Какво представлява арсеникът? Характеристики, свойства и приложения

Арсенът е химически елемент на азотната група (група 15 от периодичната таблица). Това е сива, металическа бляскава крехка субстанция (алфа-арсеник) с ромбоедрална кристална решетка. При нагряване до 600 ° С, като сублима. Когато пара се охлажда, възниква нова модификация - жълт арсен. Над 270 ° C всички форми преминават в черен арсен.

История на откритието

За какво е бил арсеникът, е бил известен много преди признаването му като химически елемент. През IV век. Преди новата ера. д. Аристотел спомена вещество, наречено "сандарак", за което се смята, че е истински или арсен сулфид. И в I век пр. Хр. д. писателите Плиний Стари и Педаний Диоскорид описва аурипигмента - като боя₂S₃. През XI век. п. д. Бяха разграничени три сорта "арсеник": бял (As₄О₆), жълто (As₂S₃) и червено (As₄S₄). Самият елемент вероятно е бил първо изолиран през 13-ти век от Алберт Велики, който отбелязва появата на подобно на метал вещество, когато арсеникът, друго име за Ас₂S₃, беше загрята със сапун. Но няма сигурност, че този учен естественик е получил чист арсеник. Първият истински сертификат за чистота химически елемент е с дата 1649 година. Германският фармацевт Йохан Шрьодер е приготвил арсен чрез загряване на оксида си в присъствието на въглища. По-късно Никола Лемери, френски лекар и химик, наблюдава образуването на този химичен елемент, като загрява смес от неговия оксид, сапун и поташ. До началото на 18-ти век арсеникът вече е известен като уникален полуметал.

преобладаване

В земната кора, концентрацията на арсен е малка и е 1,5 ppm. Намира се в почвата и минералите и може да попадне във въздуха, водата и почвата поради вятърна и водна ерозия. В допълнение, елементът влиза в атмосферата от други източници. В резултат на вулканични изригвания във въздуха се отделя около 3 хиляди души. T арсен годишно, микроорганизми формират 20 хиляди. T летлив metilarsina една година, и като резултат от изгарянето на изкопаеми горива през същия период се разпределя 80 хиляди. Т.

Въпреки факта, че As е смъртоносна отрова, той е важен компонент на храненето на някои животни и евентуално човек, въпреки че необходимата доза не надвишава 0,01 mg / ден.

Арсенът е изключително трудно да се превърне във водоразтворимо или летливо състояние. Фактът, че е доста мобилен означава, че големи концентрации на материята на едно място не могат да се появят. От една страна, това е добро, но от друга - лекотата, с която се разпространява, е причината, поради която замърсяването с арсен се превръща в нарастващ проблем. Благодарение на човешката дейност, главно поради минното дело и топенето, обикновено мигрира неподвижният химически елемент и сега той се среща не само в местата с естествена концентрация.

Количеството арсен в земната кора е около 5 грама на тон. В космоса концентрацията му се оценява на 4 атома на милион силициеви атоми. Този елемент е широко разпространен. Малко количество от него се намира в родно състояние. Като правило арсенови образувания с чистота 90-98% се срещат заедно с такива метали като антимон и сребро. Повечето от тях обаче са част от повече от 150 различни минерала - сулфиди, арсениди, сулфорасениди и арсеници. Арсенопиритният FeAsS е един от най-разпространените минерали, съдържащи Ас. Други обичайни съединения на арсена са минералите Realgar₄S₄ auripigment As₂S₃ легитимни FeAs₂ и енаргит Cu₃задник₄. Оксидът на арсена също често се среща. По-голямата част от това вещество е страничен продукт от топенето на мед, олово, кобалт и златни руди.

В природата има само един стабилен изотоп на арсен - ⁷⁵Както. Сред изкуствените радиоактивни изотопи, ⁷⁶Както при полуживот от 26.4 часа. Арсеник-72, -74 и -76 се използват в медицинската диагностика.

Промишлено производство и приложение

Металният арсен се получава чрез загряване на арсенопирит до 650-700 ° C без достъп до въздуха. Ако арсенопирит и други метални руди се нагряват с кислород, Както лесно влиза в съединението с него, образувайки лесно сублимирана As₄О₆, също известен като "бял арсеник". Оксидните пари се събират и кондензират, а по-късно се пречистват чрез второ сублимиране. По-голямата част от As се получава чрез редукцията му с въглерод от бял арсен, получен по този начин.

Световната консумация на метален арсен е сравнително малка - само няколко стотин тона годишно. Повечето от консумираните продукти идват от Швеция. Използва се в металургията поради металоидните свойства. Около 1% от арсена се използва при производството на оловен изстрел, тъй като подобрява закръглеността на стопения капка. Свойствата на оловните лагерни сплави се подобряват както при топлинни, така и при механични свойства, когато съдържат около 3% арсен. Наличието на малко количество от този химически елемент в оловните сплави ги заздравява за употреба в акумулаторни батерии и кабелни брони. Малките добавки на арсен увеличават корозионната устойчивост и топлинните свойства на медта и месинга. В своята чиста форма, химическият елемент As се използва за покриване на бронз и пиротехника. Силно арсен намира приложение в полупроводникова технология, която се използва с силиций и германий, както и под формата на галиев арсенид (GaAs) в диоди, лазери и транзистори.

Съединения As

Тъй като валентността на арсена е 3 и 5 и има редица окислителни състояния от -3 до +5, елементът може да образува различни видове съединения. Най-важната търговска стойност е неговата оксиди, основни форми на които са As₄О₆ и As₂О₅. Арсеновият оксид, известен като бял арсен, е страничен продукт от печенето на мед, олово и някои други метали, както и арсенопиритни и сулфидни руди. Това е изходният материал за повечето други съединения. В допълнение, тя се използва в пестициди, служи като обезцветяваща при производството на стъкло и консервант за кожата. Арсеновият пентоксид се образува чрез действието на окисляващ агент (например азотна киселина) върху бял арсен. Това е основната съставка на инсектициди, хербициди и лепило за метал.

Arsine (AsH₃), е друга известна субстанция безцветен отровен газ, състоящ се от арсен и водород. Вещество, наречено също арсен, се получава чрез хидролиза на метални арсениди и намаляване на металите от арсенови съединения в кисели разтвори. Той намира приложение като допингова добавка в полупроводниците и военни отровни газове. В селското стопанство арсенова киселина (Н.₃Асо₄), оловен арсенат (PbHAsO₄) и калциев арсенат [Са₃(АСО₄)₂], които се използват за стерилизация на почвата и контрол на вредителите.

Арсенът е химически елемент, който образува много органични съединения. Kakodin (CH₃)₂Asminus-As (CH₃)₂, например, се използва при получаването на широко използван десикант (сушител) - какодилова киселина. Комплексните органични съединения на елемента се използват при лечението на определени заболявания, например амебична дизентерия, причинена от микроорганизми.

Физични свойства

Какво представлява арсеникът по отношение на неговите физични свойства? В най-стабилно състояние е крехка твърдост от стоманено сиво с ниска термична и електрическа проводимост. Въпреки че някои форми на As са подобни на металите, препращането към неметали е по-точна характеристика на арсена. Има и други видове арсен, но те не са добре проучени, особено жълтата метастабилна форма, състояща се от молекули As₄, като белия фосфор Р₄. Арсеникът се сублимира при температура 613 ° С и като изпарение съществува като молекули As₄, които не се разтварят до температура около 800 ° С. Пълна дисоциация в As молекули₂ се наблюдава при 1700 ° С.

Структурата на атома и способността му да образуват връзки

Електронна формула на арсен - 1s²2s²2P⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4P^{3 -} Това наподобява азот и фосфор, че в външната обвивка има пет електрони, но се различава от тях в присъствието на 18 предпоследни черупки електрони вместо две или осем. Прибавянето на 10 положителни заряди в ядрото по време на пълнене пет 3D-орбитали често причинява общо намаляване на електронен облак и увеличаване електроотрицателност елементи. Арсен в периодичната таблица може да се сравни с други групи, които ясно показват този модел. Например, обикновено се приема, че цинкът е по електроотрицателен от магнезий и галий - от алуминий. Въпреки това, в следващата група, тази разлика намалява, а много от тях не са съгласни с факта, че Германия електроотрицателност на силиций, въпреки изобилието от химически доказателства. Този преход от 8- до 18-клетъчна мембрана от фосфор на арсен може да увеличи електроотрицателност, но остава противоречива.

Сходството на външната обвивка As и P предполага, че те могат да формират 3 ковалентни връзки върху атом в присъствието на допълнителна несвързана електронна двойка. Следователно, степента на окисляване трябва да бъде +3 или -3, в зависимост от относителната взаимна електронеогъната сила. Структурата на арсена също така показва възможността за използване на външни d-орбитали за разширяване на октета, което позволява на елемента да образува 5 връзки. Тя се реализира само при реакция с флуор. Наличието на свободна електронна двойка за образуването на сложни съединения (чрез донорство на електрони) в Ас атома се проявява много по-малко, отколкото във фосфора и азота.

Арсенът е стабилен на сух въздух, но на мокър е покрит с черен оксид. Неговата пара лесно се изгаря, образувайки As₂О₃. Какво представлява арсеникът в свободно състояние? Той практически не се влияе от вода, алкали и неокислителни киселини, но се окислява от азотна киселина до състояние +5. Арсеникът реагира на халогени, сяра и много метали от арсенидите.

Аналитична химия

Арсеникът може да бъде открит качествено като жълт аурипигмент, утаен с 25% разтвор на солна киселина. Следите от As, като правило, се определят чрез превръщането му в arsine, което може да бъде открито чрез теста Marsh. Arsin се термично разгражда, образувайки черно огледало от арсеник в тясна тръба. Съгласно метода на Gutzait, сонда, импрегнирана с живачен хлорид, под действието на арсината се затъмнява поради отделянето на живак.

Токсикологични характеристики на арсена

клетъчна токсичност и неговите производни са широко варира в широки граници, от изключително токсични арсин и неговите производни органични просто като, който е относително инертен. Това е арсен, споменатото използване на неговите органични съединения като химически бойни средства (луизит) и дефолиант блистер средство ( "агент син" на базата на водна смес от 5% от какодилова киселина, 26% натриев сол).

Като цяло, производните на този химичен елемент раздразняват кожата и причиняват дерматит. Защита срещу вдишване на арсенов прах също се препоръчва, но по-голямата част от отравянето настъпва при поглъщане. Максималната допустима концентрация на As в праха за осемчасов работен ден е 0,5 mg / m³. За арсина дозата се намалява до 0,05 части на милион. В допълнение към използването на съединения на този химичен елемент като хербициди и пестициди, използването на арсен във фармакологията прави възможно получаването на салварсан, първото успешно лекарство срещу сифилис.

Въздействие върху здравето

Арсенът е един от най-токсичните елементи. Неорганичните съединения на този химикал при естествени условия се срещат в малки количества. Хората могат да бъдат изложени на арсен чрез храна, вода и въздух. Експозиция може да възникне и при контакт на кожата с замърсена почва или вода.

Съдържанието на арсен в храната е доста ниско. Въпреки това, нивата му в рибата и морските дарове могат да бъдат много високи, тъй като те поглъщат този химически елемент от водата, в която живеят. Значително количество неорганичен арсен в рибата може да бъде опасно за човешкото здраве.

Влиянието на веществото също е податливо на хора, които работят с него, живеят в къщи, построени от дърво, обработено от тях, и на земеделска земя, където са били използвани в миналото пестициди.

Неорганичният арсен може да причини различни ефекти върху човешкото здраве като дразнене на стомаха и червата, намаляване на производството на червени и бели кръвни клетки, промяна в кожата и дразнене на белите дробове. Смята се, че абсорбцията на значително количество от това вещество може да увеличи шансовете за развитие на рак, особено рак на кожата, белите дробове, черния дроб и лимфната система.

Много високи концентрации на неорганичен арсен са причина за безплодие и спонтанен аборт при жените, дерматит, намаляване на резистентността на организма към инфекции, сърдечни проблеми и увреждане на мозъка. В допълнение, този химически елемент може да увреди ДНК.

Смъртоносната доза на бял арсеник е 100 mg.

Органичните съединения на елемента нито рак, нито увреждане на генетичния код причиняват, но високи дози могат да навредят на човешкото здраве, например, причиняват нервни заболявания или коремна болка.

Свойства на Ас

Основните химико-физични свойства на арсена са, както следва:

• Атомното число е 33.
• Атомното тегло е 74.9216.
• Точката на топене на сивата форма е 814 ° С при налягане от 36 атмосфери.
• Плътността на сивата форма е 5,73 g / cm³при 14 ° С.
• Плътността на жълтата форма е 2,03 g / cm³ при 18 ° С.
• Електронна формула на арсен - 1s²2s²2P⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4P³_.
• Окислителното състояние е -3, +3, +5.
• Валене на арсен - 3, 5.