Arsenik är ett kemiskt element i kvävegruppen (grupp 15 i det periodiska systemet). Detta är en spröd substans (α-arsenik) grå med en metallisk glans med ett romboedriskt kristallgitter. Vid upphettning till 600°C sublimeras As. När ångan kyls uppträder en ny modifiering - gul arsenik. Över 270°C förvandlas alla As-former till svart arsenik.
Upptäcktshistorik
Arsenik var känt långt innan det erkändes som ett kemiskt grundämne. På IV-talet. före Kristus e. Aristoteles nämnde ett ämne som heter sandarak, som nu tros vara realgar, eller arseniksulfid. Och på 1:a århundradet e. Kr. e. författarna Plinius den äldre och Pedanius Dioscorides beskrev orpiment - färgämnet As2S3. På XI-talet. n. e. tre varianter av "arsenik" urskiljdes: vit (As4O6), gul (As2 S 3) och röd (As4S4). Själva grundämnet isolerades förmodligen först på 1200-talet av Albert den Store, som noterade utseendet av en metallliknande substans när arsenikum, ett annat namn As2S3 , värmdes med tvål. Men det finns ingen säkerhet att denne naturvetare fick ren arsenik. Det första autentiska beviset på isoleringen av ett rent kemiskt elementdaterad 1649. Den tyske apotekaren Johann Schroeder beredde arsenik genom att värma dess oxid i närvaro av kol. Senare observerade Nicolas Lemery, en fransk läkare och kemist, bildandet av detta kemiska element genom att värma upp en blandning av dess oxid, tvål och kaliumklorid. I början av 1700-talet var arsenik redan känt som en unik halvmetall.
Prevalence
I jordskorpan är koncentrationen av arsenik låg och uppgår till 1,5 ppm. Den förekommer i jord och mineraler och kan släppas ut i luft, vatten och mark genom vind- och vattenerosion. Dessutom kommer elementet in i atmosfären från andra källor. Som ett resultat av vulkanutbrott släpps cirka 3 tusen ton arsenik ut i luften per år, mikroorganismer bildar 20 tusen ton flyktigt metylarsin per år, och som ett resultat av förbränning av fossila bränslen släpps 80 tusen ton ut under samma period.
Trots det faktum att As är ett dödligt gift, är det en viktig del av kosten för vissa djur och möjligen människor, även om den nödvändiga dosen inte överstiger 0,01 mg/dag.
Arsenik är extremt svårt att omvandla till ett vattenlösligt eller flyktigt tillstånd. Det faktum att det är ganska rörligt gör att stora koncentrationer av ämnet på någon plats inte kan uppträda. Å ena sidan är det bra, men å andra sidan är det lättheten att sprida sig som orsaken till att arsenikföroreningar blir ett allt större problem. På grund av mänskliga aktiviteter, främst genom gruvdrift och smältning, migrerar ett norm alt orörligt kemiskt element, och nu kan det hittas inte bara på platserdess naturliga koncentration.
Mängden arsenik i jordskorpan är cirka 5 g per ton. I rymden uppskattas dess koncentration till 4 atomer per miljon kiselatomer. Detta element är utbrett. En liten mängd finns i det ursprungliga tillståndet. Som regel finns formationer av arsenik med en renhet på 90–98 % tillsammans med metaller som antimon och silver. Det mesta av det ingår dock i sammansättningen av mer än 150 olika mineraler - sulfider, arsenider, sulfoarsenider och arseniter. Arsenopyrit FeAsS är ett av de vanligaste As-bärande mineralerna. Andra vanliga arsenikföreningar är realgarmineraler As4S4, orpiment As2S 3, lellingite FeAs2 och enargite Cu3AsS4. Arsenikoxid är också vanligt. Det mesta av detta ämne är en biprodukt från smältning av koppar, bly, kobolt och guldmalmer.
I naturen finns det bara en stabil isotop av arsenik - 75As. Bland artificiella radioaktiva isotoper sticker 76Som med en halveringstid på 26,4 timmar ut. Arsenik-72, -74 och -76 används i medicinsk diagnostik.
Industriell produktion och tillämpning
Metalarsenik erhålls genom att värma arsenopyrit till 650-700 °C utan luft. Om arsenopyrit och andra metalliska malmer upphettas med syre, kommer As lätt i kombination med det och bildar lätt sublimerad As4O6, även känd. som "vitarsenik". Oxidångan samlas upp och kondenseras och renas senare genom återsublimering. Most As produceras genom kolreduktion från vit arsenik som sålunda erhålls.
Världsförbrukningen av metallisk arsenik är relativt liten - bara några hundra ton per år. Det mesta som konsumeras kommer från Sverige. Det används inom metallurgi på grund av dess metalloidegenskaper. Cirka 1 % arsenik används vid tillverkning av blyhagel, eftersom det förbättrar den smälta droppens rundhet. Egenskaperna hos blybaserade lagerlegeringar förbättras både termiskt och mekaniskt när de innehåller cirka 3 % arsenik. Närvaron av en liten mängd av detta kemiska element i blylegeringar härdar dem för användning i batterier och kabelskydd. Små föroreningar av arsenik ökar korrosionsbeständigheten och de termiska egenskaperna hos koppar och mässing. I sin rena form används kemisk elementär As för bronsplätering och inom pyroteknik. Högrenad arsenik finner användning i halvledarteknik, där den används med kisel och germanium, och i form av galliumarsenid (GaAs) i dioder, lasrar och transistorer.
Connections As
Eftersom valensen för arsenik är 3 och 5, och den har ett antal oxidationstillstånd från -3 till +5, kan grundämnet bilda olika typer av föreningar. De viktigaste kommersiellt är dess oxider, vars huvudformer är As4O6 ochSom2O5. Arsenikoxid, allmänt känd som vit arsenik, är en biprodukt från rostning av malmer av koppar, bly och vissa andra metaller, såväl som arsenopyrit och sulfidmalmer. Det är utgångsmaterialet för de flesta andra föreningar. Dessutom används det i bekämpningsmedel, som blekmedel vid glastillverkning och som konserveringsmedel för läder. Arsenikpentoxid bildas genom inverkan av ett oxidationsmedel (t.ex. salpetersyra) på vit arsenik. Det är huvudingrediensen i insekticider, herbicider och metalllim.
Arsin (AsH3), en färglös giftig gas som består av arsenik och väte, är ett annat känt ämne. Ämnet, även kallat arsenikväte, erhålls genom hydrolys av metallarsenider och reduktion av metaller från arsenikföreningar i sura lösningar. Den har funnit användning som dopningsmedel i halvledare och som militär giftgas. I jordbruket, arseniksyra (H3AsO4), blyarsenat (PbHAsO44 4 ) och kalciumarsenat [Ca3(AsO4)2
], som används för att sterilisera jord och skadedjursbekämpning.
Arsenik är ett kemiskt grundämne som bildar många organiska föreningar. HowOne (CH3)2As−As(CH3)2 , till exempel, används vid framställning av ett allmänt använt torkmedel (torkmedel) - kakodylsyra. Komplexa organiska föreningar av elementet används vid behandling av vissa sjukdomar, till exempel amöbisk dysenteri,orsakas av mikroorganismer.
Fysiska egenskaper
Vad är arsenik när det gäller dess fysiska egenskaper? I sitt mest stabila tillstånd är det en spröd, stålgrå fast substans med låg termisk och elektrisk ledningsförmåga. Även om vissa former av As är metallliknande, är klassificeringen av den som en icke-metall en mer exakt karakterisering av arsenik. Det finns andra typer av arsenik, men de är inte väl studerade, särskilt den gula metastabila formen, som består av As4 molekyler, liknande vit fosfor P4. Arsenik sublimeras vid 613 °C och existerar som en ånga som As4 molekyler som inte dissocierar upp till cirka 800 °C. Fullständig dissociation till As2-molekyler sker vid 1700 °C.
Atomens struktur och förmågan att bilda bindningar
Den elektroniska formeln för arsenik är 1s22s22p63s23p63d104s24p 3 - liknar kväve och fosfor genom att det har fem elektroner i det yttre skalet, men det skiljer sig från dem genom att ha 18 elektroner i det näst sista skalet istället för två eller åtta. Tillägget av 10 positiva laddningar i kärnan samtidigt som fem 3d-orbitaler fylls orsakar ofta en total minskning av elektronmolnet och en ökning av elementens elektronegativitet. Arsenik i det periodiska systemet kan jämföras med andra grupper som tydligt visar detta mönster. Till exempel är det allmänt accepterat att zink ärmer elektronegativ än magnesium och gallium än aluminium. Men i efterföljande grupper minskar denna skillnad, och många håller inte med om att germanium är mer elektronegativt än kisel, trots överflöd av kemiska bevis. En liknande övergång från 8- till 18-elementskal från fosfor till arsenik kan öka elektronegativiteten, men detta är fortfarande kontroversiellt.
Likheten mellan det yttre skalet av As och P antyder att de kan bilda 3 kovalenta bindningar per atom i närvaro av ytterligare ett obundet elektronpar. Oxidationstillståndet måste därför vara +3 eller -3, beroende på den relativa ömsesidiga elektronegativiteten. Strukturen av arsenik talar också om möjligheten att använda den yttre d-orbitalen för att expandera oktetten, vilket gör att elementet kan bilda 5 bindningar. Det realiseras endast genom reaktion med fluor. Närvaron av ett fritt elektronpar för bildning av komplexa föreningar (genom elektrondonation) i As-atomen är mycket mindre uttalad än i fosfor och kväve.
Arsenik är stabil i torr luft, men i våt luft blir den täckt av svart oxid. Dess ånga brinner lätt och bildar As2O3. Vad är fri arsenik? Det är praktiskt taget opåverkat av vatten, alkalier och icke-oxiderande syror, men oxideras av salpetersyra till ett tillstånd av +5. Halogener, svavel reagerar med arsenik, och många metaller bildar arsenider.
Analytisk kemi
Ämnet arsenik kan kvalitativt detekteras som ett gult orpiment som faller ut under påverkan av 25 %s altsyralösning. Spår av As bestäms i allmänhet genom att konvertera det till arsin, vilket kan detekteras med Marsh-testet. Arsin sönderdelas termiskt och bildar en svart arsenikspegel inuti ett sm alt rör. Enligt Gutzeit-metoden mörknar en sond impregnerad med kvicksilverklorid, under påverkan av arsin, på grund av att kvicksilver frigörs.
Toxikologiska egenskaper hos arsenik
Toxiciteten hos grundämnet och dess derivat varierar stort över ett brett intervall, från det extremt giftiga arsinet och dess organiska derivat till helt enkelt As, som är relativt inert. Användningen av dess organiska föreningar som kemiska stridsmedel (lewisit), vesikant och avlövande medel (Agent Blue baserat på en vattenh altig blandning av 5 % kakodylsyra och 26 % av dess natriums alt) berättar vad arsenik är.
I allmänhet irriterar derivat av detta kemiska element huden och orsakar dermatit. Inandningsskydd mot arsenikh altigt damm rekommenderas också, men de flesta förgiftningar sker när det intas. Den högsta tillåtna koncentrationen av As i damm för en åtta timmar lång arbetsdag är 0,5 mg/m3. För arsin reduceras dosen till 0,05 ppm. Förutom användningen av föreningar av detta kemiska element som herbicider och bekämpningsmedel, gjorde användningen av arsenik i farmakologi det möjligt att erhålla salvarsan, det första framgångsrika läkemedlet mot syfilis.
Hälsoeffekter
Arsenik är ett av de giftigaste elementen. Oorganiska föreningar av en given kemikalieÄmnen förekommer naturligt i små mängder. Människor kan utsättas för arsenik genom mat, vatten och luft. Exponering kan också ske genom hudkontakt med förorenad jord eller vatten.
Innehållet av arsenik i mat är ganska lågt. Däremot kan h alterna i fisk och skaldjur vara mycket höga eftersom de absorberar kemikalien från vattnet de lever i. Betydande mängder oorganisk arsenik i fisk kan utgöra en risk för människors hälsa.
Personer som arbetar med ämnet, bor i hus byggda av trä som behandlats med det, och på jordbruksmark där bekämpningsmedel har använts tidigare utsätts också för ämnet.
Oorganisk arsenik kan orsaka olika hälsoeffekter hos människor, såsom irritation i magen och tarmen, minskad produktion av röda och vita blodkroppar, hudförändringar och lungirritation. Man tror att intag av betydande mängder av detta ämne kan öka risken för att utveckla cancer, särskilt cancer i hud, lungor, lever och lymfsystemet.
Mycket höga koncentrationer av oorganisk arsenik orsakar infertilitet och missfall hos kvinnor, dermatit, minskad motståndskraft mot infektioner, hjärtproblem och hjärnskador. Dessutom kan detta kemiska element skada DNA.
Den dödliga dosen av vit arsenik är 100 mg.
Organiska föreningar av grundämnet orsakar inte cancer eller skador på den genetiska koden, men höga doser kanorsaka skada på människors hälsa, som att orsaka nervösa störningar eller buksmärtor.
Properties As
Arseniks huvudsakliga kemiska och fysikaliska egenskaper är följande:
- Atomnummer - 33.
- Atomvikt är 74,9216.
- Smältpunkten för den grå formen är 814 °C vid ett tryck på 36 atmosfärer.
- Grå densitet 5,73 g/cm3 vid 14°C.
- Gul mögeldensitet 2,03 g/cm3 vid 18°C.
- Den elektroniska formeln för arsenik är 1s22s22p63s23p63d104s24p 3 .
- Oxidationstillstånd – -3, +3, +5.
- Arsenikvalensen är 3, 5.
