Arsenicul este un element chimic din grupa azotului (grupa 15 din tabelul periodic). Aceasta este o substanță fragilă (α-arsenic) cenușie cu o strălucire metalică cu o rețea cristalină romboedică. Cand este incalzit la 600°C, ca sublimeaza. Când vaporii sunt răciți, apare o nouă modificare - arsen galben. Peste 270°C, toate formele As se transformă în arsen negru.
Istoricul descoperirilor
Arsenicul era cunoscut cu mult înainte de a fi recunoscut ca element chimic. În secolul al IV-lea. î. Hr e. Aristotel a menționat o substanță numită sandarak, despre care acum se crede că este realgar sau sulfură de arsen. Iar în secolul I d. Hr. e. scriitorii Pliniu cel Bătrân și Pedanius Dioscoride au descris orpimentul - colorantul As2S3. În secolul al XI-lea. n. e. au fost distinse trei soiuri de „arsenic”: alb (As4O6), galben (As2 S 3) și roșu (Ca4S4). Elementul în sine a fost probabil izolat pentru prima dată în secolul al XIII-lea de Albert cel Mare, care a remarcat apariția unei substanțe asemănătoare metalului atunci când arsenicum, un alt nume As2S3 , a fost încălzit cu săpun. Dar nu există nicio certitudine că acest om de știință natural a primit arsenic pur. Prima dovadă autentică a izolării unui element chimic purdatat 1649. Farmacistul german Johann Schroeder a preparat arsenicul prin încălzirea oxidului său în prezența cărbunelui. Mai târziu, Nicolas Lemery, un medic și chimist francez, a observat formarea acestui element chimic prin încălzirea unui amestec din oxidul său, săpun și potasiu. La începutul secolului al XVIII-lea, arsenul era deja cunoscut ca un semimetal unic.
Prevalență
În scoarța terestră, concentrația de arsen este scăzută și se ridică la 1,5 ppm. Se găsește în sol și minerale și poate fi eliberat în aer, apă și sol prin eroziunea vântului și a apei. În plus, elementul intră în atmosferă din alte surse. Ca urmare a erupțiilor vulcanice, aproximativ 3 mii de tone de arsen sunt eliberate în aer pe an, microorganismele formează 20 de mii de tone de metilarină volatilă pe an, iar ca urmare a arderii combustibililor fosili, 80 de mii de tone sunt eliberate în aceeași perioadă..
În ciuda faptului că As este o otravă mortală, este o parte importantă a dietei unor animale și, eventual, a oamenilor, deși doza necesară nu depășește 0,01 mg/zi.
Arsenicul este extrem de greu de transformat într-o stare solubilă în apă sau volatilă. Faptul că este destul de mobil înseamnă că nu pot apărea concentrații mari de substanță în orice loc. Pe de o parte, acest lucru este bun, dar, pe de altă parte, ușurința cu care se răspândește este motivul pentru care poluarea cu arsenic devine o problemă din ce în ce mai mare. Datorită activităților umane, în principal prin minerit și topire, migrează un element chimic în mod normal imobil, iar acum poate fi găsit nu numai pe alocuriconcentrația sa naturală.
Cantitatea de arsenic din scoarța terestră este de aproximativ 5 g pe tonă. În spațiu, concentrația sa este estimată la 4 atomi per milion de atomi de siliciu. Acest element este larg răspândit. O cantitate mică este prezentă în starea nativă. De regulă, formațiunile de arsen cu o puritate de 90-98% se găsesc împreună cu metale precum antimoniul și argintul. Cea mai mare parte, totuși, este inclusă în compoziția a peste 150 de minerale diferite - sulfuri, arsenide, sulfoarsenide și arseniți. Arsenopiritul FeAsS este unul dintre cele mai comune minerale purtătoare de As. Alți compuși obișnuiți de arsenic sunt mineralele realgar As4S4, orpiment As2S 3, lellingit FeAs2 și enargit Cu3AsS4. Oxidul de arsen este, de asemenea, comun. Cea mai mare parte a acestei substanțe este un produs secundar al topirii minereurilor de cupru, plumb, cob alt și aur.
În natură, există un singur izotop stabil de arsen - 75As. Dintre izotopii radioactivi artificiali, se evidențiază 76Ca și timpul de înjumătățire de 26,4 ore. Arsenic-72, -74 și -76 sunt utilizați în diagnosticarea medicală.
Producție și aplicare industrială
Arsenicul metalic se obține prin încălzirea arsenopiritului la 650-700 °C fără aer. Dacă arsenopiritul și alte minereuri metalice sunt încălzite cu oxigen, atunci As intră ușor în combinație cu acesta, formând As4O6, de asemenea cunoscut sublimabil. ca „albarsenic . Vaporii de oxid sunt colectați și condensați, iar ulterior purificați prin resublimare. Majoritatea As este produsă prin reducerea carbonului din arsenul alb astfel obținut.
Consumul mondial de arsen metalic este relativ mic - doar câteva sute de tone pe an. Cea mai mare parte a ceea ce se consumă provine din Suedia. Este folosit în metalurgie datorită proprietăților sale metaloide. Aproximativ 1% arsen este utilizat în producția de plumb, deoarece îmbunătățește rotunjimea picăturii topite. Proprietățile aliajelor de rulmenți pe bază de plumb se îmbunătățesc atât termic, cât și mecanic atunci când conțin aproximativ 3% arsen. Prezența unei cantități mici din acest element chimic în aliajele de plumb le întărește pentru utilizare în baterii și armuri pentru cabluri. Micile impurități de arsen cresc rezistența la coroziune și proprietățile termice ale cuprului și alama. În forma sa pură, elementul chimic As este folosit pentru bronzare și în pirotehnică. Arsenicul foarte purificat se folosește în tehnologia semiconductoarelor, unde este folosit cu siliciu și germaniu și sub formă de arseniură de galiu (GaAs) în diode, lasere și tranzistori.
Conexiuni ca
Deoarece valența arsenului este 3 și 5 și are un număr de stări de oxidare de la -3 la +5, elementul poate forma diferite tipuri de compuși. Cei mai importanți din punct de vedere comercial sunt oxizii săi, ale căror forme principale sunt As4O6 șiCa2O5. Oxidul de arsen, cunoscut în mod obișnuit ca arsen alb, este un produs secundar al prăjirii minereurilor de cupru, plumb și alte metale, precum și minereurilor de arsenopirită și sulfură. Este materialul de pornire pentru majoritatea celorlalți compuși. În plus, este folosit în pesticide, ca agent de albire în producția de sticlă și ca conservant pentru piei. Pentoxidul de arsen se formează prin acțiunea unui agent oxidant (de exemplu, acidul azotic) asupra arsenului alb. Este ingredientul principal în insecticide, erbicide și adezivi metalici.
Arsina (AsH3), un gaz otrăvitor incolor compus din arsen și hidrogen, este o altă substanță cunoscută. Substanța, numită și hidrogen arsenic, se obține prin hidroliza arsenidelor metalice și prin reducerea metalelor din compușii arsenicului în soluții acide. A găsit utilizare ca dopant în semiconductori și ca gaz otrăvitor militar. În agricultură, acid arsenic (H3AsO4), arseniat de plumb (PbHAsO44 4 ) și arseniat de calciu [Ca3(AsO4)2
], care sunt folosite pentru sterilizarea solului și combaterea dăunătorilor.
Arsenicul este un element chimic care formează mulți compuși organici. HowOne (CH3)2As−As(CH3)2 , de exemplu, este utilizat la prepararea unui desicant (desicant) utilizat pe scară largă - acidul cacodilic. Compușii organici complecși ai elementului sunt utilizați în tratamentul anumitor boli, de exemplu, dizenteria amibiană,cauzate de microorganisme.
Proprietăți fizice
Ce este arsenicul în ceea ce privește proprietățile sale fizice? În starea sa cea mai stabilă, este un solid fragil, gri oțel, cu conductivitate termică și electrică scăzută. Deși unele forme de As sunt asemănătoare metalelor, clasificarea lui ca nemetal este o caracterizare mai precisă a arsenului. Există și alte tipuri de arsenic, dar nu sunt bine studiate, în special forma metastabilă galbenă, constând din molecule As4, asemănătoare cu fosforul alb P4. Arsenicul se sublimează la 613 °C și există sub formă de vapori ca molecule As4 care nu se disociază până la aproximativ 800 °C. Disocierea completă în molecule As2 are loc la 1700 °C.
Structura atomului și capacitatea de a forma legături
Formula electronică a arsenului este 1s22s22p63s23p63d104s24p 3 - seamănă cu azotul și fosforul prin faptul că are cinci electroni în învelișul exterior, dar diferă de aceștia prin faptul că are 18 electroni în penultima înveliș în loc de doi sau opt. Adăugarea a 10 sarcini pozitive în nucleu în timp ce se umple cinci orbitali 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 în general acceptat că zincul estemai electronegativ decât magneziul și galiul decât aluminiul. Cu toate acestea, în grupurile ulterioare, această diferență se îngustează și mulți nu sunt de acord că germaniul este mai electronegativ decât siliciul, în ciuda abundenței dovezilor chimice. O tranziție similară de la învelișul cu 8 la 18 elemente de la fosfor la arsenic poate crește electronegativitatea, dar acest lucru rămâne controversat.
Asemănarea învelișului exterior al lui As și P sugerează că acestea pot forma 3 legături covalente per atom în prezența unei perechi de electroni nelegați suplimentare. Starea de oxidare trebuie deci să fie +3 sau -3, în funcție de electronegativitatea reciprocă relativă. Structura arsenicului vorbește și despre posibilitatea utilizării orbitalului d exterior pentru a extinde octetul, ceea ce permite elementului să formeze 5 legături. Se realizează numai prin reacția cu fluor. Prezența unei perechi de electroni liberi pentru formarea compușilor complecși (prin donarea de electroni) în atomul As este mult mai puțin pronunțată decât în fosfor și azot.
Arsenicul este stabil în aer uscat, dar în aer umed devine acoperit cu oxid negru. Vaporii săi ard ușor, formând As2O3. Ce este arsenicul liber? Este practic neafectat de apă, alcaline și acizi neoxidanți, dar este oxidat de acidul azotic până la o stare de +5. Halogenii, sulful reacționează cu arsenul și multe metale formează arsenide.
Chimie analitică
Substanța arsenului poate fi detectată calitativ ca un orpiment galben care precipită sub influența a 25%soluție de acid clorhidric. Urmele de As se determină în general prin conversia lui în arsenă, care poate fi detectată folosind testul Marsh. Arsina se descompune termic, formând o oglindă neagră de arsenic în interiorul unui tub îngust. Conform metodei Gutzeit, o sondă impregnată cu clorură de mercur, sub influența arsinei, se întunecă din cauza eliberării de mercur.
Caracteristicile toxicologice ale arsenicului
Toxicitatea elementului și a derivaților săi variază foarte mult într-o gamă largă, de la arsenă extrem de otrăvitoare și derivații săi organici până la simplu As, care este relativ inert. Utilizarea compușilor săi organici ca agenți de război chimic (lewisite), vezicant și defoliant (Agent Blue pe bază de amestec apos de 5% acid cacodilic și 26% din sarea sa de sodiu) ne spune ce este arsenicul.
În general, derivații acestui element chimic irită pielea și provoacă dermatită. Protecția prin inhalare împotriva prafului care conține arsenic este, de asemenea, recomandată, dar majoritatea otrăvirilor apar atunci când este ingerat. Concentrația maximă admisă de As în praf pentru o zi de lucru de opt ore este de 0,5 mg/m3. Pentru arsenă, 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.
Efecte asupra sănătății
Arsenicul este unul dintre cele mai toxice elemente. Compuși anorganici ai unei substanțe chimice dateSubstanțele apar în mod natural în cantități mici. Oamenii pot fi expuși la arsenic prin alimente, apă și aer. Expunerea poate apărea și prin contactul pielii cu solul sau apa contaminate.
Conținutul de arsenic din alimente este destul de scăzut. Cu toate acestea, nivelurile din pește și fructe de mare pot fi foarte ridicate, deoarece absorb substanța chimică din apa în care trăiesc. Cantități semnificative de arsenic anorganic din pește pot prezenta un risc pentru sănătatea umană.
Oamenii care lucrează cu substanța, locuiesc în case construite din lemn tratat cu aceasta și pe terenuri agricole unde au fost folosite pesticide în trecut sunt, de asemenea, expuși la substanță.
Arsenicul anorganic poate provoca diverse efecte asupra sănătății umane, cum ar fi iritația stomacului și intestinală, producția redusă de globule roșii și albe din sânge, modificări ale pielii și iritarea plămânilor. Se crede că ingerarea unor cantități semnificative din această substanță poate crește șansele de a dezvolta cancer, în special cancer de piele, plămâni, ficat și sistemul limfatic.
Concentrațiile foarte mari de arsenic anorganic provoacă infertilitate și avort spontan la femei, dermatită, rezistență redusă 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.
Compușii organici ai elementului nu provoacă cancer sau leziuni codului genetic, dar dozele mari potdăunează sănătății umane, cum ar fi cauzarea de tulburări nervoase sau dureri abdominale.
Properties As
Principalele proprietăți chimice și fizice ale arsenului sunt următoarele:
- Număr atomic - 33.
- Greutatea atomică este 74,9216.
- Punctul de topire al mucegaiului gri este de 814 °C la o presiune de 36 de atmosfere.
- Densitate gri 5,73 g/cm3 la 14°C.
- Densitatea mucegaiului galben 2,03 g/cm3 la 18°C.
- Formula electronică a arsenului este 1s22s22p63s23p63d104s24p 3 .
- Stări de oxidare – -3, +3, +5.
- Valența arsenicului este 3, 5.
