Arsen er et kemisk grundstof i nitrogengruppen (gruppe 15 i det periodiske system). Dette er et sprødt stof (α-arsen) gråt med en metallisk glans med et romboedrisk krystalgitter. Ved opvarmning til 600°C sublimerer As. Når dampen er afkølet, vises en ny modifikation - gul arsen. Over 270°C bliver alle As-former til sort arsen.
Opdagelseshistorik
Arsen var kendt længe før, det blev anerkendt som et kemisk grundstof. I det IV århundrede. f. Kr e. Aristoteles nævnte et stof kaldet sandarak, som nu menes at være realgar eller arsensulfid. Og i det 1. århundrede e. Kr. e. forfatterne Plinius den Ældre og Pedanius Dioscorides beskrev orpiment - farvestoffet Som2S3. I XI århundrede. n. e. der blev skelnet mellem tre varianter af "arsen": hvid (As4O6), gul (As2 S 3) og rød (As4S4). Selve grundstoffet blev sandsynligvis først isoleret i det 13. århundrede af Albert den Store, som bemærkede udseendet af et metallignende stof, når arsenicum, et andet navn As2S3 , blev opvarmet med sæbe. Men der er ingen sikkerhed for, at denne naturvidenskabsmand modtog ren arsenik. Det første autentiske bevis på isoleringen af et rent kemisk elementdateret 1649. Den tyske farmaceut Johann Schroeder fremstillede arsen ved at opvarme dets oxid i nærvær af kul. Senere observerede Nicolas Lemery, en fransk læge og kemiker, dannelsen af dette kemiske element ved at opvarme en blanding af dets oxid, sæbe og kaliumchlorid. I begyndelsen af det 18. århundrede var arsen allerede kendt som et unikt halvmetal.
udbredelse
I jordskorpen er koncentrationen af arsen lav og udgør 1,5 ppm. Det forekommer i jord og mineraler og kan frigives til luft, vand og jord gennem vind- og vanderosion. Derudover kommer elementet ind i atmosfæren fra andre kilder. Som et resultat af vulkanudbrud frigives omkring 3 tusind tons arsen til luften om året, mikroorganismer danner 20 tusinde tons flygtigt methylarsin om året, og som et resultat af afbrænding af fossile brændstoffer frigives 80 tusinde tons i samme periode.
På trods af det faktum, at As er en dødelig gift, er det en vigtig del af kosten for nogle dyr og muligvis mennesker, selvom den nødvendige dosis ikke overstiger 0,01 mg/dag.
Arsen er ekstremt vanskelig at omdanne til en vandopløselig eller flygtig tilstand. Det faktum, at det er ret mobilt, betyder, at store koncentrationer af stoffet et sted ikke kan forekomme. På den ene side er det godt, men på den anden side er den lethed, hvormed det spredes, årsagen til, at arsenforurening bliver et stigende problem. På grund af menneskelige aktiviteter, hovedsageligt gennem minedrift og smeltning, migrerer et norm alt ubevægeligt kemisk element, og nu kan det ikke kun findes stederdens naturlige koncentration.
Mængden af arsen i jordskorpen er omkring 5 g pr. ton. I rummet er dets koncentration anslået til 4 atomer pr. million siliciumatomer. Dette element er udbredt. En lille mængde er til stede i den oprindelige stat. Som regel findes dannelser af arsen med en renhed på 90-98% sammen med metaller som antimon og sølv. Det meste af det er dog inkluderet i sammensætningen af mere end 150 forskellige mineraler - sulfider, arsenider, sulfoarsenider og arsenitter. Arsenopyrit FeAsS er et af de mest almindelige As-bærende mineraler. Andre almindelige arsenforbindelser er realgarmineraler As4S4, orpiment As2S 3, lellingite FeAs2 og enargite Cu3AsS4. Arsenoxid er også almindeligt. Det meste af dette stof er et biprodukt ved smeltning af kobber, bly, kobolt og guldmalme.
I naturen er der kun én stabil isotop af arsen - 75As. Blandt kunstige radioaktive isotoper skiller 76Som med en halveringstid på 26,4 timer sig ud. Arsen-72, -74 og -76 bruges i medicinsk diagnostik.
Industriel produktion og anvendelse
Metalarsen opnås ved at opvarme arsenopyrit til 650-700 °C uden luft. Hvis arsenopyrit og andre metalliske malme opvarmes med oxygen, så indgår As let i kombination med det og danner let sublimeret As4O6, også kendt som "hvidarsen". Oxiddampen opsamles og kondenseres og renses senere ved resublimering. Most As er fremstillet ved kulstofreduktion fra hvidt arsen, der således opnås.
Verdensforbruget af metallisk arsen er relativt lille - kun et par hundrede tons om året. Det meste af det, der forbruges, kommer fra Sverige. Det bruges i metallurgi på grund af dets metalloide egenskaber. Omkring 1 % arsen bruges til fremstilling af blyhagl, da det forbedrer rundheden af den smeltede dråbe. Egenskaberne af blybaserede lejelegeringer forbedres både termisk og mekanisk, når de indeholder omkring 3 % arsen. Tilstedeværelsen af en lille mængde af dette kemiske element i blylegeringer hærder dem til brug i batterier og kabelpanser. Små urenheder af arsen øger korrosionsbestandigheden og de termiske egenskaber af kobber og messing. I sin rene form bruges kemisk elementær As til bronzebelægning og i pyroteknik. Højrenset arsen finder anvendelse i halvlederteknologi, hvor det bruges sammen med silicium og germanium, og i form af galliumarsenid (GaAs) i dioder, lasere og transistorer.
Connections As
Da valensen af arsen er 3 og 5, og det har en række oxidationstilstande fra -3 til +5, kan grundstoffet danne forskellige slags forbindelser. Vigtigst kommercielt er dets oxider, hvis hovedformer er As4O6 ogSom2O5. Arsenoxid, almindeligvis kendt som hvid arsen, er et biprodukt af ristning af malme af kobber, bly og nogle andre metaller, samt arsenopyrit og sulfidmalme. Det er udgangsmaterialet for de fleste andre forbindelser. Derudover bruges det i pesticider, som blegemiddel i glasproduktion og som konserveringsmiddel til læder. Arsenpentoxid dannes ved virkningen af et oxidationsmiddel (f.eks. salpetersyre) på hvidt arsen. Det er hovedingrediensen i insekticider, herbicider og metalklæbemidler.
Arsin (AsH3), en farveløs giftig gas sammensat af arsen og brint, er et andet kendt stof. Stoffet, også kaldet arsenbrinte, opnås ved hydrolyse af metalarsenider og reduktion af metaller fra arsenforbindelser i sure opløsninger. Det har fundet anvendelse som et dopingmiddel i halvledere og som en militær giftgas. I landbruget, arsensyre (H3AsO4), blyarsenat (PbHAsO44 4 ) og calciumarsenat [Ca3(AsO4)2
], som bruges til at sterilisere jord og skadedyrsbekæmpelse.
Arsen er et kemisk grundstof, der danner mange organiske forbindelser. HowOne (CH3)2As−As(CH3)2 bruges for eksempel til fremstilling af et meget brugt tørremiddel (tørremiddel) - cacodylsyre. Komplekse organiske forbindelser af elementet bruges til behandling af visse sygdomme, for eksempel amøbe dysenteri,forårsaget af mikroorganismer.
Fysiske egenskaber
Hvad er arsen med hensyn til dets fysiske egenskaber? I sin mest stabile tilstand er det et sprødt, stålgrå fast stof med lav termisk og elektrisk ledningsevne. Selvom nogle former for As er metallignende, er klassificering af det som et ikke-metal en mere nøjagtig karakterisering af arsen. Der findes andre typer arsen, men de er ikke godt undersøgt, især den gule metastabile form, der består af As4 molekyler, der ligner hvidt fosfor P4. Arsen sublimerer ved 613 °C og eksisterer som en damp som As4 molekyler, der ikke dissocierer op til omkring 800 °C. Fuldstændig dissociation til As2 molekyler sker ved 1700 °C.
Atomets struktur og evnen til at danne bindinger
Den elektroniske formel for arsen er 1s22s22p63s23p63d104s24p 3 - minder om nitrogen og fosfor ved, at den har fem elektroner i den ydre skal, men den adskiller sig fra dem ved at have 18 elektroner i den næstsidste skal i stedet for to eller otte. Tilføjelsen af 10 positive ladninger i kernen, mens fem 3d-orbitaler fyldes, forårsager ofte et samlet fald i elektronskyen og en stigning i elementernes elektronegativitet. Arsen i det periodiske system kan sammenlignes med andre grupper, der tydeligt viser dette mønster. For eksempel er det almindeligt accepteret, at zink ermere elektronegativ end magnesium og gallium end aluminium. Men i efterfølgende grupper indsnævres denne forskel, og mange er uenige i, at germanium er mere elektronegativt end silicium, på trods af overfloden af kemiske beviser. En lignende overgang fra 8- til 18-elements skal fra fosfor til arsen kan øge elektronegativiteten, men dette er fortsat kontroversielt.
Ligheden mellem den ydre skal af As og P antyder, at de kan danne 3 kovalente bindinger pr. atom i nærvær af et yderligere ubundet elektronpar. Oxidationstilstanden skal derfor være +3 eller -3, afhængig af den relative indbyrdes elektronegativitet. Strukturen af arsen taler også om muligheden for at bruge den ydre d-orbital til at udvide oktetten, hvilket tillader grundstoffet at danne 5 bindinger. Det realiseres kun ved reaktion med fluor. Tilstedeværelsen af et frit elektronpar til dannelse af komplekse forbindelser (gennem elektrondonation) i As-atomet er meget mindre udt alt end i fosfor og nitrogen.
Arsen er stabil i tør luft, men i våd luft bliver den dækket af sort oxid. Dens damp brænder let og danner As2O3. Hvad er fri arsen? Det er praktisk t alt upåvirket af vand, alkalier og ikke-oxiderende syrer, men oxideres af salpetersyre til en tilstand på +5. Halogener, svovl reagerer med arsen, og mange metaller danner arsenider.
Analytisk kemi
Stoffet arsen kan kvalitativt påvises som et gult orpiment, der udfældes under påvirkning af 25 %s altsyreopløsning. Spor af As bestemmes generelt ved at konvertere det til arsin, som kan påvises ved hjælp af Marsh-testen. Arsin nedbrydes termisk og danner et sort arsenikspejl inde i et sm alt rør. Ifølge Gutzeit-metoden bliver en sonde imprægneret med kviksølvklorid, under påvirkning af arsin, mørkere på grund af frigivelsen af kviksølv.
Toksikologiske egenskaber ved arsen
Toksiciteten af grundstoffet og dets derivater varierer meget over et bredt område, fra det ekstremt giftige arsin og dets organiske derivater til simpelthen As, som er relativt inert. Brugen af dets organiske forbindelser som kemiske kampmidler (lewisit), blæremiddel og afløvningsmiddel (Agent Blue baseret på en vandig blanding af 5 % cacodylsyre og 26 % af dets natriums alt) fortæller os, hvad arsen er.
Generelt irriterer derivater af dette kemiske element huden og forårsager dermatitis. Indåndingsbeskyttelse mod arsenholdigt støv anbefales også, men de fleste forgiftninger sker, når det indtages. Den maksim alt tilladte koncentration af As i støv for en otte timers arbejdsdag er 0,5 mg/m3. For arsin reduceres dosis til 0,05 ppm. Ud over brugen af forbindelser af dette kemiske element som herbicider og pesticider, gjorde brugen af arsen i farmakologi det muligt at opnå salvarsan, det første vellykkede lægemiddel mod syfilis.
Sundhedseffekter
Arsen er et af de mest giftige grundstoffer. Uorganiske forbindelser af et givet kemikalieStoffer forekommer naturligt i små mængder. Mennesker kan blive udsat for arsen gennem mad, vand og luft. Eksponering kan også ske ved hudkontakt med forurenet jord eller vand.
Indholdet af arsen i fødevarer er ret lavt. Men niveauerne i fisk og skaldyr kan være meget høje, da de absorberer kemikaliet fra det vand, de lever i. Betydelige mængder uorganisk arsen i fisk kan udgøre en risiko for menneskers sundhed.
Folk, der arbejder med stoffet, bor i huse bygget af træ behandlet med det, og på landbrugsjord, hvor der tidligere har været brugt pesticider, er også udsat for stoffet.
Uorganisk arsen kan forårsage forskellige sundhedseffekter hos mennesker, såsom mave- og tarmirritation, nedsat produktion af røde og hvide blodlegemer, hudforandringer og lungeirritation. Det menes, at indtagelse af betydelige mængder af dette stof kan øge chancerne for at udvikle kræft, især hud-, lunge-, lever- og lymfekræft.
Meget høje koncentrationer af uorganisk arsen forårsager infertilitet og abort hos kvinder, dermatitis, nedsat modstandsdygtighed over for infektioner, hjerteproblemer og hjerneskade. Derudover kan dette kemiske element beskadige DNA.
Den dødelige dosis af hvidt arsen er 100 mg.
Organiske forbindelser af grundstoffet forårsager ikke kræft eller beskadigelse af den genetiske kode, men høje doser kanforårsage skade på menneskers sundhed, såsom at forårsage nervesygdomme eller mavesmerter.
Properties As
De vigtigste kemiske og fysiske egenskaber ved arsen er som følger:
- Atomnummer - 33.
- Atomvægt er 74,9216.
- Smeltepunktet for den grå form er 814 °C ved et tryk på 36 atmosfærer.
- Grå massefylde 5,73 g/cm3 ved 14°C.
- Gul skimmeldensitet 2,03 g/cm3 ved 18°C.
- Den elektroniske formel for arsen er 1s22s22p63s23p63d104s24p 3 .
- Oxidationstilstande – -3, +3, +5.
- Arsen valens er 3, 5.
