Arsen er et kjemisk grunnstoff i nitrogengruppen (gruppe 15 i det periodiske system). Dette er et sprøtt stoff (α-arsen) grått med en metallisk glans med et romboedrisk krystallgitter. Ved oppvarming til 600°C sublimerer As. Når dampen er avkjølt, vises en ny modifikasjon - gul arsen. Over 270°C blir alle As-former til svart arsenikk.
Oppdagelseshistorikk
Arsenikk var kjent lenge før det ble anerkjent som et kjemisk grunnstoff. I det IV århundre. f. Kr e. Aristoteles nevnte et stoff k alt sandarak, som nå antas å være realgar, eller arsensulfid. Og i det 1. århundre e. Kr. e. forfatterne Plinius den eldre og Pedanius Dioscorides beskrev orpiment - fargestoffet Som2S3. I XI århundre. n. e. tre varianter av "arsen" ble skilt ut: hvit (As4O6), gul (As2 S 3) og rød (As4S4). Selve grunnstoffet ble sannsynligvis først isolert på 1200-tallet av Albert den store, som bemerket utseendet til et metalllignende stoff når arsenicum, et annet navn As2S3 , ble varmet opp med såpe. Men det er ingen sikkerhet for at denne naturforskeren mottok ren arsenikk. Det første autentiske beviset på isolasjonen av et rent kjemisk elementdatert 1649. Den tyske farmasøyten Johann Schroeder tilberedte arsen ved å varme opp oksidet i nærvær av kull. Senere observerte Nicolas Lemery, en fransk lege og kjemiker, dannelsen av dette kjemiske elementet ved å varme opp en blanding av dets oksid, såpe og kalium. På begynnelsen av 1700-tallet var arsen allerede kjent som et unikt halvmetall.
Prevalence
I jordskorpen er konsentrasjonen av arsen lav og utgjør 1,5 ppm. Det forekommer i jord og mineraler og kan slippes ut i luft, vann og jord gjennom vind- og vannerosjon. I tillegg kommer elementet inn i atmosfæren fra andre kilder. Som et resultat av vulkanutbrudd slippes rundt 3 tusen tonn arsen ut i luften per år, mikroorganismer danner 20 tusen tonn flyktig metylarsin per år, og som et resultat av brenning av fossilt brensel frigjøres 80 tusen tonn i samme periode.
Til tross for at As er en dødelig gift, er den en viktig del av kostholdet til noen dyr og muligens mennesker, selv om den nødvendige dosen ikke overstiger 0,01 mg/dag.
Arsenikk er ekstremt vanskelig å omdanne til en vannløselig eller flyktig tilstand. Det faktum at det er ganske mobilt betyr at store konsentrasjoner av stoffet på et sted ikke kan vises. På den ene siden er dette bra, men på den andre siden er det lettheten det sprer seg med årsaken til at arsenikkforurensning blir et økende problem. På grunn av menneskelige aktiviteter, hovedsakelig gjennom gruvedrift og smelting, migrerer et norm alt ubevegelig kjemisk element, og nå kan det finnes ikke bare på stederdens naturlige konsentrasjon.
Mengden av arsen i jordskorpen er omtrent 5 g per tonn. I verdensrommet er konsentrasjonen anslått til 4 atomer per million silisiumatomer. Dette elementet er utbredt. En liten mengde er tilstede i den opprinnelige staten. Som regel finnes formasjoner av arsen med en renhet på 90–98 % sammen med metaller som antimon og sølv. Det meste av det er imidlertid inkludert i sammensetningen av mer enn 150 forskjellige mineraler - sulfider, arsenider, sulfoarsenider og arsenitter. Arsenopyritt FeAsS er et av de vanligste As-bærende mineralene. Andre vanlige arsenforbindelser er realgarmineraler As4S4, orpiment As2S 3, lellingite FeAs2 og enargite Cu3AsS4. Arsenoksid er også vanlig. Det meste av dette stoffet er et biprodukt fra smelting av kobber, bly, kobolt og gullmalm.
I naturen er det bare én stabil isotop av arsen - 75As. Blant kunstige radioaktive isotoper skiller 76Som med en halveringstid på 26,4 timer seg ut. Arsen-72, -74 og -76 brukes i medisinsk diagnostikk.
Industriell produksjon og bruk
Metalarsen oppnås ved å varme arsenopyritt til 650-700 °C uten luft. Hvis arsenopyritt og andre metalliske malmer varmes opp med oksygen, kommer As lett i kombinasjon med det, og danner lett sublimert As4O6, også kjent som "hvitarsenikk". Oksyddampen samles opp og kondenseres, og renses senere ved resublimering. Most As produseres ved karbonreduksjon fra hvit arsen som er oppnådd på denne måten.
Verdensforbruket av metallisk arsen er relativt lite – bare noen få hundre tonn per år. Det meste av det som konsumeres kommer fra Sverige. Det brukes i metallurgi på grunn av dets metalloidegenskaper. Omtrent 1 % arsen brukes i produksjonen av blyhagl, da det forbedrer rundheten til den smeltede dråpen. Egenskapene til blybaserte lagerlegeringer forbedres både termisk og mekanisk når de inneholder ca. 3 % arsen. Tilstedeværelsen av en liten mengde av dette kjemiske elementet i blylegeringer herder dem for bruk i batterier og kabelpanser. Små urenheter av arsen øker korrosjonsbestandigheten og de termiske egenskapene til kobber og messing. I sin rene form brukes kjemisk elementær As til bronsebelegg og i pyroteknikk. Høyrenset arsen finner anvendelse i halvlederteknologi, hvor det brukes med silisium og germanium, og i form av galliumarsenid (GaAs) i dioder, lasere og transistorer.
Connections As
Siden valensen til arsen er 3 og 5, og den har en rekke oksidasjonstilstander fra -3 til +5, kan grunnstoffet danne ulike typer forbindelser. Kommersielt viktigst er dets oksider, hvor hovedformene er As4O6 ogSom2O5. Arsenoksyd, ofte kjent som hvit arsen, er et biprodukt fra brenning av malmer av kobber, bly og noen andre metaller, samt arsenopyritt og sulfidmalm. Det er utgangsmaterialet for de fleste andre forbindelser. I tillegg brukes det i plantevernmidler, som blekemiddel i glassproduksjon, og som konserveringsmiddel for lær. Arsenpentoksid dannes ved virkningen av et oksidasjonsmiddel (f.eks. salpetersyre) på hvit arsen. Det er hovedingrediensen i insektmidler, ugressmidler og metalllim.
Arsin (AsH3), en fargeløs giftig gass som består av arsen og hydrogen, er et annet kjent stoff. Stoffet, også k alt arsenhydrogen, oppnås ved hydrolyse av metallarsenider og reduksjon av metaller fra arsenforbindelser i sure løsninger. Den har funnet bruk som dopingmiddel i halvledere og som militær giftgass. I landbruket, arsensyre (H3AsO4), blyarsenat (PbHAsO44 4 ) og kalsiumarsenat [Ca3(AsO4)2
], som brukes til å sterilisere jord og skadedyrbekjempelse.
Arsen er et kjemisk grunnstoff som danner mange organiske forbindelser. HowOne (CH3)2As−As(CH3)2 , for eksempel, brukes til fremstilling av et mye brukt tørkemiddel (tørkemiddel) - kakodylsyre. Komplekse organiske forbindelser av elementet brukes i behandlingen av visse sykdommer, for eksempel amøbisk dysenteri,forårsaket av mikroorganismer.
Fysiske egenskaper
Hva er arsen når det gjelder dets fysiske egenskaper? I sin mest stabile tilstand er det et sprøtt, stålgrå fast stoff med lav termisk og elektrisk ledningsevne. Selv om noen former for As er metalllignende, er klassifisering av det som et ikke-metall en mer nøyaktig karakterisering av arsen. Det finnes andre typer arsen, men de er ikke godt studert, spesielt den gule metastabile formen, som består av As4 molekyler, som ligner på hvitt fosfor P4. Arsen sublimerer ved 613 °C og eksisterer som en damp som As4 molekyler som ikke dissosierer opp til ca. 800 °C. Fullstendig dissosiasjon til As2 molekyler skjer ved 1700 °C.
Strukturen til atomet og evnen til å danne bindinger
Den elektroniske formelen for arsenikk er 1s22s22p63s23p63d104s24p 3 - ligner nitrogen og fosfor ved at den har fem elektroner i det ytre skallet, men det skiller seg fra dem ved å ha 18 elektroner i det nest siste skallet i stedet for to eller åtte. Tilsetning av 10 positive ladninger i kjernen mens du fyller fem 3d-orbitaler, forårsaker ofte en generell reduksjon i elektronskyen og en økning i elektronegativiteten til elementene. Arsen i det periodiske system kan sammenlignes med andre grupper som tydelig viser dette mønsteret. For eksempel er det generelt akseptert at sink ermer elektronegativ enn magnesium og gallium enn aluminium. I påfølgende grupper blir imidlertid denne forskjellen mindre, og mange er uenige i at germanium er mer elektronegativt enn silisium, til tross for overfloden av kjemisk bevis. En lignende overgang fra 8- til 18-elements skall fra fosfor til arsen kan øke elektronegativiteten, men dette er fortsatt kontroversielt.
Likheten til det ytre skallet til As og P antyder at de kan danne 3 kovalente bindinger per atom i nærvær av et ekstra ubundet elektronpar. Oksydasjonstilstanden må derfor være +3 eller -3, avhengig av den relative gjensidige elektronegativiteten. Strukturen til arsen taler også om muligheten for å bruke den ytre d-orbitalen til å utvide oktetten, noe som gjør at elementet kan danne 5 bindinger. Det realiseres bare ved reaksjon med fluor. Tilstedeværelsen av et fritt elektronpar for dannelse av komplekse forbindelser (gjennom elektrondonasjon) i As-atomet er mye mindre utt alt enn i fosfor og nitrogen.
Arsen er stabil i tørr luft, men i våt luft blir den dekket med svart oksid. Dens damp brenner lett og danner As2O3. Hva er gratis arsen? Den er praktisk t alt upåvirket av vann, alkalier og ikke-oksiderende syrer, men oksideres av salpetersyre til en tilstand på +5. Halogener, svovel reagerer med arsen, og mange metaller danner arsenider.
Analytisk kjemi
Stoffet arsen kan kvalitativt påvises som et gult orpiment som utfelles under påvirkning av 25 %s altsyreløsning. Spor av As bestemmes vanligvis ved å konvertere den til arsin, som kan oppdages ved hjelp av Marsh-testen. Arsin brytes termisk ned og danner et svart arsenspeil inne i et sm alt rør. I henhold til Gutzeit-metoden blir en sonde impregnert med kvikksølvklorid, under påvirkning av arsin, mørkere på grunn av frigjøring av kvikksølv.
Toksikologiske egenskaper ved arsen
Toksisiteten til grunnstoffet og dets derivater varierer mye over et bredt område, fra det ekstremt giftige arsinet og dets organiske derivater til ganske enkelt As, som er relativt inert. Bruken av dets organiske forbindelser som kjemiske krigføringsmidler (lewisitt), vesicant og defoliant (Agent Blue basert på en vandig blanding av 5 % kakodylsyre og 26 % av natriums altet) forteller oss hva arsen er.
Generelt irriterer derivater av dette kjemiske elementet huden og forårsaker dermatitt. Innåndingsbeskyttelse mot arsenholdig støv anbefales også, men de fleste forgiftninger skjer ved inntak. Maksimal tillatt konsentrasjon av As i støv for en åtte timers arbeidsdag er 0,5 mg/m3. For arsin reduseres dosen til 0,05 ppm. I tillegg til bruken av forbindelser av dette kjemiske elementet som herbicider og plantevernmidler, gjorde bruken av arsen i farmakologi det mulig å få tak i salvarsan, det første vellykkede legemidlet mot syfilis.
Helseeffekter
Arsenikk er et av de giftigste grunnstoffene. Uorganiske forbindelser av et gitt kjemikalieStoffer forekommer naturlig i små mengder. Mennesker kan bli utsatt for arsen gjennom mat, vann og luft. Eksponering kan også skje ved hudkontakt med forurenset jord eller vann.
Innholdet av arsen i mat er ganske lavt. Nivåene i fisk og sjømat kan imidlertid være svært høye da de absorberer kjemikaliet fra vannet de lever i. Betydelige mengder uorganisk arsen i fisk kan utgjøre en risiko for menneskers helse.
Folk som jobber med stoffet, bor i hus bygget av tre behandlet med det, og på jordbruksarealer hvor det tidligere har vært brukt sprøytemidler, er også utsatt for stoffet.
Uorganisk arsen kan gi ulike helseeffekter hos mennesker, som mage- og tarmirritasjon, redusert produksjon av røde og hvite blodceller, hudforandringer og lungeirritasjon. Det antas at inntak av betydelige mengder av dette stoffet kan øke sjansene for å utvikle kreft, spesielt hud-, lunge-, lever- og lymfekreft.
Svært høye konsentrasjoner av uorganisk arsen forårsaker infertilitet og spontanabort hos kvinner, dermatitt, redusert motstandskraft mot infeksjoner, hjerteproblemer og hjerneskade. I tillegg kan dette kjemiske elementet skade DNA.
Den dødelige dosen av hvit arsenikk er 100 mg.
Organiske forbindelser av grunnstoffet forårsaker ikke kreft eller skade på den genetiske koden, men høye doser kanforårsake skade på menneskers helse, for eksempel forårsake nervøse lidelser eller magesmerter.
Properties As
De viktigste kjemiske og fysiske egenskapene til arsen er som følger:
- Atomnummer - 33.
- Atomvekt er 74,9216.
- Smeltepunktet til den grå formen er 814 °C ved et trykk på 36 atmosfærer.
- Grå tetthet 5,73 g/cm3 ved 14°C.
- Gul muggtetthet 2,03 g/cm3 ved 18°C.
- Den elektroniske formelen for arsenikk er 1s22s22p63s23p63d104s24p 3 .
- Oksidasjonstilstander – -3, +3, +5.
- Arsenikkvalens er 3, 5.
