Što je arsen? Definicija, formula, svojstva. Arsen: povijest otkrića elementa Arsen kemija

Sadržaj članka

ARSEN– kemijski element V skupine periodnog sustava, pripada obitelji dušika. Relativna atomska masa 74,9216. U prirodi je arsen predstavljen samo jednim stabilnim nuklidom 75 As. Također je umjetno dobiveno više od deset njegovih radioaktivnih izotopa s vremenom poluraspada od nekoliko minuta do nekoliko mjeseci. Tipična oksidacijska stanja u spojevima su –3, +3, +5. Ime arsena na ruskom jeziku povezano je s korištenjem njegovih spojeva za istrebljenje miševa i štakora; Latinsko ime Arsenicum dolazi od grčke riječi "arsen" - jak, snažan.

Povijesni podaci.

Arsen pripada pet "alkemijskih" elemenata otkrivenih u srednjem vijeku (iznenađujuće, četiri od njih - As, Sb, Bi i P - nalaze se u istoj skupini periodnog sustava - peti). U isto vrijeme, spojevi arsena poznati su od davnina; koristili su se za proizvodnju boja i lijekova. Posebno je zanimljiva uporaba arsena u metalurgiji.

Prije nekoliko tisuća godina kameno doba zamijenjena broncom. Bronca je legura bakra i kositra. Povjesničari vjeruju da je prva bronca izlivena u dolini Tigris-Eufrat, negdje između 30. i 25. stoljeća. PRIJE KRISTA. U nekim krajevima topljena je bronca posebno vrijednih svojstava - bolje se lijevala i lakše kovala. Kako su otkrili moderni znanstvenici, to je bila legura bakra koja je sadržavala od 1 do 7% arsena i ne više od 3% kositra. Vjerojatno je isprva, tijekom taljenja, bogata bakrena ruda malahit bila pomiješana s produktima trošenja nekih također zelenih sulfidnih bakreno-arsenskih minerala. Nakon što su cijenili izvanredna svojstva legure, drevni su majstori tada posebno tražili minerale arsena. Za pretragu smo koristili svojstvo takvih minerala da zagrijavanjem odaju specifičan miris češnjaka. Međutim, s vremenom je prestalo taljenje arsenske bronce. Najvjerojatnije se to dogodilo zbog čestih trovanja tijekom pečenja minerala koji sadrže arsen.

Naravno, arsen je u dalekoj prošlosti bio poznat samo u obliku svojih minerala. Tako je u staroj Kini kruti mineral realgar (sulfid sastava As 4 S 4, realgar na arapskom znači “rudnička prašina”) korišten za klesanje kamena, ali kada se zagrijavao ili izlagao svjetlu on se “pokvario”, jer je pretvorio u As 2 S 3. U 4.st PRIJE KRISTA. Aristotel je ovaj mineral opisao pod imenom "sandarac". U 1.st OGLAS Rimski pisac i znanstvenik Plinije Stariji, te rimski liječnik i botaničar Dioskorid opisali su mineral orpiment (arsen sulfid As 2 S 3). Prevedeno s latinskog, naziv minerala znači "zlatna boja": koristio se kao žuta boja. U 11.st alkemičari su razlikovali tri "varijante" arsena: takozvani bijeli arsen (As 2 O 3 oksid), žuti arsen (As 2 S 3 sulfid) i crveni arsen (As 4 S 4 sulfid). Bijeli arsen dobiven je sublimacijom nečistoća arsena tijekom prženja bakrenih ruda koje sadrže ovaj element. Kondenzirajući se iz plinovite faze, arsenov oksid se taložio u obliku bijele prevlake. Bijeli arsen se od davnina koristi za uništavanje štetočina, kao i...

U 13.st Albert von Bolstedt (Albert Veliki) dobio je tvar sličnu metalu zagrijavanjem žutog arsena sa sapunom; Ovo je možda bio prvi primjer arsena u obliku jednostavne tvari dobivene umjetno. Ali ova supstanca je narušila mističnu "vezu" sedam poznatih metala sa sedam planeta; Vjerojatno je to razlog zašto su alkemičari arsen smatrali "bastardnim metalom". Istodobno su otkrili njegovo svojstvo da bakru daje bijelu boju, što je dalo povoda da ga nazovu "venusnim (tj. bakrenim) sredstvom za izbjeljivanje".

Arsen je jasno identificiran kao zasebna tvar sredinom 17. stoljeća, kada ga je njemački ljekarnik Johann Schroeder dobio u relativno čistom obliku redukcijom oksida drveni ugljen. Kasnije je francuski kemičar i liječnik Nicolas Lemery dobio arsen zagrijavanjem mješavine njegovog oksida sa sapunom i potašom. U 18. stoljeću arsen je već bio poznat kao neobičan "polumetal". Godine 1775. švedski kemičar K. V. Scheele dobio je arsensku kiselinu i plinoviti arsenski vodik, a 1789. godine A. L. Lavoisier je konačno priznao arsen kao samostalan kemijski element. U 19. stoljeću otkriveni su organski spojevi koji sadrže arsen.

Arsen u prirodi.

U zemljinoj kori ima malo arsena - oko 5·10 -4% (to jest, 5 g po toni), približno isto kao i germanij, kositar, molibden, volfram ili brom. Arsen se često nalazi u mineralima zajedno sa željezom, bakrom, kobaltom i niklom.

Sastav minerala formiranih arsenom (a poznato ih je oko 200) odražava "polumetalna" svojstva ovog elementa, koji može biti u pozitivnom i negativnom oksidacijskom stanju i kombinirati se s mnogim elementima; u prvom slučaju arsen može igrati ulogu metala (na primjer, u sulfidima), u drugom - nemetala (na primjer, u arsenidima). Složeni sastav niza minerala arsena odražava njegovu sposobnost, s jedne strane, da djelomično zamijeni kristalna rešetka atomi sumpora i antimona (ionski radijusi S–2, Sb–3 i As–3 su bliski i iznose 0,182, 0,208 odnosno 0,191 nm), a s druge strane atomi metala. U prvom slučaju, atomi arsena imaju prilično negativno oksidacijsko stanje, u drugom - pozitivno.

Elektronegativnost arsena (2,0) je mala, ali veća od one antimona (1,9) i većine metala, stoga je oksidacijsko stanje –3 uočeno za arsen samo u metalnim arsenidima, kao iu stibarsen SbAs i srastanja ovog minerala s čisti kristali antimona ili arsena (mineral alemontit). Mnogi spojevi arsena s metalima, sudeći po njihovom sastavu, prije su intermetalni spojevi nego arsenidi; neki od njih imaju promjenjiv sadržaj arsena. Arsenidi mogu istovremeno sadržavati nekoliko metala, čiji se atomi, na bliskim radijusima iona, međusobno zamjenjuju u kristalnoj rešetki u proizvoljnim omjerima; u takvim slučajevima, u formuli minerala, simboli elemenata navedeni su odvojeni zarezima. Svi arsenidi imaju metalni sjaj; oni su neprozirni, teški minerali i njihova je tvrdoća niska.

Primjeri prirodnih arsenida (poznato ih je oko 25) su minerali löllingite FeAs 2 (analog pirita FeS 2), skutterudit CoAs 2–3 i nikl skutterudit NiAs 2–3, nikal (crveni nikl pirit) NiAs, rammelsbergit ( bijeli nikl pirit) NiAs 2 , saflorit (speys kobalt) CoAs 2 i klinosaflorit (Co,Fe,Ni)As 2, langisit (Co,Ni)As, sperilit PtAs 2, maučerit Ni 11 As 8, oregonit Ni 2 FeAs 2, algodonit Cu 6 As. Zbog njihove velike gustoće (više od 7 g/cm3), geolozi mnoge od njih svrstavaju u “super-teške” minerale.

Najčešći mineral arsena je arsenopirit (FeAsS se može smatrati proizvodom zamjene sumpora u FeS 2 piritu atomima arsena (obični pirit također uvijek sadrži malo arsena). Takvi spojevi nazivaju se sulfosoli. Slično, minerali kobaltin (sjaj kobalta) CoAsS, glaukodot (Co,Fe)AsS, gersdorfit (sjaj nikla) ​​NiAsS, enargit i luzonit istog sastava, ali različite strukture Cu 3 AsS 4, proustit Ag 3 AsS 3 - važan srebrna ruda, koja se ponekad naziva "rubinsko srebro" zbog svoje jarko crvene boje, u kojoj se često nalazi gornje slojeve srebrne žile gdje su pronađeni veličanstveni veliki kristali ovog minerala. Sulfosoli također mogu sadržavati plemenite metale platinske skupine; To su minerali osarsit (Os,Ru)AsS, ruarsit RuAsS, irarsit (Ir,Ru,Rh,Pt)AsS, platarsit (Pt,Rh,Ru)AsS, hollingworthite (Rd,Pt,Pd)AsS. Ponekad ulogu atoma sumpora u takvim dvostrukim arsenidima igraju atomi antimona, na primjer, u seinajokitu (Fe,Ni)(Sb,As) 2, arsenopaladinitu Pd 8 (As,Sb) 3, polibazitu arsena (Ag,Cu) 16 (Ar,Sb) 2 S 11.

Zanimljiva je struktura minerala u kojoj je arsen prisutan istovremeno sa sumporom, ali igra više ulogu metala, grupirajući se zajedno s drugim metalima. To su minerali arsenosulfanit Cu 3 (As,V)S 4, arsenogaučekornit Ni 9 BiAsS 8, freibergit (Ag,Cu,Fe) 12 (Sb,As) 4 S 13, tenantit (Cu,Fe) 12 As 4 S 13 , argentotenantit (Ag,Cu) 10 (Zn,Fe) 2 (As,Sb) 4 S 13, goldfildit Cu 12 (Te,Sb,As) 4 S 13, girodit (Cu,Zn,Ag) 12 (As,Sb ) 4 (Se,S) 13 . Možete zamisliti kakvu složenu strukturu ima kristalna rešetka svih ovih minerala.

Arsen ima jasno pozitivno oksidacijsko stanje u prirodnim sulfidima - žuti orpiment As 2 S 3 , narančasto-žuti dimorfit As 4 S 3 , narančasto-crveni realgar As 4 S 4 , karmin-crveni getčelit AsSbS 3 , kao i u bezbojnom oksidu As 2 O 3, koji se javlja kao minerali arsenolit i klaudetit s različitim kristalnim strukturama (nastaju kao rezultat trošenja drugih minerala arsena). Ti se minerali obično nalaze u obliku malih inkluzija. Ali 30-ih godina 20.st. U južnom dijelu Verkhoyansk lanca pronađeni su ogromni kristali orpimenta veličine do 60 cm i težine do 30 kg.

U prirodnim solima arsenske kiseline H 3 AsO 4 - arsenati (poznato ih je oko 90), oksidacijsko stanje arsena je +5; primjeri uključuju svijetlo ružičasti eritrin (boja kobalta) Co 3 (AsO 4) 2 8H 2 O, zeleni annabergit Ni 3 (AsO 4) 2 8H 2 O, skorodit Fe III AsO 4 2H 2 O i simplesite Fe II 3 (AsO 4) 2 8H 2 O, smeđe-crveni gasparit (Ce,La,Nd)ArO 4, bezbojni goernezit Mg 3 (AsO 4) 2 8H 2 O, rooseveltit BiAsO 4 i ketigit Zn 3 (AsO 4) 2 8H 2 O, također isto toliko bazičnih soli, na primjer, olivenit Cu 2 AsO 4 (OH), arsenobismit Bi 2 (AsO 4) (OH) 3. Ali prirodni arseniti - derivati ​​arsenske kiseline H 3 AsO 3 - vrlo su rijetki.

U središnjoj Švedskoj nalaze se poznati kamenolomi željeza i mangana Langbanov, u kojima je pronađeno i opisano više od 50 uzoraka arsenatnih minerala. Neke od njih nema nigdje drugdje. Nekada su nastali kao rezultat reakcije arsenske kiseline H 3 AsO 4 s pirokroitom Mn(OH) 2 na ne baš visokim temperaturama. Tipično, arsenati su proizvodi oksidacije sulfidnih ruda. Oni, u pravilu, nemaju industrijsku upotrebu, ali neki od njih su vrlo lijepi i krase mineraloške zbirke.

U imenima brojnih minerala arsena mogu se pronaći imena mjesta (Lölling u Austriji, Freiberg u Saskoj, Seinäjoki u Finskoj, Skutterud u Norveškoj, Allemon u Francuskoj, kanadski rudnik Langis i rudnik Getchell u Nevadi, Oregon u SAD-u itd. .), imena geologa, kemičara, političari i tako dalje. (njemački kemičar Karl Rammelsberg, münchenski trgovac mineralima William Maucher, vlasnik rudnika Johann von Gersdorff, francuski kemičar F. Claudet, engleski kemičar John Proust i Smithson Tennant, kanadski kemičar F. L. Sperry, američki predsjednik Roosevelt i dr.), imena biljaka (tako , ime minerala saflorita dolazi od šafrana), početna slova imena elemenata - arsen, osmij, rutenij, iridij, paladij, platina, grčki korijeni ("erythros" - crveno, "enargon" - vidljivo, “ lithos” - kamen) itd. i tako dalje.

Zanimljivo staro ime za mineral nikal (NiAs) je kupfernickel. Srednjovjekovni njemački rudari nazivali su Nikel zlim planinskim duhom, a "kupfernickel" (Kupfernickel, od njemačkog Kupfer - bakar) - "prokleti bakar", "lažni bakar". Bakrenocrveni kristali ove rude izgledali su vrlo poput bakrene rude; Koristio se u izradi stakla za bojenje stakla u zeleno. Ali nitko nije uspio iz njega dobiti bakar. Ovu je rudaču proučavao švedski mineralog Axel Kronstedt 1751. godine i iz nje izolirao novi metal nazvavši ga nikal.

Budući da je arsen kemijski prilično inertan, nalazi se i u prirodnom stanju – u obliku sraslih iglica ili kockica. Takav arsen obično sadrži od 2 do 16% nečistoća - najčešće su to Sb, Bi, Ag, Fe, Ni, Co. Lako se melje u prah. U Rusiji su geolozi pronašli izvorni arsen u Transbaikaliji, u Amurskoj oblasti, a ima ga i u drugim zemljama.

Arsen je jedinstven po tome što ga ima posvuda - u mineralima, stijenama, tlu, vodi, biljkama i životinjama, i nije uzalud nazvan "svudaprisutan". Distribucija arsena u različitim regijama Globus uvelike je određen u procesima nastanka litosfere hlapljivošću njezinih spojeva pri visokim temperaturama, kao i procesima sorpcije i desorpcije u tlu i sedimentnim stijenama. Arsen lako migrira, što je olakšano prilično visokom topljivošću nekih njegovih spojeva u vodi. U vlažnim podnebljima arsen se ispire iz tla i odnosi podzemne vode, a zatim - rijeke. Prosječni sadržaj arsena u rijekama je 3 µg/l, u površinske vode– oko 10 µg/l, u morskoj i oceanskoj vodi – samo oko 1 µg/l. To se objašnjava relativno brzim taloženjem njegovih spojeva iz vode s akumulacijom u pridnenim sedimentima, na primjer, u feromanganskim čvorovima.

U tlu je sadržaj arsena obično od 0,1 do 40 mg/kg. Ali u područjima gdje se nalaze rude arsena, kao iu vulkanskim područjima, tlo može sadržavati puno arsena - do 8 g/kg, kao u nekim područjima Švicarske i Novog Zelanda. Na takvim mjestima vegetacija odumire, a životinje obolijevaju. To je tipično za stepe i pustinje, gdje se arsen ne ispire iz tla. Glinene stijene također su obogaćene u odnosu na prosječni sadržaj – sadrže četiri puta više arsena od prosjeka. Kod nas je najveća dopuštena koncentracija arsena u tlu 2 mg/kg.

Arsen se može iznijeti iz tla ne samo vodom, već i vjetrom. Ali da bi to učinio, prvo se mora pretvoriti u hlapljive organoarsenove spojeve. Ova se transformacija događa kao rezultat takozvane biometilacije - adicije metilne skupine za stvaranje C–As veze; ovaj enzimski proces (dobro je poznat po spojevima žive) odvija se uz sudjelovanje koenzima metilkobalamina, metiliranog derivata vitamina B 12 (koji se također nalazi u ljudskom tijelu). Biometilacija arsena događa se iu slatkoj i u morskoj vodi i dovodi do stvaranja arsena organski spojevi– metilarsonska kiselina CH 3 AsO(OH) 2, dimetilarsinska (dimetilarsenska ili kakodilna) kiselina (CH 3) 2 As(O)OH, trimetilarsin (CH 3) 3 As i njegov oksid (CH 3) 3 As = O, koji također nalazi u prirodi. Korištenjem 14 C-obilježenog metilkobalamina i 74 As-obilježenog natrijevog hidroarsenata Na 2 HAsO 4 pokazano je da jedan od sojeva metanobakterija reducira i metilira ovu sol u hlapljivi dimetilarsin. Kao rezultat toga, zrak u ruralnim područjima sadrži prosječno 0,001 - 0,01 μg/m 3 arsena, u gradovima gdje nema specifičnog onečišćenja - do 0,03 μg/m 3, te u blizini izvora onečišćenja (obojeni metali). talionice, elektrane, rad na ugljen s visokim udjelom arsena itd.) koncentracija arsena u zraku može prijeći 1 μg/m 3 . Intenzitet taloženja arsena u područjima gdje se nalaze industrijski centri iznosi 40 kg/km 2 godišnje.

Stvaranje hlapljivih spojeva arsena (trimetilarsin, na primjer, vrije na samo 51 °C) izazvalo je u 19.st. brojna trovanja, jer je arsen bio sadržan u žbuci, pa čak iu zelenoj boji za tapete. Scheele zelenilo se ranije koristilo u obliku boje Cu 3 (AsO 3) 2 n H 2 O i pariško ili švajfurtsko zelje Cu 4 (AsO 2) 6 (CH 3 COO) 2. U uvjetima visoka vlažnost zraka i pojave plijesni, iz takve boje nastaju hlapljivi organoarsenski derivati. Vjeruje se da je upravo taj proces mogao biti razlog polaganog trovanja Napoleona u posljednjih godina njegov život (kao što znate, arsen je pronađen u Napoleonovoj kosi stoljeće i pol nakon njegove smrti).

Arsen se nalazi u zamjetnim količinama u nekim mineralnim vodama. Ruski standardi određuju da arsen u ljekovitim stolnim mineralnim vodama ne smije biti veći od 700 µg/l. U Jermuk može biti nekoliko puta veći. Ispijanje jedne ili dvije čaše "arsenske" mineralne vode neće naškoditi čovjeku: da biste se smrtno otrovali, morate popiti tristo litara odjednom... No, jasno je da se takva voda ne može piti stalno. obične vode.

Kemičari su utvrdili da se arsen u prirodnim vodama može naći u različitim oblicima, što je značajno sa stajališta njegove analize, metoda migracije, kao i različite toksičnosti ovih spojeva; Tako su spojevi trovalentnog arsena 25-60 puta toksičniji od peterovalentnog arsena. As(III) spojevi u vodi obično su prisutni u obliku slabe arsenske kiseline H 3 AsO 3 ( rK a = 9,22), a spoj As(V) - u obliku mnogo jače arsenske kiseline H 3 AsO 4 ( rK a = 2.20) i njegovih deprotoniranih aniona H 2 AsO 4 – i HAsO 4 2–.

Živa tvar sadrži prosječno 6·10–6% arsena, odnosno 6 µg/kg. Neki alge sposobni koncentrirati arsen do te mjere da postanu opasni za ljude. Štoviše, ove alge mogu rasti i razmnožavati se u čistim otopinama arsenove kiseline. Takve se alge koriste u nekim azijske zemlje kao lijek protiv štakora. Čak i u čiste vode alge iz norveških fjordova mogu sadržavati arsen u količinama do 0,1 g/kg. Kod ljudi se arsen nalazi u moždanom tkivu i mišićima, a nakuplja se u kosi i noktima.

Svojstva arsena.

Iako arsen izgleda kao metal, on je još uvijek prilično nemetal: ne stvara soli, na primjer, sa sumpornom kiselinom, ali je i sam element koji stvara kiselinu. Stoga se ovaj element često naziva polumetal. Arsen postoji u nekoliko alotropskih oblika iu tom je pogledu vrlo sličan fosforu. Najstabilniji od njih je sivi arsen, vrlo krta tvar koja, kad je svježe slomljena, ima metalni sjaj (otuda i naziv "metalni arsen"); gustoća mu je 5,78 g/cm3. Kod jakog zagrijavanja (do 615° C) sublimira bez taljenja (isto ponašanje je karakteristično za jod). Pod tlakom od 3,7 MPa (37 atm), arsen se topi na 817 ° C, što je znatno više od temperature sublimacije. Električna vodljivost sivog arsena je 17 puta manja od bakra, ali 3,6 puta veća od žive. S povećanjem temperature, njegova električna vodljivost, kao kod tipičnih metala, opada - približno u istoj mjeri kao kod bakra.

Ako se pare arsena vrlo brzo ohlade na temperaturu tekućeg dušika (–196 ° C), dobiva se prozirna meka tvar žuta boja, nalik žutom fosforu, njegova gustoća (2,03 g/cm3) znatno je niža od gustoće sivog arsena. Pare arsena i žuti arsen sastoje se od As 4 molekula koje imaju oblik tetraedra - i ovdje je analogija s fosforom. Na 800° C počinje zamjetna disocijacija pare s stvaranjem dimera As 2, a na 1700° C ostaju samo molekule As 2. Kada se zagrije i izloži ultraljubičastom svjetlu, žuti arsen brzo postaje siv uz oslobađanje topline. Kada se pare arsena kondenziraju u inertnoj atmosferi, nastaje drugi amorfni oblik ovog elementa, crne boje. Ako se pare arsena talože na staklu, stvara se zrcalni film.

Struktura vanjske elektronske ljuske arsena ista je kao kod dušika i fosfora, ali za razliku od njih ima 18 elektrona u pretposljednjoj ljusci. Poput fosfora, može formirati tri kovalentne veze (konfiguracija 4s 2 4p 3), ostavljajući usamljeni par na atomu As. Predznak naboja na atomu As u spojevima s kovalentnom vezom ovisi o elektronegativnosti susjednih atoma. Sudjelovanje usamljenog para u formiranju kompleksa znatno je teže za arsen u usporedbi s dušikom i fosforom.

Ako su d orbitale uključene u atom As, moguće je uparivanje 4s elektrona da se formira pet kovalentnih veza. Ova se mogućnost praktički ostvaruje samo u kombinaciji s fluorom - u pentafluoridu AsF 5 (poznat je i pentakloril AsCl 5, ali je izuzetno nestabilan i brzo se raspada čak i na –50 ° C).

Na suhom zraku arsen je stabilan, ali na vlažnom blijedi i prekriva se crnim oksidom. Tijekom sublimacije, pare arsena lako izgaraju na zraku plavim plamenom stvarajući tešku bijelu paru arsenovog anhidrida As 2 O 3. Ovaj oksid je jedan od najčešćih reagensa koji sadrže arsen. Ima amfoterna svojstva:

As 2 O 3 + 6HCl ® 2AsCl 3 + 3H 2 O,

2 O 3 + 6NH 4 OH® 2(NH 4) 3 AsO 3 + 3H 2 O.

Oksidacijom As 2 O 3 nastaje kiseli oksid - arsenov anhidrid:

As 2 O 3 + 2HNO 3 ® As 2 O 5 + H 2 O + NO 2 + NO.

Kada reagira sa sodom, dobiva se natrijev hidroarsenat koji se koristi u medicini:

As 2 O 3 + 2Na 2 CO 3 + H 2 O ® 2Na 2 HAsO 4 + 2CO 2 .

Čisti arsen je prilično inertan; voda, lužine i kiseline koje nemaju oksidacijska svojstva ne utječu na njega. Razrijeđena dušična kiselina oksidira je u ortoarsensku kiselinu H 3 AsO 3 , a koncentrirana dušična kiselina oksidira je u ortoarsensku kiselinu H 3 AsO 4:

3As + 5HNO 3 + 2H 2 O® 3H 3 AsO 4 + 5NO.

Arsen(III) oksid reagira slično:

3As 2 O 3 + 4HNO 3 + 7H 2 O® 6H 3 AsO 4 + 4NO.

Arsenska kiselina je kiselina srednje jakosti, nešto slabija od fosforne kiseline. Nasuprot tome, arsenska kiselina je vrlo slaba, po snazi ​​odgovara bornoj kiselini H3BO3. U njegovim otopinama postoji ravnoteža H 3 AsO 3 HAsO 2 + H 2 O. Arsenasta kiselina i njezine soli (arseniti) jaki su redukcijski agensi:

HAsO 2 + I 2 + 2H 2 O® H 3 AsO 4 + 2HI.

Arsen reagira s halogenima i sumporom. AsCl 3 klorid je bezbojna uljasta tekućina koja dimi na zraku; hidroliziran vodom: AsCl 3 + 2H 2 O ® HAsO 2 + 3HCl. Poznati su AsBr 3 bromid i AsI 3 jodid, koji se također razlažu s vodom. U reakcijama arsena sa sumporom nastaju sulfidi različitog sastava - do Ar 2 S 5. Arsenovi sulfidi otapaju se u lužinama, u otopini amonijevog sulfida i u koncentriranoj dušičnoj kiselini, na primjer:

As 2 S 3 + 6KOH ® K 3 AsO 3 + K 3 AsS 3 + 3H 2 O,

2 S 3 + 3 (NH 4) 2 S ® 2 (NH 4) 3 AsS 3,

2 S 5 + 3 (NH 4) 2 S ® 2 (NH 4) 3 AsS 4,

As 2 S 5 + 40HNO 3 + 4H 2 O ® 6H 2 AsO 4 + 15H 2 SO 4 + 40NO.

U tim reakcijama nastaju tioarseniti i tioarsenati – soli odgovarajućih tiokiselina (slično tiosumpornoj kiselini).

U reakciji arsena s aktivnim metalima nastaju soli slični arsenidi, koji se posebno brzo hidroliziraju u kiseloj sredini uz stvaranje arsina: Ca 3 As 2 + 6HCl ® 3CaCl 2 + 2AsH 3 . Arsenidi slabo aktivnih metala - GaAs, InAs itd. imaju atomsku rešetku poput dijamanta. Arsin je bezbojan plin bez mirisa, vrlo otrovan, ali mu nečistoće daju miris češnjaka. Arsin se sporo razlaže na elemente već na sobnoj temperaturi, a brzo zagrijavanjem.

Arsen tvori mnoge organoarsenske spojeve, na primjer, tetrametildiarsin (CH 3) 2 As–As (CH 3) 2. Davne 1760. godine direktor tvornice porculana Serves, Louis Claude Cadet de Gassicourt, destilirajući kalijev acetat s arsen(III) oksidom, neočekivano je dobio dimljivu tekućinu koja je sadržavala arsen odvratnog mirisa, a nazvana je alarsin ili Kadetova tekućina. Kako se kasnije saznalo, ova tekućina je sadržavala prve dobivene organske derivate arsena: takozvani kakodil oksid, koji je nastao kao rezultat reakcije

4CH 3 COOK + As 2 O 3 ® (CH 3) 2 As–O–As(CH 3) 2 + 2K 2 CO 3 + 2CO 2 i dikakodil (CH 3) 2 As–As(CH 3) 2 . Kakodil (od grčkog “kakos” - loš) jedan je od prvih radikala otkrivenih u organskim spojevima.

Godine 1854. pariški profesor kemije Auguste Kaur sintetizirao je trimetilarsin djelovanjem metil jodida na natrijev arsenid: 3CH 3 I + AsNa 3 ® (CH 3) 3 As + 3NaI.

Nakon toga, arsenov triklorid je korišten za sinteze, npr.

(CH 3) 2 Zn + 2AsCl 3 ® 2(CH 3) 3 As + 3ZnCl 2.

Godine 1882. djelovanjem metalnog natrija na smjesu aril halida i arsen triklorida dobiveni su aromatski arzini: 3C 6 H 5 Cl + AsCl 3 + 6Na ® (C 6 H 5) 3 As + 6NaCl. Kemija organskih derivata arsena najintenzivnije se razvijala 20-ih godina 20. stoljeća, kada su neki od njih djelovali antimikrobno, kao i iritativno i žuljevito. Trenutno su sintetizirani deseci tisuća organoarsenskih spojeva.

Dobivanje arsena.

Arsen se dobiva uglavnom kao nusprodukt prerade ruda bakra, olova, cinka i kobalta, kao i tijekom vađenja zlata. Neke polimetalne rude sadrže do 12% arsena. Kada se takve rude zagriju na 650–700 ° C u odsutnosti zraka, arsen sublimira, a kada se zagrijava na zraku, nastaje hlapljivi oksid As 2 O 3 - "bijeli arsen". Kondenzira se i zagrijava ugljenom, a arsen se reducira. Proizvodnja arsena je štetna proizvodnja. Ranije, kada je riječ "ekologija" bila poznata samo uskim stručnjacima, "bijeli arsen" je ispušten u atmosferu i taložio se na susjednim poljima i šumama. Ispušni plinovi arsenskih postrojenja sadrže od 20 do 250 mg/m 3 As 2 O 3, dok obično zrak sadrži približno 0,00001 mg/m 3. Smatra se da je prosječna dnevna dopuštena koncentracija arsena u zraku samo 0,003 mg/m3. Paradoksalno, čak ni sada tvornice koje proizvode arsen mnogo više ne zagađuju okoliš, već poduzeća obojene metalurgije i elektrane koje spaljuju ugljen. Pridneni sedimenti u blizini talionica bakra sadrže ogromne količine arsena – do 10 g/kg. Arsen također može ući u tlo s fosfornim gnojivima.

I još jedan paradoks: dobivaju više arsena nego što je potrebno; Ovo je prilično rijedak slučaj. U Švedskoj su "nepotrebni" arsen čak bili prisiljeni zakopati u armiranobetonske kontejnere u dubokim napuštenim rudnicima.

Glavni industrijski mineral arsena je arsenopirit FeAsS. U Gruziji postoje velika nalazišta bakra i arsena, Srednja Azija i Kazahstan, u SAD-u, Švedskoj, Norveškoj i Japanu, arsen-kobalt - u Kanadi, arsen-kositar - u Boliviji i Engleskoj. Osim toga, nalazišta zlata i arsena poznata su u SAD-u i Francuskoj. Rusija ima brojna nalazišta arsena u Jakutiji, na Uralu, Sibiru, Transbaikaliji i Čukotki.

Određivanje arsena.

Kvalitativna reakcija na arsen je taloženje žutog sulfida As 2 S 3 iz otopina klorovodične kiseline. Tragovi se određuju Marchovom reakcijom ili Gutzeit metodom: trake papira namočene u HgCl 2 potamne u prisutnosti arzina, koji reducira sublimat do žive.

Posljednjih desetljeća razvijene su različite osjetljive analitičke metode koje mogu kvantificirati male koncentracije arsena, primjerice u prirodnim vodama. To uključuje plamenu atomsku apsorpcijsku spektrometriju, atomsku emisijsku spektrometriju, masenu spektrometriju, atomsku fluorescentnu spektrometriju, neutronsku aktivacijsku analizu... Ako je u vodi vrlo malo arsena, može biti potrebno prethodno koncentriranje uzoraka. Koristeći takvu koncentraciju, skupina znanstvenika iz Harkova s ​​Nacionalne akademije znanosti Ukrajine razvila je 1999. ekstrakcijsku rendgensku fluorescentnu metodu za određivanje arsena (kao i selena) u vodi za piće s osjetljivošću do 2,5–5 μg. /l.

Za odvojeno određivanje As(III) i As(V) spojeva, oni se prvo međusobno odvoje dobro poznatim ekstrakcijskim i kromatografskim metodama, kao i selektivnom hidrogenacijom. Ekstrakcija se obično provodi natrijevim ditiokarbamatom ili amonijevim pirolidin ditiokarbamatom. Ovi spojevi tvore u vodi netopljive komplekse s As(III), koji se mogu ekstrahirati kloroformom. Zatim pomoću oksidacije dušična kiselina arsen se može vratiti natrag u vodenu fazu. U drugom uzorku, arsenat se pretvara u arsenit pomoću redukcijskog sredstva, a zatim se izvodi slična ekstrakcija. Tako se određuje “ukupni arsen”, a zatim se oduzimanjem prvog rezultata od drugog pojedinačno utvrđuju As(III) i As(V). Ako u vodi ima organskih spojeva arsena, oni se obično pretvaraju u metildiodarsin CH 3 AsI 2 ili dimetiljodarsin (CH 3) 2 AsI, koji se određuju jednom ili drugom kromatografskom metodom. Tako se pomoću tekućinske kromatografije visoke učinkovitosti mogu odrediti nanogramske količine tvari.

Mnogi spojevi arsena mogu se analizirati takozvanom hidridnom metodom. Uključuje selektivnu redukciju analita u hlapljivi arsin. Tako se anorganski arseniti reduciraju u AsH 3 pri pH 5 – 7, a pri pH

Metoda neutronske aktivacije također je osjetljiva. Sastoji se od ozračivanja uzorka neutronima, dok jezgre 75 As hvataju neutrone i pretvaraju se u radionuklid 76 As, koji se detektira karakterističnom radioaktivnošću s vremenom poluraspada od 26 sati. Na taj način možete otkriti do 10-10% arsena u uzorku, tj. 1 mg na 1000 tona tvari

Upotreba arsena.

Oko 97% iskopanog arsena koristi se u obliku njegovih spojeva. Čisti arsen se rijetko koristi. Samo nekoliko stotina tona metalnog arsena proizvede se i koristi godišnje u cijelom svijetu. U količini od 3% arsen poboljšava kvalitetu ležajnih legura. Dodaci arsena olovu značajno povećavaju njegovu tvrdoću, što se koristi u proizvodnji olovnih baterija i kabela. Mali dodaci arsena povećavaju otpornost na koroziju i poboljšavaju toplinska svojstva bakra i mjedi. Arsen visoki stupanj pročišćavanje se koristi u proizvodnji poluvodičkih uređaja, u kojima se legira silicijem ili germanijem. Arsen se također koristi kao dopant, koji "klasičnim" poluvodičima (Si, Ge) daje određenu vrstu vodljivosti.

Arsen se također koristi kao vrijedan dodatak u obojenoj metalurgiji. Dakle, dodatak olovu od 0,2...1% As značajno povećava njegovu tvrdoću. Odavno je uočeno da ako se u rastaljeno olovo doda malo arsena, tada se prilikom lijevanja sačme dobivaju kuglice pravilnog sferičnog oblika. Dodatak 0,15...0,45% arsena bakru povećava njegovu vlačnu čvrstoću, tvrdoću i otpornost na koroziju pri radu u plinovitom okruženju. Osim toga, arsen povećava fluidnost bakra tijekom lijevanja i olakšava proces izvlačenja žice. Arsen se dodaje nekim vrstama bronce, mjedi, babita i legura za tiskanje. I u isto vrijeme, arsen vrlo često šteti metalurzima. U proizvodnji čelika i mnogih obojenih metala, oni namjerno kompliciraju proces kako bi uklonili sav arsen iz metala. Prisutnost arsena u rudi čini proizvodnju štetnom. Dvostruko štetno: prvo, za ljudsko zdravlje; drugo, za metale - značajne nečistoće arsena pogoršavaju svojstva gotovo svih metala i legura.

Sve su širu primjenu različiti spojevi arsena koji se godišnje proizvode u desecima tisuća tona. Budući da se 2 O 3 oksid koristi u proizvodnji stakla kao sredstvo za posvjetljivanje stakla. Čak su i stari staklari znali da bijeli arsen čini staklo "tupim", tj. neproziran. Međutim, mali dodaci ove tvari, naprotiv, posvjetljuju staklo. Arsen je još uvijek uključen u formulacije nekih stakala, na primjer, "bečko" staklo za termometre.

Spojevi arsena koriste se kao antiseptik za zaštitu od kvarenja i očuvanje kože, krzna i prepariranih životinja, za impregniranje drva i kao sastavni dio boja protiv obraštanja za dna brodova. U tu svrhu koriste se soli arsena i arsenove kiseline: Na 2 HAsO 4, PbHAsO 4, Ca 3 (AsO 3) 2 i dr. Biološko djelovanje derivata arsena zainteresiralo je veterinare, agronome i stručnjake sanitarno-epidemiološke službe. Kao rezultat toga, pojavili su se stimulansi rasta i produktivnosti stoke koji sadrže arsen, antihelmintici i lijekovi za prevenciju bolesti mladih životinja na farmama stoke. Spojevi arsena (As 2 O 3, Ca 3 As 2, Na 3 As, pariško zelenilo) koriste se za suzbijanje insekata, glodavaca i korova. Ranije je ova primjena bila široko rasprostranjena, posebno u obradi voćke, plantažama duhana i pamuka, za čišćenje stoke od ušiju i buha, za poticanje rasta u peradi i svinjogojstvu, kao i za sušenje pamuka prije žetve. Još u staroj Kini usjevi riže tretirani su arsenovim oksidom kako bi se zaštitili od štakora i gljivičnih bolesti te tako povećali prinos. A u Južnom Vijetnamu, američke trupe koristile su kakodiličnu kiselinu (Agent Blue) kao defolijant. Sada je zbog toksičnosti spojeva arsena njihova upotreba u poljoprivredi ograničena.

Važna područja primjene spojeva arsena su proizvodnja poluvodičkih materijala i mikrosklopova, optička vlakna, uzgoj monokristala za lasere i filmska elektronika. Plin arzin se koristi za uvođenje malih, strogo doziranih količina ovog elementa u poluvodiče. Galijev arsenidi GaAs i indijev InAs koriste se u proizvodnji dioda, tranzistora i lasera.

Arsen također ima ograničenu primjenu u medicini. . Izotopi arsena 72 As, 74 As i 76 As s vremenom poluraspada pogodnim za istraživanje (26 sati, 17,8 dana odnosno 26,3 sata) koriste se za dijagnosticiranje raznih bolesti.

Ilya Leenson



Arsen je kemijski element 5. skupine 4. periode periodnog sustava s atomskim brojem 33. Krhki je polumetal čelične boje zelenkaste nijanse. Danas ćemo pobliže pogledati što je arsen i upoznati se s osnovnim svojstvima ovog elementa.

opće karakteristike

Jedinstvenost arsena je u tome što se nalazi doslovno posvuda – u stijenama, vodi, mineralima, tlu, flori i fauni. Stoga se često naziva ni manje ni više nego sveprisutnim elementom. Arsen se nesmetano distribuira po svim geografskim regijama planete Zemlje. Razlog tome je hlapljivost i topljivost njegovih spojeva.

Naziv elementa povezan je s njegovom upotrebom za istrebljenje glodavaca. Latinska riječ Arsenicum (formula arsena u periodnom sustavu je As) izvedena je iz grčke riječi Arsen, što znači "jak" ili "moćan".

Tijelo prosječne odrasle osobe sadrži oko 15 mg ovog elementa. Uglavnom je koncentriran u tankom crijevu, jetri, plućima i epitelu. Apsorpciju tvari provodi želudac i crijeva. Antagonisti arsena su sumpor, fosfor, selen, neke aminokiseline, kao i vitamini E i C. Sam element otežava apsorpciju cinka, selena, kao i vitamina A, C, B9 i E.

Kao i mnoge druge tvari, arsen može biti i otrov i lijek, sve ovisi o dozi.

Među korisne funkcije može se razlikovati takav element kao arsen:

1. Poticanje apsorpcije dušika i fosfora.
2. Poboljšanje hematopoeze.
3. Interakcija s cisteinom, proteinima i lipoičnom kiselinom.
4. Slabljenje oksidativnih procesa.

Dnevna potreba za arsenom za odraslu osobu je od 30 do 100 mcg.

Povijesna referenca

Jedna od faza ljudskog razvoja naziva se "bronca", jer su u tom razdoblju ljudi kameno oružje zamijenili brončanim. Ovaj metal je legura kositra i bakra. Jednom, prilikom taljenja bronce, obrtnici su slučajno umjesto bakrene rude upotrijebili produkte trošenja minerala bakreno-arsenovog sulfida. Dobivena legura bila je laka za lijevanje i izvrsno kovanje. U to vrijeme još nitko nije znao što je arsen, ali su se nalazišta njegovih minerala namjerno tražila za proizvodnju visokokvalitetne bronce. S vremenom je ova tehnologija napuštena, očito zbog činjenice da je njezinom upotrebom često dolazilo do trovanja.

U staroj Kini koristili su tvrdi mineral koji se zvao realgar (As 4 S 4). Služio je za klesanje kamena. Kako se pod utjecajem temperature i svjetlosti realgar pretvorio u drugu tvar - As 2 S 3, i on je ubrzo napušten.

U 1. stoljeću prije Krista rimski znanstvenik Plinije Stariji, zajedno s botaničarom i liječnikom Dioskoridom, opisali su mineral arsena nazvan orpiment. Njegovo ime prevedeno je s latinskog kao "zlatna boja". Tvar je korištena kao žuta boja.

U srednjem vijeku alkemičari su klasificirali tri oblika elementa: žuti (As 2 S 3 sulfid), crveni (As 4 S 4 sulfid) i bijeli (As 2 O 3 oksid). U 13. stoljeću alkemičari su zagrijavanjem žutog arsena sa sapunom dobili tvar sličnu metalu. Najvjerojatnije je to bio prvi primjer čistog elementa dobivenog umjetnim putem.

Što je arsen u svom čistom obliku otkriveno je početkom 17. stoljeća. To se dogodilo kada je Johann Schröder, redukcijom oksida ugljenom, izolirao ovaj element. Nekoliko godina kasnije, francuski kemičar Nicolas Lemery uspio je dobiti tvar zagrijavanjem njenog oksida u mješavini sapuna i potaše. U sljedećem stoljeću arsen je već bio dobro poznat u svom statusu polumetala.

Kemijska svojstva

U periodnom sustavu Mendeljejeva kemijski element arsen nalazi se u petoj skupini i pripada obitelji dušika. U prirodnim uvjetima to je jedini stabilni nuklid. Umjetno dobiva se više od deset radioaktivnih izotopa tvari. Njihov poluživot je prilično širok - od 2-3 minute do nekoliko mjeseci.

Iako se arsen ponekad naziva metalom, vjerojatnije je da je nemetal. U kombinaciji s kiselinama ne stvara soli, ali je sam kiselotvorac. Zbog toga je element identificiran kao polumetal.

Arsen se, kao i fosfor, može naći u različitim alotropskim konfiguracijama. Jedan od njih, sivi arsen, je krta tvar koja ima metalni sjaj kada se slomi. Električna vodljivost ovog polumetala je 17 puta manja od bakra, ali 3,6 puta veća od žive. Kako temperatura raste, ona se smanjuje, što je tipično za tipične metale.

Brzim hlađenjem para arsena na temperaturu tekućeg dušika (-196 °C) može se dobiti mekana žućkasta tvar koja podsjeća na žuti fosfor. Kada se zagrije i izloži ultraljubičastom svjetlu, žuti arsen trenutno postaje siv. Reakcija je popraćena oslobađanjem topline. Kada se pare kondenziraju u inertnoj atmosferi, nastaje drugi oblik materije – amorfni. Ako se para arsena istaloži, na staklu se pojavljuje zrcalni film.

Vanjska elektronska ljuska ove tvari ima istu strukturu kao fosfor i dušik. Kao i fosfor, arsen tvori tri kovalentne veze. Na suhom zraku ima stabilan oblik, a s povećanjem vlažnosti postaje mutno i prekriva se crnim oksidnim filmom. Kad se para zapali, tvari gore plavim plamenom.

Budući da je arsen inertan, na njega ne utječu voda, lužine i kiseline koje nemaju oksidacijska svojstva. Kada tvar dođe u dodir s razrijeđenom dušičnom kiselinom nastaje ortoarsenska kiselina, a s koncentriranom kiselinom nastaje ortoarsenska kiselina. Arsen također reagira sa sumporom, stvarajući sulfide različitog sastava.

Biti u prirodi

U prirodnim uvjetima, kemijski element kao što je arsen često se nalazi u spojevima s bakrom, niklom, kobaltom i željezom.

Sastav minerala koje tvar tvori je zbog njegovih polumetalnih svojstava. Do danas je poznato više od 200 minerala ovog elementa. Budući da arsen može postojati u negativnom i pozitivnom oksidacijskom stanju, lako stupa u interakciju s mnogim drugim tvarima. Tijekom pozitivne oksidacije arsen djeluje kao metal (u sulfidima), a tijekom negativne oksidacije djeluje kao nemetal (u arsenidima). Minerali koji sadrže ovaj element imaju prilično složen sastav. U kristalnoj rešetki polumetal može zamijeniti atome sumpora, antimona i metala.

S gledišta sastava, mnogi metalni spojevi s arsenom vjerojatno ne pripadaju arsenidima, već intermetalnim spojevima. Neki od njih se razlikuju po promjenjivom sadržaju glavnog elementa. Arsenidi mogu istovremeno sadržavati nekoliko metala, čiji atomi mogu zamijeniti jedni druge na bliskim radijusima iona. Svi minerali klasificirani kao arsenidi imaju metalni sjaj, neprozirni su, teški i izdržljivi. Među prirodnim arsenidima (ima ih ukupno oko 25) mogu se uočiti sljedeći minerali: skuterudit, ramelsbregit, niklein, lelingrit, klinosaflorit i drugi.

S kemijskog gledišta zanimljivi su oni minerali u kojima je arsen prisutan istovremeno sa sumporom i igra ulogu metala. Imaju vrlo složenu strukturu.

Prirodne soli arsenske kiseline (arsenati) mogu imati različite boje: eritritol - kobalt; simplesit, annabergit i scoride su zeleni, a rooseveltit, ketigit i gernessit su bezbojni.

Po svojim kemijskim svojstvima arsen je prilično inertan, pa se u prirodnom stanju nalazi u obliku sraslih kockica i iglica. Sadržaj nečistoća u grumenu ne prelazi 15%.

U tlu se sadržaj arsena kreće od 0,1-40 mg/kg. U područjima vulkana i mjestima gdje se nalazi ruda arsena, ta brojka može doseći i do 8 g/kg. Biljke na takvim mjestima umiru, a životinje se razboljevaju. Sličan problem je tipičan za stepe i pustinje, gdje se element ne ispire iz tla. Glinene stijene smatraju se obogaćenima jer sadrže četiri puta više tvari arsena nego obične stijene.

Kada se čista tvar pretvori u hlapivi spoj kroz proces biometilacije, ona se može iznijeti iz tla ne samo vodom, već i vjetrom. U normalnim područjima prosječna koncentracija arsena u zraku iznosi 0,01 μg/m 3 . U industrijskim područjima gdje rade tvornice i elektrane ta brojka može doseći 1 μg/m3.

Mineralna voda može sadržavati umjerenu količinu tvari arsena. U ljekovitim mineralnim vodama, prema općeprihvaćenim standardima, koncentracija arsena ne smije biti veća od 70 µg/l. Ovdje je vrijedno napomenuti da čak i pri višim stopama, trovanje može doći samo uz redovitu konzumaciju takve vode.

U prirodnim vodama element se može naći u različitim oblicima i spojevima. Trovalentni arsen, na primjer, mnogo je otrovniji od peterovalentnog arsena.

Dobivanje arsena

Element se dobiva kao nusproizvod prerade ruda olova, cinka, bakra i kobalta, kao i tijekom rudarenja zlata. U nekim polimetalnim rudama sadržaj arsena može doseći i do 12%. Kada se zagriju na 700 °C dolazi do sublimacije – prijelaza tvari iz krutog u plinovito stanje, zaobilazeći tekuće stanje. Važan uvjet Za provođenje ovog procesa je odsutnost zraka. Kada se rude arsena zagrijavaju na zraku, nastaje hlapljivi oksid koji se naziva "bijeli arsen". Podvrgavanjem kondenzaciji s ugljenom dobiva se čisti arsen.

Formula za dobivanje elementa je sljedeća:

• 2As2S3+9O2=6SO2+2As2O3;
• As 2 O 3 +3C=2As+3CO.

Eksploatacija arsena je opasna industrija. Paradoksalno je da najveće zagađenje okoliš izloženost ovom elementu ne događa se u blizini poduzeća koja ga proizvode, već u blizini elektrana i postrojenja obojene metalurgije.

Drugi paradoks je da obujam proizvodnje metalnog arsena premašuje potrebe za njim. Ovo je vrlo rijetka pojava u rudarskoj industriji metala. Višak arsena mora se riješiti zakopavanjem metalnih spremnika u stare rudnike.

Najveća nalazišta ruda arsena koncentrirana su u sljedećim zemljama:

1. Bakar-arsenik - SAD, Gruzija, Japan, Švedska, Norveška i države srednje Azije.
2. Zlato-arsen - Francuska i SAD.
3. Arsen-kobalt - Kanada i Novi Zeland.
4. Arsen-kositar - Engleska i Bolivija.

Definicija

Laboratorijsko određivanje arsena provodi se taloženjem žutih sulfida iz otopina klorovodične kiseline. Tragovi elementa određuju se Gutzeit metodom ili Marshovom reakcijom. Tijekom proteklih pola stoljeća stvorene su sve vrste osjetljivih tehnika analize koje mogu otkriti čak i vrlo male količine ove tvari.

Neki spojevi arsena analiziraju se selektivnom hibridnom metodom. Uključuje redukciju ispitivane tvari u hlapljivi element arzin, koji se zatim zamrzava u spremniku hlađenom tekućim dušikom. Nakon toga, kada se sadržaj posude polako zagrijava, različiti arzini počinju isparavati odvojeno jedan od drugog.

Industrijska uporaba

Gotovo 98% iskopanog arsena ne koristi se u čistom obliku. Njegovi spojevi naširoko se koriste u raznim industrijama. Godišnje se iskopaju i prerade stotine tona arsena. Dodaje se legurama ležajeva radi poboljšanja njihove kvalitete, koristi se za povećanje tvrdoće kabela i olovnih baterija, a koristi se i u proizvodnji poluvodičkih uređaja zajedno s germanijem ili silicijem. A ovo su samo najambicioznija područja.

Kao dopant, arsen daje vodljivost nekim "klasičnim" poluvodičima. Njegov dodatak olovu značajno povećava čvrstoću metala, a bakru - fluidnost, tvrdoću i otpornost na koroziju. Arsen se također ponekad dodaje nekim vrstama bronce, mesinga, babita i tipskih legura. Međutim, metalurzi često pokušavaju izbjeći korištenje ove tvari, jer nije sigurna za zdravlje. Za neke metale velike količine arsen su također štetni jer degradiraju svojstva polaznog materijala.

Arsenov oksid se koristi u proizvodnji stakla kao sredstvo za posvjetljivanje stakla. U tom smjeru koristili su ga drevni puhači stakla. Spojevi arsena su jaki antiseptik, pa se koriste za očuvanje krzna, plišanih životinja i kože, a također stvaraju boje protiv obraštanja za vodeni promet i impregnacija za drvo.

Zbog biološke aktivnosti nekih derivata arsena, tvar se koristi u proizvodnji stimulansa rasta biljaka, kao i lijekova, uključujući anthelmintike za stoku. Sredstva koja sadrže ovaj element koriste se za suzbijanje korova, glodavaca i insekata. Ranije, kada ljudi nisu razmišljali o tome može li se arsen koristiti za proizvodnju hrane, element je imao širu primjenu u poljoprivredi. Međutim, nakon što su otkrivena njegova toksična svojstva, morala se pronaći zamjena.

Važna područja primjene ovog elementa su: proizvodnja mikro krugova, optičkih vlakana, poluvodiča, filmske elektronike, kao i rast mikrokristala za lasere. U te svrhe koriste se plinoviti arzini. A proizvodnja lasera, dioda i tranzistora nije potpuna bez arsenida galija i indija.

Lijek

U ljudskim tkivima i organima element je prisutan uglavnom u frakciji proteina, au manjoj mjeri u frakciji topivoj u kiselini. Uključen je u fermentaciju, glikolizu i redoks reakcije, a također osigurava razgradnju složenih ugljikohidrata. U biokemiji se spojevi ove tvari koriste kao specifični inhibitori enzima, koji su potrebni za proučavanje metaboličkih reakcija. Arsen je neophodan ljudskom tijelu kao element u tragovima.

Upotreba elementa u medicini je manje opsežna nego u proizvodnji. Njegove mikroskopske doze koriste se za dijagnosticiranje svih vrsta bolesti i patologija, kao i za liječenje bolesti zuba.

U stomatologiji se arsen koristi za uklanjanje pulpe. Mala porcija paste koja sadrži arsensku kiselinu osigurava smrt zuba doslovno u roku od jednog dana. Zahvaljujući njegovom djelovanju uklanjanje pulpe je bezbolno i neometano.

Arsen se također široko koristi u liječenju blažih oblika leukemije. Omogućuje vam smanjenje ili čak suzbijanje patološkog stvaranja leukocita, kao i stimulaciju crvene hematopoeze i oslobađanje crvenih krvnih stanica.

Arsen je poput otrova

Svi spojevi ovog elementa su otrovni. Akutno trovanje arsenom dovodi do bolova u trbuhu, proljeva, mučnine i depresije središnjeg živčanog sustava. Simptomi trovanja ovom tvari nalikuju simptomima kolere. Stoga je ranije u sudska praksa Slučajevi namjernog trovanja arsenom bili su česti. U kriminalne svrhe element se najčešće koristio u obliku trioksida.

Simptomi intoksikacije

U početku se trovanje arsenom manifestira metalnim okusom u ustima, povraćanjem i bolovima u trbuhu. Ako se ne poduzmu mjere, mogu se pojaviti konvulzije, pa čak i paraliza. U najgorem slučaju, trovanje može biti kobno.

Uzrok trovanja može biti:

1. Udisanje prašine koja sadrži spojeve arsena. Javlja se, u pravilu, u pogonima za proizvodnju arsena gdje se ne poštuju pravila zaštite na radu.
2. Konzumiranje otrovane hrane ili vode.
3. Korištenje određenih lijekova.

Prva pomoć

Najrasprostranjeniji i najpoznatiji protuotrov za trovanje arsenom je mlijeko. Protein kazein koji sadrži stvara netopljive spojeve s otrovnom tvari koji se ne mogu apsorbirati u krv.

U slučaju akutnog trovanja za brza pomoćžrtva mora proći ispiranje želuca. U bolničkim uvjetima također se provodi hemodijaliza, usmjerena na čišćenje bubrega. Među lijekovima koristi se univerzalni protuotrov - Unithiol. Dodatno se mogu koristiti tvari antagonisti: selen, cink, sumpor i fosfor. U budućnosti, pacijentu je potrebno propisati kompleks aminokiselina i vitamina.

Nedostatak arsena

Odgovarajući na pitanje: "Što je arsen?", Vrijedno je napomenuti da ga ljudsko tijelo treba u malim količinama. Element se smatra imunotoksičnim, uvjetno esencijalnim. Sudjeluje u gotovo svim najvažnijim biokemijskim procesima ljudskog organizma. Na nedostatak ove tvari mogu ukazivati ​​sljedeći znakovi: smanjenje koncentracije triglicerida u krvi, pogoršanje razvoja i rasta tijela.

U pravilu, u odsutnosti ozbiljnih problemaŠto se tiče zdravlja, nema razloga za brigu zbog nedostatka arsena u prehrani, budući da je element sadržan u gotovo svim proizvodima biljnog i životinjskog podrijetla. Ovom tvari posebno su bogati plodovi mora, žitarice, vino od grožđa, sokovi i voda za piće. Unutar 24 sata iz tijela se eliminira 34% konzumiranog arsena.

U slučaju anemije tvar se uzima za povećanje apetita, a u slučaju trovanja selenom djeluje kao učinkovit protuotrov.

ARSEN

Svojstva arsena. Arsen je vrlo zanimljiva tvar. Poput fosfora, sumpora, ugljika i mnogih drugih elemenata, može se dobiti u različiti tipovi. Njegova najčešća modifikacija je metalni, ili sivi, arsen. Ovo je kristalna masa, slične boje čeliku. Sjaji poput metala i 2,5 puta je vodljiviji od žive. struja. Međutim, sivi arsen je krhak. Kada se zagrije na 615 °C, pretvara se u bezbojnu paru bez taljenja. Da bi se dobio arsen u rastaljenom obliku, mora se zagrijavati pod pritiskom. Kad se pare arsena brzo ohlade, dobivaju se mekani prozirni žuti kristali. Ovo je žuti arsen. Podsjeća na žuti fosfor i poput njega se otapa u ugljikovom disulfidu, brzo oksidira na zraku i istovremeno svijetli.

Žuti arsen je vrlo nestabilan. Dovoljno je da ga malo zagrijete ili ostavite (u zatvorenoj posudi) na svjetlu – i sivi arsen već sjaji pred vama. Ako potonji brzo zagrijete u struji vodika ili propustite arsen-vodikov spoj AsH 3 kroz vruću staklenu cijev, dobit ćete crni arsen. Ova vrsta ne oksidira na zraku, ali na 360 °C ponovno prelazi u obični sivi arsen.

Zagrijete li sivi arsen na zraku na 400 °C, zapalit će se. Njegov plamen je plavičaste boje. Zapaljeni arsen oko sebe širi oblak vrlo otrovnog bijelog dima, jakog mirisa na češnjak, koji se sastoji od čestica arsenovog trioksida As 2 O 3. U kisiku, arsen gori, stvarajući blistavo sjajan plamen. Arsen, posebno u obliku praha, trenutno sagorijeva u kloru.

I sam arsen i većina njegovih spojeva vrlo su otrovni. Osobito su otrovni topljivi spojevi arsena i plinoviti arsenski vodik AsH 3 .

Prema toksičnom djelovanju spojevi arsena raspoređeni su sljedećim redom: najotrovniji plinoviti spoj je arsenov vodik, zatim arsenov anhidrid i soli arsenove kiseline, zatim arsenova kiselina sa svojim solima. Ovaj niz tvari upotpunjuju sulfidni spojevi. Ljudi, kralježnjaci, kukci, biljke, bakterije truju se i umiru pod utjecajem arsena i njegovih spojeva. Toksični učinak spojeva arsena na životinje i ljude objašnjava se činjenicom da te tvari remete rad dijelova mozga koji kontroliraju krvožilne organe i uzrokuju paralizu dišnog centra.

Arsen u prirodi. Sadržaj arsena u zemljinoj kori je vrlo nizak - samo oko jedne desettisućinke postotka. No, u malim količinama nalazi se gotovo posvuda u prirodi: u biljkama, ugljenu, morskoj vodi, vodi iz mnogih izvora, u organima životinja i ljudi.

U zemljinoj kori ova se tvar ponekad nalazi u prirodnom stanju i ima izgled metalnih sjajnih sivih ljuski ili gustih masa koje se sastoje od malih zrnaca. U Rusiji se takav arsen nalazi na Uralu. Puno je češće pronaći minerale koji su spojevi arsena. Vrlo često postoje dva prirodna spoja arsena sa sumporom: narančasto-crveni prozirni realgar AsS i limun-žuti orpiment As 2 S 3.

Jedna od najčešćih ruda arsena, arsenov pirit (arsenopirit), je mineral FeS 2 FeAs 2 ili FeAsS. Arsenopirit ponekad sadrži srebro i zlato, a njegove se naslage iskopavaju radi ekstrakcije tih metala.

Pripovijetka arsen. Upoznavanje čovječanstva s tvarima koje sadrže arsen počelo je vrlo davno. Ne znamo točno kada su se ljudi prvi put upoznali sa svojstvima arsenovih spojeva. Poznato je da su se već u antičko doba njegovi prirodni spojevi koristili za pripremu boja i ljekovitih napitaka. U Kini se spojevi arsena od davnina koriste za ubijanje štetnih insekata i glodavaca. Realgar, koji je tada bio poznat kao sandaraka, spominje se u spisima starogrčkog znanstvenika Aristotela i njegovog učenika Teofrasta. Tu također učimo o arsenikonu (na grčkom “arsene” - jak), nazvanom tako zbog svoje jake toksičnosti. Stari Rimljani su ovaj mineral nazivali orpimentom jer... on ima zlatne boje(na latinskom "aurum" - zlato, "pigmentum" – boja). Grčki liječnik Dioskorid u 1.st. n. e. opisao je metodu za proizvodnju arsenovog trioksida As 2 O 3 spaljivanjem orpimenta.

Zlatna boja orpimenta privukla je pozornost srednjovjekovnih alkemičara u njihovoj ustrajnoj potrazi za tvarima iz kojih su se nadali izvući zlato. Produkt kalcinacije arsenovih sulfidnih ruda bio je poznat i alkemičarima. Dali su mu naziv "bijeli arsen", koji se i danas koristi za označavanje arsenovog trioksida.

Otkriće takozvanog metalnog arsena (sivog arsena) pripisuje se poznatom srednjovjekovnom alkemičaru Albertu Magnusu koji je živio u 13. stoljeću. Međutim, mnogo ranije grčki i arapski alkemičari uspjeli su dobiti arsen u slobodnom obliku zagrijavanjem "bijelog arsena" s raznim organskim tvarima. Alkemičari su, naravno, znali za otrovna svojstva spojeva arsena. Poznat po svojim jedinstvenim karakternim osobinama, originalnim stajalištima, broju i raznolikosti svojih spisa, kao i promjenjivoj sudbini, Paracelsus je inicirao upotrebu spojeva arsena u medicinskoj praksi.

Unatoč činjenici da je metalni arsen bio poznat već Albertu Velikom i prije njega, prošla su stoljeća prije nego što je otkriveno da je to jednostavna tvar, a "bijeli arsen" je spoj arsena s kisikom. To je 1789. dokazao A.L. Lavoisier, koji je toj tvari dodijelio latinski naziv "arsenicum".

Dobivanje i uporaba arsena iz njegovih spojeva. Da bi se dobio metalni arsen, arsenopirit se najčešće zagrijava prigušne peći bez pristupa zraku. Istodobno se oslobađa arsen, čije se pare pretvaraju u čvrsti arsen u željeznim cijevima koje dolaze iz peći iu posebnim keramičkim spremnicima. Ostatak u pećima se zatim zagrijava uz pristup zraka, a zatim arsen prelazi u As 2 O 3. Metalni arsen dobiva se u relativno malim količinama, a glavni dio ruda koje sadrže arsen prerađuje se u bijeli arsen, tj. na arsenov trioksid – arsenov anhidrid As 2 O 3.

Arsenova kiselina H 3 AsO 4 i njezine soli mnogo su manje toksične u usporedbi s As 2 O 3 i solima arsenove kiseline. Arsenova kiselina se dobiva oksidacijom arsenovog trioksida na različite načine:

As 2 O 3 + 2O + 3H 2 O = 2H 3 AsO 4.

Koristi se u nekim slučajevima u kemijskoj laboratorijskoj praksi za pripremu organskih spojeva iu industriji - za proizvodnju boja i kao sredstvo za bojenje.

Spojevi arsenovog sulfida - orpiment i realgar - koriste se u slikarstvu kao boje, au industriji kože kao sredstva za uklanjanje dlaka s kože. U pirotehnici, realgar se koristi za stvaranje "grčke" ili "indijske" vatre, koja nastaje kada gori mješavina realgara sa sumporom i salitrom (jarko bijeli plamen).

Još od vremena Paracelsusa poznato je da vrlo male količine spojeva arsena mogu blagotvorno djelovati na one žive organizme koji pod utjecajem većih doza ovih tvari dožive oštećenja, pa čak i uginu. Konji koji primaju male količine spojeva arsena u svojoj hrani sposobniji su raditi više od ostalih i izgledaju bolje. Također je poznato da se ljudi koji su navikli na percepciju spojeva arsena razlikuju po svom zdravlju i fizičkoj snazi. Često se kao primjer navode stanovnici sjeverozapadnog dijela Štajerske koji rade na području ruda arsena. Ova se okolnost objašnjava činjenicom da male količine spojeva arsena poboljšavaju funkcioniranje hematopoetskih organa i pomažu u povećanju apsorpcije dušika i fosfora.

Mnogi spojevi arsena koriste se kao lijekovi za borbu protiv anemije i brojnih ozbiljnih bolesti. Od anorganskih spojeva arsena arsenov anhidrid se koristi u medicini za pripravu pilula iu stomatološkoj praksi u obliku paste kao nekrotizirajuće sredstvo. lijek.

Spojevi arsena (engleski i francuski Arsenic, njemački Arsen) poznati su jako dugo. U III - II tisućljeću pr. e. već znali proizvoditi bakrene legure s 4 - 5% arsena. Aristotelov učenik, Teofrast (IV-III st. pr. Kr.), nazvao je crveni arsenov sulfid koji se nalazi u prirodi realgarom; Plinije žuti arsenov sulfid As 2 S 3 naziva orpiment (Auripigmentum) - zlatne boje, a kasnije je dobio naziv orpiment. Starogrčka riječ arsenicon, kao i sandarac, odnose se uglavnom na spojeve sumpora. U 1.st Dioskorid je opisao spaljivanje orpimenta i dobiveni proizvod - bijeli arsen (As 2 O 3). U alkemijskom razdoblju razvoja kemije smatralo se nepobitnim da arsen (Arsenik) ima sumpornu prirodu, a budući da je sumpor (Sulfur) bio štovan kao “otac metala”, arsenu su se pripisivala muška svojstva. Nije poznato kada je točno arsen metal prvi put dobiven. Ovo se otkriće obično pripisuje Albertu Velikom (13. stoljeće). Alkemičari su bojanje bakra dodatkom arsena u bijelu srebrnu boju smatrali transformacijom bakra u srebro i pripisali su takvu “transmutaciju” snažnoj moći arsena. U srednjem vijeku iu prvim stoljećima modernog doba postala su poznata toksična svojstva arsena. No, još je Dioskorid (Iv.) preporučio da astmatičari udišu pare proizvoda dobivenog zagrijavanjem realgara sa smolom. Paracelsus je već naširoko koristio bijeli arsen i druge spojeve arsena za liječenje. Kemičari i rudari 15. - 17. stoljeća. znao za sposobnost arsena da sublimira i stvara parovite proizvode specifičnog mirisa i toksičnih svojstava, spominje ono što je bilo dobro poznato metalurzima 16. stoljeća. dim visoke peći (Huttenrauch) i njegov specifičan miris. Grčki (i latinski) naziv za arsen, koji se odnosi na arsenove sulfide, potječe iz grčkog muškog roda. Postoje i druga objašnjenja za podrijetlo ovog imena, na primjer od arapskog arsa paki, što znači "nesretni otrov koji prodire duboko u tijelo"; Arapi su ovo ime vjerojatno posudili od Grka. Ruski naziv arsen poznat je dugo vremena. U literaturi se pojavljuje od vremena Lomonosova, koji je arsen smatrao polumetalom. Uz ovaj naziv u 18.st. korištena je riječ arsen, a arsen je nazvan As 2 O 3. Zakharov (1810.) predložio je naziv arsen, ali se nije zaživio. Riječ arsen vjerojatno su posudili ruski obrtnici od turskih naroda. U azerbajdžanskom, uzbečkom, perzijskom i drugim istočnim jezicima arsen se zvao margumuš (mar - ubiti, mush - miš); Ruski arsen, vjerojatno pretvorba mišjeg otrova ili mišjeg otrova.

Arsen je kemijski element s atomskim brojem 33 u periodnom sustavu kemijskih elemenata D.I. Mendeljejev, označen je simbolom As. To je krhki polumetal boje čelika.

porijeklo imena

Naziv arsena na ruskom jeziku povezan je s korištenjem njegovih spojeva za istrebljenje miševa i štakora. Grčki naziv ἀρσενικόν dolazi od perzijskog زرنيخ (zarnik) - "žuti ukras". Narodna etimologija potječe iz starogrčkog. ἀρσενικός - muškarac.
Godine 1789. A.L. Lavoisier izolirao je metalni arsen iz arsenovog trioksida ("bijeli arsen"), dokazao da je nezavisna jednostavna tvar i dodijelio naziv "arsenicum" elementu.

Priznanica

Otkriće metode za proizvodnju metalnog arsena (sivi arsen) pripisuje se srednjovjekovnom alkemičaru Albertu Magnusu, koji je živio u 13. stoljeću. Međutim, mnogo ranije grčki i arapski alkemičari uspjeli su dobiti arsen u slobodnom obliku zagrijavanjem "bijelog arsena" (arsenov trioksid) s različitim organskim tvarima.
Postoje mnogi načini dobivanja arsena: sublimacijom prirodnog arsena, termičkom razgradnjom arsenovog pirita, redukcijom arsenovog anhidrida itd.
Trenutno, za dobivanje metala arsena, arsenopirit se najčešće zagrijava u pećima s muflom bez pristupa zraku. Istodobno se oslobađa arsen, čije se pare kondenziraju i pretvaraju u čvrsti arsen u željeznim cijevima koje dolaze iz peći iu posebnim keramičkim spremnicima. Ostatak u pećima se zatim zagrijava uz pristup zraka, a zatim arsen prelazi u As 2 O 3. Metalni arsen dobiva se u relativno malim količinama, a glavni dio ruda koje sadrže arsen prerađuje se u bijeli arsen, odnosno u arsenov trioksid - arsenov anhidrid As 2 O 3.

Primjena

Arsen se koristi za legiranje legura olova koje se koriste za pripremu sačme, jer kada se sačma lije metodom tornja, kapljice legure arsen-olovo poprimaju strogo sferni oblik, a osim toga, povećava se čvrstoća i tvrdoća olova.
Arsen posebne čistoće (99,9999%) koristi se za sintezu niza vrijednih i važnih poluvodičkih materijala - arsenida i složenih poluvodiča sličnih dijamantu.
Spojevi arsenovog sulfida - orpiment i realgar - koriste se u slikarstvu kao boje, au industriji kože kao sredstva za uklanjanje dlaka s kože.
U pirotehnici, realgar se koristi za stvaranje "grčke" ili "indijske" vatre, koja nastaje kada gori mješavina realgara sa sumporom i salitrom (jarko bijeli plamen).
Mnogi spojevi arsena u vrlo malim dozama koriste se kao lijekovi za suzbijanje anemije i niza teških bolesti, budući da imaju klinički značajan stimulativni učinak na niz tjelesnih funkcija, posebice na hematopoezu. Od anorganskih spojeva arsena arsenov anhidrid može se koristiti u medicini za pripravu pilula te u stomatološkoj praksi u obliku paste kao lijek za nekrotizaciju. Ovaj lijek se zvao "arsen" i koristio se u stomatologiji za uklanjanje živca. Trenutno se preparati arsena rijetko koriste u stomatološkoj praksi zbog toksičnosti. Razvijene su i koriste se i druge metode bezbolne denervacije zuba u lokalnoj anesteziji.