Што е арсен? Карактеристики, својства и апликации

Арсен е хемиски елемент на азотната група (група 15 од периодниот систем). Ова е сива, метална сјајна кршлива супстанција (α-арсен) со ромбохерална кристална решетка. Кога се загрева до 600 ° C, како сублима. Кога пареата се лади, се појавува нова модификација - жолт арсен. Над 270 ° C сите Како форми минуваат во црн арсен.

Историја на откритието

За тоа што арсен бил познат долго пред неговото препознавање како хемиски елемент. Во IV век. П.н.е. Е. Аристотел споменал супстанција наречена "сандарак", за која сега се верува дека е вистински или арсен сулфид. И во I век од н.е. Е. Писарите Плиниј Старец и Петаниус Диоскоридес ја опишаа арипипот, As ₂ S ₃ боја. Во XI век. Н. Е. Одредени се три типа на "арсен": бело (As ₄ O ₆ ), жолто (As ₂ S ₃ ) и црвено (As ₄ S ₄ ). Самиот елемент најверојатно за прв пат бил изолиран во 13-тиот век од страна на Алберт Велики, кој го забележал појавувањето на супстанција слична на метал, кога арсенинот, друго име As ₂ S ₃ , се загревало со сапун. Но, не постои сигурност дека овој природен научник доби чист арсен. Првиот вистински сертификат за изолација на чист хемиски елемент е датиран во 1649 година. Германскиот фармацевт Јохан Шредер подготвуваше арсен со загревање на својот оксид во присуство на јаглен. Подоцна Никола Лемери, француски лекар и хемичар, го набљудува формирањето на овој хемиски елемент со загревање на мешавина од оксид, сапун и поташа. До почетокот на 18 век, арсенот бил познат како единствен полуметал.

Преваленца

Во земјината кора, концентрацијата на арсен е мала и изнесува 1,5 ppm. Се наоѓа во почвата и минералите и може да влезе во воздухот, водата и почвата поради ерозија на ветер и вода. Покрај тоа, елементот влегува во атмосферата од други извори. Како резултат на вулкански ерупции, околу 3.000 тони арсен се пуштаат во воздух годишно, микроорганизмите изнесуваат 20.000 тони испарлив метилрсин годишно, а како резултат на согорување на фосилни горива 80.000 тони се ослободуваат во истиот период.

И покрај фактот дека As е смртоносен отров, таа е важна компонента на исхраната на некои животни и, можеби, на лице, иако потребната доза не надминува 0.01 mg / ден.

Арсен е исклучително тешко да се преведе во состојба на растворливост во вода или испарлива состојба. Фактот дека е доста мобилен значи дека големите концентрации на материјата на едно место не можат да се појават. Од една страна, тоа е добро, но од друга страна - леснотијата со која се шири, е причината што контаминацијата на арсен станува сé поголем проблем. Поради човечката активност, главно поради рударството и топењето, обично неподвижниот хемиски елемент мигрира, а сега тоа може да се најде не само во местата на нејзината природна концентрација.

Количината на арсен во земната кора е околу 5 g на тон. Во вселената, неговата концентрација се проценува како 4 атоми на милион силиконски атоми. Овој елемент е широко распространет. Мала количина е присутна во матичната држава. Како по правило, арсен формации со чистота од 90-98% се наоѓаат заедно со такви метали како сунѓер и сребро. Меѓутоа, поголемиот дел од тоа е дел од повеќе од 150 различни минерали - сулфиди, арсениди, сулфоарсениди и арсенити. Arsenopyrite FeAsS е еден од најчестите минерали кои содржат As. Другите заеднички соединенија на арсен се реални As ₄ S ₄ минерали _, As ₂ S ₃ арипипигмент _, lelligite на FeAs ₂ и енарит од Cu ₃ AsS ₄ . Оксид на арсен е исто така честа појава. Поголемиот дел од оваа супстанција е нус-производ на топењето на бакар, олово, кобалт и златни руди.

Во природата има само еден стабилен изотоп на арсен - ⁷⁵ As. Меѓу вештачките радиоактивни изотопи, ⁷⁶ As се разликуваат со полуживот од 26,4 часа. Арсенот-72, -74 и -76 се користат во медицинската дијагностика.

Индустриско производство и примена

Металниот арсен се произведува со загревање на арсенопириот на 650-700 ° C без воздушен пристап. Ако arsenopyrite и други метални руди се загреваат со кислород, лесно се влегува во соединението со него, формирајќи лесно сублимиран As ₄ O ₆ , исто така познат како "бел арсен". Оксидните пареи се собираат и кондензираат, а потоа се прочистуваат со ре-дестилација. Најголемиот дел од As се произведува со неговото намалување со јаглерод од белиот арсен добиен на овој начин.

Глобалната потрошувачка на метален арсен е релативно мала - само неколку стотици тони годишно. Повеќето од она што се консумира доаѓа од Шведска. Се користи во металургијата поради неговите металоидни својства. Околу 1% арсеник се користи во производството на оловен шут, бидејќи ја подобрува заобленоста на стопената капка. Својствата на легури на база на олово се подобруваат и во термички и механички својства, кога содржат околу 3% арсен. Присуството на мала количина на овој хемиски елемент во оловни легури ги засилува за употреба во батерии за полнење и кабелски оклопи. Мали примеси на арсен ја зголемуваат отпорноста на корозија и термичките својства на бакар и месинг. Во чиста форма, хемискиот елемент А како се користи за обложување на бронза и пиротехника. Високо прочистен арсен се користи во полупроводничка технологија, каде што се користи со силициум и германиум, како и во форма на галиум арсенид (GaAs) кај диоди, ласери и транзистори.

Соединенија како

Бидејќи валентноста на арсен е 3 и 5, и има бројни степени на оксидација од -3 до +5, елементот може да формира различни видови соединенија. Најважната комерцијална вредност е нејзините оксиди, чии главни форми се As ₄ O ₆ и As ₂ O ₅ . Арсениоксид, попозната како бел арсен, е нус-производ на печење бакар, олово и некои други метали, како и арсенопири и сулфидни руди. Тоа е почетниот материјал за повеќето други состојки. Покрај тоа, се користи во пестициди, служи како деколориран во производството на стакло и конзерванс за кожата. Пентоксидот на арсен е формиран со дејство на оксидирачки агенс (на пример, азотна киселина) на бел арсен. Тоа е главната состојка на инсектициди, хербициди и лепак за метал.

Arsin (AsH ₃ ), безбоен отровен гас кој се состои од арсен и водород, е уште една позната супстанција. Супстанца, исто така наречена арсен, се произведува со хидролиза на метални арсениди и редукција на метали од арсенски соединенија во киселински раствори. Таа најде апликација како допинг-адитив во полупроводници и отровен гас за војување. Во земјоделството, од арсенска киселина (H ₃ AsO ₄ ), оловен арсенат (PbHAsO ₄ ) и калциум арсенат [Ca ₃ (AsO ₄ ) ₂ ], кои се користат за стерилизација на почвата и контрола на штетници, се од големо значење.

Арсен е хемиски елемент кој формира различни органски соединенија. Какодин (CH3) ₂ As-As (CH3) ₂ , на пример, се користи во подготовката на широко употребуван сушилник (средство за сушење) - какодилна киселина. Комплексните органски соединенија на елементот се користат во третманот на одредени болести, на пример, амебната дизентерија предизвикана од микроорганизми.

Физички својства

Што е арсен во однос на неговите физички својства? Во најстабилна состојба, тоа е кршлива цврста челична сива со ниска топлинска и електрична спроводливост. Иако некои форми на As се метални, тоа што се однесува на неметали е попрецизна карактеристика на арсен. Постојат и други видови на арсен, но тие не се многу добро проучени, особено жолта метастабилна форма, која се состои од As ₄ молекули, како белиот фосфор П ₄ . Арсенот е сублимиран на температура од 613 ° C, и како пареа постои како As ₄ молекули, кои не се дисоцираат до температура од околу 800 ° C Целосната дисоцијација во As ₂ молекулите се јавува на 1700 ° C

Структурата на атомот и способноста да се формираат врски

Електронската формула на арсен - 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ^{3 -} наликува на азот и фосфор во тоа што има пет електрони во надворешната обвивка, но се разликува од нив со присуство на 18 електрони во претпоследната школка наместо две или Осум. Додавањето на 10 позитивни обвиненија во јадрото при пополнување на пет 3d орбитали често предизвикува општо намалување на електронскиот облак и зголемување на електронегативноста на елементите. Арсен во периодниот систем може да се спореди со други групи кои јасно го демонстрираат овој модел. На пример, општо прифатено е дека цинк е повеќе електронегативен од магнезиумот, а галиумот е повеќе од алуминиум. Меѓутоа, во следните групи оваа разлика се намалува, а многумина не се согласуваат дека германимот е електронегативен од силикон, и покрај изобилството на хемиски докази. Таквиот премин од мембрана од 8 до 18 елементи од фосфор во арсен може да го зголеми електронегативноста, но ова останува контроверзно.

Сличноста на надворешната школка As и P сугерира дека тие можат да формираат 3 ковалентни врски по атом во присуство на дополнителен неповрзан електронски пар. Затоа степенот на оксидација мора да биде +3 или -3, во зависност од релативната взаемна електронегативност. Арсенската структура исто така ја покажува можноста за користење на надворешни d-орбитали за проширување на октетот, што му овозможува на елементот да формира 5 врски. Се реализира само кога реагира со флуор. Присуството на пар со слободни електрони за формирање на комплексни соединенија (преку донација на електрони) во атомот As се манифестира многу помалку отколку во фосфорот и азот.

Арсен е стабилен на сув воздух, но во влажни покриени со црн оксид. Нејзината пареа лесно се изгорени, формирајќи As ₂ O ₃ . Што е арсен во слободна состојба? Практично не е засегната со вода, алкалии и не-оксидирачки киселини, но оксидирана од азотна киселина во состојба на +5. Арсен реагира халогени, сулфурни, и многу метали формираат арсениди.

Аналитичка хемија

Арсенската супстанција може да се детектира квалитативно во форма на жолта аурипигмент, преципитирана со 25% раствор на хлороводородна киселина. Трагите од As, како по правило, се одредуваат со претворање на тоа во arsine, кое може да се открие со помош на тестот Марш. Арзин е термички распаднат, формирајќи црно огледало од арсен во тесна цевка. Според методот Gutzait, сондата импрегнирана со жива хлорид под дејство на Arsin потемнува поради ослободувањето на живата.

Токсиколошки карактеристики на арсен

Токсичноста на елементот и неговите деривати варираат во голема мера, почнувајќи од исклучително отровниот арсин и неговите органски деривати до само А, што е релативно инертно. За арсен се вели дека е употребата на нејзините органски соединенија како воени отровни супстанции (луизит), везикант и дефолијант ("агент блу" врз основа на водена смеса од 5% какодилна киселина со 26% од натриумовата сол).

Во принцип, дериватите на овој хемиски елемент ја иритираат кожата и предизвикуваат дерматитис. Исто така, се препорачува заштита од вдишување на арсенска прашина, но најголем дел од труењето се јавува кога се проголта. Максималната дозволена концентрација на Ас во прав за осумчасовниот работен ден е 0,5 мг / м3. За арзин, дозата се намалува на 0,05 делови на милион. Покрај употребата на соединенија од овој хемиски елемент како хербициди и пестициди, употребата на арсен во фармакологијата овозможи да се добие салварсан, првиот успешен лек против сифилис.

Влијание врз здравјето

Арсен е еден од најтоксичните елементи. Неоргански соединенија на оваа хемикалија во природни услови се јавуваат во мали количини. Луѓето можат да бидат изложени на арсен преку храна, вода и воздух. Изложувањето може да се случи и кога кожата контактира со контаминирана почва или вода.

Содржината на арсен во храната е доста ниска. Сепак, нејзините нивоа во рибите и морски плодови можат да бидат многу високи, бидејќи тие го апсорбираат овој хемиски елемент од водата во која живеат. Значително количество неоргански арсен во рибите може да биде опасно за здравјето на луѓето.

Влијанието на супстанцијата е исто така под влијание на луѓе кои работат со него, живеат во куќи изградени од дрво преработени од нив, и на земјоделско земјиште, каде што пестициди биле користени во минатото.

Неорганскиот арсен може да предизвика различни ефекти врз здравјето на луѓето, како што се иритација на желудникот и цревата, намалено производство на црвени и бели крвни клетки, промени на кожата и иритација на белите дробови. Се претпоставува дека апсорпцијата на значителна количина на оваа супстанца може да ги зголеми шансите за развој на рак, особено рак на кожата, белите дробови, црниот дроб и лимфниот систем.

Многу високи концентрации на неоргански арсен се причина за неплодност и абортуси кај жените, дерматитис, намалување на отпорноста на телото на инфекции, проблеми со срцето и оштетување на мозокот. Покрај тоа, овој хемиски елемент може да ја оштети ДНК.

Леталната доза на бел арсен е 100 мг.

Органски соединенија на елементот ниту рак, ниту оштетување на генетскиот код, но високи дози може да наштетат на здравјето на луѓето, на пример, да предизвикаат нервни заболувања или абдоминална болка.

Карактеристики на As

Главните хемиско-физички својства на арсен се следниве:

• Атомскиот број е 33.
• Атомската тежина е 74.9216.
• Точката на топење на сивата форма е 814 ° C под притисок од 36 атмосфери.
• Густината на сивата форма е 5,73 g / cm3 При 14 ° C
• Густината на жолтата форма е 2.03 g / cm ³ на 18 ° C.
• Електронската формула на арсен е 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ³ _.
• Оксидационата состојба е -3, +3, +5.
• Валентност на арсен - 3, 5.