Grade de oxidare a arsenului: proprietăți chimice ale arsenului

Înainte de a lua în considerare gradul de oxidare a arsenicului, vom descoperi poziția sa în tabelul periodic și în trăsăturile structurii. În plus, să menționăm proprietățile fizice și chimice de bază ale acestui element chimic.

Poziția în PS

Principalele grade de oxidare a arsenicului, proprietăți chimice, aplicare - toate acestea pot fi învățate prin analizarea locului elementului în sistemul periodic al lui Mendeleev. Arsenic este situat în al cincilea grup, principalul subgrup, fiind membru al familiei de azot. Are o masă atomică relativă de 74,9216. Principalele grade de oxidare a arsenului sunt legate exact de grupul în care se află în SS. Acest element are 33 de numere de serie. Numărul de niveluri de energie corespunde numărului perioadei în care se află elementul, este egal cu patru.

Luați în considerare aranjamentul de electroni pe fiecare coajă atomică. La primul nivel de energie există doar doi electroni cuplați, a doua coajă este ocupată de opt particule: 2s și 6p. La al treilea nivel, în afară de ele, există zece d-electroni, adică doar 18 particule. Nivelul energiei externe este un electron cu 2 s-uri, precum și trei electroni p nepărpați. Este numărul de electroni de valență care determină gradele posibile de oxidare a arsenului.

Pagini ale istoriei

Arsenicul este atribuit celor cinci elemente "alchimice", cunoscute din Evul Mediu. Un punct interesant este faptul că patru dintre ele se află în al cincilea grup PS. În acele zile nimeni nu știa cum să determine gradul de oxidare a arsenului, dar compușii săi au fost utilizați cu succes pentru a face medicamente, pentru a crea vopsele.

După înlocuirea epoca de piatră cu epoca bronzului, oamenii au învățat să facă acest aliaj cu caracteristici speciale. Se pare că a conținut până la 7% din arsen și doar 3% din staniu. Oamenii de știință cred că atunci când prima topire de bronz în loc de malachit, având culoarea verde, a luat din greșeală verde mineralele sulfuroase cupru-arsenic.

Performanța uimitoare a aliajului rezultat a făcut-o populară printre maeștrii antice. Ei au căutat în mod specific în natură mineralele care conțin substanța.

Gradul de oxidare a arsenicului în compușii de acest tip este pozitiv, corespunzător valenței sale mai mari. Pentru a identifica sulfurile care conțin arsenic, mineralul este încălzit. Apariția unui miros specific de usturoi este o confirmare a prezenței arsenului în compus. Treptat de la topirea bronzului de arsen a refuzat. Printre motivele încetării producției, oamenii de știință numesc otrăvirea constantă a maeștrilor în timpul muncii.

Minerale naturale

Sub forma unui mineral, substanța pe care o analizăm a fost cunoscută din timpuri străvechi. De exemplu, starea de oxidare a arsenului 3 apare într-un compus cunoscut în China antică drept "praf de mine". Aristotel a descris sandarakul mineral, care este un sulfid de arsen. Tradus din limba latină, numele său pare a fi "vopsea de aur". Folosit în acele vremuri îndepărtate ca o vopsea galbenă.

În secolul al unsprezecelea, alchimistii s-au distins în trei moduri diferite. Gradul de oxidare a arsenului în compușii reprezentați de aceste specii corespunde numărului de grup. Numiți-arsenic alb oxid hexavalent, sulfura numit galben și roșu - As4S4 (pararealgar).

Varianta albă a fost obținută prin sublimarea impurităților în timpul prăjirii minereurilor de cupru, care includea arsenic. Ca condensare din starea gazoasă, oxidul de arsenic precipită ca un depozit alb. Acesta a fost folosit din timpuri străvechi ca mijloc de distrugere a dăunătorilor.

În secolul al XIII-lea, Albert a primit o substanță gazoasă. El a încălzit arsenul galben cu săpun. Substanța obținută ca urmare a interacțiunii nu a confirmat "conexiunea mistică" a celor șapte metale cu planetele. Poate, tocmai din cauza contradicției revelate de alchimiștii străvechi, arsenicul a fost considerat un element "nelegitim". În acele vremuri îndepărtate a fost dezvăluită capacitatea sa de a da o culoare albă din cupru, datorită căruia a fost numit mijloc de "albire a Venusului".

Ca substanță individuală, acest element chimic a fost identificat doar la mijlocul secolului al XVII-lea. Farmacistul german Johann Schröder a reușit să-l izoleze prin efectuarea unei reduceri chimice a oxizilor de cărbune. După ceva timp, Nichola Lemery a reușit să extragă metalul încălzind potasiul, săpunul, oxidul de arsen. În secolul al XVIII-lea, acest metal era cunoscut ca un "semimetal" neobișnuit.

La sfârșitul secolului al XVIII-lea chimistul suedez KV Scheele a primit acid arsenic, în care apare cel mai înalt grad de oxidare a arsenicului: +5. În secolul al XIX-lea, substanțele organice care conțin arsen au fost identificate.

Fiind în natură

Cel mai înalt și cel mai mic grad de oxidare a arsenului se manifestă prin compușii săi naturali. În crusta Pământului, concentrația procentuală a acestui element nu depășește 5 grame pe tonă. În multe minerale este conținut simultan cu nichel, cobalt, cupru, fier.

În prezent sunt cunoscute aproximativ două sute de minerale naturale diferite, care includ elementul chimic avut în vedere. Având în vedere că acestea prezintă un grad mai înalt și mai mic de oxidare a arsenului, acestea au o aplicare diferită. De exemplu, în combinație cu antimoniu, arsenul prezintă o stare de oxidare negativă. Având în vedere faptul că acest metal are o electronegativitate scăzută, cel mai mic grad de oxidare a arsenicului este -3. Acest indicator este caracteristic arsenidelor, precum și almonitului mineral.

Majoritatea compușilor cu metale de arsen, ținând cont de compoziția specifică, sunt compuși intermetalici caracterizați prin compoziția variabilă a acestui element chimic.

Caracteristicile arsenidelor

Arsenurile sunt caracterizate de conținutul mai multor metale având o structură similară de laturi cristaline. Aceste minerale sunt caracterizate de strălucire metalică, sunt opace, au o duritate ușoară.

Ca exemple de arsenide naturale, se pot lua în considerare următorii compuși:

• lellingite, similar cu pirita;
• nichel, denumit pirită roșie de nichel;
• langisit;
• Oregon;
• aperilita.

Acest lucru este, desigur, departe de o listă completă a acestor minerale - în prezent există aproximativ douăzeci și cinci de astfel de compuși. Printre cele mai des întâlnite în natură se numără arsenopiritul, numit pirite arsenic. Este un produs obținut prin înlocuirea atomilor de sulf în pirită cu arsen. Compușii de acest fel, în care nu se manifestă cel mai înalt grad de oxidare a arsenului, se numesc sulfosalți.

Analogii lor consideră strălucirea cobaltului, gersdorfitul, enargitul, și, de asemenea, prouzesc. Acesta din urma este un minereu de argint important, situat in stratul superior al venelor pretioase. Compoziția de sulfosalți poate include nobili metalele din grupul de platină. Dintre acestea, interesul este reprezentat de iarșiți, precum și de orșiți. În compoziția lor, există metale rare utilizate ca catalizatori excelenți în sintezele organice și anorganice.

Gradul maxim de oxidare a arsenului se manifestă în sulfurile sale naturale. De exemplu, în dimorfitul portocaliu-galben, care este sulfura de arsen (5). În anii treizeci ai secolului trecut, s-au găsit depozite naturale de orpiment, inclusiv în calitatea sa de membru sulfura, trivalent arsenicul, în partea de sud a Verkhoyansk Range. Dimensiunile cristalelor detectate au ajuns la 60 de centimetri în lungime, iar greutatea a fost estimată la 30 de kilograme.

Caracteristicile arsenatului

Posibilele grade de oxidare a arsenului pot fi luate în considerare în exemplul de săruri. Astfel, compușii de acid arsenic, numiți arsenați, prezintă valoarea maximă pentru acest metal: +5. Ca un exemplu de astfel de compuși, oferim eritrină, care are o culoare roz roz. Aceasta sare este numita culoarea cobaltului, are formula Co3 (AsO4) 2 * 8H₂O. Este, de asemenea, posibil să se observe gazolitul de nuanță maro-roșie în forma (Ce, La, Nd) ArO₄.

În centrul Suediei au fost descoperite carierele de fier și mangan Langbana, unde au fost găsite și caracterizate aproximativ cincizeci de arsenați diferiți. Acești compuși s-au format prin interacțiunea acidului arsenic cu hidroxidul de mangan (2) la temperaturi scăzute.

Ce arsenat arata gradul de oxidare a arsenicului? Caracteristicile acestor săruri confirmă prezența sulfului în ele. În ciuda lipsei de aplicații industriale, aspectul lor estetic le permite să fie folosite pentru a crea colecții mineralogice.

O poveste interesantă este kupfernikel, care corespunde mineralelor din nichel. Minerii germani medievali Nickel au numit spiritul răului muntean, iar "cuprul fals" a fost numit "kupfernickel". Maeștrii au arătat asemănarea externă a cristalelor de cupru-roșii ale acestui mineral cu minereuri de cupru. Ele au fost utilizate în fabricarea sticlei pentru a da produsului rezultat o tentă verde. Numai în mijlocul secolului al XVIII-lea mineralogistul Axel Kronstedt a reușit să extragă nichel din acest mineral.

Particularitățile de cazare în natură

Arsenicul se caracterizează prin inerție ridicată, astfel încât acesta poate fi găsit într-o stare nativă. Un metal similar din compoziție are de la două la șaisprezece procente impurități, în principal ele vor fi argint, fier, cobalt, nichel. În țara noastră, geologii au descoperit arsenic nativ în regiunea Amur, Transbaikalia.

Acesta poate fi găsit în roci, în minerale și în plante, deci este adesea numit adesea elementul omniprezent.

Care este gradul maxim și minim de oxidare a arsenicului? Valoarea cea mai mare corespunde numărului grupului în care este situat acest element și este +5. Acest lucru este tipic pentru compușii în care prezintă proprietăți de reducere. Mai multe detalii despre conexiunea acestui metal unic vor fi luate în considerare mai târziu.

Pe glob, arsenul este distribuit extrem de inegal. Motivul este formarea litosferei, precum și în procesele de desorbție și sorbție care apar în rocile sedimentare și solurile.

Datorită solubilității excelente a acestui metal în apă, acesta migrează cu ușurință. De exemplu, într-un climat umed, este spălat din sol, urmată de mișcarea împreună cu apele subterane și râuri.

Acțiune fiziologică

În cantități semnificative, arsenul se găsește în apele minerale. Există anumite standarde pentru conținutul acestui metal. Dacă valorile admise sunt depășite, apare o amenințare serioasă de vătămare a corpului uman. În cursul studiilor chimice sa constatat că arsenul poate fi conținut în diferite forme în apă naturală. Care ar trebui să fie starea de oxidare a arsenicului? Proprietățile compușilor găsiți în apă confirmă prezența metalului ca soluție de acid arsenios.

Arsenicul într-o formă vie conține aproximativ 6 mg pe kilogram. O parte din alge ar putea acumula substanța de mai sus într-o asemenea măsură încât poate fi periculoasă pentru corpul uman. Unele dintre speciile lor găsite în țările asiatice pot să se înmulțească într-o soluție de acid curat. Ele sunt folosite ca un mijloc de control al șobolanilor. În țesutul creierului uman, precum și în mușchii săi, există o cantitate suficientă din acest metal. În plus, este prezentă în plăcile unghiilor, se acumulează în păr.

Caracteristici fizice

În ciuda faptului că arsenul arată ca metalul, are caracteristici nemetalice. De exemplu, nu este în măsură să formeze săruri cu acid sulfuric, acționând ca un element care formează acid. Arsenicul poate exista în diferite modificări alotropice, care amintesc de fosfor. Cel mai stabil este arsenul gri, care, atunci când este încălzit, sublimează ca iodul.

Conform conductivității electrice, această modificare este inferioară cuprului, dar depășește mercurul. Atunci când se răcește vaporii de arsen, puteți obține o substanță transparentă, moale, de nuanță galbenă, similară cu cea a fosforului galben. În procesul de încălzire, se transformă într-o altă modificare alotropică a acestui element chimic.

Când depozitați vapori de arsen pe un pahar, se poate observa aspectul unui film oglindat.

Compuși de arsen

Gradul de oxidare a arsenului în oxidul superior este de +5, adică corespunde valenței sale mai mari. Dar în sublimarea vaporilor unui metal dat în aer umed, un film negru al anhidridei sale de arsenic As2O₃. În această formă, în principiu, există un oxid al acestui element. Acest oxid prezintă proprietăți chimice amfoterice.

În procesul de oxidare, se transformă în a oxid mai mare, unde arsenic demonstrează valoarea gradului de oxidare +5.

Metalul pur este oxidat de acidul azotic diluat în acidul orto-arsenic H₃Aso₃, în care are o valență de 3. În capacitățile sale chimice, se consideră a fi un acid de putere medie, similar cu acidul boric. Sarele sunt considerate arsenite, care prezintă proprietăți de recuperare strălucitoare.

În clorură, metalul are o stare de oxidare de +3, acționând ca un element metalic tipic. Arsenurile saline formate în timpul interacțiunii cu metalele active sunt supuse hidrolizei apoase. De exemplu, arsina (AsH₃) este un gaz toxic, incolor, inodor.

Compuși organometalici

Arsenicul este capabil să formeze diferiți compuși organometalici. De exemplu, la sfârșitul secolului al XVIII-lea, când se distilează oxid de arsen (3) acetat de potasiu, s-a obținut un lichid de fumat având un miros neplăcut. Produsul obținut a fost numit alarsin. În studiile ulterioare, sa constatat că conține arsen.

La sfârșitul secolului al XIX-lea s-au sintetizat arsine aromatice. Reacția a fost efectuată prin expunerea la un amestec de triclorură de arsen și halogenură de arii cu sodiu metalic. Unele dintre aceste produse au demonstrat proprietăți antimicrobiene. Până în prezent, se realizează o sinteză de zeci de mii de compuși organoclorurați.

Aplicarea arsenului

Mai mult de jumătate din întregul metal extras este utilizat sub formă de diferiți compuși. În forma sa pură practic nu este folosit. Într-o cantitate mică, se injectează în aliajele de rulmenți. Astfel de aditivi au un efect pozitiv asupra durității produsului finit, astfel încât acestea sunt în cerere în fabricarea de cabluri electrice și baterii.

Dozele minime de arsenic contribuie la creșterea rezistenței la coroziune, îmbunătățesc performanțele termice ale alamei și cuprului. Dacă acest element nu conține impurități suplimentare, atunci este necesar în fabricarea dispozitivelor semiconductoare. Pentru a le crea, arsenul este topit cu germaniu sau siliciu.

În plus, este un aditiv excelent de aliere la crearea oțelurilor. Ca duza valoroasă, arsenul este necesar și în metalurgia neferoasă. Chiar și datorită conținutului său scăzut în aliaj, este posibilă îmbunătățirea semnificativă a rezistenței produsului fabricat. Arsenic crește fluiditatea cuprului în timpul turnării, facilitând obținerea unui fir.

Există, de asemenea, un anumit efect negativ al acestui metal de tranziție asupra producției. Prezența sa în minereu transformă procesul în producție dăunătoare.

Dintre compușii interesați de arsenic, este de interes oxidul său trivalent. Acesta este utilizat în prezent în sticlă. Sare cu un indicator de +5 sunt în cerere ca antiseptice. Acest element de tranziție este una dintre cele mai solicitate în producția chimică modernă, deoarece prezintă proprietăți duale în funcție de mediul procesului.