Definicija, formula, svojstva. Šta je arsen? Definicija, formula, svojstva Fizička svojstva arsena

Arsenic- mineral iz klase autohtonih elemenata, polumetal, hemijska formula As. Uobičajene nečistoće su Sb, S, Fe, Ag, Ni; rjeđe Bi i V. Sadržaj As u prirodnom arsenu dostiže 98%. Hemijski element 15. grupe (prema zastarjeloj klasifikaciji - glavna podgrupa pete grupe) četvrtog perioda periodnog sistema; ima atomski broj 33. Arsen (sirovi arsen) je čvrsta supstanca ekstrahirana iz prirodnih arsenopirita. Postoji u dva glavna oblika: običnom, takozvanom “metalnom” arsenu, u obliku sjajnih kristala čelične boje, krhkog, nerastvorljivog u vodi, i žutog arsena, kristalnog, prilično nestabilnog. Arsen se koristi u proizvodnji arsenik disulfida, sačme, tvrde bronce i raznih drugih legura (kalaj, bakar itd.)

Vidi također:

STRUKTURA

Kristalna struktura arsena je ditrigonalno-skaloedarska simetrija. Trigonalna singonija, c. With. L633L23PC. Kristali su izuzetno rijetki i imaju romboedarski ili pseudokubični habitus.

Identificirano je nekoliko alotropskih modifikacija arsena. U normalnim uslovima, metalni ili sivi arsen (alfa arsen) je stabilan. Kristalna rešetka sivog arsena je romboedarska, slojevita, sa periodom a = 4,123 A, uglom a = 54° 10′. Gustina (na temperaturi od 20°C) 5,72 g/cm 3 ; temperaturni koeficijent linearna ekspanzija 3,36 10 stepeni; specifični električni otpor (temperatura 0°C) 35 10 -6 ohm cm; NV = f 147; koeficijent kompresibilnost (na temperaturi od 30°C) 4,5 x 10 -6 cm 2 /kg. Tačka topljenja alfa-arsena je 816 °C pri pritisku od 36 atmosfera.

Pod bankomatom. Arsen sublimira pod pritiskom na temperaturi od 615°C bez topljenja. Toplina sublimacije 102 cal/g. Pare arsena su bezbojne, do temperature od 800°C sastoje se od As 4 molekula, od 800 do 1700°C - od mješavine As 4 i As 2, iznad temperature od 1700°C - samo od As 2. Brzom kondenzacijom pare arsena na površini hlađenoj tečnim vazduhom nastaje žuti arsen - prozirni mekani kristali kubnog sistema gustine 1,97 g/cm 3 . Poznate su i druge metastabilne modifikacije arsena: beta-arsen - amorfno staklast, gama-arsen - žuto-smeđi i delta-arsen - smeđi amorfni sa gustoćom od 4,73, respektivno; 4,97 i 5,10 g/cm3. Iznad temperature od 270°C, ove modifikacije se pretvaraju u sivi arsen.

NEKRETNINE

Boja na svježem prijelomu je cink-bijela, kalaj-bijela do svijetlo siva, brzo blijedi zbog stvaranja tamnosive mrlje; crna na istrošenoj površini. Tvrdoća po Mohsovoj skali 3 - 3,5. Gustina 5,63 - 5,8 g/cm3. Fragile. Dijagnosticira se karakterističnim mirisom bijelog luka kada se udari. Dekoltea je savršena prema (0001), a manje savršena prema (0112). Prijelom je zrnast. Ud. težina 5,63-5,78. Linija je siva, kositar-bijela. Sjaj je metalan, jak (kada je svježe slomljen), brzo blijedi i postaje bez sjaja na oksidiranoj površini koja je vremenom pocrnjela. Je dijamagnetna.

MORFOLOGIJA

Arsen se obično uočava u obliku kora sa sinterovanom bubrežastom površinom, stalaktita, školjkastih formacija, koje otkrivaju kristalno-zrnastu strukturu kada se lome. Prirodni arsen se prilično lako prepoznaje po obliku naslaga, pocrnjeloj površini, značajnoj specifičnoj težini, snažnom metalnom sjaju u svježem lomu i savršenom cijepanju. Ispod duvaljke isparava bez topljenja (na temperaturi od oko 360°), emitujući karakterističan miris belog luka i formirajući beli premaz As 2 O 3 na uglju. Prelazi u tečno stanje samo pri povećanom vanjskom pritisku. U zatvorenoj tubi formira ogledalo arsena. Kada se oštro udari čekićem, emituje miris belog luka.

PORIJEKLO

Arsen se javlja u hidrotermalnim naslagama kao metakoloidne formacije u šupljinama, koje su očigledno nastale u poslednjim trenucima hidrotermalne aktivnosti. U vezi s njim mogu se naći arsen, antimon i rjeđe sumporni spojevi nikla, kobalta, srebra, olova itd., različitog sastava, kao i nemetalni minerali.

U literaturi postoje indicije o sekundarnom poreklu arsena u zonama trošenja rudnih ležišta arsena, što je, uopšteno govoreći, malo verovatno, s obzirom da je u ovim uslovima veoma nestabilan i, brzo oksidirajući, potpuno se raspada. Crne kore se sastoje od fine mešavine arsena i arsenolita (As 2 O 3). Na kraju se formira čisti arsenolit.

U zemljinoj kori koncentracija arsena je niska i iznosi 1,5 ppm. Nalazi se u tlu i mineralima i može se osloboditi u zrak, vodu i tlo kroz vjetar i vodenu eroziju. Osim toga, element ulazi u atmosferu iz drugih izvora. Kao rezultat vulkanskih erupcija, oko 3 hiljade tona arsena se ispusti u vazduh godišnje, mikroorganizmi proizvode 20 hiljada tona isparljivog metilarsina godišnje, a kao rezultat sagorevanja fosilnih goriva, 80 hiljada tona se oslobađa preko isti period.

Na teritoriji SSSR-a, izvorni arsen je pronađen u nekoliko ležišta. Od njih izdvajamo hidrotermalno olovno-cink ležište Sadon, gdje je više puta uočeno u obliku bubrežastih masa na kristalnom kalcitu sa galenom i sfaleritom. Na lijevoj obali rijeke pronađene su velike bubrežaste akumulacije autohtonog arsena koncentrične strukture poput školjke. Chikoya (Transbaikalia). U paragenezi s njim, uočen je samo kalcit u obliku rubova na zidovima tankih žila koje seku preko drevnih kristalnih škriljaca. U obliku fragmenata (sl. 76), arsen je pronađen i na području sv. Jalinda, Amurskaja željeznica itd. i na drugim mjestima.

U brojnim nalazištima u Saskoj (Freiberg, Schneeberg, Annaberg i dr.) uočen je samorodni arsen u kombinaciji sa arsenim jedinjenjima kobalta, nikla, srebra, autohtonog bizmuta itd. Svi ovi i drugi nalazi ovog minerala su bez praktični značaj.

PRIMJENA

Arsen se koristi za legiranje olovnih legura koje se koriste za pripremu sačme, jer kada se sačma lijeva metodom tornja, kapljice legure arsena i olova poprimaju strogo sferni oblik, a osim toga, čvrstoća i tvrdoća olova značajno se povećavaju. Arsen posebne čistoće (99,9999%) koristi se za sintezu niza korisnih i važnih poluvodičkih materijala - arsenida (na primjer, galij arsenid) i drugih poluvodičkih materijala sa kristalnom rešetkom kao što je cink blende.

Jedinjenja arsena sulfida - orpiment i realgar - koriste se u slikarstvu kao boje i u industriji kože kao sredstvo za uklanjanje dlačica sa kože. U pirotehnici, realgar se koristi za proizvodnju “grčke” ili “indijske” vatre, koja nastaje kada mješavina realgara sa sumporom i nitratom gori (kada se izgori, formira svijetli bijeli plamen).
Neka organoelementna jedinjenja arsena su hemijski ratni agensi, na primer, lewizit.

Početkom 20. stoljeća neki derivati kakodila, na primjer, salvarsan, korišćeni su za liječenje sifilisa; vremenom su ti lijekovi istisnuti iz medicinske upotrebe za liječenje sifilisa drugim, manje toksičnim i efikasnijim, farmaceutskim lijekovima koji ne sadrže arsen.

Mnogi od spojeva arsena u vrlo malim dozama koriste se kao lijekovi za borbu protiv anemije i niza drugih teških bolesti, jer imaju klinički primjetan stimulativni učinak na niz specifičnih funkcija tijela, posebno na hematopoezu. Od neorganskih jedinjenja arsena, anhidrid arsena može se koristiti u medicini za pripremu pilula i u stomatološkoj praksi u obliku paste kao nekrotizirajući lijek. Ovaj lijek se kolokvijalno i kolokvijalno nazivao "arsen" i korišten je u stomatologiji za lokalnu nekrozu zubnog živca. Trenutno se preparati arsena rijetko koriste u stomatološkoj praksi zbog svoje toksičnosti. Sada su razvijene i koriste se druge metode bezbolne nekroze zubnog živca u lokalnoj anesteziji.

Arsen - As

KLASIFIKACIJA

Strunz (8. izdanje)	1/B.01-10
Nickel-Strunz (10. izdanje)	1.CA.05
Dana (7. izdanje)	1.3.1.1
Dana (8. izdanje)	1.3.1.1
Hej, CIM Ref.	1.33

Arsen je hemijski element grupe azota (grupa 15 periodnog sistema). To je krhka supstanca, siva sa metalnim sjajem (α-arsen), sa romboedarskom kristalnom rešetkom. Kada se zagrije na 600°C, As sublimira. Kada se para ohladi, pojavljuje se nova modifikacija - žuti arsen. Iznad 270°C, svi oblici As se pretvaraju u crni arsen.

Istorija otkrića

Šta je arsen bilo je poznato mnogo prije nego što je prepoznat kao hemijski element. U 4. veku. BC e. Aristotel je spomenuo supstancu zvanu sandarac, za koju se sada vjeruje da je bio realgar, ili arsenik sulfid. I u 1. veku nove ere. e. pisci Plinije Stariji i Pedanije Dioskorid opisali su orpiment - boju As 2 S 3. U 11. veku n. e. Postojale su tri varijante “arsena”: bijela (As 4 O 6), žuta (As 2 S 3) i crvena (As 4 S 4). Sam element je verovatno prvi izolovao u 13. veku Albertus Magnus, koji je primetio pojavu supstance nalik metalu kada je arsenikum, drugo ime za As 2 S 3, zagrejan sapunom. Ali nema sigurnosti da je ovaj prirodnjak dobio čisti arsen. Prvi autentični dokazi o čistoj izolaciji datiraju iz 1649. Njemački farmaceut Johann Schröder pripremio je arsen zagrijavanjem njegovog oksida u prisustvu uglja. Kasnije je Nicolas Lemery, francuski liječnik i hemičar, promatrao stvaranje ovog kemijskog elementa zagrijavanjem mješavine njegovog oksida, sapuna i potaše. Početkom 18. vijeka arsen je već bio poznat kao jedinstveni polumetal.

Prevalencija

Unatoč činjenici da je As smrtonosni otrov, važna je komponenta ishrane nekih životinja, a možda i ljudi, iako potrebna doza ne prelazi 0,01 mg/dan.

Arsen je izuzetno teško pretvoriti u vodotopivo ili isparljivo stanje. Činjenica da je prilično mobilna znači da se velike koncentracije supstance ne mogu pojaviti ni na jednom mjestu. S jedne strane, ovo je dobra stvar, ali s druge strane, lakoća s kojom se širi je razlog zašto kontaminacija arsenom postaje sve veći problem. Zbog ljudske aktivnosti, uglavnom kroz rudarenje i topljenje, normalno nepomični hemijski element migrira i sada se može naći na mjestima koja nisu njegova prirodna koncentracija.

Količina arsena u zemljinoj kori je oko 5 g po toni. U svemiru, njegova koncentracija se procjenjuje na 4 atoma na milion atoma silicijuma. Ovaj element je široko rasprostranjen. Mala količina je prisutna u izvornom stanju. Po pravilu, formacije arsena sa čistoćom od 90-98% nalaze se zajedno sa metalima kao što su antimon i srebro. Većina je, međutim, uključena u više od 150 različitih minerala - sulfida, arsenida, sulfoarsenida i arsenita. Arsenopirit FeAsS je jedan od najčešćih minerala koji sadrže As. Druga uobičajena jedinjenja arsena su minerali realgar As 4 S 4, orpiment As 2 S 3, lelingit FeAs 2 i enargit Cu 3 AsS 4. Arsenov oksid je takođe čest. Većina ove supstance je nusproizvod topljenja ruda bakra, olova, kobalta i zlata.

U prirodi postoji samo jedan stabilan izotop arsena - 75 As. Među vještačkim radioaktivnim izotopima izdvaja se 76 As sa poluraspadom od 26,4 sata Arsen-72, -74 i -76 se koriste u medicinskoj dijagnostici.

Industrijska proizvodnja i primjena

Metalni arsen se dobija zagrevanjem arsenopirita na 650-700 °C bez pristupa vazduha. Ako se arsenopirit i druge metalne rude zagrijavaju kisikom, tada se As lako kombinira s njim, formirajući lako sublimirani As 4 O 6, također poznat kao "bijeli arsen". Oksidna para se sakuplja i kondenzuje, a kasnije se pročišćava ponovljenom sublimacijom. Većina As se proizvodi njegovom redukcijom ugljikom iz tako dobivenog bijelog arsena.

Globalna potrošnja metalnog arsena je relativno mala - svega nekoliko stotina tona godišnje. Većina onoga što se konzumira dolazi iz Švedske. Koristi se u metalurgiji zbog svojih metaloidnih svojstava. Oko 1% arsena koristi se u proizvodnji olovne sačme jer poboljšava zaobljenost otopljene kapi. Svojstva legura za ležajeve na bazi olova poboljšavaju se i termički i mehanički kada sadrže oko 3% arsena. Prisustvo malih količina ovog hemijskog elementa u olovnim legurama očvršćava ih za upotrebu u baterijama i oklopu kablova. Male nečistoće arsena povećavaju otpornost na koroziju i termička svojstva bakra i mesinga. U svom čistom obliku, hemijski element As se koristi za prevlačenje bronze i u pirotehnici. Visoko pročišćeni arsen ima primjenu u tehnologiji poluvodiča, gdje se koristi sa silicijumom i germanijumom, te u obliku galij arsenida (GaAs) u diodama, laserima i tranzistorima.

Kao veze

Pošto je valentnost arsena 3 i 5, a ima raspon oksidacionih stanja od -3 do +5, element može formirati različite vrste jedinjenja. Njegovi najvažniji komercijalno važni oblici su As 4 O 6 i As 2 O 5 . Arsenov oksid, poznatiji kao bijeli arsen, nusproizvod je prženja ruda bakra, olova i nekih drugih metala, kao i ruda arsenopirita i sulfida. To je početni materijal za većinu drugih spojeva. Koristi se i u pesticidima, kao sredstvo za dekolorizaciju u proizvodnji stakla i kao konzervans za kožu. Arsenov pentoksid nastaje kada je bijeli arsen izložen oksidirajućem agensu (kao što je dušična kiselina). Glavni je sastojak insekticida, herbicida i ljepila za metal.

Arsin (AsH 3), bezbojni otrovni gas sastavljen od arsena i vodonika, je još jedna poznata supstanca. Supstanca, takođe nazvana arsenov vodonik, dobija se hidrolizom metalnih arsenida i redukcijom metala iz jedinjenja arsena u kiselim rastvorima. Našao je upotrebu kao dopant u poluvodičima i kao hemijsko ratno sredstvo. U poljoprivredi su od velikog značaja arsenska kiselina (H 3 AsO 4), olovni arsenat (PbHAsO 4) i kalcijum arsenat [Ca 3 (AsO 4) 2], koji se koriste za sterilizaciju zemljišta i kontrolu štetočina.

Arsen je hemijski element koji formira mnoga organska jedinjenja. Cacodyne (CH 3) 2 As-As(CH 3) 2, na primjer, koristi se u pripremi široko korišćenog sredstva za sušenje (sredstvo za sušenje) kakodilne kiseline. Složena organska jedinjenja elementa koriste se u liječenju određenih bolesti, na primjer, amebne dizenterije uzrokovane mikroorganizmima.

Fizička svojstva

Šta je arsen u smislu njegovih fizičkih svojstava? U svom najstabilnijem stanju, to je krhka, čelično siva čvrsta supstanca sa niskom toplotnom i električnom provodljivošću. Iako su neki oblici As slični metalu, klasificiranje ga kao nemetala je preciznija karakterizacija arsena. Postoje i drugi oblici arsena, ali oni nisu dobro proučeni, posebno žuti metastabilni oblik, koji se sastoji od As 4 molekula, poput bijelog fosfora P 4 . Arsen sublimira na temperaturi od 613 °C, a u obliku pare postoji kao As 4 molekula, koji se ne disociraju do temperature od oko 800 °C. Potpuna disocijacija na As 2 molekule događa se na 1700 °C.

Atomska struktura i sposobnost stvaranja veza

Elektronska formula arsena - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 3 - nalikuje dušiku i fosforu po tome što se u vanjskoj ljusci nalazi pet elektrona, ali se razlikuje od njih po tome što u njoj ima 18 elektrona. ljuska umjesto dvije ili osam. Dodavanje 10 pozitivnih naboja jezgru dok se popunjava pet 3d orbitala često uzrokuje ukupno smanjenje elektronskog oblaka i povećanje elektronegativnosti elemenata. Arsen u periodnom sistemu može se uporediti sa drugim grupama koje jasno pokazuju ovaj obrazac. Na primjer, općenito je prihvaćeno da je cink elektronegativniji od magnezija, a galij od aluminija. Međutim, u sljedećim grupama ova razlika se smanjuje i mnogi se ne slažu da je germanij elektronegativniji od silicija, uprkos obilju kemijskih dokaza. Sličan prijelaz sa ljuske od 8 u 18 elemenata iz fosfora u arsen može povećati elektronegativnost, ali to ostaje kontroverzno.

Sličnost vanjske ljuske As i P sugerira da oni mogu formirati 3 po atomu u prisustvu dodatnog nevezanog elektronskog para. Oksidacijsko stanje stoga mora biti +3 ili -3, u zavisnosti od relativne međusobne elektronegativnosti. Struktura arsena također sugerira mogućnost korištenja vanjske d-orbitale za proširenje okteta, što omogućava elementu da formira 5 veza. Ostvaruje se samo u reakciji sa fluorom. Prisustvo slobodnog elektronskog para za formiranje kompleksnih spojeva (kroz donaciju elektrona) u atomu As je mnogo manje izraženo nego u fosforu i dušiku.

Arsen je stabilan na suvom vazduhu, ali se u vlažnom vazduhu pretvara u crni oksid. Njegove pare lako sagorevaju, formirajući As 2 O 3. Šta je slobodni arsen? Na njega praktički ne utiču voda, baze i neoksidirajuće kiseline, ali ga dušična kiselina oksidira do +5. Halogeni i sumpor reagiraju s arsenom, a mnogi metali stvaraju arsenide.

Analitička hemija

Supstanca arsen se može kvalitativno detektovati u obliku žutog orpimenta, koji se taloži pod uticajem 25% rastvora hlorovodonične kiseline. Tragovi As se obično određuju pretvaranjem u arsin, što se može otkriti pomoću Marsh testa. Arsin se termički raspada i formira crno ogledalo arsena unutar uske cijevi. Prema Gutzeit metodi, uzorak impregniran arsinom potamni zbog oslobađanja žive.

Toksikološke karakteristike arsena

Toksičnost elementa i njegovih derivata uvelike varira, od izuzetno toksičnog arsina i njegovih organskih derivata do jednostavnog As, koji je relativno inertan. Šta je arsen dokazuje upotreba njegovih organskih jedinjenja kao hemijskih ratnih agenasa (luizit), vezikanata i defolijansa (Agent Blue na bazi vodene mešavine 5% kakodilne kiseline i 26% njene natrijumove soli).

Generalno, derivati ovog hemijskog elementa iritiraju kožu i uzrokuju dermatitis. Preporučuje se i zaštita od udisanja prašine koja sadrži arsen, ali se većina trovanja događa gutanjem. Maksimalna dozvoljena koncentracija As u prašini tokom osmosatnog radnog dana je 0,5 mg/m 3 . Za arsin, doza se smanjuje na 0,05 ppm. Osim upotrebe spojeva ovog kemijskog elementa kao herbicida i pesticida, primjena arsena u farmakologiji omogućila je dobivanje salvarsana, prvog uspješnog lijeka protiv sifilisa.

Zdravstveni efekti

Arsen je jedan od najotrovnijih elemenata. Neorganska jedinjenja ove hemikalije se prirodno javljaju u malim količinama. Ljudi mogu biti izloženi arsenu kroz hranu, vodu i zrak. Do izlaganja može doći i kontaktom kože sa kontaminiranom zemljom ili vodom.

Ljudi koji rade s njim, žive u domovima izgrađenim od drveta tretiranog njime, te na poljoprivrednim zemljištima na kojima su se u prošlosti koristili pesticidi također su podložni izloženosti.

Neorganski arsen može uzrokovati različite zdravstvene efekte kod ljudi, kao što su iritacija želuca i crijeva, smanjena proizvodnja crvenih i bijelih krvnih stanica, promjene na koži i iritacija pluća. Sumnja se da unos značajnih količina ove supstance može povećati šanse za razvoj raka, posebno raka kože, pluća, jetre i limfnog sistema.

Vrlo visoke koncentracije anorganskog arsena uzrokuju neplodnost i spontane pobačaje kod žena, dermatitis, smanjenu otpornost tijela na infekcije, probleme sa srcem i oštećenje mozga. Osim toga, ovaj hemijski element može oštetiti DNK.

Smrtonosna doza bijelog arsena je 100 mg.

Organska jedinjenja elementa ne uzrokuju rak ili oštećenje genetskog koda, ali velike doze mogu naštetiti ljudskom zdravlju, na primjer, uzrokovati nervne poremećaje ili bolove u trbuhu.

Properties As

Glavna hemijska i fizička svojstva arsena su sljedeća:

Atomski broj je 33.
Atomska težina - 74,9216.
Tačka topljenja sive forme je 814 °C pri pritisku od 36 atmosfera.
Gustina sive forme je 5,73 g/cm 3 na 14 °C.
Gustina žute forme je 2,03 g/cm 3 na 18 °C.
Elektronska formula arsena je 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 3.
Oksidacija -3, +3, +5.
Valencija arsena je 3,5.

Arsenic(lat. arsenicum), as, hemijski element grupe V periodnog sistema Mendeljejeva, atomski broj 33, atomska masa 74,9216; čelično-sivi kristali. Element se sastoji od jednog stabilnog izotopa 75 as.

Istorijska referenca. Prirodna jedinjenja minerala sa sumporom (orpiment kao 2s 3, realgar kao 4s 4) bila su poznata narodima antičkog sveta, koji su ove minerale koristili kao lekove i boje. Produkt sagorevanja M. sulfida bio je poznat i - M. oksid (iii) kao 2 o 3 („bijeli M.“). Ime arsenik o n već se nalazi kod Aristotela; izvedeno je iz grčkog. a rsen - snažan, hrabar i služio je za označavanje M spojeva (prema njihovom snažnom dejstvu na organizam). Vjeruje se da rusko ime dolazi od "miš" (od upotrebe M. preparata za istrebljenje miševa i pacova). Prijem M. u slobodnom stanju pripisuje se Albert Veliki(oko 1250). Godine 1789 A. Lavoisier uvrstio M. na listu hemijskih elemenata.

Rasprostranjenost u prirodi. Prosječan sadržaj metala u zemljinoj kori (klarka) je 1,7 × 10 -4% (po masi), u takvim količinama ima ga u većini magmatskih stijena. Pošto su jedinjenja M. isparljiva na visokim temperaturama, element se ne akumulira tokom magmatskih procesa; koncentrira se, taloži iz vrućih dubokih voda (zajedno sa s, se, sb, fe, co, ni, cu i drugim elementima). Tokom vulkanskih erupcija, minerali ulaze u atmosferu u obliku svojih isparljivih jedinjenja. Budući da je M. multivalentan, na njegovu migraciju u velikoj mjeri utiče redoks okruženje. U oksidacionim uslovima zemljine površine nastaju arsenati (kao 5+) i arseniti (kao 3+). Riječ je o rijetkim mineralima, koji se nalaze samo u područjima mineralnih naslaga, dok su autohtoni minerali i kao 2+ minerali još rjeđe. Od brojnih minerala M. (oko 180), jedino je arsenopirit feas od primarnog industrijskog značaja.

Male količine M. su neophodne za život. Međutim, u područjima sa mineralnim naslagama i aktivnošću mladih vulkana, tla ponegdje sadrže i do 1% metala, što je povezano sa bolestima stoke i odumiranjem vegetacije. Akumulacija M. posebno je karakteristična za pejzaže stepa i pustinja, u čijim tlima je M. neaktivan. U vlažnim klimama, M. se lako ispire iz tla.

U živoj materiji ima u prosjeku 3 × 10 -5% M, u rijekama 3 × 10 -7%. M., doveden rijekama u okean, relativno brzo se taloži. U morskoj vodi ima samo 1 x 10 -7% M, au glinama i škriljcima 6,6 x 10 -4%. Sedimentne željezne rude i feromanganske nodule često su obogaćene M.

Fizička i hemijska svojstva. M. ima nekoliko alotropnih modifikacija. U normalnim uslovima, najstabilnija je takozvana metalna, ili siva, M. (a -as) - čelično-siva krhka kristalna masa; kada je svježe slomljen, ima metalni sjaj; na zraku brzo blijedi jer je prekriven tankim filmom od 2 do 3. Kristalna rešetka sive M. je romboedarska ( A= 4,123 a, ugao a = 54°10", X= 0,226), slojevito. Gustina 5,72 g/cm 3(na 20°c), električna otpornost 35 10 -8 ohm? m, ili 35 10 -6 ohm? cm, temperaturni koeficijent električnog otpora 3,9 10 -3 (0°-100 °c), tvrdoća po Brinellu 1470 Mn/m 2, ili 147 kgf/mm 2(3-4 prema Mohsu); M. diamagnetic. Pod atmosferskim pritiskom, metal sublimira na 615 °C bez topljenja, jer trostruka tačka a -as leži na 816 °C i pritisku od 36 at. M. para se sastoji od 4 molekula do 800°C, iznad 1700°C - samo od 2. Kada se para metala kondenzuje na površini ohlađenoj tečnim vazduhom, nastaje žuti metal - prozirni kristali, mekani poput voska, gustine 1,97 g/cm 3, po svojstvima slična bijeloj fosfor. Kada se izloži svjetlosti ili slabom zagrijavanju, prelazi u sivi M. Poznate su i staklasto-amorfne modifikacije: crni M. i smeđi M., koje prelaze u sivo M. kada se zagrije iznad 270°c.

Konfiguracija vanjskih elektrona atoma M. 3 d 10 4 s 2 4 str 3. U jedinjenjima, M ima oksidaciona stanja od + 5, + 3 i – 3. Sivi M je značajno manje hemijski aktivan od fosfora. Kada se zagrije na zraku iznad 400°c, M gori, formirajući 2 o 3. M se direktno kombinuje sa halogenima; u normalnim uslovima asf 5 - gas; asf 3, ascl 3, asbr 3 - bezbojne, vrlo isparljive tečnosti; asi 3 i as 2 l 4 - crveni kristali. Kada se M. zagreva sumporom, dobijaju se sledeći sulfidi: narandžasto-crveni kao 4s4 i limun-žuti kao 2s3. Blijedožuti sulfid kao 2s 5 se istaloži prolaskom h 2 s u ledom hlađenu otopinu arsenske kiseline (ili njenih soli) u dimajućoj hlorovodoničnoj kiselini: 2h 3 aso 4 + 5h 2 s = kao 2 s 5 + 8h 2 o ; Na oko 500°c razlaže se na 2 s 3 i sumpor. Svi M. sulfidi su nerastvorljivi u vodi i razrijeđenim kiselinama. Jaki oksidanti (mešavine hno 3 + hcl, hcl + kclo 3) pretvaraju ih u mešavinu h 3 aso 4 i h 2 so 4. Sulfid kao 2s 3 lako se rastvara u sulfidima i polisulfidima amonijuma i alkalnih metala, formirajući soli kiselina - tioarsen h 3 ass 3 i tioarsen h 3 ass 4. Sa kiseonikom, M. proizvodi okside: M. oksid (iii) kao 2 o 3 - anhidrid arsena i M. oksid (v) kao 2 o 5 - anhidrid arsena. Prvi od njih nastaje djelovanjem kisika na metal ili njegove sulfide, na primjer 2as 2 s 3 + 9o 2 = 2as 2 o 3 + 6so 2. Kako se pare 2 o 3 kondenziraju u bezbojnu staklastu masu, koja vremenom postaje neprozirna zbog stvaranja malih kubičnih kristala, gustina 3,865 g/cm 3. Gustina pare odgovara formuli kao 4 o 6: iznad 1800°c para se sastoji od 2 o 3. Na 100 G voda se rastvara 2.1 G kao 2 o 3 (na 25°c). M. oksid (iii) je amfoterno jedinjenje, sa dominantnim kiselim svojstvima. Poznate su soli (arseniti) koje odgovaraju ortoarsenskim kiselinama h 3 aso 3 i metaarsenskim haso 2; same kiseline nisu dobijene. Samo alkalni metali i amonijum arseniti su rastvorljivi u vodi. kao 2 o 3 i arseniti su obično redukcioni agensi (na primjer, kao 2 o 3 + 2i 2 + 5h 2 o = 4hi + 2h 3 aso 4), ali mogu biti i oksidanti (na primjer, kao 2 o 3 + 3c = 2as + 3co ).

M. oksid (v) se dobija zagrevanjem arsenske kiseline h 3 aso 4 (oko 200°c). Bezbojan je, na oko 500°c se raspada na 2 o 3 i o 2. Arsenska kiselina se dobiva djelovanjem koncentriranog hno 3 na kao ili kao 2 o 3. Soli arsenske kiseline (arsenati) su nerastvorljive u vodi, sa izuzetkom soli alkalnih metala i amonijuma. Poznate su soli koje odgovaraju kiselinama ortoarsenskoj h 3 aso 4, metaarsenskoj haso 3 i piroarsenskoj kiselini h 4 kao 2 o 7; posljednje dvije kiseline nisu dobijene u slobodnom stanju. Kada je fuzionisan sa metalima, metal uglavnom formira jedinjenja ( arsenidi).

Prijem i korištenje . M. se industrijski proizvodi zagrijavanjem arsenovog pirita:

feass = fes + as

ili (rjeđe) smanjenje od 2 o 3 sa ugljem. Oba procesa se izvode u retortama od vatrostalne gline, spojenim na prijemnik za kondenzaciju para M. Anhidrid arsena se dobija oksidativnim prženjem ruda arsena ili kao nusproizvod prženja polimetalnih ruda, koje skoro uvek sadrže M. oksidativno prženje, jer se formiraju 2 o 3 pare koje se kondenzuju u komore za hvatanje. Sirovo kao 2 o 3 prečišćava se sublimacijom na 500-600°c. Prečišćen kao 2 o 3 koristi se za proizvodnju M. i njegovih preparata.

Mali aditivi M (0,2-1,0% po težini) unose se u olovo koje se koristi za proizvodnju sačme (M povećava površinski napon rastopljenog olova, zbog čega sačma poprima oblik blizak sfernom; M blago povećava tvrdoću od olova). Kao delimična zamena za antimon, M. je uključen u neke babite i štamparske legure.

Čista M. nije otrovna, ali su sva njena jedinjenja koja su rastvorljiva u vodi ili mogu preći u rastvor pod dejstvom želudačnog soka izuzetno otrovna; posebno opasno arsenov vodonik. Od M spojeva koji se koriste u proizvodnji, anhidrid arsena je najotrovniji. Gotovo sve sulfidne rude obojenih metala, kao i željezni (sumporni) pirit, sadrže primjese metala. Zbog toga se prilikom njihovog oksidativnog prženja, zajedno sa sumpordioksidom, uvijek stvara tako 2, kao 2 o 3; Većina se kondenzira u dimnim kanalima, ali u nedostatku ili niskoj efikasnosti postrojenja za prečišćavanje, izduvni plinovi rudnih peći odnose primjetne količine od čak 2 o 3. Čista M., iako nije otrovna, uvijek je prekrivena premazom otrovnog kao 2 o 3 kada se čuva na zraku. U nedostatku odgovarajuće ventilacije, jetkanje metala (gvožđe, cink) industrijskom sumpornom ili hlorovodoničnom kiselinom koja sadrži primese metala je izuzetno opasno, jer se time proizvodi arsen vodik.

S. A. Pogodin.

M. u tijelu. As element u tragovima M. je sveprisutan u živoj prirodi. Prosečan sadržaj M u zemljištu je 4 · 10 -4%, u biljnom pepelu - 3 · 10 -5%. Sadržaj M u morskim organizmima je veći nego u kopnenim organizmima (u ribama 0,6-4,7 mg u 1 kg sirove materije se akumuliraju u jetri). Prosječan sadržaj M u ljudskom tijelu je 0,08-0,2 mg/kg. U krvi, M. je koncentrisan u eritrocitima, gdje se vezuje za molekul hemoglobina (a globinska frakcija sadrži dvostruko više od hema). Najveća količina (po 1 G tkiva) nalazi se u bubrezima i jetri. Mnogo M. se nalazi u plućima i slezeni, koži i kosi; relativno malo - u likvoru, mozgu (uglavnom hipofizi), gonadama itd. U tkivima se M. nalazi u glavnoj proteinskoj frakciji, znatno manje u frakciji rastvorljivoj u kiselinama, a samo mali deo je nalazi u lipidnoj frakciji. M. učestvuje u redoks reakcijama: oksidativnom razgradnji složenih ugljenih hidrata, fermentaciji, glikolizi itd. Jedinjenja M. se koriste u biohemiji kao specifična inhibitori enzimi za proučavanje metaboličkih reakcija.

M. u medicini. Organska jedinjenja M. (aminarson, miarsenol, novarsenal, osarsol) koriste se uglavnom za lečenje sifilisa i protozojskih bolesti. Neorganski preparati M. - natrijum arsenit (natrijum arsenat), kalijum arsenit (kalijum arsenat), anhidrid arsena kao 2 o 3, propisuju se kao sredstva za opšte jačanje i tonik. Kada se primenjuju lokalno, anorganski preparati M. mogu izazvati nekrotizirajući efekat bez prethodne iritacije, čineći ovaj proces gotovo bezbolnim; Ovo svojstvo, koje je najizraženije u kao 2 o 3, koristi se u stomatologiji za uništavanje zubne pulpe. Neorganski preparati M. se takođe koriste za lečenje psorijaze.

Vještački dobijeni radioaktivni izotopi M. 74 as (t 1 / 2 = 17,5 dana) i 76 kao (t 1 / 2 = 26,8 h) koriste se u dijagnostičke i terapeutske svrhe. Uz njihovu pomoć razjašnjava se lokacija tumora mozga i utvrđuje stupanj radikalnosti njihovog uklanjanja. Radioaktivni M. se ponekad koristi za bolesti krvi itd.

Prema preporukama Međunarodne komisije za zaštitu od zračenja, maksimalno dozvoljeni sadržaj od 76 u telu je 11 mccurie. Prema sanitarnim standardima usvojenim u SSSR-u, maksimalno dozvoljene koncentracije od 76 u vodi i otvorenim akumulacijama su 1 10 -7 curie/l, u vazduhu radnih prostorija 5 10 -11 curie/l. Svi preparati M. su veoma otrovni. U slučaju akutnog trovanja, javljaju se jaki bolovi u trbuhu, dijareja i oštećenje bubrega; Mogući su kolaps i konvulzije. Kod kroničnih trovanja najčešći su gastrointestinalni poremećaji, katari sluzokože respiratornog trakta (faringitis, laringitis, bronhitis), lezije kože (egzantema, melanoza, hiperkeratoza), poremećaji osjetljivosti; moguć je razvoj aplastične anemije. U liječenju trovanja M. lijekovima od najvećeg značaja je unitiol.

Mjere za sprečavanje industrijskih trovanja treba da budu usmjerene prvenstveno na mehanizaciju, zaptivanje i uklanjanje prašine iz tehnološkog procesa, stvaranje efikasne ventilacije i obezbjeđenje radnika ličnom zaštitnom opremom od izlaganja prašini. Neophodni su redovni zdravstveni pregledi radnika. Prethodni zdravstveni pregledi obavljaju se prilikom prijema, a za zaposlene - jednom u šest mjeseci.

Lit.: Remi G., Kurs neorganske hemije, trans. sa njemačkog, tom 1, M., 1963, str. 700-712; Pogodin S. A., Arsen, u knjizi: Kratka hemijska enciklopedija, tom 3, M., 1964; Štetne materije u industriji, pod op. ed. N. V. Lazareva, 6. izd., 2. deo, Lenjingrad, 1971.

preuzmi sažetak

Sadržaj članka

ARSEN– hemijski element V grupe periodnog sistema, pripada porodici azota. Relativna atomska masa 74,9216. U prirodi, arsen je predstavljen samo jednim stabilnim nuklidom 75 As. Više od deset njegovih radioaktivnih izotopa s poluraspadom od nekoliko minuta do nekoliko mjeseci također je umjetno dobiveno. Tipična oksidaciona stanja u jedinjenjima su –3, +3, +5. Naziv arsena na ruskom jeziku povezan je sa upotrebom njegovih spojeva za istrebljenje miševa i pacova; Latinski naziv Arsenicum dolazi od grčkog "arsen" - snažan, moćan.

Istorijski podaci.

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

Prije nekoliko hiljada godina kameno doba je ustupilo mjesto bronzanom dobu. Bronza je legura bakra i kalaja. Istoričari veruju da je prva bronza izlivena u dolini Tigris-Eufrat, negde između 30. i 25. veka. BC. U nekim krajevima topila se bronza sa posebno vrijednim svojstvima - bila je bolje livena i lakše se kovala. Kako su otkrili savremeni naučnici, radilo se o legurama bakra koja je sadržavala od 1 do 7% arsena i ne više od 3% kalaja. Vjerovatno je u početku, prilikom njegovog topljenja, bogata ruda bakra malahit pomiješana sa produktima trošenja nekih također zelenih sulfidnih minerala bakra i arsena. Pošto su cijenili izvanredna svojstva legure, drevni majstori su tada posebno tražili minerale arsena. Za pretragu smo koristili svojstvo takvih minerala da pri zagrijavanju ispuštaju specifičan miris bijelog luka. Međutim, s vremenom je prestalo topljenje arseničke bronce. Najvjerovatnije se to dogodilo zbog čestih trovanja tokom pečenja minerala koji sadrže arsen.

Naravno, arsen je u dalekoj prošlosti bio poznat samo u obliku svojih minerala. Tako se u staroj Kini čvrsti mineral realgar (sulfid sastava As 4 S 4, realgar na arapskom znači „rudnička prašina“) koristio za klesanje kamena, ali se zagrijavanjem ili izlaganjem svjetlu „pokvario“, jer je pretvorena u As 2 S 3. U 4. veku. BC. Aristotel je ovaj mineral opisao pod imenom sandarac. U 1. vijeku AD Rimski pisac i naučnik Plinije Stariji i rimski lekar i botaničar Dioskorid opisali su mineralni orpiment (arsenov sulfid As 2 S 3). Prevedeno s latinskog, naziv minerala znači "zlatna boja": korištena je kao žuta boja. U 11. veku alhemičari su razlikovali tri "vrste" 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 je dobijen sublimacijom nečistoća arsena tokom pečenja bakrenih ruda koje sadrže ovaj element. Kondenzirajući iz gasne faze, arsenov oksid se taložio u obliku bijelog premaza. Beli arsen se od davnina koristio za uništavanje štetočina, kao i za...

U 13. veku Albert von Bolstedt (Albert Veliki) dobio je supstancu nalik metalu zagrijavanjem žutog arsena 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; To je vjerovatno razlog zašto su alhemičari arsen smatrali "kopilenim metalom". Istovremeno, otkrili su njegovu osobinu da bakru daje bijelu boju, zbog čega su ga nazvali "Venerin (tj. bakar) sredstvo za izbjeljivanje".

Arsen je jasno identificiran kao pojedinačna supstanca sredinom 17. stoljeća, kada ga je njemački farmaceut Johann Schroeder dobio u relativno čistom obliku redukcijom oksida ugljenom. Kasnije je francuski hemičar i lekar Nicolas Lemery dobio arsen zagrijavanjem mješavine njegovog oksida sa sapunom i potašom. U 18. vijeku arsen je već bio poznat kao neobičan "polumetal". Švedski hemičar K.V. Scheele je 1775. godine dobio arsensku kiselinu i gasoviti arsen-vodik, a 1789. godine A.L. Lavoisier je konačno priznao arsen kao nezavisni hemijski element. U 19. vijeku otkrivena su organska jedinjenja koja sadrže arsen.

Arsen u prirodi.

U zemljinoj kori ima malo arsena - oko 5·10 -4% (odnosno 5 g po toni), otprilike isto kao germanijum, kalaj, molibden, volfram ili brom. Arsen se često nalazi u mineralima zajedno sa gvožđem, bakrom, kobaltom i niklom.

Sastav minerala formiranih od arsena (a poznato ih je oko 200) odražava “polumetalna” svojstva ovog elementa, koji može biti u pozitivnom i negativnom oksidacionom stanju i kombinovati se sa mnogim elementima; u prvom slučaju, arsen može igrati ulogu metala (na primjer, u sulfidima), u drugom - nemetala (na primjer, u arsenidima). Kompleksni sastav velikog broja minerala arsena odražava njegovu sposobnost, s jedne strane, da djelimično zamijeni atome sumpora i antimona u kristalnoj rešetki (jonski radijusi S–2, Sb–3 i As–3 su bliski i iznose 0,182, 0,208 i 0,191 nm, s druge strane – atomi metala. U prvom slučaju, atomi arsena imaju prilično negativno stanje oksidacije, u drugom - pozitivno.

Elektronegativnost arsena (2.0) je mala, ali viša od antimona (1.9) i većine metala, pa se oksidaciono stanje –3 za arsen uočava samo u metalnim arsenidima, kao i kod stibarsen SbAs i izraslina ovog minerala sa čisti kristali antimon ili arsen (mineralni alemontit). Mnoga jedinjenja arsena sa metalima, sudeći po njihovom sastavu, su pre intermetalna jedinjenja nego arsenidi; neki od njih imaju promjenjiv sadržaj arsena. Arsenidi mogu istovremeno sadržavati nekoliko metala, čiji atomi, na bliskim radijusima jona, zamjenjuju jedni druge u kristalnoj rešetki u proizvoljnim omjerima; u takvim slučajevima, u mineralnoj formuli, simboli elemenata su navedeni odvojeni zarezima. Svi arsenidi imaju metalni sjaj; oni su neprozirni, teški minerali, a njihova tvrdoća je niska.

Primjeri prirodnih arsenida (poznato ih je oko 25) su minerali lolingit FeAs 2 (analog pirita FeS 2), skuterudit CoAs 2–3 i nikl skuterudit NiAs 2–3, nikl (crveni nikl pirit) NiAs (rammelsbergit) bijeli nikl pirit) NiAs 2 , saflorit (speys kobalt) CoAs 2 i klinosaflorit (Co,Fe,Ni)As 2, langizit (Co,Ni)As, sperilit PtAs 2, maučerit Ni 11 As 8, oregonit Ni2, FeAs algodonit Cu 6 As. Zbog njihove velike gustine (više od 7 g/cm3), geolozi mnoge od njih klasifikuju kao „superteške“ minerale.

Najčešći mineral arsena je arsenopirit (arsenik pirit).FeAsS se može smatrati produktom zamjene sumpora u FeS 2 piritu atomima arsena (obični pirit također uvijek sadrži malo arsena). Takva jedinjenja 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 Ruda srebra, koja se ponekad naziva i "rubinsko srebro" zbog svoje jarko crvene boje, često se nalazi u gornjim slojevima srebrnih vena, gdje se nalaze veličanstveni krupni kristali ovog minerala. Sulfosoli mogu sadržavati i plemenite metale grupe platine; To su minerali osarsit (Os,Ru)AsS, ruarsite RuAsS, irarsit (Ir,Ru,Rh,Pt)AsS, platarzit (Pt,Rh,Ru)AsS, hollingworthit (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, arsenskom polibazitu (Ag,Cu) 16 (Ar,Sb) 2 S 11.

Zanimljiva je struktura minerala, u kojoj je arsen prisutan istovremeno sa sumporom, ali pre igra ulogu metala, grupišući se zajedno sa drugim metalima. To su minerali arsenosulvanit 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, goldfieldit 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 izrazito pozitivno oksidaciono stanje u prirodnim sulfidima - žutom orpimentu As 2 S 3 , narandžasto žutom dimorfitu As 4 S 3 , narandžasto crvenom realgaru As 4 S 4 , karmin crvenom getelitu AsSbS 3 , kao i u bezbojnom oksidu As 2 O 3, koji se javlja kao minerali arsenolit i klaudetit sa različitim kristalnim strukturama (nastaju kao rezultat trošenja drugih minerala arsena). Obično se ovi minerali nalaze u obliku malih inkluzija. Ali 30-ih godina 20. vijeka. U južnom dijelu Verhojanskog 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), oksidaciono 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 simpsite 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, ruzveltit BiAsO 4 i ketigit Zn 3 (AsO 4) 2 8H 2 O, takođe 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 - su vrlo rijetki.

U središnjoj Švedskoj nalaze se poznati kamenolomi željeza i mangana Langbanov, u kojima je pronađeno i opisano više od 50 uzoraka minerala arsenata. Neki od njih se ne nalaze nigdje drugdje. Nekada su nastali kao rezultat reakcije arsenske kiseline H 3 AsO 4 sa pirokroitom Mn(OH) 2 na ne baš visokim temperaturama. Obično su arsenati produkti oksidacije sulfidnih ruda. One, po pravilu, nemaju industrijsku upotrebu, ali su neke od njih vrlo lijepe i krase mineraloške zbirke.

U nazivima brojnih minerala arsena mogu se pronaći nazivi mjesta (Lölling u Austriji, Freiberg u Saksoniji, Seinäjoki u Finskoj, Skutterud u Norveškoj, Allemon u Francuskoj, kanadski rudnik Langis i rudnik Getchell u Nevadi, Oregon u SAD-u itd. ), imena geologa, hemičara, političara itd. (njemački hemičar Karl Rammelsberg, minhenski trgovac mineralima William Maucher, vlasnik rudnika Johann von Gersdorff, francuski hemičar F. Claudet, engleski hemičar John Proust i Smithson Tennant, kanadski hemičar F. L. Sperry, američki predsjednik Roosevelt, itd.), imena biljaka (thus). , naziv minerala saflorit dolazi od šafrana), početna slova imena elemenata - arsen, osmijum, rutenijum, iridijum, paladijum, platina, grčki koreni („erythros“ - crvena, „enargon“ - vidljiva, „ lithos” - kamen) i sl. i tako dalje.

Zanimljivo drevno ime za mineral nikal (NiAs) je kupfernikl. Srednjovekovni nemački rudari nazivali su Nikl zlim planinskim duhom, a „kupfernikl“ (Kupfernickel, od nemačkog Kupfer – bakar) – „prokleti bakar“, „lažni bakar“. Bakarno-crveni kristali ove rude ličili su na bakarnu rudu; Korišćen je u proizvodnji stakla za bojenje stakla u zeleno. Ali niko od njega nije uspeo da dobije bakar. Ovu rudu je proučavao švedski mineralog Aksel Kronsted 1751. godine i iz nje izolovao novi metal, nazvavši ga nikal.

Budući da je arsen hemijski prilično inertan, nalazi se iu svom izvornom stanju - u obliku spojenih 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 autohtoni arsen u Transbaikaliji, u Amurskoj oblasti, a nalazi se iu drugim zemljama.

Arsen je jedinstven po tome što se nalazi svuda - u mineralima, stijenama, tlu, vodi, biljkama i životinjama, a ne uzalud ga nazivaju "sveprisutni". Raspodjela arsena u različitim dijelovima svijeta uvelike je određena tokom formiranja litosfere hlapljivošću njegovih spojeva na visokim temperaturama, kao i procesima sorpcije i desorpcije u tlu i sedimentnim stijenama. Arsen lako migrira, čemu doprinosi prilično visoka rastvorljivost nekih njegovih jedinjenja u vodi. U vlažnim klimama, arsen se ispire iz tla i odnosi podzemnim vodama, a zatim rijekama. Prosječan sadržaj arsena u rijekama je 3 µg/l, u površinskim vodama – oko 10 µg/l, u vodama mora i oceana – samo oko 1 µg/l. To se objašnjava relativno brzim taloženjem njegovih spojeva iz vode s akumulacijom u sedimentima dna, na primjer, u feromanganskim nodulama.

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 dosta arsena - do 8 g/kg, kao u nekim područjima Švicarske i Novog Zelanda. Na takvim mjestima vegetacija umire, a životinje obolijevaju. To je tipično za stepe i pustinje, gdje se arsen ne ispire iz tla. Glinene stijene su također obogaćene u odnosu na prosječan sadržaj – sadrže četiri puta više arsena od prosjeka. U našoj zemlji je maksimalno dozvoljena koncentracija arsena u zemljištu 2 mg/kg.

Arsen se može iznijeti iz tla ne samo vodom, već i vjetrom. Ali da bi se to postiglo, prvo se mora pretvoriti u isparljive organske spojeve. Ova transformacija nastaje kao rezultat takozvane biometilacije - dodavanja metil grupe da bi se formirala C–As veza; ovaj enzimski proces (poznat je po živinim jedinjenjima) odvija se uz učešće koenzima metilkobalamina, metiliranog derivata vitamina B 12 (ima ga i u ljudskom tijelu). Biometilacija arsena se dešava i u slatkoj i u morskoj vodi i dovodi do stvaranja organoarsenskih jedinjenja - metilarsenske kiseline CH 3 AsO(OH) 2, dimetilarsina (dimetilarsenske, ili kakodilne) kiseline (CH 3) 2 As(O)OH, trimetilarsina ( CH 3) 3 As i njegov oksid (CH 3) 3 As = O, koji se takođe javljaju u prirodi. Korištenjem 14 C-obilježenog metilkobalamina i 74 As-obilježenog natrijum hidroarsenata Na 2 HAsO 4 pokazano je da jedan od sojeva metanobakterija reducira i metilira ovu sol u isparljivi dimetilarsin. Kao rezultat toga, vazduh u ruralnim područjima sadrži u prosjeku 0,001 - 0,01 μg/m 3 arsena, u gradovima gdje nema specifičnog zagađenja - do 0,03 μg/m 3, te u blizini izvora zagađenja (obojeni metali topionice, elektrane, rad na uglju sa visokim sadržajem arsena itd.) koncentracija arsena u zraku može premašiti 1 μg/m 3 . Intenzitet taloženja arsena u područjima gdje se nalaze industrijski centri je 40 kg/km 2 godišnje.

Formiranje isparljivih jedinjenja arsena (trimetilarsina, na primjer, ključa na samo 51°C) uzrokovano je u 19. stoljeću. brojna trovanja, jer je arsen bio sadržan u gipsu, pa čak i u zelenoj boji tapeta. Sheele zelenilo se ranije koristilo u obliku boje Cu 3 (AsO 3) 2 n H 2 O i parisko ili švajfurtsko zelje Cu 4 (AsO 2) 6 (CH 3 COO) 2. U uvjetima visoke vlažnosti i pojave plijesni, od takve boje nastaju hlapljivi derivati organoarsena. Smatra se da bi ovaj proces mogao biti razlog za sporo trovanje Napoleona u posljednjim godinama njegovog života (kao što je poznato, arsen je pronađen u Napoleonovoj kosi vek i po nakon njegove smrti).

Arsen se nalazi u primjetnim količinama u nekim mineralnim vodama. Ruski standardi utvrđuju da arsenik u ljekovitim stolnim mineralnim vodama ne smije prelaziti 700 µg/l. IN Jermuk može biti nekoliko puta veća. Ispijanje jedne ili dvije čaše mineralne vode "arsenika" neće naškoditi čovjeku: da biste se smrtno otrovali, morate popiti tri stotine litara odjednom... Ali jasno je da se takva voda ne može piti stalno umjesto toga. obične vode.

Hemičari su otkrili da se arsen u prirodnim vodama može naći u različitim oblicima, što je značajno sa stanovišta njegove analize, metoda migracije, kao i različite toksičnosti ovih jedinjenja; Dakle, spojevi trovalentnog arsena su 25-60 puta toksičniji od petovalentnog arsena. As(III) spojevi u vodi su obično prisutni u obliku slabe arsenske kiseline H 3 AsO 3 ( rK a = 9,22), a jedinjenje As(V) - u obliku mnogo jače arsenske kiseline H 3 AsO 4 ( rK a = 2,20) i njegovih deprotoniranih anjona H 2 AsO 4 – i HAsO 4 2–.

Živa materija sadrži u proseku 6·10–6% arsena, odnosno 6 µg/kg. Neke morske alge mogu koncentrirati arsen do te mjere da postaju opasne za ljude. Štaviše, ove alge mogu rasti i razmnožavati se u čistim otopinama arsenske kiseline. Takve alge se u nekim azijskim zemljama koriste kao lijek protiv pacova. Čak iu čistim vodama norveških fjordova, alge mogu sadržavati do 0,1 g/kg arsena. Kod ljudi, arsen se nalazi u moždanom tkivu i mišićima, a akumulira se u kosi i noktima.

Svojstva arsena.

Iako arsen izgleda kao metal, ipak je prilično nemetal: ne stvara soli, na primjer, sa sumpornom kiselinom, već je sam element koji stvara kiselinu. Stoga se ovaj element često naziva polumetalom. Arsen postoji u nekoliko alotropnih oblika i u tom pogledu je vrlo sličan fosforu. Najstabilniji od njih je sivi arsen, vrlo krhka supstanca koja, kada se svježe razbije, ima metalni sjaj (otuda naziv “metalni arsen”); njegova gustina je 5,78 g/cm3. Kada se jako zagrije (do 615°C), sublimira se bez topljenja (isto ponašanje je karakteristično za jod). Pod pritiskom od 3,7 MPa (37 atm), arsen se topi na 817 °C, što je znatno više od temperature sublimacije. Električna provodljivost sivog arsena je 17 puta manja od bakra, ali 3,6 puta veća od žive. Kako temperatura raste, njegova električna provodljivost, kao i kod tipičnih metala, opada - otprilike u istoj mjeri kao i bakra.

Ako se para arsena vrlo brzo ohladi na temperaturu tekućeg dušika (–196 °C), dobije se prozirna meka žuta tvar, koja podsjeća na žuti fosfor, čija je gustina (2,03 g/cm 3) znatno manja od gustine sivog arsena. . Pare arsena i žuti arsen sastoje se od As 4 molekula koji imaju oblik tetraedra - i ovdje analogija sa fosforom. Na 800°C počinje primjetna disocijacija pare formiranjem As 2 dimera, a na 1700° C ostaje samo As 2 molekula. Kada se zagrije i izloži ultraljubičastom svjetlu, žuti arsen brzo postaje siv uz oslobađanje topline. Kada se para arsena kondenzuje u inertnoj atmosferi, formira se drugi amorfni oblik ovog elementa, crne boje. Ako se para arsena taloži na staklo, formira se zrcalni film.

Struktura vanjske elektronske ljuske arsena je ista kao i dušika i fosfora, ali za razliku od njih, ima 18 elektrona u pretposljednjoj ljusci. Kao i fosfor, može formirati tri kovalentne veze (4s 2 4p 3 konfiguracija), ostavljajući usamljeni par na As atomu. Predznak naboja na atomu As u spojevima s kovalentnim vezama ovisi o elektronegativnosti susjednih atoma. Učešće usamljenog para u formiranju kompleksa je značajno teže za arsen u odnosu na azot i fosfor.

Ako su d orbitale uključene u atom As, uparivanje 4s elektrona je moguće da se formira pet kovalentnih veza. Ova mogućnost se praktično ostvaruje samo u kombinaciji sa 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 u vlažnom zraku blijedi i postaje prekriven crnim oksidom. Tokom sublimacije, para arsena lako gori u vazduhu sa plavim plamenom i formira tešku bijelu paru anhidrida arsena As 2 O 3. Ovaj oksid je jedan od najčešćih reagensa koji sadrže arsen. Ima amfoterna svojstva:

Kao 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 - anhidrid arsena:

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

Kada reaguje sa sodom, dobija se natrijum hidroarsenat koji se koristi u medicini:

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

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

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

Arsen(III) oksid reaguje slično:

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

Arsenska kiselina je kiselina srednje jačine, nešto slabija od fosforne kiseline. Nasuprot tome, arsenska kiselina je vrlo slaba, a po jačini odgovara bornoj kiselini H 3 BO 3. U njenim rastvorima postoji ravnoteža H 3 AsO 3 HAsO 2 + H 2 O. Arsenova kiselina i njene soli (arseniti) su jaki redukcioni agensi:

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

Arsen reaguje sa halogenima i sumporom. AsCl 3 hlorid je bezbojna uljasta tečnost koja isparava na vazduhu; hidrolizovan vodom: AsCl 3 + 2H 2 O ® HAsO 2 + 3HCl. Poznati su AsBr 3 bromid i AsI 3 jodid, koji se takođe razlažu sa vodom. U reakcijama arsena sa sumporom nastaju sulfidi različitih sastava - do Ar 2 S 5. Arsen sulfidi se otapaju u lužinama, u rastvoru amonijum sulfida i u koncentrovanoj azotnoj kiselini, na primer:

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 sa aktivnim metalima nastaju arsenidi slični solima koji se hidroliziraju vodom.Reakcija se posebno brzo odvija u kiseloj sredini sa stvaranjem arsina: Ca 3 As 2 + 6HCl ® 3CaCl 2 + 2AsH 3 . Arsenidi niskoaktivnih metala - GaAs, InAs, itd. imaju atomsku rešetku nalik dijamantu. Arsin je bezbojan, bez mirisa, veoma otrovan gas, ali mu nečistoće daju miris belog luka. Arsin se polako razlaže na elemente već na sobnoj temperaturi i brzo kada se zagrije.

Arsen stvara mnoga organoarsenska jedinjenja, na primjer, tetrametildiarsin (CH 3) 2 As–As (CH 3) 2. Davne 1760. godine, direktor tvornice porculana Serves, Louis Claude Cadet de Gassicourt, destilirajući kalijum acetat sa arsenik(III) oksidom, neočekivano je dobio dimljuću tekućinu koja je sadržavala arsen odvratnog mirisa, a nazvana je alarsin, ili kadetska tekućina. Kako se kasnije saznalo, ova tečnost je sadržavala prve dobijene 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) bio je jedan od prvih radikala otkrivenih u organskim jedinjenjima.

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

Nakon toga, arsenik trihlorid je korišten za sinteze, npr.

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

Godine 1882. aromatični arsini su dobijeni djelovanjem metalnog natrijuma na mješavinu aril halida i arsenik trihlorida: 3C 6 H 5 Cl + AsCl 3 + 6Na ® (C 6 H 5) 3 As + 6NaCl. Hemija organskih derivata arsena najintenzivnije se razvila 20-ih godina 20. vijeka, kada su neki od njih imali antimikrobno, kao i iritativno i mjehurasto djelovanje. Trenutno je sintetizirano na desetine hiljada organskih jedinjenja arsena.

Dobijanje arsena.

Arsen se dobija uglavnom kao nusproizvod preradom ruda bakra, olova, cinka i kobalta, kao i prilikom iskopavanja zlata. Neke polimetalne rude sadrže i do 12% arsena. Kada se takve rude zagriju na 650-700° C u nedostatku zraka, arsen se sublimira, a kada se zagrije na zraku, nastaje isparljivi oksid As 2 O 3 - "bijeli arsen". Kondenzira se i zagrijava ugljem, a arsen se reducira. Proizvodnja arsena je štetna proizvodnja. Ranije, kada je riječ "ekologija" bila poznata samo uskim stručnjacima, "bijeli arsen" se ispuštao u atmosferu i naseljavao se na susjedna polja i šume. Izduvni gasovi biljaka arsena sadrže od 20 do 250 mg/m 3 As 2 O 3 , dok obično vazduh sadrži oko 0,00001 mg/m 3 . Smatra se da je prosječna dnevna dozvoljena koncentracija arsena u zraku samo 0,003 mg/m3. Paradoksalno, ni sada nisu fabrike koje proizvode arsen te koje mnogo više zagađuju životnu sredinu, već preduzeća obojene metalurgije i elektrane koje sagorevaju ugalj. Donji sedimenti u blizini topionica bakra sadrže ogromne količine arsena – do 10 g/kg. Arsen takođe može ući u tlo sa fosfornim đubrivima.

I još jedan paradoks: primaju više arsena nego što je potrebno; Ovo je prilično rijedak slučaj. U Švedskoj je “nepotreban” arsen čak bio prisiljen da se zakopa u armirano-betonske kontejnere u dubokim napuštenim rudnicima.

Glavni industrijski mineral arsena je arsenopirit FeAsS. Postoje velika nalazišta bakra-arsena u Gruziji, Centralnoj Aziji i Kazahstanu, SAD-u, Švedskoj, Norveškoj i Japanu, nalazišta arsena-kobalta u Kanadi i nalazišta arsena-kalaja u Boliviji i Engleskoj. Osim toga, nalazišta zlata i arsena poznata su u SAD-u i Francuskoj. Rusija ima brojna nalazišta arsena u Jakutiji, Uralu, Sibiru, Transbajkaliji i Čukotki.

Određivanje arsena.

Kvalitativna reakcija na arsen je taloženje žutog sulfida As 2 S 3 iz rastvora hlorovodonične kiseline. Tragovi se određuju Martovskom reakcijom ili Gutzeit metodom: trake papira natopljene HgCl 2 potamne u prisustvu arsina, koji sublimira na živu.

Posljednjih desetljeća razvijene su različite osjetljive analitičke metode koje mogu kvantificirati male koncentracije arsena, na primjer u prirodnim vodama. Tu spadaju plamena atomska apsorpciona spektrometrija, atomska emisiona spektrometrija, masena spektrometrija, atomska fluorescentna spektrometrija, neutronska aktivaciona analiza... Ako je u vodi vrlo malo arsena, može biti potrebno prethodno koncentriranje uzoraka. Koristeći takvu koncentraciju, grupa harkovskih naučnika iz Nacionalne akademije nauka Ukrajine razvila je 1999. godine ekstrakcijsku rendgensku fluorescentnu metodu za određivanje arsena (kao i selena) u vodi za piće sa osjetljivošću do 2,5–5 μg. /l.

Za odvojeno određivanje jedinjenja As(III) i As(V), prvo se odvajaju jedno od drugog korišćenjem dobro poznatih ekstrakcionih i hromatografskih metoda, kao i korišćenjem selektivne hidrogenacije. Ekstrakcija se obično izvodi pomoću natrijum ditiokarbamata ili amonijum pirolidin ditiokarbamata. Ova jedinjenja formiraju u vodi netopive komplekse sa As(III), koji se mogu ekstrahovati hloroformom. Arsen se zatim može ponovo pretvoriti u vodenu fazu oksidacijom azotnom kiselinom. U drugom uzorku, arsenat se pretvara u arsenit pomoću redukcionog sredstva, a zatim se vrši slična ekstrakcija. Tako se određuje „ukupni arsen“, a zatim oduzimanjem prvog rezultata od drugog, As(III) i As(V) se određuju odvojeno. Ako u vodi ima organskih spojeva arsena, oni se obično pretvaraju u metildiodarzin CH 3 AsI 2 ili dimetiljodarsin (CH 3) 2 AsI, koji se određuju jednom ili drugom hromatografskom metodom. Tako se pomoću tečne hromatografije visokih performansi mogu odrediti nanogramske količine supstance.

Mnoga jedinjenja arsena mogu se analizirati koristeći takozvanu hidridnu metodu. To uključuje selektivnu redukciju analita u isparljivi arsin. Tako se neorganski arseniti redukuju u AsH 3 pri pH 5 – 7 i pri pH

Metoda neutronske aktivacije je također osjetljiva. Sastoji se od ozračivanja uzorka neutronima, dok jezgra 75 As hvataju neutrone i transformišu se u radionuklid 76 As, koji se detektuje karakterističnom radioaktivnošću sa poluživotom od 26 sati. Na ovaj način možete otkriti do 10-10% arsena u uzorku, tj. 1 mg na 1000 tona supstance

Upotreba arsena.

Oko 97% iskopanog arsena koristi se u obliku njegovih jedinjenja. Čisti arsen se rijetko koristi. Samo nekoliko stotina tona metalnog arsena se proizvodi i koristi godišnje širom svijeta. U količini od 3% arsen poboljšava kvalitet legura ležajeva. Dodaci arsena olovu značajno povećavaju njegovu tvrdoću, koja se koristi u proizvodnji olovnih baterija i kablova. Mali dodaci arsena povećavaju otpornost na koroziju i poboljšavaju termička svojstva bakra i mesinga. Visoko pročišćeni arsen se koristi u proizvodnji poluvodičkih uređaja, u kojima je legiran silicijumom ili germanijumom. Arsen se takođe koristi kao dopant, koji „klasičnim“ poluprovodnicima (Si, Ge) daje određenu vrstu provodljivosti.

Arsen se također koristi kao vrijedan aditiv u obojenoj metalurgiji. Dakle, dodatak 0,2...1% As olova značajno povećava njegovu tvrdoću. Odavno je primijećeno da ako se u rastopljeno olovo doda malo arsena, tada se pri bacanju sačme dobivaju kuglice ispravnog sfernog oblika. Dodatak 0,15...0,45% arsena bakru povećava njegovu zateznu čvrstoću, tvrdoću i otpornost na koroziju pri radu u gasovitom okruženju. Osim toga, arsen povećava fluidnost bakra tokom livenja i olakšava proces izvlačenja žice. Arsen se dodaje nekim vrstama bronze, mesinga, babita i štamparskih legura. A u isto vrijeme, arsen vrlo često šteti metalurzima. U proizvodnji čelika i mnogih obojenih metala, oni namjerno komplikuju proces kako bi uklonili sav arsen iz metala. Prisustvo arsena u rudi čini proizvodnju štetnom. Štetno dvaput: prvo, za ljudsko zdravlje; drugo, za metale - značajne nečistoće arsena pogoršavaju svojstva gotovo svih metala i legura.

Razna jedinjenja arsena, koja se godišnje proizvode u desetinama hiljada tona, imaju širu upotrebu. Kao 2 O 3 oksid se koristi u proizvodnji stakla kao izbjeljivač stakla. Čak su i drevni staklari znali da bijeli arsen čini staklo „mutim“, tj. neproziran. Međutim, mali dodaci ove tvari, naprotiv, posvjetljuju staklo. Arsen je još uvijek uključen u formulacije nekih čaša, na primjer, „bečko“ staklo za termometre.

Jedinjenja arsena koriste se kao antiseptik za zaštitu od kvarenja i očuvanja kože, krzna i plišanih životinja, za impregnaciju drveta i kao sastavni dio antivegetativnih boja za dno brodova. U tu svrhu koriste se soli arsena i arsenovih kiselina: Na 2 HAsO 4, PbHAsO 4, Ca 3 (AsO 3) 2 itd. Biološka aktivnost derivata arsena zainteresovala je veterinare, agronome i specijaliste sanitarno-epidemiološke službe. Kao rezultat, pojavili su se stimulansi za rast i produktivnost stoke koji sadrže arsen, antihelmintici i lijekovi za prevenciju bolesti mladih životinja na stočnim farmama. Jedinjenja arsena (As 2 O 3, Ca 3 As 2, Na 3 As, pariški zeleni) koriste se za suzbijanje insekata, glodara i korova. Ranije su takve primjene bile široko rasprostranjene, posebno u voćkama, plantažama duhana i pamuka, za čišćenje stoke od vaški i buha, za poticanje rasta u živinarstvu i svinjskoj proizvodnji i za sušenje pamuka prije žetve. Još u staroj Kini usjevi pirinča su tretirani arsenik oksidom kako bi se zaštitili od pacova i gljivičnih bolesti i tako povećali prinos. A u Južnom Vijetnamu, američke trupe su koristile kakodilnu kiselinu (Agent Blue) kao defolijant. Sada je, zbog toksičnosti spojeva arsena, njihova upotreba u poljoprivredi ograničena.

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

Arsen takođe nalazi ograničenu upotrebu u medicini. . Izotopi arsena 72 As, 74 As i 76 As sa poluraspadom pogodnim za istraživanje (26 sati, 17,8 dana i 26,3 sata, respektivno) koriste se za dijagnostiku različitih bolesti.

Ilya Leenson


As	33	Arsenic
		t o kip. (o C)		Step oxide	+5 +3 -3
	74,9215	t o plutati (o C)	817 (pritisak)	Gustina	5727 (siva) 4900 (crna)
4s 2 4p 3		OEO	2,11	u zemlji kora	0,00017 %

Naša priča govori o elementu koji nije baš uobičajen, ali prilično poznat; o elementu čija su svojstva nekompatibilna do tačke nekompatibilnosti. Također je teško pomiriti uloge koje je ovaj element igrao i igra u životu čovječanstva. U različitim vremenima, u različitim okolnostima, u različitim oblicima, djeluje kao otrov i kao ljekovito sredstvo, kao štetan i opasan industrijski otpad, kao sastavni dio najkorisnijih, nezamjenjivih tvari. Dakle, element sa atomskim brojem 33.

Istorija u apstraktima

Budući da je arsen jedan od elemenata čiji tačan datum otkrića nije utvrđen, ograničićemo se na navođenje samo nekoliko pouzdanih činjenica:

arsen je poznat od davnina;

u delima Dioskorida (1. vek nove ere) pominje se kalcinacija supstance koja se danas naziva arsenik sulfid;

u 3.-4. vijeku, u fragmentarnim zapisima koji se pripisuju Zozimu, spominje se metalni arsen; Grčki pisac Olimpijodor (5. vek nove ere) opisao je proizvodnju belog arsena pečenjem sulfida;

u 8. veku arapski alhemičar Geber je dobio arsenik trioksid;

u srednjem vijeku ljudi su počeli da se susreću sa arsenik trioksidom pri preradi ruda koje sadrže arsen, a bijeli dim plinovitog As2O3 nazvan je rudni dim;

proizvodnja slobodnog metalnog arsena pripisuje se njemačkom alhemičaru Albertu von Bolstedtu i datira oko 1250. godine, iako su grčki i arapski alhemičari nesumnjivo dobili arsen (zagrijavanjem njegovog trioksida s organskim supstancama) prije Bolsteda;

1733. godine dokazano je da je bijeli arsen oksid metalnog arsena;

1760. godine, Francuz Louis Claude Cadet je dobio prvo organsko jedinjenje arsena, poznato kao Kadetova tečnost ili kakodil oksid; formula ove supstance je [(CH3)2A]2O;

1775. godine Karl Wilhelm Scheele je dobio arsenovu kiselinu i arsenovit vodonik;

1789. godine, Antoine Laurent Lavoisier je prepoznao arsen kao nezavisni hemijski element.

Elementarni arsen je srebrno-siva ili kalajno bijela supstanca, kada se svježe razbije ima

metalni sjaj. Ali u vazduhu brzo bledi. Kada se zagreje iznad 600°C, arsen sublimira bez topljenja, a pod pritiskom od 37 atm topi se na 818°C. Arsen je jedini metal čija je tačka ključanja pri normalnom pritisku ispod tačke topljenja.

Arsen je otrov

U glavama mnogih, riječi “otrov” i “arsen” su identične. Ovako se to istorijski desilo. Postoje priče o Kleopatrinim otrovima. Locustini otrovi bili su poznati u Rimu. Otrov je također bio uobičajeno oružje za eliminaciju političkih i drugih protivnika u srednjovjekovnim talijanskim republikama. U Veneciji su, na primjer, specijalizirani trovači držani na sudu. A glavna komponenta gotovo svih otrova bio je arsen.

U Rusiji je za vrijeme vladavine Ane Ioannovne - u januaru 1733. godine izdan zakon koji zabranjuje prodaju privatnim licima "ulja vitriola i ćilibara, jake votke, arsena i cilibuhe". Zakon je bio izuzetno strog i glasio je: „Ko ubuduće počne da trguje arsenom i drugim gore navedenim materijalima i bude s njim uhvaćen ili o kome se prijavi, biće strogo kažnjen i bez ikakve milosti poslat u progonstvo, isti će biti naneseni onima koji prođu apoteke i gradske kuće od koga će kupiti. A ako neko, kupivši takve otrovne materije, nanese štetu ljudima, traženi će biti ne samo mučeni, već će i pogubljeni smrću, u zavisnosti od važnosti stvari.”

Vekovima su jedinjenja arsena privlačila (i još uvek privlače) pažnju farmaceuta, toksikologa i forenzičara.

Kriminolozi su naučili da precizno prepoznaju trovanje arsenom. Ako se u želucima otrovanih ljudi nađu bijela zrnca nalik porculanu, onda je prvo na što se posumnja anhidrid arsena As2O3. Ova zrna, zajedno s komadićima uglja, stavljaju se u staklenu cijev, zatvaraju i zagrijavaju. Ako se u epruveti nalazi As2O3, tada se na hladnim dijelovima cijevi pojavljuje sivo-crni sjajni prsten od metalnog arsena.

Kada se ohladi, kraj cijevi se odlomi, ugljenik se uklanja, a sivo-crni prsten se zagrijava. U ovom slučaju, prsten se destilira do slobodnog kraja cijevi, dajući bijeli premaz anhidrida arsena. Reakcije su ovdje:

As2O3 + ZS == As2 + ZSO

ili

2As2O3 + ZS = 2AS2 + ZCO2;

2As2+3O2==2As2O3.

Dobiveni bijeli premaz se stavlja pod mikroskop: čak i pri malom povećanju vidljivi su karakteristični sjajni kristali u obliku oktaedara.

Arsen ima sposobnost da dugo traje na jednom mestu. Zbog toga se tokom forenzičko-hemijskih studija u laboratoriju dostavljaju uzorci zemlje sa šest lokaliteta u blizini grobnice osobe koja je mogla biti otrovna, kao i dijelovi njegove odjeće, nakita i daske lijesova.

Simptomi trovanja arsenom uključuju metalni ukus u ustima, povraćanje i jak bol u stomaku. Kasnije, konvulzije, paraliza, smrt. Najpoznatiji i široko dostupan protuotrov za trovanje arsenom je mlijeko, tačnije, glavni protein mlijeka, kazein, koji sa arsenom stvara nerastvorljivo jedinjenje koje se ne apsorbira u krv.

Arsen u obliku anorganskih preparata je smrtonosan u dozama od 0,05-0,1 g, a ipak je arsen prisutan u svim biljnim i životinjskim organizmima. (To je još 1838. godine dokazao francuski naučnik Orfila.) Morski biljni i životinjski organizmi sadrže u prosjeku sto hiljaditi dio, a slatkovodni i kopneni - milioniti dio procenta arsena. Mikročestice arsena takođe apsorbuju ćelije ljudskog tela, element broj 33 se nalazi u krvi, tkivima i organima; posebno ga ima puno u jetri - od 2 do 12 mg na 1 kg težine. Naučnici sugerišu da mikrodoze arsena povećavaju otpornost organizma na štetne mikrobe.

Arsen je lijek

Doktori navode da je zubni karijes najčešća bolest našeg vremena. Teško je naći osobu koja nema bar jedan plombiran zub. Bolest počinje uništavanjem vapnenačkih soli zubne cakline, a potom patogeni mikrobi započinju svoj gadan posao. Prodirući kroz oslabljeni oklop zuba, napadaju njegov mekši unutrašnji dio. Formira se „karijesna šupljina“ i ako imate sreće da u ovoj fazi vidite stomatologa, možete relativno lako izaći: karijesna šupljina će se očistiti i ispuniti materijalom za punjenje, a zub će ostati živ. Ali ako ne odete liječniku na vrijeme, karijesna šupljina stiže do pulpe – tkiva koje sadrži živce, krvne i limfne sudove. Počinje njegova upala, a onda doktor, kako bi izbjegao najgore, odlučuje da ubije živac. Daje se komanda: „arsenik!“, a zrno paste veličine glave igle stavlja se na pulpu koju instrument otkriva. Arsenska kiselina sadržana u ovoj pasti brzo difundira u pulpu (bol koji se osjeća nije ništa drugo do “posljednji krik” umiruće pulpe), a nakon 24-48 sati sve je gotovo – zub je mrtav. Sada doktor može bezbolno ukloniti pulpu i ispuniti pulpnu komoru i korijenske kanale antiseptičkom pastom i zapečatiti „rupu“.

Arsen i njegova jedinjenja koriste se ne samo u stomatologiji. Salvarsan, 606. lijek Paula Ehrlicha, njemačkog ljekara koji je otkrio prvo efikasno sredstvo za suzbijanje luesa početkom 20. vijeka, postao je svjetski poznat. Ovo je zaista bio 606. lijek za arsen koji je Ehrlich testirao. Ovaj žuti amorfni prah je prvobitno bio zaslužan za formulu

Tek 50-ih godina, kada se salvarsan više nije koristio kao lijek protiv luskavice, malarije i povratne groznice, sovjetski naučnik M. Ya. Kraft ustanovio je njegovu pravu formulu. Pokazalo se da salvarsan ima polimernu strukturu

Magnituda P ovisno o načinu proizvodnje, može se kretati od 8 do 40.

Salvarsan je zamijenjen drugim lijekovima s arsenom, efikasnijim i manje toksičnim, posebno njegovim derivatima: novarsenolom, miarsenol, itd.

Neka neorganska jedinjenja arsena se takođe koriste u medicinskoj praksi. Arsenov anhidrid As2O3, kalijum arsenit KAsO2, natrijum hidrogen arsenat Na2HAsO4. 7H2O (u minimalnim dozama, naravno) inhibira oksidativne procese u tijelu i pospješuje hematopoezu. Iste supstance - kao i spoljašnje - prepisuju se za neke kožne bolesti. Naime, arsenu i njegovim spojevima pripisuje se ljekovitost nekih mineralnih voda.

Smatramo da su navedeni primjeri dovoljni da potvrde tezu sadržanu u naslovu ovog poglavlja.

Arsen - oružje za uništavanje

Još jednom se moramo vratiti na smrtonosna svojstva elementa br. 33. Nije tajna da je bio naširoko korišćen, a možda se i dalje koristi, u proizvodnji hemijskog oružja, ništa manje kriminalnog od nuklearnog oružja. O tome svjedoči iskustvo iz Prvog svjetskog rata. O istom svjedoče i informacije koje su procurile u štampu o upotrebi toksičnih supstanci od strane trupa imperijalističkih država u Abesiniji (Italija), Kini (Japan), Koreji i Južnom Vijetnamu (SAD).

Jedinjenja arsena su uključena u sve glavne grupe poznatih hemijskih ratnih agenasa (0B). Među općenito otrovnim 0B su arsin, arsenov vodonik AsH3 (usputno primjećujemo da su jedinjenja trovalentnog arsena toksičnija od jedinjenja u kojima je arsen petovalentan). Ovo najotrovnije od svih jedinjenja arsena, dovoljno je da se pola sata udahne vazduh, čija litra sadrži 0,00005 g AsH3, da bi se za nekoliko dana otislo na onaj svet. Koncentracija AsH3 0,005g/l ubija odmah. Smatra se da je biohemijski mehanizam djelovanja AsH3 da njegovi molekuli „blokiraju“ molekule enzima eritrocita - katalaze; Zbog toga se vodikov peroksid nakuplja u krvi, uništavajući krv. Aktivni ugljen slabo upija arsin, tako da obična gas maska nije zaštita od arsina.

Tokom Prvog svjetskog rata bilo je pokušaja upotrebe arsina, ali je hlapljivost i nestabilnost ove tvari pomogla da se izbjegne njegova masovna upotreba. Sada, nažalost, postoje tehničke mogućnosti za dugotrajnu kontaminaciju područja arsinom. Nastaje reakcijom arsenida određenih metala s vodom. I sami arsenidi su opasni za ljude i životinje, to su dokazale američke trupe u Vijetnamu. . . Arsenide mnogih metala takođe treba klasifikovati kao opšte agense.

Druga velika grupa toksičnih supstanci - nadražujućih tvari - sastoji se gotovo u potpunosti od spojeva arsena. Njegovi tipični predstavnici su difenilkloroarsin (C6H5)2AsCl i difenilcijanoarsin (C6H5)2AsCN.

Supstance ove grupe selektivno djeluju na nervne završetke sluznice - uglavnom na membrane gornjih dišnih puteva. Ovo uzrokuje da tijelo refleksno otpušta iritant kihanjem ili kašljanjem. Za razliku od suzava, ove supstance, čak i u slučajevima blagog trovanja, deluju i nakon što obolela osoba pobegne iz zatrovane atmosfere. U roku od nekoliko sati osobu potrese bolan kašalj, pojavljuje se bol u grudima i glavi, a suze počnu nehotice teći. Plus povraćanje, otežano disanje, osjećaj straha; sve to dovodi do potpune iscrpljenosti. Osim toga, ove tvari uzrokuju opće trovanje organizma."

Među toksičnim supstancama s mjehurastim djelovanjem je lewisite, koji reagira sa sulfhidril SH grupama enzima i remeti tok mnogih biohemijskih procesa. Apsorbiran kroz kožu, lewisite izaziva opće trovanje organizma. Ova okolnost svojevremeno je dovela do toga da su Amerikanci reklamirali lewisite pod nazivom "rosa smrti".

Ali dosta o tome. Čovječanstvo živi u nadi da otrovne tvari o kojima smo govorili (i još mnogo sličnih) nikada više neće biti korištene.

Arsen je stimulator tehničkog napretka

Najperspektivnije područje primjene arsena je nesumnjivo poluvodička tehnologija. U njemu su poseban značaj dobili galijum arsenidi GaAs i indijum InAs. Galijum arsenid je važan i za novi pravac u elektronskoj tehnologiji - optoelektroniku, koji je nastao 1963-1965. godine na razmeđu fizike čvrstog stanja, optike i elektronike. Isti materijal je pomogao u stvaranju prvih poluvodičkih lasera.

Zašto se pokazalo da su arsenidi obećavajući za poluvodičku tehnologiju? Da bismo odgovorili na ovo pitanje, prisjetimo se ukratko nekih osnovnih koncepata fizike poluvodiča: “valentni pojas”, “pojasni pojas” i “kondukcijski pojas”.

Za razliku od slobodnog elektrona, koji može imati bilo koju energiju, elektron ograničen na atom može imati samo određene, dobro definirane vrijednosti energije. Energetski pojasevi se formiraju iz mogućih vrijednosti energije elektrona u atomu. Zbog dobro poznatog Paulijevog principa, broj elektrona u svakoj zoni ne može preći određeni maksimum. Ako je zona prazna, onda prirodno ne može sudjelovati u stvaranju provodljivosti. U provodljivosti ne učestvuju ni elektroni potpuno ispunjenog pojasa: budući da nema slobodnih nivoa, vanjsko električno polje ne može izazvati preraspodjelu elektrona i time stvoriti električnu struju. Provođenje je moguće samo u djelomično ispunjenoj zoni. Stoga se tijela s djelomično ispunjenom zonom klasificiraju kao metali, a tijela čiji se energetski spektar elektronskih stanja sastoji od ispunjenih i praznih zona klasifikuju se kao dielektrici ili poluvodiči.

Podsjetimo i da se potpuno ispunjene trake u kristalima nazivaju valentnim pojasevima, djelomično popunjene i prazne trake nazivaju se provodne trake, a energetski interval (ili barijera) između njih je pojas pojasa.

Glavna razlika između dielektrika i poluvodiča je upravo jaz u pojasu: ako je potrebna energija veća od 3 elektron-volta da bi se ona savladala, tada se kristal klasificira kao dielektrik, a ako je manji, klasificira se kao poluvodič.

U poređenju sa klasičnim poluprovodnicima grupe IV - germanijumom i silicijumom - arsenidi elemenata III grupe imaju dve prednosti. Razmak i pokretljivost nosilaca naboja u njima mogu varirati u širim granicama. I što su nosioci naboja mobilniji, poluvodički uređaj može raditi na višim frekvencijama. Širina pojasa se bira ovisno o namjeni uređaja. Tako se za ispravljače i pojačala dizajnirane za rad na povišenim temperaturama koristi materijal sa velikim razmakom, a za hlađene prijemnike infracrvenog zračenja koristi se materijal sa malim razmakom.

Galijev arsenid je stekao posebnu popularnost jer ima dobre električne karakteristike, koje zadržava u širokom temperaturnom rasponu - od minus do plus 500°C. Za poređenje ističemo da indijum arsenid, koji po električnim svojstvima nije inferioran GaAs, počinje da ih gubi na sobnoj temperaturi, jedinjenja germanijuma - na 70-80°, a silicijum - na 150-200°C.

Arsen se takođe koristi kao dodatak, koji „klasičnim“ poluprovodnicima (Si, Ge) daje određenu vrstu provodljivosti (vidi članak „Germanijum“). U tom slučaju se u poluprovodniku stvara tzv. prelazni sloj, koji se u zavisnosti od namene kristala dopira tako da se dobije sloj na različitim dubinama. U kristalima namijenjenim za proizvodnju dioda, "skriveno" je dublje; ako su solarne ćelije napravljene od poluvodičkih kristala, tada dubina prelaznog sloja nije veća od jednog mikrona.

Arsen se koristi kao vrijedan aditiv u obojenoj metalurgiji. Dakle, dodatak 0,2-l% As olovu značajno povećava njegovu tvrdoću. Pucnjave se, na primjer, uvijek izrađuju od olova legiranog arsenom - inače je nemoguće dobiti strogo sferne kuglice.

Dodatak 0,15-0,45% arsena bakru povećava njegovu zateznu čvrstoću, tvrdoću i otpornost na koroziju pri radu u gasovitom okruženju. Osim toga, arsen povećava fluidnost bakra tokom livenja i olakšava proces izvlačenja žice.

Arsen se dodaje nekim vrstama bronze, mesinga, babita i štamparskih legura.

A u isto vrijeme, arsen vrlo često šteti metalurzima. U proizvodnji čelika i mnogih obojenih metala, oni namjerno komplikuju proces kako bi uklonili sav arsen iz metala. Prisustvo arsena u rudi čini proizvodnju štetnom. Štetno dvaput:

prvo, za zdravlje ljudi, i drugo, za metal - značajne nečistoće arsena pogoršavaju svojstva gotovo svih metala i legura.

Ovo je element broj 33, koji zasluženo ima lošu reputaciju, a opet je vrlo koristan u mnogim slučajevima.

* Dve vrste provodljivosti su detaljno razmotrene u članku „Germanijum“.