Stupně oxidace arsenu: chemické vlastnosti arsenu

Před zvážením stupně oxidace arsenu odhalíme jeho pozici v periodické tabulce a vlastnostech struktury. Kromě toho pojmenujte základní fyzikální a chemické vlastnosti tohoto chemického prvku.

Poloha v PS

Hlavní stupně oxidace arsenu, chemické vlastnosti, aplikace - to vše lze naučit tím, že se podíváme na umístění prvku v periodický systém Mendelejeva. Arzen se nachází v páté skupině, hlavní podskupině, je členem dusíkové rodiny. Má relativní atomovou hmotnost 74,9216. Hlavní stupně oxidace arsenu souvisí právě se skupinou, ve které se nachází v SS. Tento prvek má 33 sériové číslo. Počet energetických úrovní odpovídá počtu období, ve kterém je prvek umístěn, je rovno čtyřem.

Zvažte uspořádání elektronů na každé atomové plášti. Na první energetické úrovni jsou pouze dva spřažené elektrony, druhá skořápka je obsazena osmi částicemi: 2s a 6p. Na třetí úrovni kromě nich je deset d-elektronů, tedy jen 18 částic. Vnější energetická úroveň je 2s-elektron, stejně jako tři nepárové p-elektrony. Je to počet valenčních elektronů, které určují možné stupně oxidace arsenu.

Stránky historie

Je to arsenik připsaný pěti "alchymickým" prvkům, známým ze středověku. Zajímavostí je skutečnost, že čtyři z nich jsou v páté PS skupině. V těchto dnech nikdo nevěděl, jak určit stupeň oxidace arzenu, ale jeho sloučeniny byly úspěšně použity k výrobě léků, vytvářet barvy.

Po výměně doby kamenné s bronzovou dobou se lidé naučili dělat tuto slitinu se zvláštními vlastnostmi. Ukazuje se, že obsahuje až 7 procent arzénu a pouze 3 procenta cínu. Vědci věří, že při prvním tavení bronzu namísto malachitu, který je zelený, mylně vzali zelené sulfidy minerálů mědi a arsenu.

Úžasný výkon výsledné slitiny jej činil populární mezi starými mistry. Zvláště hledali v přírodě minerály obsahující látku.

Stupně oxidace arsenu ve sloučeninách tohoto typu jsou pozitivní, což odpovídá jeho vyšší míře valence. K identifikaci sulfidů obsahujících arsen se minerál zahřeje. Výskyt specifického pachu česneku je potvrzením přítomnosti arsenu ve sloučenině. Postupně z tavení bronzového arzénu odmítl. Mezi důvody ukončení výroby vědci nazývají konstantní otravu mistrů během práce.

Přírodní minerály

Ve formě minerálu je látka, o které uvažujeme, známá již dávno. Například oxidační stav 3 arsenu se objevuje ve sloučenině známé ve staré Číně jako "důlní prach". Aristotle popsal minerální sandarak, který je sulfidem arsenu. Převeden z latinského jazyka, jeho jméno zní jako "zlatá barva". Používá se v těchto vzdálených časech jako žluté barvivo.

V jedenáctém století se alchymisté rozlišovali třemi různými způsoby. Stupně oxidace arsenu ve sloučeninách reprezentovaných těmito druhy odpovídají číslu skupiny. Bílý arzen se nazývá hexavalentní oxid, žlutý se nazývá sulfid a červený - As4S4 (tetrasulfid tetrashyyyaka).

Bílá varianta byla získána sublimací nečistot během pražení měděných rud, které obsahovaly arsen. Jako kondenzace z plynného stavu se oxid arsenu vysráží jako bílé usazeniny. To bylo používáno od starověku jako prostředek k ničení škůdců.

V třináctém století obdržel Albert Veliký plynnou látku. Zahalil žlutý arzenik mýdlem. Látka získaná v důsledku interakce nepotvrdila "mystické spojení" sedmi kovů s planetami. Možná, právě kvůli odhalenému rozporu starých alchymistů, byl arzén považován za "nelegitimní" prvek. V těchto vzdálených dobách byla odhalena jeho schopnost dát mědě bílý odstín, díky kterému byl nazván prostředkem "bělení Venuše".

Jako samostatná látka byl tento chemický prvek identifikován až v polovině sedmnáctého století. Německý lékárník Johann Schröder se mu podařilo izolovat chemickou redukcí oxidů uhlí. Po nějaké době se Nichola Lemery podařilo extrahovat kov zahřátím potaše, mýdlem, oxidem arsenu. V 18. století byl tento kov znám jako neobvyklý "semimetal".

Na konci 18. století dostal švédský chemik KV Scheele kyselina arsenová, ve kterém se objevuje nejvyšší stupeň oxidace arsenu: +5. V devatenáctém století byly identifikovány organické látky, které obsahují arsen.

Bytí v přírodě

Nejvyšší a nejnižší stupeň oxidace arsenu se projevuje v jeho přírodních sloučeninách. V zemské kůře procentní koncentrace tohoto prvku nepřesahuje 5 gramů na tunu. V mnoha minerálech je obsažen současně s niklem, kobaltem, mědí, železem.

V současné době je známo asi dvě stě různých přírodních minerálů, které zahrnují zvažovaný chemický prvek. Vzhledem k tomu, že vykazují vyšší a nižší stupeň oxidace arsenu, mají jinou aplikaci. Například v kombinaci s antimoniem vykazuje arsen negativní oxidační stav. Vzhledem k tomu, že tento kov má nízkou elektřinu, je nejnižší stupeň oxidace arsenu -3. Tento ukazatel je charakteristický pro arsenidy, stejně jako pro minerální almontit.

Většina sloučenin s kovy z arsenu, s přihlédnutím ke specifickému složení, jsou intermetalické sloučeniny charakterizované variabilním složením tohoto chemického prvku.

Charakteristika arsenidů

Arzenidy jsou charakterizovány obsahem několika kovů majících podobnou strukturu krystalových mřížek. Tyto minerály jsou charakterizovány kovovým leskem, jsou neprůhledné, mají mírnou tvrdost.

Jako příklady přírodních arsenidů je možno uvažovat o následujících sloučeninách:

• lellingit, podobný pyrite;
• nikl, označovaný jako niklový červený pyrit;
• langisit;
• oreonit;
• sperrylite.

To samozřejmě není daleko od úplného seznamu takových minerálů - v současné době existuje asi dvacet pět takových sloučenin. Mezi nejběžnější přírody patří arsenopyrit, nazývaný pyrite arzenu. Je to produkt získaný nahrazením atomů síry v pyrite za použití arsenu. Sloučeniny tohoto druhu, u kterých se nejvyšší stupeň oxidace arsenu nezjavuje, se nazývají sulfosalty.

Jejich analogy považují kobaltový lesk, gersdorffit, enargit a také probuzení. Druhá je významná stříbrná ruda, která se nachází v horní vrstvě drahých žil. Složení sulfosalts může zahrnovat ušlechtilé kovy platinové skupiny. Mezi nimi je zájem zastoupen i irarským, stejně jako orsit. Ve svém složení jsou vzácné kovy používané jako vynikající katalyzátory při organických a anorganických syntézách.

Maximální stupeň oxidace arsenu se projevuje v přírodních sulfidech. Například v oranžově žlutém dimorfitu, kterým je sulfid arsenu (5). Ve třicátých letech minulého století byly nalezeny přírodní usazeniny auripigmentu, který zahrnoval trojmocný sulfid arsenu, na jihu Verkhoyanského okruhu. Velikost detekovaných krystalů dosahovala délky 60 centimetrů a hmotnost byla odhadnuta na 30 kilogramů.

Charakteristika arzenátů

Možné stupně oxidace arsenu lze uvažovat v příkladech solí. Sloučeniny kyseliny arsenové, nazvané arzenáty, vykazují maximální hodnotu tohoto kovu: +5. Jako příklad takových sloučenin dáme erythrin, který má jasně růžovou barvu. Tato sůl se nazývá barva kobaltu, má vzorec Co3 (AsO4) 2 * 8H₂O. Je také možné poznamenat, že plynová hnědá-červená odstín ve tvaru (Ce, La, Nd) ArO₄.

V centru Švédska byly objeveny železné a manganové lomy Langbana, kde bylo nalezeno a charakterizováno asi padesát různých arzenátů. Tyto sloučeniny byly tvořeny interakcí kyseliny arsenové s hydroxidem manganičitým (2) při nízkých teplotách.

Jaký arzenát ukazuje stupeň oxidace arzenu? Vlastnosti těchto solí potvrzují přítomnost síry v nich. Navzdory absenci průmyslových aplikací jim jejich estetický vzhled dovoluje, aby byly použity k vytvoření mineralogických sbírek.

Zajímavým příběhem je kupfernikel, který odpovídá minerálu z niklu. Středověcí němečtí horníci Nickel nazvali duchovního ducha a "falešná měď" se nazývala "kupfernickel". Mistři odhalili vnější podobnost měděně červených krystalů tohoto minerálu s měděnými rudami. Byly použity při výrobě skla, aby získaný produkt získal zelenou barvu. Teprve v polovině osmnáctého století se minerál Axel Kronstedt podařilo získat z tohoto minerálu nikl.

Zvláštnosti ubytování v přírodě

Arzén se vyznačuje vysokou setrvačností, takže se nachází v původním stavu. Podobný kov v kompozici má dva až šestnáct procent nečistot, hlavně stříbro, železo, kobalt, nikl. V naší zemi objevili geologové domorodý arzén v regionu Amur, Transbaikalia.

Může se nalézt ve skalách, v minerálech a v rostlinách, a proto se často správně nazývá všudypřítomným prvkem.

Jaký je maximální a minimální stupeň oxidace arzenu? Nejvyšší hodnota odpovídá číslu skupiny, ve které je tento prvek umístěn, a je +5. To je typické pro sloučeniny, u kterých vykazuje redukční vlastnosti. Více podrobností o spojení tohoto jedinečného kovu bude zváženo později.

Na celém světě je arzén extrémně nerovnoměrně rozložen. Důvodem je tvorba litosféry, stejně jako desorpce a sorpční procesy vyskytující se v sedimentárních horninách a půdách.

Díky vynikající rozpustnosti tohoto kovu ve vodě snadno migruje. Například ve vlhkém podnebí je z půdy vypláchnut, následován pohybem podzemních vod a řek.

Fyziologické působení

Ve významných množstvích je arsen nalezen v minerálních vodách. Existují určité normy pro obsah tohoto kovu. Pokud jsou přípustné hodnoty překročeny, vzniká vážná hrozba poškození lidského těla. V průběhu chemických studií bylo zjištěno, že arzen může být obsažen v různých formách v přírodní vodě. Jaké by měly být oxidační stavy arzénu? Vlastnosti sloučenin nalezených ve vodě potvrzují přítomnost kovu jako roztoku kyseliny arseniové.

Arzen v živé formě obsahuje asi 6 mg na kilogram. Část mořských řas může shromáždit výše uvedenou látku do takové míry, že může být nebezpečná pro lidské tělo. Některé z jejich druhů nalezené v asijských zemích se mohou množit v čistě kyselém roztoku. Používají se jako prostředek k potírání potkanů. V lidské mozkové tkáni, stejně jako ve svalech, je dostatečné množství tohoto kovu. Navíc je přítomna v nehtových deskách, hromadí se ve vlasech.

Fyzikální charakteristiky

Přes skutečnost, že arzén vypadá jako kov, má nekovové vlastnosti. Například, není schopen tvořit soli s kyselinou sírovou, působí jako prvek tvořící kyselinu. Arzen může existovat v různých alotropických modifikacích, připomínajících fosfor. Nejstabilnější je šedý arzen, který při zahřátí sublimuje jako jód.

Podle elektrické vodivosti je tato modifikace méně než měď, ale přesahuje rtuť. Při ochlazování páry arzenu získáte měkkou průhlednou látku žlutého odstínu podobného žlutému fosforu. Při procesu ohřevu se změní na jinou alotropickou modifikaci tohoto chemického prvku.

Při ukládání výparů arzenu na sklo lze pozorovat vzhled zrcadlového filmu.

Sloučeniny arsenu

Stupeň oxidace arzenu ve vyšším oxidu je +5, to znamená, že odpovídá jeho vyšší valence. Ale při sublimaci páry daného kovu ve vlhkém vzduchu, černý film svého anhydridu arzeniky As2O₃. V této podobě je v podstatě přítomno oxid tohoto prvku. Tento oxid vykazuje amfoterní chemické vlastnosti.

Při oxidačním procesu se mění na a vyšší oxid, kde arzén demonstruje hodnotu stupně oxidace +5.

Čistý kov se oxiduje zředěnou kyselinou dusičnou na kyselinu orto-arzenovou H₃AsO₃, ve kterém má valenci 3. Ve svých chemických vlastnostech se považuje za kyselinu střední síly podobnou kyselině borité. Soli jsou považovány za arzenity, které vykazují jasné vlastnosti obnovy.

V chloridu má kovový oxidační stav +3, který působí jako typický kovový prvek. Arsenidy solného roztoku vytvořené během interakce s aktivními kovy se podrobí vodné hydrolýze. Například arsin (AsH₃) je toxický, bezbarvý plyn, bez zápachu.

Organokovové sloučeniny

Arzen je schopen tvořit různé organokovové sloučeniny. Například na konci 18. století, kdy byl destilován oxid arsenu (3) octanu draselného, ​​byla získána kouřová kapalina mající nepříjemný zápach. Získaný produkt se nazýval alarsin. V dalších studiích bylo zjištěno, že obsahuje arsen.

Na konci devatenáctého století byly syntetizovány aromatické arsiny. Reakce byla provedena vystavením směsi chloridu arsenitého a arylhalogenidu s kovovým sodíkem. Některé z těchto produktů vykazují antimikrobiální vlastnosti. Dosud se provádí syntéza desítek tisíců organochlorinových sloučenin.

Aplikace arsenu

Více než polovina veškerého extrahovaného kovu se používá ve formě různých sloučenin. Ve své čisté podobě se prakticky nepoužívá. V malém množství se vstřikuje do nosných slitin. Takové přísady mají pozitivní vliv na tvrdost hotového výrobku, takže jsou požadovány při výrobě elektrických kabelů a baterií.

Minimální dávky arzenu přispívají ke zvýšení odolnosti proti korozi, ke zlepšení tepelné účinnosti mosazi a mědi. Pokud tento prvek neobsahuje další nečistoty, je v poptávce při výrobě polovodičových zařízení. Pro jejich vytvoření je arzén spojen s germaniem nebo křemíkem.

Kromě toho je při vytváření ocelí vynikající legovací přísada. Jako cenná tryska je potřebný také arsen v metalurgii neželezných kovů. I při nízkém obsahu slitiny je možné významně zvýšit pevnost vyrobeného výrobku. Arzen zvyšuje tekutost mědi při odlévání, což usnadňuje získání drátu.

Existuje také určitý negativní vliv tohoto přechodného kovu na výrobu. Jeho přítomnost v rudě přeměňuje proces na škodlivou výrobu.

Mezi zajímavé sloučeniny arsenu je zajímavý jeho trojmocný oxid. V současné době se používá ve skleněných předmětech. Sůl s indikátorem +5 je v poptávce jako antiseptikum. Tento přechodový prvek je jedním z nejvíce žádaných v moderní chemické výrobě, protože vykazuje dvojí vlastnosti v závislosti na prostředí procesu.