehen wurde der nun fast völlig klare Überstand einfach abgegossen und der Bodensatz gut abtropfen gelassen. Die Masse hatte nun etwa die Konsistenz eines trockenen Kaugummis, mit etwas Kraft konnte man mit einem Glasstab noch ein Loch hinein drücken, sie klebte fest am Glas.
Das Becherglas mitsamt dem Produkt wurde nun über Nacht am Heizkörper gut trocknen gelassen. Dabei erhärtet die Masse endgültig und zieht sich etwas zusammen wodurch sie leicht aus dem Becherglas gelöst werden kann. SIe wurde im Mörser zu einem feinen Pulver zerrieben welches erneut über Nacht am Heizkörper trocknen gelassen wurde.
Ausbeute: 25,6 g (97,4% d.Th.) eines rein weißen Pulvers.
Das Produkt verhält sich entsprechend - in kaltem Wasser löst es sich kaum, in siedendem Wasser sehr rasch völlig klar auf. Bei Zugabe von etwas NaCl-Lösung bildet sich bald der charakteristische kristalline Niederschlag des Na[Sb(OH)6].
Entsorgung:
Abfälle und Reste kommen zu den schwermetallhaltigen Abfällen.
Erklärung:
In der heißen Kalilauge wird das Sb2O3 durch das H2O2 zum Antimonat oxidiert und löst sich auf:
Sb2O3 + 2 KOH + 2 H2O2 + 3H2O -> 2 K[Sb(OH)6]
Ein ausreichender Überschuss H2O2 ist zu empfehlen, da sich mit gebildetem Antimonat instabile Peroxoantimonate bilden die in der Hitze rasch zerfallen[8] - dementsprechend ist während der gesamten Synthese eine Gasentwicklung zu beobachten.
Der Bodensatz dürfte vor allem aus Verunreinigungen des Edukts bestanden haben.
In Ethanol ist Kaliumantimonat unlöslich, es fällt als zähe, amorphe Masse aus die aber beim Trocknen gut erhärtet und fein gepulvert werden kann.
Bilder: Ansatz mit Antimonoxid-Suspension
Umsetzung vollständig - die restliche Trübung ist auf Verunreinigungen zurückzuführen
Einengen des klaren Filtrats
der amorphe, leicht plastische Kuchen des Produkts
Das fertige, getrocknete und gemörserte Produkt
Literatur:
[1] Schweigger’s Journ. (1812), Bd. VI, p.144 https://www.archive.org/stream/journalf ... 52unkngoog
[2] Journ. prakt. Chem. (1843), 29 p.86 https://doi.org/10.1002/prac.18430290107
[3] Mikrochemie (1929), 7 (Suppl 1), p.14–19 https://doi.org/10.1007/BF02715555
[4] Fresenius, Zeitschrift f. anal. Chemie (1927), 70, p.397–400 https://doi.org/10.1007/BF01378497
[5] Inorg. Chim. Acta (2011), 378, 1, p.24-29 https://doi.org/10.1016/j.ica.2011.08.007
[6] Z. Anorg. Allg. Chem., (1924) 133, p.404-410 https://doi.org/10.1002/zaac.19241330137
[7] Z. Anorg. Allg. Chem., (1926) 158, p.321-342 https://doi.org/10.1002/zaac.19261580126
[8] Z. Anorg. Allg. Chem., (1959) 301, p. 316-322 https://doi.org/10.1002/zaac.19593010514