Što je arsen? Karakteristike, svojstva i primjene

Arsen je kemijski element dušikove skupine (grupa 15 periodičke tablice). Ovo je siva, metalna glitter krhka tvar (alfa-arsen) s rombo-vodenom kristalnom rešetkom. Kada se grije na 600 ° C, kao podlima. Kada se para ohladi, nastaje nova modifikacija - žuti arsen. Iznad 270 ° C sve oblike formiraju se u crni arsen.

Povijest otkrića

O tome što je arsen, bio je poznat dugo prije nego što je prepoznat kao kemijski element. U IV. Stoljeću. Prije Krista. e. Aristotel govorio tvar koja se zove „sandarak”, koji se sada vjeruje da su realgar ili arsen sulfida. I u I. stoljeću prije Krista. e. pisci Plinija Stariji i Pedanius Dioscorides opisuju auripigment - Kao boju₂S₃. U XI stoljeću. br. e. Uočene su tri vrste "arsena": bijela (As₄O₆), žuta (As₂S₃) i crveno (As₄S₄). Sam element vjerojatno je prvi put izoliran u 13. stoljeću od strane Alberta Velikog, koji je zabilježio pojavu metalne tvari, kada je arsenik, drugi naziv za As₂S₃, je zagrijavana sapunom. No, nema izvjesnosti da je ovaj prirodoslovac-znanstvenik dobio čisti arsen. Prva istinska potvrda o čistom kemijski element datiran je 1649 godine. Njemački farmacist Johann Schroeder pripremio je arsen zagrijavanjem svog oksida u prisutnosti ugljena. Kasnije Nicola Lemeri, francuski liječnik i kemičar, promatrao je formiranje ovog kemijskog elementa zagrijavanjem mješavine njegovog oksida, sapuna i kalijevog krumpira. Početkom 18. stoljeća, arsen je već bio poznat kao jedinstven semimetal.

rasprostranjenost

U zemljinoj kori, koncentracija arena je mala i iznosi 1,5 ppm. Nalazi se u tlu i mineralima i može doći u zrak, vodu i tlo uslijed erozije vjetra i vode. Osim toga, element ulazi u atmosferu iz drugih izvora. Kao rezultat vulkanske erupcije u zraku je pušten oko 3000. T arsen godišnje, mikroorganizmi čine 20 tisuća. T hlapljive metilarsina godišnje, a kao posljedica spaljivanja fosilnih goriva u istom razdoblju izdvojila 80 tisuća. T.

Unatoč činjenici da je kao smrtonosni otrov važna komponenta prehrane nekih životinja, a možda i osobe, iako potrebna doza ne prelazi 0,01 mg / dan.

Arsen se iznimno teško pretvara u vodotopivu ili nestabilnu. Činjenica da je prilično mobilna znači da se velike koncentracije tvari na jednom mjestu ne mogu pojaviti. S jedne strane, to je dobro, ali s druge strane - lakoća s kojom se širi, razlog je što arsenova kontaminacija postaje sve veći problem. Zbog ljudskih aktivnosti, uglavnom zbog rudarstva i taljenja, obično se nepokretni kemijski element migrira, a sada se može naći ne samo u mjestima svoje prirodne koncentracije.

Količina arena u zemljinoj kori iznosi oko 5 g po toni. U prostoru, njegova koncentracija procjenjuje se kao 4 atoma na milijun atoma silicija. Ovaj je element široko rasprostranjen. Mala je količina prisutna u izvornoj državi. U pravilu, arsenni oblici s čistoćom od 90-98% pojavljuju se zajedno s metalima kao što su antimon i srebro. Većina je, međutim, dio više od 150 različitih minerala - sulfida, arsenida, sulfaroarida i arsenita. Arsenopirit FeAsS je jedan od najčešćih minerala koji sadrže As. Drugi uobičajeni arsenni spojevi su Realgar minerali₄S₄ auripigment As₂S₃ liteći FeAs₂ i enargit Cu₃magarac₄. Također se često nalazi i oksid arsena. Većina ove supstancije nusproizvod je taljenja bakra, olova, kobalta i zlatnih ruda.

U prirodi, postoji samo jedan stabilni izotop arsen - ⁷⁵Kao. Među umjetnim radioaktivnim izotopima, ⁷⁶Kao kod poluživota od 26.4 sati, u medicinskoj dijagnostici koriste se Arsen-72, -74 i -76.

Industrijska proizvodnja i primjena

Metalni arsen se proizvodi zagrijavanjem arsenopirita na 650-700 ° C bez pristupa zraku. Ako arsenopirit i druge metalne rude grije kisikom je kao lako reagira s njima u spoju obliku lako sublimira kao₄O₆, također poznat kao "bijeli arsen". Para oksida se sakupi i kondenzira, a zatim pročisti drugi sublimacijom. Većina od Kao što je proizvedeno svojim smanjenjem s ugljika iz bijelog arsena, dobivena na ovaj način.

Svjetska potrošnja metalnog arsena je relativno mala - samo nekoliko stotina tona godišnje. Većina onoga što se konzumira dolazi iz Švedske. Koristi se u metalurgiji zbog svojih metaloidnih svojstava. Oko 1% arsenata koristi se u proizvodnji olovnog metak, jer poboljšava okruglo rastaljenu kap. Svojstva ležajnih legura na bazi olova poboljšavaju i toplinsko i mehanička svojstva, kada sadrže oko 3% arsena. Prisutnost male količine ovog kemijskog elementa u legurama olova ojačava ih za uporabu u punjivim baterijama i kabelskom oklopu. Mala dodavanja arsena povećavaju otpornost na koroziju i toplinska svojstva bakra i mesinga. U svom čistom obliku, kemijska elementarna kao što se koristi za premazivanje bronce i pirotehnike. Visoko arsen nalazi primjenu u poluvodičke tehnologije, gdje se koristi sa silicijem i germanij, kao i u obliku arsenida (GaAs galij) u diode, te lasera tranzistora.

Spojevi kao

Budući da je valencija arena 3 i 5, a ima niz oksidacijskih stanja od -3 do +5, element može oblikovati različite vrste spojeva. Najvažnija komercijalna vrijednost je njegova oksidi, osnovni oblici kojih su As₄O₆ i As₂O₅. Arsenijski oksid, obično poznat kao bijeli arsen, je nusproizvod prženja bakra, olova i nekih drugih metala, kao i arsenopirita i sulfidnih ruda. To je polazni materijal za većinu drugih spojeva. Osim toga, koristi se u pesticidima, služi kao dekolorant u proizvodnji stakla i konzervansu za kožu. Arsenov pentoksid nastaje djelovanjem oksidirajućeg sredstva (npr. Dušična kiselina) na bijelom arsenu. To je glavni sastojak insekticida, herbicida i ljepila za metal.

Arsine (AsH₃), bezbojni otrovni plin koji se sastoji od arsena i vodika, još je jedna poznata supstancija. Tvar, također poznata i kao arsen, proizvodi se hidrolizom metalnih arsenida i redukcijom metala iz arsenskih spojeva u kiselim otopinama. Pronašao je aplikaciju kao dopingni aditiv u poluvodičima i plinoviti gas. U poljoprivredi, arseninska kiselina (H₃ASO₄), olovni arsenat (PbHAsO₄) i kalcijev arsenat [Ca₃(ASO₄)₂], koji se koriste za sterilizaciju tla i kontrolu štetočina.

Arsen je kemijski element koji tvori puno organskih spojeva. Kakodin (CH₃)₂Asminus-As (CH₃)₂, na primjer, koristi se u pripremi široko korištenog sredstava za sušenje (sredstvo za sušenje) - kaodilne kiseline. Kompleks organski spoj elementa koji se koristi u liječenju nekih bolesti kao što su amoebic dizenterija uzrokovanih mikroorganizmima.

Fizička svojstva

Što je arsen u pogledu svojih fizičkih svojstava? U najstabilnijem stanju, to je krhka čvrsta čeličana s niskom toplinskom i električnom vodljivosti. Iako su neki oblici As nalik metalima, upućujući ih na nemetale, točnija je karakteristika arena. Postoje i druge vrste arsena, ali nisu dobro proučene, posebno žuti metastabilni oblik, koji se sastoji od As molekula₄, poput bijelog fosfora P₄. Arsen se sublimira na temperaturi od 613 ° C, a kao par postoji kao As molekule₄, koji se ne disociraju na temperaturu od oko 800 ° C Kompletna disocijacija u As molekule₂ javlja se na 1700 ° C.

Struktura atoma i sposobnost stvaranja veza

Elektronička arsenova formula - 1s²2s²2p⁶3s²3P⁶3d¹⁰4s²4p^{3 -} Sliči dušik i fosfor koji je u vanjskom plastu ima pet elektrona, ali se razlikuje od njih, u prisustvu 18 pretposljednjih ljuske elektrona umjesto dva ili osam. Dodavanje 10 pozitivnih naboja u srži tijekom punjenja pet 3d orbita često uzrokuje opće smanjenje oblaka elektrona i povećanje elektronske predodžbe elemenata. Arsen u periodičnom stolu može se usporediti s drugim skupinama koje jasno pokazuju ovaj uzorak. Na primjer, općenito je prihvaćeno da je cink više elektronegativan nego magnezij, a galijev je više od aluminija. Međutim, u sljedećim skupinama ova se razlika smanjuje, a mnogi se ne slažu da je germanija elektroegativna od silicija, unatoč obilnoj količini kemijskih dokaza. Takav prijelaz iz membrane od 8 do 18 elemenata od fosfora do arena može povećati elektronegativnost, ali to ostaje kontroverzno.

Sličnost vanjske ljuske As i P sugerira da mogu formirati 3 kovalentne veze na atomu u prisustvu dodatnog nevezanog elektronskog para. Stupanj oksidacije stoga mora biti +3 ili -3, ovisno o relativnoj međusobnoj elektronskoj zastupljenosti. Arsenova struktura također ukazuje na mogućnost korištenja vanjskih d-orbita za širenje okteta, što omogućuje elementu da oblikuje 5 veze. Ostvaruje se samo kada reagira s fluorom. Prisutnost slobodnog elektronskog para za formiranje složenih spojeva (putem elektronske donacije) u At atomu očituje se mnogo manje nego u fosforu i dušiku.

Arsen je stabilan u suhom zraku, ali u mokrom je prekriven crnim oksidom. Njegova para se lako spali, formirajući As₂O₃. Što je arsen u slobodnoj državi? Voda, lužine i ne-oksidirajuće kiseline praktički ne utječu, ali oksidiraju dušičnom kiselinom do stanja od +5. Arsen reagira na halogene, sumpor i mnoge metale tvore arsenide.

Analitička kemija

Supstanca se može detektirati kvalitativno arsen kao žuta orpiment taloži pod djelovanjem 25% otopine klorovodične kiseline. Tragovi As, obično određuje njene pretvorbe u arsine, koji se mogu detektirati pomoću testa ožujka. Arsin se termički raspada, stvarajući crni zrcalo od arsenika unutar uske cijevi. Prema metodi Gutzait, sonda impregnirana s živin klorid, pod akcijom arsina potamni zbog oslobađanja žive.

Toksikološke značajke arsena

Toksičnost elementa i njegovih derivata varira široko, od izuzetno otrovne arsine i njezinih organskih derivata do Just As, koji je relativno inertan. To je arsen, spomenuti upotrebu svojih organskih spojeva kao kemijski rat sredstava (luizit) i blister defolijaciju sredstva ( „sredstvo blue” temelji se na vodenoj smjesi 5% cacodylic kiseline, 26% -tni natrijev sol).

Općenito, derivati ​​ovog kemijskog elementa iritiraju kožu i uzrokuju dermatitis. Također se preporučuje zaštita od inhalacije arsenove prašine, ali najveći dio trovanja nastaje kada se proguta. Maksimalna dopuštena koncentracija Kao u prašini tijekom osam sati radnog dana je 0,5 mg / m³. Za arsin, doza se smanjuje na 0,05 dijelova na milijun. Uz upotrebu spojeva iz kemijski element kao herbicidi i pesticidi, arsen primjena u farmakologiji dala salvarsan - prvi uspješan lijek protiv sifilisa.

Utjecaj na zdravlje

Arsen je jedan od najotrovnijih elemenata. Anorganski spojevi ove kemikalije pod prirodnim uvjetima pojavljuju se u malim količinama. Ljudi mogu biti izloženi arsenu kroz hranu, vodu i zrak. Izloženost se može pojaviti i ako se koža kontakta s kontaminiranom tlom ili vodom.

Sadržaj arena u hrani je prilično nizak. Međutim, njezine razine riba i morskih plodova mogu biti vrlo visoke, jer apsorbiraju taj kemijski element iz vode u kojoj žive. Značajna količina anorganskog arsena u ribi može biti opasna za ljudsko zdravlje.

Učinci tvari su također podložni ljudi koji rade s njima, žive u kućama izgrađenim od drva tretiranog s njima, a na poljoprivrednim zemljištima koja su u prošlosti koristili pesticide.

Anorganski arsen može uzrokovati različite učinke na zdravlje ljudi, kao što su iritacija želuca i crijeva, smanjenje proizvodnje crvenih i bijelih krvnih zrnaca, promjena u koži i iritacija pluća. Vjeruje se da apsorpcija značajne količine ove supstance može povećati šanse za razvoj raka, posebno raka kože, pluća, jetre i limfnog sustava.

Vrlo visoke koncentracije anorganskog arsena uzrokuju neplodnost i pobačaja u žena, dermatitis, smanjuje otpornost tijela na infekcije, srčane probleme i oštećenja mozga. Osim toga, ovaj kemijski element može oštetiti DNA.

Smrtonosna doza bijelog arsena je 100 mg.

Organski spojevi elementa ne uzrokuju rak niti štetu genetskom kodu, ali visoke doze mogu naštetiti ljudskom zdravlju, primjerice, uzrokovati poremećaje živčanog sustava ili bol u trbuhu.

Svojstva As

Glavna kemijsko-fizikalna svojstva arena su kako slijedi:

• Atomska je broj 33.
• Atomska težina je 74.9216.
• Točka tališta sivog oblika je 814 ° C pod tlakom od 36 atmosfera.
• Gustoća sivog oblika je 5.73 g / cm³na 14 ° C.
• Gustoća žutog oblika je 2.03 g / cm³ na 18 ° C.
• Elektronička arsenova formula - 1s²2s²2p⁶3s²3P⁶3d¹⁰4s²4p³_.
• Oksidacijsko stanje je -3, +3, +5.
• Valencija arena - 3, 5.