Stupnjevi oksidacije arsena: kemijska svojstva arsena

Prije razmatranja stupnja oksidacije arsena, otkrivamo njegov položaj u periodičnom stolu i svojstvima strukture. Dodatno, navedimo osnovna fizička i kemijska svojstva ovog kemijskog elementa.

Položaj u PS

Glavni stupnjevi oksidacije arsena, kemijskih svojstava, primjene - sve se to može naučiti promatranjem mjesta elementa u periodički sustav Mendelejeva. Arsen se nalazi u petoj skupini, glavnoj podskupini, članu obitelji dušika. Ima relativnu atomsku masu od 74.9216. Glavni stupnjevi oksidacije arsena odnose se upravo na skupinu u kojoj se nalazi u SS. Ovaj element ima 33 serijski broj. Broj energetskih razina odgovara broju razdoblja u kojem je element smješten, jednak je četiri.

Razmotriti raspored elektrona na svakoj atomskoj ljusci. Na prvoj razini energije postoje samo dva povezana elektrona, druga oklopa zauzimaju osam čestica: 2s i 6p. Na trećoj razini, osim njih, postoji deset elektrona d, to jest samo 18 čestica. Vanjska razina energije je 2s-elektrona, kao i tri nesparena p-elektrona. To je broj valentnih elektrona koji određuju moguće stupnjeve oksidacije arsena.

Stranice povijesti

Arsen se pripisuje pet "alkemijskih" elemenata, poznatih iz srednjeg vijeka. Zanimljiva je činjenica da su četiri od njih u petoj PS grupi. Tih dana nitko nije znao odrediti stupanj oksidacije arsena, ali su se njegovi spojevi uspješno koristili za izradu lijekova, stvaranje boja.

Nakon zamjene kamenog doba s brončanom dobi, ljudi su naučili napraviti ovu leguru s posebnim obilježjima. Ispada da je sadržavao do 7 posto arsena i samo 3 posto kositra. Znanstvenici vjeruju da je prvo taljenje bronce umjesto malakita, koje je zeleno, pogrešno uzela zelene sulfide bakar-arsenskih minerala.

Nevjerojatna izvedba rezultirajuće legure učinila je popularnim među drevnim majstorima. Oni su posebno tražili minerale prirode koji sadrže tvar.

Stupnjevi oksidacije arsena u spojevima ovog tipa su pozitivni, što odgovara njegovoj višoj valenciji. Da bi se identificirali sulfidi koji sadržavaju arsen, mineral se zagrijava. Pojava specifičnog mirisa češnjaka potvrda prisutnosti arsena u spoju. Postupno od taljenja brončane arsenove odbio je. Među razlozima prestanka proizvodnje znanstvenici nazivaju konstantnim trovanjem majstora tijekom rada.

Prirodni minerali

U obliku minerala tvar koju razmišljamo poznata je još od davnih vremena. Na primjer, stanje oksidacije 3 arena pojavljuje se u spoju koji je poznat u drevnoj Kini kao "minska prašina". Aristotel je opisao mineralni sandarak, koji je arsenov sulfid. Prevedeno s latinskog jezika, njegovo ime zvuči kao "zlatna boja". Koristi je u tim dalekim vremenima kao žuta boja.

U jedanaestom stoljeću alkemičari su se razlikovali na tri različita načina. Stupnjevi oksidacije arsena u spojevima koje predstavljaju ove vrste odgovaraju broju skupine. Bijeli arsen nazvao je heksavalentni oksid, žuti se zove sulfid, a crveno - As4S4 (tetrasulfid tetrashyyyaka).

Bijela varijanta dobivena je sublimacijom nečistoća tijekom prženja bakrenih rudača, što uključuje arsen. Kao kondenzacija iz plinovitog stanja, arsen oksid precipitira kao bijeli talog. Koristi se od antičkih vremena kao sredstvo uništavanja štetnika.

U 13. stoljeću Albert Veliki je dobio plinovitu tvar. Zagrijavao je žuti arsen sapunom. Tvar dobivena kao rezultat interakcije nije potvrdila "mističnu povezanost" sedam metala s planetima. Možda, upravo zbog otkrivenih proturječja starih alkemičara, arsen se smatrao "nelegitimnim" elementom. U tim dalekim vremenima otkriveno je da je njegova sposobnost da daje bakar bijeloj boji, zbog čega ga je nazvao sredstvo "izbjeljivanje Venere".

Kao pojedinačna tvar, taj je kemijski element identificiran tek sredinom sedamnaestog stoljeća. Njemački je ljekarnik Johann Schröder uspio izolirati ga provođenjem kemijske redukcije oksida ugljena. Nakon nekog vremena, Nichola Lemery uspjela je izvući metal grijanjem kalija, sapuna, oksida arsena. U 18. stoljeću ovaj metal bio je poznat kao neobičan "semimetal".

Potkraj 18. stoljeća primio je švedski kemičar KV Scheele arsenatna kiselina, u kojem se pojavljuje najviši stupanj oksidacije arsena: +5. U devetnaestom stoljeću identificirane su organske tvari koje sadrže arsen.

Biti u prirodi

Najviši i najniži stupanj oksidacije arsena očituje se u prirodnim spojevima. U Zemljinoj kori, postotak koncentracije ovog elementa ne prelazi 5 grama po toni. U mnogim je mineralima istodobno sadržan nikal, kobalt, bakar, željezo.

Danas je poznato oko dvjesto različitih prirodnih minerala, koji uključuju i kemijski element koji se razmatra. S obzirom da oni pokazuju viši i niži stupanj oksidacije arsena, oni imaju drugačiju primjenu. Na primjer, u kombinaciji s antimonom, arsen pokazuje negativno stanje oksidacije. S obzirom na to da ovaj metal ima nisku elektronegativnost, najniži stupanj oksidacije arsena je -3. Ovaj pokazatelj je karakterističan za arsenide, kao i za mineralno almontite.

Većina spojeva s arsenovim metalima, uzimajući u obzir specifični sastav, su intermetalni spojevi karakterizirani varijabilnim sastavom ovog kemijskog elementa.

Karakteristike arsenida

Arsenide su karakterizirani sadržajem nekoliko metala koji imaju sličnu strukturu kristalnih rešetki. Ove minerale karakterizira metalni sjaj, oni su neprozirni, imaju laganu tvrdoću.

Kao primjeri prirodnih arsenida mogu se razmotriti sljedeći spojevi:

• lellingite, slično piritu;
• nikal, koji se naziva crvena pirit nikla;
• langisit;
• Oregon;
• sperrylite.

Ovo je, naravno, daleko od potpune populacije takvih minerala - trenutno ima oko dvadeset i pet takvih spojeva. Među najčešće u prirodi, možemo spomenuti arsenopirit, zvan arsen pirit. To je proizvod dobiven zamjenom atoma sumpora u piritu s arsenom. Spojevi ove vrste, u kojima se ne očituje najveći stupanj oksidacije arsena, zovu se sulfosalti.

Njihovi analozi smatraju kobalt sjaj, gersdorffite, enargite, i također proustite. Potonji je važan srebrni rudnik, smješten u gornjem sloju dragocjenih vena. Sastav sulfosalata može uključivati ​​plemeniti metali platine skupine. Među njima, interes zastupa i iritantan, kao i orsit. U svom sastavu postoje rijetki metali koji se koriste kao izvrsni katalizatori u organskim i anorganskim sintezama.

Maksimalni stupanj oksidacije arsena očituje se u njegovim prirodnim sulfidima. Na primjer, u narančasto-žutim dimorfit, koji je arsen sulfid (5). U tridesetim godinama prošlog stoljeća, pronađeni su prirodne naslage orpiment, uključujući u svoje članstvo sulfid, trovalentni arsena, na jugu od Verhojansk Range. Veličina otkrivenih kristala dosegla je duljinu od 60 cm, a težina je procijenjena na 30 kilograma.

Karakteristike arsenata

Moguće stupnjeve oksidacije arsena može se razmotriti u primjeru soli. Dakle, spojevi arsenskih kiselina, nazvani arsenati, pokazuju maksimalnu vrijednost za ovaj metal: +5. Kao primjer takvih spojeva, dajemo eritrin, koji ima svijetlu ružičastu boju. Ova se sol zove kobalt boja, ima formulu Co3 (AsO4) 2 * 8H₂O. Također je moguće zapaziti gasrolit smeđe-crvene sjene u obliku (Ce, La, Nd) ArO₄.

U središtu Švedske otkriveni su Langbana željezni mangan kamenolomi, gdje je pronađeno i karakterizirano pedesetak različitih arsenata. Ti spojevi su nastali interakcijom arsenove kiseline s manganovim hidroksidom (2) pri niskim temperaturama.

Koji arsenat pokazuje stupanj oksidacije arsena? Karakteristike tih soli potvrđuju prisutnost sumpora u njima. Unatoč nedostatku industrijskih primjena, njihov estetski izgled omogućuje im da se koriste za izradu mineralogijskih zbirki.

Zanimljiva je priča kupfernikel, što odgovara mineralu nikla. Srednjevjekovni njemački rudari Nickel zovu planinski zli duh, a "lažni bakar" zvao se "kupfernickel". Majstori su otkrili vanjsku sličnost bakrenih crvenih kristala ovog minerala bakrenim rudama. Koriste se u izradi stakla kako bi se dobiveni produkt dobio zelenom bojom. Tek sredinom osamnaestog stoljeća mineralogist Axel Kronstedt uspio je izvući nikal iz tog minerala.

Pojedinosti smještaja u prirodi

Arsen se odlikuje velikom inertnošću, pa se može naći u izvornoj državi. Sličan metal u sastavu ima dva do šesnaest posto nečistoća, uglavnom će biti srebro, željezo, kobalt, nikal. U našoj zemlji geolozi su otkrili prirodni arsen u regiji Amur, Transbaikalia.

Može se naći u stijenama, u mineralima i biljkama pa se s pravom često naziva sveprisutni element.

Koji je maksimalni i minimalni stupanj oksidacije arsena? Najveća vrijednost odgovara broju skupine u kojoj se taj element nalazi i iznosi +5. To je tipično za spojeve u kojima pokazuje smanjenje svojstava. Više detalja veze ovog jedinstvenog metala bit će razmotren kasnije.

Na globusu, arsen je izrazito neravnomjerno raspodijeljen. Razlog je stvaranje litosfere, kao i procesi desorpcije i sorpcije koji se javljaju u sedimentnim stijenama i tlima.

Zbog izvrsne topivosti ovog metala u vodi, lako se kreće. Na primjer, u vlažnoj klimi ispire se iz tla, nakon čega slijedi gibanje uz podzemne vode i rijeke.

Fiziološko djelovanje

U značajnim količinama arsen se nalazi u mineralnim vodama. Postoje određeni standardi za sadržaj ovog metala. Ako se dopuštaju dopuštene vrijednosti, javlja se ozbiljna prijetnja štetnosti ljudskom tijelu. Tijekom kemijskih istraživanja otkriveno je da arsen može biti sadržan u različitim oblicima u prirodnoj vodi. Što bi trebalo biti oksidacijska stanja arena? Svojstva spojeva pronađenih u vodi potvrđuju prisutnost metala kao arsenijske kiseline.

Arsen u živom obliku sadrži oko 6 mg po 1 kilogramu. Dio algi može nakupiti gore navedenu tvar u takvom stupnju da može biti opasno za ljudsko tijelo. Neke od njih pronađene u azijskim zemljama mogu se umnožiti u čistoj kiseloj otopini. Koriste se kao sredstvo za kontrolu štakora. U ljudskom mozgovnom tkivu, kao iu njegovim mišićima, postoji dovoljna količina tog metala. Osim toga, ona je prisutna u pločama nokta, nakuplja se u kosi.

Fizičke značajke

Unatoč činjenici da arsen izgleda poput metala, ima nemetalne značajke. Na primjer, on ne može formirati soli s sumpornom kiselinom, djelujući kao element koji stvara kiselinu. Arsen može postojati u raznim alotropnim modifikacijama, podsjećajući na fosfor. Najstabilniji je sivi arsen, koji, kada se zagrijava, podlima poput joda.

Prema električnoj provodljivosti, ova je modifikacija inferiorni od bakra, ali premašuje živu. Kod hlađenja arsenovog para, možete dobiti mekanu, prozirnu supstancu žute boje, sličnu žutom fosforu. U procesu grijanja se pretvara u drugu alotropnu modifikaciju tog kemijskog elementa.

Kod taloženja arsenovih para na staklu, može se promatrati izgled zrcalnog filma.

Arsenski spojevi

Stupanj oksidacije arsena u višem oksidu je +5, što odgovara njegovoj višoj valenciji. No, u sublimaciji para određenog metala u vlažnom zraku, crni film arsenovog anhidrida As2O₃. U ovom obliku, u osnovi, postoji oksid ovog elementa. Ovaj oksid pokazuje amfoterna kemijska svojstva.

U procesu oksidacije, pretvara se u a viši oksid, gdje arsen pokazuje vrijednost stupnja oksidacije +5.

Čisti metal oksidiran je razrijeđenom dušičnom kiselinom do orto-arenske kiseline H₃ASO₃, u kojem ima valenciju 3. U kemijskim svojstvima smatra se kiselom srednjom snagom, sličnom borovoj kiselini. Soli se smatraju arsenitima, koji pokazuju blage svojstva oporavka.

U kloridu, metal ima oksidacijsko stanje od +3, koje djeluje kao tipični metalni element. Slane arsenide formirane tijekom interakcije s aktivnim metalima podvrgavaju se vodenoj hidrolizi. Na primjer, arsine (AsH₃) je otrovni, bezbojni plin, bez mirisa.

Organometalni spojevi

Arsen je sposoban formirati različite organometalne spojeve. Na primjer, na kraju 18. stoljeća, kada je destilirana arsen oksid (3) kalij acetata, dobila je tekućina za pušenje koja ima neugodan miris. Dobiveni produkt nazvan je alarsin. U naknadnim studijama, utvrđeno je da sadrži arsen.

Krajem devetnaestog stoljeća sintetizirani su aromatični arsini. Reakcija je provedena izlaganjem smjesi arsenskog triklorida i aril halida s metalnim natrijom. Neki od ovih proizvoda pokazali su antimikrobna svojstva. Do danas se provodi sinteza desetaka tisuća organoklorovih spojeva.

Primjena arena

Više od polovice ekstrahiranog metala koristi se u obliku različitih spojeva. U svom čistom obliku praktički se ne koristi. U maloj količini ubrizgava se u ležajne legure. Takvi aditivi imaju pozitivan učinak na tvrdoću gotovog proizvoda, tako da su oni potrebni za proizvodnju električnih kabela i baterija.

Minimalne doze arsena pridonose povećanju otpornosti na koroziju, poboljšavaju toplinsku učinkovitost mesinga i bakra. Ako ovaj element ne sadrži dodatne nečistoće, onda je to u potrazi za proizvodnjom poluvodičkih uređaja. Da bi ih stvorili, arsen je spojen s germijanom ili silicijem.

Osim toga, to je izvrstan aditiv za lijevanje pri stvaranju čelika. Kao vrijedan mlaznica, arsen je također potreban u obojenih metalurgija. Čak i uz njen mali sadržaj legure, moguće je značajno poboljšati čvrstoću proizvedenog proizvoda. Arsen povećava fluidnost bakra tijekom lijevanja, što olakšava dobivanje žice.

Postoji i određeni negativni učinak tog prijelaznog metala na proizvodnju. Njegova prisutnost u rudniku pretvara proces u štetnu proizvodnju.

Među zanimljivim spojevima arsena, njegov je trovalentni oksid od interesa. Trenutno se koristi u staklenim proizvodima. Za antiseptike su potrebne soli s indikatorom od +5. Ovaj prijelazni element jedan je od najznačajnijih u suvremenoj kemijskoj proizvodnji, jer pokazuje dva svojstva ovisno o procesnom okruženju.