Ce este arsenicul? Caracteristici, proprietăți și aplicații

Arsenicul este un element chimic al grupului de azot (grupul 15 din tabelul periodic). Aceasta este o substanță gri, metalică, sclipitoare, fragilă (alfa-arsenic), cu o latură cristalină romboedulară. Când se încălzește la 600 ° C, sublime. Atunci când vaporii se răcesc, apare o nouă modificare - arsenic galben. Peste 270 ° C, toate formele trec în arsen negru.

Istoria descoperirii

Despre arsenic, a fost cunoscut cu mult înainte de recunoașterea sa ca element chimic. În secolul al IV-lea. BC. e. Aristotel a menționat o substanță numită "sandarak", care se crede acum a fi un realgar sau sulfid de arsen. Și în secolul I î.en. e. scriitorii Plinius cel Bătrân și Pedanius Dioscorides au descris auripigmentul - ca colorant₂S₃. În secolul al XI-lea. n. e. Au fost distinse trei soiuri de "arsen": alb (As₄O₆), galben (As₂S₃) și roșu (As₄S₄). Elementul însuși a fost izolat pentru prima dată în secolul al XIII-lea de Albert cel Mare, care a notat apariția unei substanțe metalice, când arsenicul, un alt nume pentru As₂S₃, a fost încălzit cu săpun. Dar nu există nici o certitudine că acest naturalist științific a primit arsenic pur. Primul certificat autentic de curat element chimic este datat 1649 an. Farmacistul german, Johann Schroeder, a preparat arsen prin încălzirea oxidului în prezența cărbunelui. Mai târziu, Nicola Lemeri, medic și chimist francez, a observat formarea acestui element chimic prin încălzirea unui amestec de oxid, săpun și potasiu. La începutul secolului al XVIII-lea, arsenul era deja cunoscut ca un semimetal unic.

răspândire

În crusta pământului, concentrația de arsenic este mică și este de 1,5 ppm. Se găsește în sol și minerale și poate ajunge în aer, apă și sol datorită eroziunii vântului și a apei. În plus, elementul intră în atmosferă din alte surse. Ca rezultat al erupții vulcanice din aer este eliberat circa 3 mii. T arsen pe an, microorganismele formeaza 20 mii. T metilarsina volatile un an, și, ca urmare a arderii combustibililor fosili în aceeași perioadă, se alocă 80 mii. T.

În ciuda faptului că As este o otravă mortală, este o componentă importantă a nutriției unor animale și, eventual, a unei persoane, deși doza necesară nu depășește 0,01 mg / zi.

Arsenicul este extrem de dificil de transformat într-o stare solubilă în apă sau volatilă. Faptul că este destul de mobilă înseamnă că nu pot apărea mari concentrații de materie într-un singur loc. Pe de o parte, acest lucru este bun, dar pe de altă parte - ușurința cu care se răspândește, este motivul pentru care contaminarea arsenicului devine o problemă tot mai mare. Din cauza activităților umane, în principal, prin minerit și de topire, de obicei imobile migreaza element chimic, iar acum pot fi găsite nu numai în locurile de concentrare sale naturale.

Cantitatea de arsenic din scoarța pământului este de aproximativ 5 g pe tonă. În spațiu, concentrația sa este estimată la 4 atomi pe milion atomi de siliciu. Acest element este larg răspândit. O cantitate mică din acesta este prezentă într-o stare nativă. Ca regulă, formările de arsen cu o puritate de 90-98% apar împreună cu metale precum antimoniu și argint. Totuși, cea mai mare parte a acesteia face parte din mai mult de 150 de minerale diferite - sulfuri, arsenide, sulfoarsenide și arsenite. Arsenoprită FeAsS este una dintre cele mai comune minerale care conțin As. Alți compuși arsenici obișnuiți sunt mineralele Realgar₄S₄ auripigment As₂S₃ Legea FeAs₂ și enargitul Cu₃AeS₄. Oxidul de arsen este de asemenea adesea găsit. Cea mai mare parte a acestei substanțe este un produs secundar al topirii minereurilor de cupru, plumb, cobalt și auriu.

În natură, există un singur izotop stabil al arsenicului - ⁷⁵Ca. Dintre izotopii radioactivi artificiali, ⁷⁶Ca și cu un timp de înjumătățire de 26,4 ore. Arsenic-72, -74 și -76 sunt utilizați în diagnosticarea medicală.

Producția și aplicarea industrială

Arsenicul metalic este produs prin încălzirea arsenopitritei la 650-700 ° C fără acces la aer. Dacă arsenopirita și alte minereuri metalice sunt încălzite cu oxigen, la fel de ușor intră în compus cu el, formând un ușor sublimat As₄O₆, cunoscută și sub numele de "arsen alb". Vaporii de oxid sunt colectați și condensați și mai târziu purificați printr-o a doua sublimare. Cea mai mare parte a As este produsă prin reducerea sa cu carbon din arsenul alb, obținut în acest mod.

Consumul mondial de arsenic metalic este relativ mic - doar câteva sute de tone pe an. Majoritatea consumului provine din Suedia. Se utilizează în metalurgie din cauza proprietăților sale metaloide. Aproximativ 1% arsenic este utilizat în producția de plumb, deoarece îmbunătățește rotunjimea picăturii topite. Proprietățile aliajelor de rulmenți pe bază de plumb se îmbunătățesc atât în ​​ceea ce privește proprietățile termice, cât și mecanice, când conțin circa 3% arsenic. Prezența unei cantități mici de acest element chimic în aliajele de plumb le întărește pentru a fi utilizate în baterii reîncărcabile și armături de cabluri. Amestecurile mici de arsenic măresc rezistența la coroziune și proprietățile termice ale cuprului și alamelor. În forma sa pură, elementul chimic As se folosește pentru acoperirea bronzului și pirotehnicelor. arsenic extrem găsește aplicarea în tehnologia semiconductoarelor, unde este utilizat cu siliciu și germaniu, precum și sub formă de arseniura de galiu (GaAs) în diode, lasere și tranzistori.

Compuși As

Deoarece valența arsenicului este de 3 și 5 și are un număr de stări de oxidare de la -3 la +5, elementul poate forma diferite tipuri de compuși. Cea mai importantă valoare comercială este a lui oxizi, de bază formele din care sunt As₄O₆ și As₂O₅. oxid de arsen, cunoscut sub numele de arsenic alb - un produs secundar minereuri de cupru, plumb și alte metale, precum și minereuri sulfuroase și arsenopyrite prăjire. Este materia primă pentru majoritatea celorlalți compuși. În plus, este utilizat în pesticide, servește ca un decolorant în producția de sticlă și un conservant pentru piele. Pentoxidul de arsenic se formează prin acțiunea unui agent de oxidare (de exemplu, acidul azotic) pe arsenul alb. Este principalul ingredient al insecticidelor, erbicidelor și adezivului pentru metal.

Arsine (AsH₃), este o altă substanță cunoscută, un gaz otrăvos incolor, format din arsen și hidrogen. O substanță, denumită și arsenic, este produsă prin hidroliza arsenurilor metalice și prin reducerea metalelor din compușii de arsen în soluții acide. Acesta a găsit aplicația ca aditiv doping în semiconductori și un gaz de otravă de război. În agricultură, acidul arsenic (H₃Aso₄), arsenat de plumb (PbHAsO₄) și arsenat de calciu [Ca₃(Aso₄)₂], care sunt utilizate pentru sterilizarea solului și controlul dăunătorilor.

Arsenicul este un element chimic care formează o mulțime de compuși organici. Kakodin (CH₃)₂Asminus-As (CH₃)₂, de exemplu, este utilizat în prepararea unui desicant foarte larg (agent de uscare) - acid cacodilic. Compușii organici complexi ai elementului sunt utilizați în tratamentul anumitor boli, de exemplu dizenteria amoebică cauzată de microorganisme.

Proprietăți fizice

Ce este arsenic în ceea ce privește proprietățile sale fizice? În cea mai stabilă stare, este un solid friabil din oțel gri, cu conductivitate termică și electrică redusă. Deși unele forme de As sunt metalice, referindu-se la nemetale, este o caracteristică mai precisă a arsenului. Există și alte tipuri de arsen, dar ele nu sunt foarte bine studiate, în special forma metastabilă galbenă, constând din molecule As₄, cum ar fi fosforul alb P₄. Arsenicul este sublimat la o temperatură de 613 ° C, și ca vapori există ca molecule As₄, care nu disociază la o temperatură de aproximativ 800 ° C. Disociere completă în moleculele As₂ apare la 1700 ° C.

Structura atomului și capacitatea de a forma legături

Formula electronică a arsenicului - 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p^{3 -} care amintește de azot și fosfor prin faptul că există cinci electroni în cochilia exterioară, dar diferă de ele prin prezența a 18 electroni în penultima coajă în loc de două sau opt. Adăugarea a 10 încărcări pozitive în miez în timpul umplerii a cinci orbite 3d determină adesea o scădere generală a norului de electroni și o creștere a electronegativității elementelor. Arsenicul din tabelul periodic poate fi comparat cu alte grupuri care demonstrează clar acest model. De exemplu, este general acceptat faptul că zincul este mai electronegativ decât magneziul, iar galiul este mai mult decât aluminiu. Cu toate acestea, în grupurile ulterioare această diferență scade, iar mulți dintre ei nu sunt de acord că germaniul este electronegativ decât siliciul, în ciuda abundenței dovezilor chimice. O astfel de tranziție de la o membrană de la 8 la 18 elemente de la fosfor la arsen poate crește electronegativitatea, dar aceasta rămâne controversată.

Similitudinea carcasei exterioare As și P sugerează că pot forma 3 legături covalente pe un atom în prezența unei perechi electron suplimentare nelegate. Gradul de oxidare trebuie deci să fie +3 sau -3, în funcție de electronegativitatea reciprocă relativă. Structura arsenicului indică, de asemenea, posibilitatea utilizării unei d-orbitale externe pentru extinderea octetului, care permite elementului să formeze 5 legături. Se realizează numai atunci când reacționează cu fluor. Prezența unei perechi de electroni liberi pentru formarea compușilor complexi (prin donare electronică) în atomul As se manifestă mult mai puțin decât în ​​fosfor și azot.

Arsenic este stabil în aer uscat, dar în umed este acoperit cu oxid negru. Vaporii lui sunt ușor arși, formând As₂O₃. Ce este arsenul într-o stare liberă? Este practic neafectată de apă, alcali și acizi neoxidanți, dar este oxidată de acidul azotic la o stare de +5. Arsenicul reacționează cu halogeni, sulf și multe metale formează arsenide.

Chimie analitică

Arsenicul poate fi detectat calitativ ca o auripigmentă galbenă, precipitată de o soluție de acid clorhidric de 25%. Urmele lui As, ca regulă, sunt determinate prin transformarea lui în arsină, care poate fi detectată folosind testul Marsh. Arsina este descompusă termic, formând o oglindă neagră din arsen în interiorul unui tub îngust. Conform metodei Gutzait, o sondă impregnată cu clorura de mercur, sub acțiunea arsinei se întunecă datorită eliberării mercurului.

Caracteristicile toxice ale arsenicului

toxicitatea celulară și derivații săi sunt larg variază într-o gamă largă, de la arsina extrem de toxice și derivații săi organici pur și simplu ca, care este relativ inert. Aceasta este arsenic, a declarat utilizarea compușilor săi organici ca agenți de război chimic (levizită) și agent defoliant blister ( „albastru agent“, bazat pe un amestec apos de 5% de acid cacodilic, sare de sodiu de 26% din aceasta).

În general, derivații acestui element chimic irită pielea și provoacă dermatită. Se recomandă, de asemenea, protecția împotriva inhalării prafului de arsenic, dar cea mai mare parte a intoxicației apare atunci când este ingerată. Concentrația maximă permisă de As în praf pe o zi lucrătoare de opt ore este de 0,5 mg / m³. Pentru arsină, doza este redusă la 0,05 ppm. Pe lângă utilizarea compușilor acestui element chimic ca erbicide și pesticide, utilizarea arsenului în farmacologie a făcut posibilă obținerea salvarsanului, primul medicament de succes împotriva sifilisului.

Impact asupra sănătății

Arsenicul este unul dintre cele mai toxice elemente. Componentele anorganice ale acestui produs chimic în condiții naturale apar în cantități mici. Oamenii pot fi expuși la arsen prin hrană, apă și aer. Expunerea poate apărea, de asemenea, dacă pielea intră în contact cu solul contaminat sau cu apa.

Conținutul de arsenic din produsele alimentare este destul de scăzut. Cu toate acestea, nivelurile sale în pește și fructe de mare pot fi foarte mari, deoarece absorb acest element chimic din apa în care trăiesc. O cantitate semnificativă de arsenic anorganic în pește poate fi periculoasă pentru sănătatea umană.

Impactul substanței este, de asemenea, susceptibil la persoanele care lucrează cu ea, trăiesc în case construite din lemn prelucrat de acestea și pe terenuri agricole, unde au fost folosite pesticide în trecut.

arsenic anorganic poate provoca diverse efecte asupra sănătății, cum ar fi iritarea stomacului și intestinelor, scăderea producției de celule sanguine roșii și albe, schimbarea pielii și iritații pulmonare. Se presupune că absorbția unei cantități semnificative a acestei substanțe poate crește șansele de a dezvolta cancer, in special cancer de piele, plămân, ficat și sistemul limfatic.

Concentrațiile foarte mari de arsenic anorganic sunt cauza infertilității și pierderilor de sarcină la femei, dermatită, reducând rezistența organismului la infecții, probleme cardiace și leziuni ale creierului. În plus, acest element chimic poate deteriora ADN-ul.

Doza letală de arsen alb este de 100 mg.

Compusul organic al unui element sau a cancerului sau deteriora codul genetic nu cauzează, dar doze mari poate provoca efecte adverse asupra sănătății umane, cum ar fi de a provoca tulburări nervoase sau dureri la nivelul abdomenului.

Proprietățile As

Principalele proprietăți fizico-chimice ale arsenicului sunt următoarele:

• Numărul atomic este de 33.
• Greutatea atomică este 74,9216.
• Punctul de topire al formei gri este de 814 ° C la o presiune de 36 atmosfere.
• Densitatea formei gri este de 5,73 g / cm³la 14 ° C.
• Densitatea formei galbene este de 2,03 g / cm³ la 18 ° C.
• Formula electronică a arsenicului - 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³_.
• Starea de oxidare este -3, +3, +5.
• Valence de arsen - 3, 5.