Το αρσενικό είναι ένα χημικό στοιχείο της ομάδας του αζώτου (ομάδα 15 του περιοδικού πίνακα). Πρόκειται για μια εύθραυστη ουσία (α-αρσενικό) γκρι με μεταλλική γυαλάδα με ρομβοεδρικό κρυσταλλικό πλέγμα. Όταν θερμαίνεται στους 600°C, το As εξαχνώνεται. Όταν ο ατμός ψύχεται, εμφανίζεται μια νέα τροποποίηση - κίτρινο αρσενικό. Πάνω από 270°C, όλες οι μορφές As μετατρέπονται σε μαύρο αρσενικό.
Ιστορικό ανακάλυψης
Το αρσενικό ήταν γνωστό πολύ πριν αναγνωριστεί ως χημικό στοιχείο. Τον IV αιώνα. προ ΧΡΙΣΤΟΥ μι. Ο Αριστοτέλης ανέφερε μια ουσία που ονομάζεται σανταράκ, η οποία σήμερα πιστεύεται ότι είναι το ρεάλγκαρ ή το θειούχο αρσενικό. Και τον 1ο αιώνα μ. Χ. μι. οι συγγραφείς Πλίνιος ο Πρεσβύτερος και Πεδάνιος Διοσκουρίδης περιέγραψαν το όργανο - τη χρωστική ως2S3. Τον XI αιώνα. n. μι. διακρίθηκαν τρεις ποικιλίες "αρσενικού": λευκό (As4O6), κίτρινο (As2 S 3) και κόκκινο (As4S4). Το ίδιο το στοιχείο πιθανώς απομονώθηκε για πρώτη φορά τον 13ο αιώνα από τον Αλβέρτο τον Μέγα, ο οποίος σημείωσε την εμφάνιση μιας ουσίας που μοιάζει με μέταλλο όταν το αρσενικό, μια άλλη ονομασία As2S3 , θερμάνθηκε με σαπούνι. Αλλά δεν υπάρχει βεβαιότητα ότι αυτός ο φυσικός επιστήμονας έλαβε καθαρό αρσενικό. Η πρώτη αυθεντική απόδειξη της απομόνωσης ενός καθαρού χημικού στοιχείουμε ημερομηνία 1649. Ο Γερμανός φαρμακοποιός Johann Schroeder παρασκεύασε αρσενικό θερμαίνοντας το οξείδιο του παρουσία άνθρακα. Αργότερα, ο Nicolas Lemery, Γάλλος γιατρός και χημικός, παρατήρησε τον σχηματισμό αυτού του χημικού στοιχείου θερμαίνοντας ένα μείγμα από το οξείδιο, το σαπούνι και την ποτάσα του. Στις αρχές του 18ου αιώνα, το αρσενικό ήταν ήδη γνωστό ως ένα μοναδικό ημιμέταλλο.
Επιπολασμός
Στον φλοιό της γης, η συγκέντρωση του αρσενικού είναι χαμηλή και ανέρχεται σε 1,5 ppm. Εμφανίζεται στο έδαφος και τα ορυκτά και μπορεί να απελευθερωθεί στον αέρα, το νερό και το έδαφος μέσω της διάβρωσης του ανέμου και του νερού. Επιπλέον, το στοιχείο εισέρχεται στην ατμόσφαιρα από άλλες πηγές. Ως αποτέλεσμα ηφαιστειακών εκρήξεων, περίπου 3 χιλιάδες τόνοι αρσενικού απελευθερώνονται στον αέρα ετησίως, οι μικροοργανισμοί σχηματίζουν 20 χιλιάδες τόνους πτητικής μεθυλαρσίνης ετησίως και ως αποτέλεσμα της καύσης ορυκτών καυσίμων, απελευθερώνονται 80 χιλιάδες τόνοι την ίδια περίοδο.
Παρά το γεγονός ότι ως θανατηφόρο δηλητήριο, αποτελεί σημαντικό μέρος της διατροφής ορισμένων ζώων και πιθανώς των ανθρώπων, αν και η απαιτούμενη δόση δεν υπερβαίνει τα 0,01 mg/ημέρα.
Το αρσενικό είναι εξαιρετικά δύσκολο να μετατραπεί σε υδατοδιαλυτή ή πτητική κατάσταση. Το γεγονός ότι είναι αρκετά κινητό σημαίνει ότι μεγάλες συγκεντρώσεις της ουσίας σε οποιοδήποτε μέρος δεν μπορούν να εμφανιστούν. Από τη μια, αυτό είναι καλό, αλλά από την άλλη, η ευκολία με την οποία εξαπλώνεται είναι ο λόγος που η ρύπανση από αρσενικό γίνεται ολοένα και μεγαλύτερο πρόβλημα. Λόγω των ανθρώπινων δραστηριοτήτων, κυρίως μέσω της εξόρυξης και της τήξης, ένα κανονικά ακίνητο χημικό στοιχείο μεταναστεύει και τώρα μπορεί να βρεθεί όχι μόνο σε μέρηη φυσική του συγκέντρωση.
Η ποσότητα αρσενικού στον φλοιό της γης είναι περίπου 5 g ανά τόνο. Στο διάστημα, η συγκέντρωσή του υπολογίζεται σε 4 άτομα ανά εκατομμύριο άτομα πυριτίου. Αυτό το στοιχείο είναι ευρέως διαδεδομένο. Μια μικρή ποσότητα υπάρχει στη φυσική κατάσταση. Κατά κανόνα, σχηματισμοί αρσενικού με καθαρότητα 90–98% βρίσκονται μαζί με μέταλλα όπως το αντιμόνιο και ο άργυρος. Το μεγαλύτερο μέρος του, ωστόσο, περιλαμβάνεται στη σύνθεση περισσότερων από 150 διαφορετικών ορυκτών - σουλφίδια, αρσενίδια, σουλφοαρσενίδια και αρσενίτες. Ο αρσενοπυρίτης FeAsS είναι ένα από τα πιο κοινά ορυκτά που φέρουν As. Άλλες κοινές ενώσεις αρσενικού είναι ορυκτά ρεάλγκαρ As4S4, orpiment As2S 3, λελλινγκίτης FeAs2 και εναργκίτης Cu3AsS4. Το οξείδιο του αρσενικού είναι επίσης κοινό. Το μεγαλύτερο μέρος αυτής της ουσίας είναι υποπροϊόν της τήξης μεταλλευμάτων χαλκού, μολύβδου, κοβαλτίου και χρυσού.
Στη φύση, υπάρχει μόνο ένα σταθερό ισότοπο αρσενικού - 75As. Ανάμεσα στα τεχνητά ραδιενεργά ισότοπα ξεχωρίζει το 76Όπως με χρόνο ημιζωής 26,4 ώρες. Το αρσενικό-72, -74 και -76 χρησιμοποιούνται στην ιατρική διαγνωστική.
Βιομηχανική παραγωγή και εφαρμογή
Το μεταλλικό αρσενικό λαμβάνεται με θέρμανση του αρσενοπυρίτη στους 650-700 °C χωρίς αέρα. Εάν ο αρσενοπυρίτης και άλλα μεταλλεύματα θερμαίνονται με οξυγόνο, τότε το As συνδυάζεται εύκολα με αυτό, σχηματίζοντας εύκολα εξαχνούμενο As4O6, επίσης γνωστό σαν «λευκόαρσενικό . Ο ατμός του οξειδίου συλλέγεται και συμπυκνώνεται και αργότερα καθαρίζεται με επανεξάχνωση. Το περισσότερο As παράγεται με αναγωγή άνθρακα από λευκό αρσενικό που λαμβάνεται με αυτόν τον τρόπο.
Η παγκόσμια κατανάλωση μεταλλικού αρσενικού είναι σχετικά μικρή - μόνο μερικές εκατοντάδες τόνοι ετησίως. Τα περισσότερα από αυτά που καταναλώνονται προέρχονται από τη Σουηδία. Χρησιμοποιείται στη μεταλλουργία λόγω των μεταλλοειδών ιδιοτήτων του. Περίπου 1% αρσενικό χρησιμοποιείται για την παραγωγή μολύβδου, καθώς βελτιώνει τη στρογγυλότητα της λιωμένης σταγόνας. Οι ιδιότητες των κραμάτων που περιέχουν μόλυβδο βελτιώνονται τόσο θερμικά όσο και μηχανικά όταν περιέχουν περίπου 3% αρσενικό. Η παρουσία μικρής ποσότητας αυτού του χημικού στοιχείου στα κράματα μολύβδου τα σκληραίνει για χρήση σε μπαταρίες και θωράκιση καλωδίων. Μικρές ακαθαρσίες αρσενικού αυξάνουν την αντοχή στη διάβρωση και τις θερμικές ιδιότητες του χαλκού και του ορείχαλκου. Στην καθαρή του μορφή, το χημικό στοιχειακό As χρησιμοποιείται για επιμετάλλωση μπρούτζου και σε πυροτεχνήματα. Το υψηλά καθαρισμένο αρσενικό βρίσκει χρήση στην τεχνολογία ημιαγωγών, όπου χρησιμοποιείται με πυρίτιο και γερμάνιο, και με τη μορφή αρσενιδίου του γαλλίου (GaAs) σε διόδους, λέιζερ και τρανζίστορ.
Συνδέσεις ως
Δεδομένου ότι το σθένος του αρσενικού είναι 3 και 5 και έχει έναν αριθμό καταστάσεων οξείδωσης από -3 έως +5, το στοιχείο μπορεί να σχηματίσει διάφορα είδη ενώσεων. Τα πιο σημαντικά εμπορικά είναι τα οξείδια του, οι κύριες μορφές των οποίων είναι As4O6 καιΩς2O5. Το οξείδιο του αρσενικού, κοινώς γνωστό ως λευκό αρσενικό, είναι ένα υποπροϊόν ψησίματος μεταλλευμάτων χαλκού, μολύβδου και ορισμένων άλλων μετάλλων, καθώς και μεταλλευμάτων αρσενοπυρίτη και σουλφιδίου. Είναι η πρώτη ύλη για τις περισσότερες άλλες ενώσεις. Επιπλέον, χρησιμοποιείται σε φυτοφάρμακα, ως λευκαντικό στην παραγωγή γυαλιού και ως συντηρητικό για τα δέρματα. Το πεντοξείδιο του αρσενικού σχηματίζεται από τη δράση ενός οξειδωτικού παράγοντα (π.χ. νιτρικού οξέος) στο λευκό αρσενικό. Είναι το κύριο συστατικό σε εντομοκτόνα, ζιζανιοκτόνα και συγκολλητικά μετάλλων.
Αρσίνη (AsH3), ένα άχρωμο δηλητηριώδες αέριο που αποτελείται από αρσενικό και υδρογόνο, είναι μια άλλη γνωστή ουσία. Η ουσία, που ονομάζεται επίσης αρσενικό υδρογόνο, λαμβάνεται με την υδρόλυση αρσενιδίων μετάλλων και την αναγωγή μετάλλων από ενώσεις αρσενικού σε όξινα διαλύματα. Έχει βρει χρήση ως προσμίκτη σε ημιαγωγούς και ως στρατιωτικό δηλητηριώδες αέριο. Στη γεωργία, αρσενικό οξύ (H3AsO4), αρσενικός μόλυβδος (PbHAsO44 4 ) και αρσενικό ασβέστιο [Ca3(AsO4)2
], τα οποία χρησιμοποιούνται για την αποστείρωση του εδάφους και τον έλεγχο παρασίτων.
Το αρσενικό είναι ένα χημικό στοιχείο που σχηματίζει πολλές οργανικές ενώσεις. HowOne (CH3)2As−As(CH3)2 Το , για παράδειγμα, χρησιμοποιείται στην παρασκευή ενός ευρέως χρησιμοποιούμενου ξηραντικού (αφυγραντικού) - του κακοδυλικού οξέος. Σύνθετες οργανικές ενώσεις του στοιχείου χρησιμοποιούνται στη θεραπεία ορισμένων ασθενειών, για παράδειγμα, αμοιβαδική δυσεντερία,προκαλείται από μικροοργανισμούς.
Φυσικές ιδιότητες
Τι είναι το αρσενικό ως προς τις φυσικές του ιδιότητες; Στην πιο σταθερή του κατάσταση, είναι ένα εύθραυστο, ατσαλένιο γκρι στερεό με χαμηλή θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα. Αν και ορισμένες μορφές του As είναι σαν μέταλλο, η ταξινόμηση του ως μη μέταλλο είναι ένας ακριβέστερος χαρακτηρισμός του αρσενικού. Υπάρχουν και άλλοι τύποι αρσενικού, αλλά δεν έχουν μελετηθεί καλά, ειδικά η κίτρινη μετασταθερή μορφή, που αποτελείται από μόρια As4, παρόμοια με τον λευκό φώσφορο P4. Το αρσενικό εξαχνώνεται στους 613 °C και υπάρχει ως ατμός ως 4 μόρια που δεν διασπώνται μέχρι τους 800 °C περίπου. Η πλήρης διάσταση σε μόρια As2 συμβαίνει στους 1700 °C.
Η δομή του ατόμου και η ικανότητα σχηματισμού δεσμών
Η ηλεκτρονική φόρμουλα του αρσενικού είναι 1s22s22p63s23p63η104s24p 3 - Το μοιάζει με άζωτο και φώσφορο καθώς έχει πέντε ηλεκτρόνια στο εξωτερικό περίβλημα, αλλά διαφέρει από αυτά επειδή έχει 18 ηλεκτρόνια στο προτελευταίο κέλυφος αντί για δύο ή οκτώ. Η προσθήκη 10 θετικών φορτίων στον πυρήνα ενώ γεμίζονται πέντε τρισδιάστατα τροχιακά συχνά προκαλεί συνολική μείωση του νέφους ηλεκτρονίων και αύξηση της ηλεκτραρνητικότητας των στοιχείων. Το αρσενικό στον περιοδικό πίνακα μπορεί να συγκριθεί με άλλες ομάδες που δείχνουν ξεκάθαρα αυτό το μοτίβο. Για παράδειγμα, είναι γενικά αποδεκτό ότι ο ψευδάργυρος είναιπιο ηλεκτραρνητικό από το μαγνήσιο και το γάλλιο από το αλουμίνιο. Ωστόσο, στις επόμενες ομάδες, αυτή η διαφορά μειώνεται και πολλοί διαφωνούν ότι το γερμάνιο είναι πιο ηλεκτραρνητικό από το πυρίτιο, παρά την πληθώρα των χημικών στοιχείων. Μια παρόμοια μετάβαση από το κέλυφος 8 σε 18 στοιχείων από το φώσφορο στο αρσενικό μπορεί να αυξήσει την ηλεκτραρνητικότητα, αλλά αυτό παραμένει αμφιλεγόμενο.
Η ομοιότητα του εξωτερικού κελύφους των As και P υποδηλώνει ότι μπορούν να σχηματίσουν 3 ομοιοπολικούς δεσμούς ανά άτομο παρουσία ενός επιπλέον μη δεσμευμένου ζεύγους ηλεκτρονίων. Η κατάσταση οξείδωσης πρέπει επομένως να είναι +3 ή -3, ανάλογα με τη σχετική αμοιβαία ηλεκτραρνητικότητα. Η δομή του αρσενικού μιλά επίσης για τη δυνατότητα χρήσης του εξωτερικού d-τροχιακού για την επέκταση της οκτάδας, η οποία επιτρέπει στο στοιχείο να σχηματίσει 5 δεσμούς. Πραγματοποιείται μόνο με αντίδραση με φθόριο. Η παρουσία ενός ζεύγους ελεύθερων ηλεκτρονίων για το σχηματισμό σύνθετων ενώσεων (μέσω δωρεάς ηλεκτρονίων) στο άτομο As είναι πολύ λιγότερο έντονη από ό,τι στο φώσφορο και το άζωτο.
Το αρσενικό είναι σταθερό στον ξηρό αέρα, αλλά στον υγρό αέρα καλύπτεται με μαύρο οξείδιο. Οι ατμοί του καίγονται εύκολα, σχηματίζοντας ως2O3. Τι είναι το ελεύθερο αρσενικό; Πρακτικά δεν επηρεάζεται από το νερό, τα αλκάλια και τα μη οξειδωτικά οξέα, αλλά οξειδώνεται από το νιτρικό οξύ σε κατάσταση +5. Τα αλογόνα, το θείο αντιδρούν με το αρσενικό και πολλά μέταλλα σχηματίζουν αρσενίδια.
Αναλυτική χημεία
Η ουσία αρσενικό μπορεί να ανιχνευθεί ποιοτικά ως κίτρινη ουσία που καθιζάνει υπό την επίδραση 25%διάλυμα υδροχλωρικού οξέος. Τα ίχνη του As προσδιορίζονται γενικά με τη μετατροπή του σε αρσίνη, η οποία μπορεί να ανιχνευθεί χρησιμοποιώντας τη δοκιμή Marsh. Η αρσίνη αποσυντίθεται θερμικά, σχηματίζοντας έναν μαύρο καθρέφτη αρσενικού μέσα σε ένα στενό σωλήνα. Σύμφωνα με τη μέθοδο Gutzeit, ένας ανιχνευτής εμποτισμένος με χλωριούχο υδράργυρο, υπό την επίδραση της αρσίνης, σκουραίνει λόγω της απελευθέρωσης υδραργύρου.
Τοξικολογικά χαρακτηριστικά του αρσενικού
Η τοξικότητα του στοιχείου και των παραγώγων του ποικίλλει ευρέως σε ένα ευρύ φάσμα, από την εξαιρετικά δηλητηριώδη αρσίνη και τα οργανικά της παράγωγα έως απλά As, που είναι σχετικά αδρανές. Η χρήση των οργανικών του ενώσεων ως παράγοντες χημικού πολέμου (λεβιζίτης), εκλυτικά και αποφυλλωτικά (το Agent Blue βασίζεται σε ένα υδατικό μείγμα 5% κακοδυλικού οξέος και 26% του άλατος του νατρίου) μας λέει τι είναι το αρσενικό.
Γενικά, τα παράγωγα αυτού του χημικού στοιχείου ερεθίζουν το δέρμα και προκαλούν δερματίτιδα. Συνιστάται επίσης προστασία κατά της εισπνοής από τη σκόνη που περιέχει αρσενικό, αλλά οι περισσότερες δηλητηριάσεις συμβαίνουν όταν καταποθεί. Η μέγιστη επιτρεπόμενη συγκέντρωση του As στη σκόνη για μια οκτάωρη εργάσιμη ημέρα είναι 0,5 mg/m3. Για την αρσίνη, η δόση μειώνεται στα 0,05 ppm. Εκτός από τη χρήση των ενώσεων αυτού του χημικού στοιχείου ως ζιζανιοκτόνα και φυτοφάρμακα, η χρήση του αρσενικού στη φαρμακολογία κατέστησε δυνατή την απόκτηση του salvarsan, του πρώτου επιτυχημένου φαρμάκου κατά της σύφιλης.
Επιπτώσεις στην υγεία
Το αρσενικό είναι ένα από τα πιο τοξικά στοιχεία. Ανόργανες ενώσεις μιας δεδομένης χημικής ουσίαςΟι ουσίες εμφανίζονται φυσικά σε μικρές ποσότητες. Οι άνθρωποι μπορούν να εκτεθούν στο αρσενικό μέσω της τροφής, του νερού και του αέρα. Η έκθεση μπορεί επίσης να συμβεί μέσω επαφής με το δέρμα με μολυσμένο έδαφος ή νερό.
Η περιεκτικότητα σε αρσενικό στα τρόφιμα είναι αρκετά χαμηλή. Ωστόσο, τα επίπεδα στα ψάρια και τα θαλασσινά μπορεί να είναι πολύ υψηλά καθώς απορροφούν τη χημική ουσία από το νερό στο οποίο ζουν. Σημαντικές ποσότητες ανόργανου αρσενικού στα ψάρια μπορεί να θέτουν σε κίνδυνο την ανθρώπινη υγεία.
Άτομα που εργάζονται με την ουσία, ζουν σε σπίτια κατασκευασμένα από ξύλο επεξεργασμένο με αυτό και σε γεωργική γη όπου έχουν χρησιμοποιηθεί φυτοφάρμακα στο παρελθόν εκτίθενται επίσης στην ουσία.
Το ανόργανο αρσενικό μπορεί να προκαλέσει διάφορες επιπτώσεις στην υγεία του ανθρώπου, όπως ερεθισμό του στομάχου και του εντέρου, μειωμένη παραγωγή ερυθρών και λευκών αιμοσφαιρίων, δερματικές αλλαγές και ερεθισμό των πνευμόνων. Πιστεύεται ότι η κατάποση σημαντικών ποσοτήτων αυτής της ουσίας μπορεί να αυξήσει τις πιθανότητες εμφάνισης καρκίνου, ιδιαίτερα καρκίνου του δέρματος, του πνεύμονα, του ήπατος και του λεμφικού συστήματος.
Πολύ υψηλές συγκεντρώσεις ανόργανου αρσενικού προκαλούν στειρότητα και αποβολές στις γυναίκες, δερματίτιδα, μειωμένη αντοχή στις λοιμώξεις, καρδιακά προβλήματα και εγκεφαλική βλάβη. Επιπλέον, αυτό το χημικό στοιχείο μπορεί να βλάψει το DNA.
Η θανατηφόρα δόση λευκού αρσενικού είναι 100 mg.
Οι οργανικές ενώσεις του στοιχείου δεν προκαλούν καρκίνο ή βλάβη στον γενετικό κώδικα, αλλά οι υψηλές δόσεις μπορούνπροκαλούν βλάβη στην ανθρώπινη υγεία, όπως πρόκληση νευρικών διαταραχών ή κοιλιακό άλγος.
Ιδιότητες ως
Οι κύριες χημικές και φυσικές ιδιότητες του αρσενικού είναι οι εξής:
- Ατομικός αριθμός - 33.
- Το ατομικό βάρος είναι 74,9216.
- Το σημείο τήξης του γκρίζου καλουπιού είναι 814 °C σε πίεση 36 ατμοσφαιρών.
- Πυκνότητα γκρι 5,73 g/cm3 στους 14°C.
- Πυκνότητα κίτρινης μούχλας 2,03 g/cm3 στους 18°C.
- Η ηλεκτρονική φόρμουλα του αρσενικού είναι 1s22s22p63s23p63η104s24p 3 .
- Καταστάσεις οξείδωσης – -3, +3, +5.
- Το σθένος αρσενικού είναι 3, 5.
