Co je arzén? Vlastnosti, vlastnosti a aplikace

Arzen je chemický prvek dusíkové skupiny (skupina 15 periodické tabulky). Tato šedá kovový lesk křehký materiál (alpha - arsen) s romboedrický krystalové mřížky. Při zahřátí na 600 ° C, jako sublimes. Při ochlazení páry vzniká nová modifikace - žlutý arzen. Nad 270 ° C všechny formy přecházejí do černého arzénu.

Historie objevu

O tom, co je arzén, bylo známo dlouho předtím, než bylo uznáno jako chemický prvek. Ve IV. Století. BC. e. Aristotle zmínil látku nazývanou "sandarak", o němž se dnes předpokládá, že je realgar nebo sulfid arsenu. A v 1. století př. Nl. e. spisovatelé Pliny starší a Pedanius Dioscorides popsali auripigment - jako barvivo₂S₃. V 11. století. n. e. Byly rozlišeny tři odrůdy "arzénu": bílá (As₄O_6.), žlutá (As₂S₃) a červená (As₄S₄). Samotný prvek byl pravděpodobně poprvé izolován ve 13. století Albertem Velikým, který zaznamenal vzhled kovové podoby látky, když arzeniku, jiné jméno pro As₂S₃, byl ohřát mýdlem. Není však jisté, že tento vědec-naturalista dostal čistý arzén. První opravdový certifikát čistého chemický prvek je datován 1649 let. Německý lékárník Johann Schroeder připravil arzén zahříváním svého oxidu za přítomnosti uhlí. Později Nicola Lemeri, francouzský lékař a chemik, pozoroval tvorbu tohoto chemického prvku zahříváním směsi jeho oxidu, mýdla a potaše. Počátkem 18. století byl arzén již znám jako jedinečný semimetál.

Prevalence

V zemské kůře je koncentrace arsenu malá a je 1,5 ppm. To se nachází v půdě a nerostu a může se dostat do ovzduší, vody a půdy v důsledku větrné a vodní eroze. Dále prvek vstupuje do atmosféry z jiných zdrojů. V důsledku sopečných výbuchů ve vzduchu se uvolní asi 3000. T arsen ročně, mikroorganismy tvoří 20 tisíc. T těkavé metilarsina ročně, a v důsledku spalování fosilních paliv ve stejném období je přiděleno 80 tisíc. T.

Navzdory skutečnosti, že As je smrtonosný jed, je důležitou složkou výživy některých zvířat a případně člověka, i když požadovaná dávka nepřesahuje 0,01 mg / den.

Arzen je extrémně obtížné přeměnit ve vodorozpustný nebo těkavý stav. Skutečnost, že je poměrně pohyblivá, znamená, že se na jednom místě nemohou objevit velké koncentrace hmoty. Na jedné straně je to dobré, ale na druhé straně - snadnost, s jakou se šíří, je důvod, že arsen znečištění se stává větším problémem. V důsledku lidské činnosti, zejména prostřednictvím těžby a tání, obvykle imobilní chemický prvek migruje a nyní lze nalézt nejen v místech jeho přirozené koncentraci.

Množství arzenu v zemské kůře je asi 5 g na tunu. Ve vesmíru se jeho koncentrace odhaduje na 4 atomy na milion atomů křemíku. Tento prvek je rozšířený. Malé množství je přítomno v přirozeném stavu. Obecně vznikají arsenové formace s čistotou 90-98% společně s kovy, jako je antimon a stříbro. Většina z nich je však součástí více než 150 různých minerálů - sulfidů, arsenidů, sulphoarsenidů a arzenitů. Arsenopyrit FeAsS je jedním z nejběžnějších minerálů obsahujících As. Dalšími obyčejnými sloučeninami arsenu jsou minerály Realgar₄S_4, auripigment As₂S_3, lelligite FeAs₂ a enargitu Cu₃AsS₄. Oxid arsenitý je také často nalezen. Většina této látky je vedlejším produktem tavení mědi, olova, kobaltu a zlatých rud.

V přírodě existuje pouze jeden stabilní izotop arzénu - ⁷⁵As. Mezi umělými radioaktivními izotopy, ⁷⁶Stejně jako poločas rozpadu 26,4 hodin. Arzen-72, -74 a -76 se používá v lékařské diagnostice.

Průmyslová výroba a aplikace

Kovový arzen je vyráběn zahřátím arsenopyritu na 650-700 ° C bez přístupu vzduchu. Pokud se arsenopyrit a jiné kovové rudy zahřívají s kyslíkem, Jak snadno vstupuje do směsi s ním, vytváří se snadno sublimovaný As₄O_6., také známý jako "bílý arzen". Oxidy par se shromažďují a kondenzují a později se vyčistí druhou sublimací. Většina As je produkována jeho redukcí s uhlíkem z bílého arsenu, získaným tímto způsobem.

Světová spotřeba kovového arzénu je poměrně malá - jen několik stovek tun ročně. Většina toho, co se spotřebuje, pochází ze Švédska. Používá se v metalurgii díky svým metalloidním vlastnostem. Asi 1% arzenu se používá při výrobě olověných výstřelů, protože zlepšuje kulatost roztavené kapky. Vlastnosti slitin ložisek na bázi olova zlepšují tepelné i mechanické vlastnosti, pokud obsahují asi 3% arsenu. Přítomnost malého množství tohoto chemického prvku ve slitinách olova je zpevňuje pro použití v dobíjecích bateriích a armaturách kabelů. Malé přísady arsenu zvyšují odolnost proti korozi a tepelné vlastnosti mědi a mosazi. Ve své čisté formě se chemický prvek As používá k povlékání bronzu a pyrotechniky. Vysoce arsen najde uplatnění v polovodičové technice, kde se používá s křemíku a germania, jakož i ve formě arsenid galia (GaAs) v diody, lasery a tranzistory.

Sloučeniny As

Protože míra arsenu je 3 a 5 a má řadu oxidačních stavů od -3 do +5, element může tvořit různé druhy sloučenin. Nejdůležitější obchodní hodnotu je jeho oxidy, základní jejichž formy jsou As₄O_6. a As₂O₅. Oxidu arzenitého, běžně známý jako bílý arsen, - vedlejší produkt pražení rud mědi, olova a jiných kovů, jakož i sulfidických rud a arsenopyrite. Je to výchozí materiál pro většinu ostatních sloučenin. Kromě toho, že se používá v pesticidech, který se používá k odbarvení prostředku při výrobě skla a konzervační látky na kůži. Oxid arsenitý je tvořen působením oxidačního činidla (např. Kyseliny dusičné) na bílý arzen. Je to hlavní složka insekticidů, herbicidů a lepidla na kov.

Arsine (AsH₃), bezbarvý jedovatý plyn sestávající z arsenu a vodíku, je další známá látka. Látka, nazývaná též arsen, se vyrábí hydrolýzou kovových arsenidů a redukcí kovů z sloučenin arsenu v kyselých roztocích. Zjistil, že je používán jako dopingová přísada v polovodičích a jako jedovatý plyn v boji. V zemědělství je kyselina arzenová (H₃AsO₄), arzenát olova (PbHAsO₄) a arzenatanu vápenatého [Ca.₃(AsO₄).₂], které se používají pro sterilizaci půdy a kontrolu škůdců.

Arzén je chemický prvek, který tvoří spoustu organických sloučenin. Kakodin (CH₃).₂Asminus-As (CH₃).₂, se například používá při přípravě široce používaného desikantu (sušicího činidla) - kakodylové kyseliny. Komplexní organické sloučeniny prvku se používají při léčení určitých onemocnění, například amoební dyzentérie způsobené mikroorganismy.

Fyzikální vlastnosti

Co je arzén z hlediska jeho fyzikálních vlastností? V nejstabilnějším stavu je křehká pevná ocelová šedá s nízkou tepelnou a elektrickou vodivostí. Ačkoli některé formy As mají podobu kovu, odkazují se na nekovy přesněji jako arsen. Existují i ​​jiné typy arzénu, ale nejsou velmi dobře studovány, zejména žlutá metastabilní forma, skládající se z molekul As₄, jako bílý fosfor P₄. Arzen je sublimován při teplotě 613 ° C a jako pára existuje jako molekuly As₄, které neoddělují na teplotu asi 800 ° C Kompletní disociace do molekul As₂ nastává při 1700 ° C.

Struktura atomu a schopnost vytvářet vazby

Elektronický arzénový vzorec - 1s²2s²2p^6.3s²3p^6.3d¹⁰4s²4p^{3 -} To se podobá dusík a fosfor, že v vnějšího pláště má pět elektrony, ale liší se od nich v přítomnosti 18 předposlední skořápkových elektronů místo dvou nebo osm. Přidání 10 pozitivních nábojů do jádra během plnění pěti orbitálních prostorů často způsobuje obecné snížení elektrónového mraku a zvýšení elektronegativity prvků. Arzen v periodické tabulce lze porovnat s jinými skupinami, které jasně demonstrují tento vzorec. Například je všeobecně uznáváno, že zinek je více elektrogativní než hořčík a galia je víc než hliník. V následujících skupinách však tento rozdíl klesá a mnozí nesouhlasí s tím, že germanium je elektřinativní než křemík, a to navzdory množství chemických důkazů. Takový přechod z membrány 8 až 18 prvků z fosforu na arzen může zvýšit elektroegativitu, ale to zůstává kontroverzní.

Podobnost vnějšího pláště As a P naznačuje, že mohou tvořit 3 kovalentních vazeb na atomu v přítomnosti další nevázané elektronové dvojice. Stupeň oxidace musí být tedy +3 nebo -3, v závislosti na relativní vzájemné elektroegativitě. Struktura arsenu také naznačuje možnost použití externího d-orbitalů za rozšíření oktetu, který umožňuje, aby se prvek, tvoří 5 vazby. Realizuje se pouze při reakci s fluorem. Přítomnost volného elektronového páru pro tvorbu komplexních sloučenin (prostřednictvím elektronového dárcovství) v atomu As se projevuje mnohem méně než ve fosforu a dusíku.

Arzén je stabilní v suchém vzduchu, ale v mokrém prostředí je pokryt černým oxidem. Jeho pára se snadno spálí a tvoří As₂O₃. Co je arzén ve volném stavu? To je prakticky nedotčené vodou, alkáliemi a neoxidujícími kyselinami, ale oxiduje kyselinou dusičnou na stav +5. Arsen reaguje s halogeny, sírou a mnoha kovy tvoří arsenidy.

Analytická chemie

Látka může být detekována kvalitativně arsen ve formě žluté nerost vysráží působením 25% roztoku kyseliny chlorovodíkové. Stopy As, obvykle určen jeho přeměně na arsinu, která může být detekována pomocí testu března. Arsin je tepelně rozložen, tvořící černé zrcadlo z arzenu uvnitř úzké trubky. Podle metody Gutzait, sonda impregnovaná s chlorid rtuťnatý, pod akcí arsina ztmavne kvůli uvolnění rtuti.

Toxikologické vlastnosti arsenu

Toxicita prvku a jeho derivátů se velmi liší, od extrémně jedovatého arsinu a jeho organických derivátů až po As, což je relativně inertní. To znamená arsen, přičemž využití jeho organických sloučenin jako bojových chemických látek (lewisit) a defoliant blistru činidla ( „agenta modrý“ na bázi vodné směsi 5% kyseliny cacodylic, 26% sodná sůl).

Obecně platí, že deriváty tohoto chemického prvku dráždí pokožku a způsobují dermatitidu. Doporučuje se také ochrana proti vdechnutí arzenického prachu, ale většina otrava nastává po jeho požití. Maximální přípustná koncentrace As v prachu během osmihodinového pracovního dne je 0,5 mg / m³. U arsinu se dávka sníží na 0,05 ppm. Kromě použití sloučenin obecného chemického prvku jako herbicidy a pesticidy, arsen aplikace ve farmakologii získá Salvarsan - první úspěšný lék proti syfilis.

Dopad na zdraví

Arzen je jedním z nejvíce toxických prvků. Anorganické sloučeniny této chemické látky v přírodních podmínkách se vyskytují v malých množstvích. Lidé mohou být vystaveni arzenu potravinami, vodou a vzduchem. Expozice může nastat i v případě, že kůže kontaktuje kontaminovanou půdu nebo vodu.

Obsah arsenu v potravinách je poměrně nízký. Jeho hladina v rybách a mořských plodech může být velmi vysoká, protože absorbují tento chemický prvek z vody, ve které žijí. Významné množství anorganického arsenu v rybách může být nebezpečné pro lidské zdraví.

Dopad látky je také citlivý na lidi, kteří s ní pracují, bydlí v domcích postavených ze dřeva zpracovávaného jimi a na zemědělské půdě, kde byly v minulosti používány pesticidy.

Anorganický arsen může způsobit různé účinky na zdraví, jako je podráždění žaludku a střev, sníženou tvorbu červených a bílých krvinek, změny kůže a podráždění plic. Předpokládá se, že absorpce významného množství této látky může zvýšit pravděpodobnost vzniku rakoviny, zejména rakoviny kůže, plíce, játra a lymfatického systému.

Velmi vysoké koncentrace anorganického arzenu jsou příčinou neplodnosti a potratu u žen, dermatitidy, snížení odolnosti vůči infekcím, srdeční potíže a poškození mozku. Navíc tento chemický prvek může poškodit DNA.

Letální dávka bílého arsenu je 100 mg.

Organická sloučeninu prvku nebo rakovina, nebo poškození genetického kódu nezpůsobí, ale vysoké dávky mohou poškodit zdraví, jako je například způsobit nervová onemocnění nebo bolesti v břiše.

Vlastnosti As

Hlavní chemicko-fyzikální vlastnosti arsenu jsou následující:

• Atomové číslo je 33.
• Atomová hmotnost je 74,9216.
• Bod tání šedé formy je 814 ° C při tlaku 36 atmosfér.
• Hustota šedé formy je 5,73 g / cm³při teplotě 14 ° C.
• Hustota žluté formy je 2,03 g / cm³ při 18 ° C.
• Elektronický arzénový vzorec - 1s²2s²2p^6.3s²3p^6.3d¹⁰4s²4p³_.
• Oxidační stav je -3, +3, +5.
• Valence arzénu - 3, 5.