Arsenas- mineralas iš vietinių elementų klasės, pusmetalinis, cheminė formulė As. Dažniausios priemaišos yra Sb, S, Fe, Ag, Ni; rečiau Bi ir V. As kiekis vietiniame arsene siekia 98%. 15-osios grupės cheminis elementas (pagal pasenusią klasifikaciją - pagrindinis penktosios grupės pogrupis) ketvirtojo periodinės lentelės periodo; turi atominį skaičių 33. Arsenas (neapdorotas arsenas) yra kieta medžiaga, išgaunama iš natūralių arsenopiritų. Jis yra dviejų pagrindinių formų: paprastas, vadinamasis „metalinis“ arsenas, blizgančių plieno spalvos kristalų pavidalu, trapus, netirpus vandenyje, ir geltonasis arsenas, kristalinis, gana nestabilus. Arsenas naudojamas arseno disulfido, šratų, kietosios bronzos ir įvairių kitų lydinių (alavo, vario ir kt.) gamyboje.
Taip pat žiūrėkite:
STRUKTŪRA
Arseno kristalinė struktūra yra ditrigoninė-skaneedrinė simetrija. Trigonalinė singonija, c. Su. L633L23PC. Kristalai yra labai reti ir turi romboedrinį arba pseudokubinį įprotį. Buvo nustatytos kelios alotropinės arseno modifikacijos. Normaliomis sąlygomis metalinis arba pilkasis arsenas (alfa arsenas) yra stabilus. Pilko arseno kristalinė gardelė yra romboedrinė, sluoksniuota, periodas a = 4,123 A, kampas a = 54° 10′. Tankis (esant 20° C temperatūrai) 5,72 g/cm 3; temperatūros koeficientas tiesinis plėtimasis 3,36 10 laipsnių; savitoji elektrinė varža (temperatūra 0° C) 35 10 -6 omų cm; NV = f 147; koeficientas gniuždomumas (esant 30° C temperatūrai) 4,5 x 10 -6 cm 2 /kg. Alfa-arseno lydymosi temperatūra yra 816 ° C, esant 36 atmosferų slėgiui.
Pagal bankomatą. Arsenas sublimuojasi esant slėgiui 615°C temperatūroje, nelydant. Sublimacijos šiluma 102 cal/g. Arseno garai yra bespalviai, iki 800°C temperatūros jie susideda iš As 4 molekulių, nuo 800 iki 1700°C – iš As 4 ir As 2 mišinio, aukštesnėje nei 1700° C temperatūroje – tik iš As 2. Greitai kondensuojantis arseno garams ant skystu oru aušinamo paviršiaus, susidaro geltonas arsenas - skaidrūs minkšti kubinės sistemos kristalai, kurių tankis 1,97 g/cm 3 . Taip pat žinomos ir kitos metastabilios arseno modifikacijos: beta-arsenas - amorfinis stiklinis, gama-arsenas - geltonai rudas ir delta-arsenas - rudas amorfinis, kurio tankis yra atitinkamai 4,73; 4,97 ir 5,10 g/cm3. Aukštesnėje nei 270°C temperatūroje šios modifikacijos virsta pilku arsenu.
SAVYBĖS
Spalva ant šviežio lūžio yra cinko baltumo, nuo alavo baltos iki šviesiai pilkos, greitai išblunka dėl tamsiai pilkos spalvos nešvarumų susidarymo; juodas ant atšiauraus paviršiaus. Kietumas pagal Moso skalę 3 – 3,5. Tankis 5,63 - 5,8 g/cm3. Trapus. Diagnozuotas būdingas česnako kvapas, kai jį užmušė. Skilimas yra tobulas pagal (0001) ir mažiau tobulas pagal (0112). Lūžis grūdėtas. Ud. svoris 5,63-5,78. Linija pilka, alavo balta. Blizgesys yra metalinis, stiprus (šviežiai lūžus), greitai blunka ir tampa blyškus ant oksiduoto paviršiaus, kuris laikui bėgant pajuodo. Yra diamagnetinis.
MORFOLOGIJA
Arsenas dažniausiai stebimas plutų pavidalu su sukepintu inksto formos paviršiumi, stalaktitais, į apvalkalą panašiais dariniais, kurie lūžus atskleidžia kristalinę-granuliuotą struktūrą. Natūralų arseną gana lengva atpažinti pagal išskyros formą, pajuodusį paviršių, reikšmingą savitąjį svorį, stiprų metalinį blizgesį šviežioje plyšyje ir tobulą skilimą. Po pūtimo vamzdžiu jis išgaruoja nelydydamas (apie 360° temperatūroje), skleisdamas būdingą česnako kvapą ir sudarydamas baltą As 2 O 3 dangą ant anglies. Jis virsta skysta būsena tik esant padidėjusiam išoriniam slėgiui. Uždarame vamzdelyje jis sudaro arseno veidrodį. Staigiai smogus plaktuku skleidžia česnako kvapą. KILMĖ
Arsenas susidaro hidroterminiuose telkiniuose kaip metakoloidiniai dariniai tuštumose, kurios, matyt, susidarė paskutinėmis hidroterminio aktyvumo akimirkomis. Kartu su juo galima rasti įvairios sudėties arseno, antimoninių, rečiau sieros junginių nikelio, kobalto, sidabro, švino ir kt., taip pat nemetalinių mineralų.
Literatūroje yra duomenų apie antrinę arseno kilmę arseno rūdos telkinių atmosferos poveikio zonose, o tai, paprastai kalbant, mažai tikėtina, nes tokiomis sąlygomis jis yra labai nestabilus ir greitai oksiduodamasis visiškai suyra. Juodąją plutą sudaro smulkus arseno ir arsenolito (As 2 O 3) mišinys. Galiausiai susidaro grynas arsenolitas.
Žemės plutoje arseno koncentracija yra maža ir siekia 1,5 ppm. Jis randamas dirvožemyje ir mineraluose ir gali patekti į orą, vandenį ir dirvožemį dėl vėjo ir vandens erozijos. Be to, elementas į atmosferą patenka iš kitų šaltinių. Dėl ugnikalnių išsiveržimų į orą per metus išleidžiama apie 3 tūkst. tonų arseno, mikroorganizmai per metus pagamina 20 tūkst. tonų lakiojo metilarzino, o deginant iškastinį kurą – 80 tūkst. tas pats laikotarpis.
SSRS teritorijoje vietinio arseno buvo rasta keliuose telkiniuose. Iš jų atkreipiame dėmesį į Sadono hidroterminį švino-cinko telkinį, kur jis pakartotinai buvo pastebėtas inksto formos masių pavidalu ant kristalinio kalcito su galenitu ir sfaleritu. Kairiajame upės krante aptiktos didelės inksto formos vietinio arseno sankaupos su koncentrine kriauklelio struktūra. Čikoja (Transbaikalia). Paragenezėje su juo buvo pastebėtas tik kalcitas ratlankių pavidalu ant plonų gyslų sienelių, kertančių senovines kristalines skaldas. Skeveldrų pavidalu (76 pav.) arseno rasta ir šv. Jalinda, Amurskaya geležinkelis tt ir kitose vietose.
Daugelyje Saksonijos telkinių (Freiberge, Schneeberge, Annaberge ir kt.) vietinis arsenas buvo pastebėtas kartu su kobalto, nikelio, sidabro, vietinio bismuto ir kt. arseno junginiais. Visi šie ir kiti šio mineralo radiniai yra niekiniai. praktinė svarba.
TAIKYMAS
Arsenas naudojamas švino lydiniams, naudojamiems šratai ruošti, legiruoti, nes liejant šratą bokšto metodu, arseno ir švino lydinio lašai įgauna griežtai sferinę formą, be to, žymiai padidėja švino stiprumas ir kietumas. Ypatingo grynumo arsenas (99,9999%) naudojamas daugelio naudingų ir svarbių puslaidininkinių medžiagų - arsenidų (pavyzdžiui, galio arsenido) ir kitų puslaidininkinių medžiagų su kristaline gardele, pavyzdžiui, cinko mišinio, sintezei. Arseno sulfido junginiai – orpimentas ir realgaras – naudojami tapyboje kaip dažai, o odos pramonėje – kaip priemonė plaukams šalinti nuo odos. Pirotechnikoje realgaras naudojamas „graikiškam“ arba „indiškam“ gaisrui gaminti, kuris atsiranda, kai dega realgaro mišinys su siera ir nitratais (degant susidaro ryškiai balta liepsna).
Kai kurie organinių elementų arseno junginiai yra cheminės kovos medžiagos, pavyzdžiui, liuzitas.
XX amžiaus pradžioje kai kurie kakodilo dariniai, pavyzdžiui, salvarsanas, buvo naudojami sifiliui gydyti; laikui bėgant šiuos vaistus iš sifilio gydymo medicininės paskirties išstūmė kiti, mažiau toksiški ir veiksmingesni farmaciniai vaistai, neturi arseno.
Daugelis arseno junginių labai mažomis dozėmis yra naudojami kaip vaistai kovojant su anemija ir daugybe kitų sunkių ligų, nes jie turi kliniškai pastebimą stimuliuojantį poveikį daugeliui specifinių organizmo funkcijų, ypač kraujodaros. Iš neorganinių arseno junginių arseno anhidridas gali būti naudojamas medicinoje gaminant tabletes ir odontologinėje praktikoje pastos pavidalu kaip nekrotizuojantis vaistas. Šis vaistas šnekamojoje ir šnekamojoje kalboje buvo vadinamas „arsenu“ ir buvo naudojamas odontologijoje vietinei dantų nervo nekrozei gydyti. Šiuo metu arseno preparatai retai naudojami odontologinėje praktikoje dėl jų toksiškumo. Dabar sukurti ir taikomi kiti neskausmingos danties nervo nekrozės taikant vietinę nejautrą būdai.
Arsenas – As
KLASIFIKACIJA
| Strunz (8-asis leidimas) | 1/B.01-10 |
| Nickel-Strunz (10-asis leidimas) | 1.CA.05 |
| Dana (7-asis leidimas) | 1.3.1.1 |
| Dana (8-asis leidimas) | 1.3.1.1 |
| Sveiki, CIM Ref. | 1.33 |
Arsenas yra azoto grupės cheminis elementas (periodinės lentelės 15 grupė). Tai trapi medžiaga, pilka su metaliniu blizgesiu (α-arsenas), su romboedrine kristaline gardele. Kaitinamas iki 600°C, kaip sublimuoja. Kai garai atšaldomi, atsiranda nauja modifikacija – geltonasis arsenas. Virš 270°C visos As formos virsta juoduoju arsenu.
Atradimų istorija
Kas buvo arsenas, buvo žinoma daug anksčiau, nei buvo pripažintas cheminiu elementu. IV amžiuje. pr. Kr e. Aristotelis paminėjo medžiagą, vadinamą sandaraku, kuri dabar, kaip manoma, buvo realgaras arba arseno sulfidas. Ir 1-ajame mūsų eros amžiuje. e. rašytojai Plinijus Vyresnysis ir Pedanius Dioscorides aprašė orpimentą – dažus As 2 S 3. XI amžiuje n. e. Buvo trys „arseno“ atmainos: balta (As 4 O 6), geltona (As 2 S 3) ir raudona (As 4 S 4). Pačią elementą tikriausiai pirmą kartą išskyrė 13 amžiuje Albertas Magnusas, pastebėjęs, kad, kai arsenas, kitas As 2 S 3 pavadinimas, buvo kaitinamas muilu, atsirado į metalą panaši medžiaga. Tačiau nėra tikrumo, kad šis gamtos mokslininkas gavo gryno arseno. Pirmieji autentiški grynos izoliacijos įrodymai datuojami 1649 m. Vokiečių vaistininkas Johanas Schröderis paruošė arseną kaitindamas jo oksidą esant anglims. Vėliau prancūzų gydytojas ir chemikas Nicolas Lemery stebėjo šio cheminio elemento susidarymą kaitinant jo oksido, muilo ir kalio mišinį. XVIII amžiaus pradžioje arsenas jau buvo žinomas kaip unikalus pusmetalis.
Paplitimas
Žemės plutoje arseno koncentracija yra maža ir siekia 1,5 ppm. Jis randamas dirvožemyje ir mineraluose ir gali patekti į orą, vandenį ir dirvožemį dėl vėjo ir vandens erozijos. Be to, elementas į atmosferą patenka iš kitų šaltinių. Dėl ugnikalnių išsiveržimų į orą per metus išleidžiama apie 3 tūkst. tonų arseno, mikroorganizmai per metus pagamina 20 tūkst. tonų lakiojo metilarzino, o deginant iškastinį kurą – 80 tūkst. tas pats laikotarpis.
Nepaisant to, kad As yra mirtinas nuodas, jis yra svarbus kai kurių gyvūnų ir, galbūt, žmonių mitybos komponentas, nors reikiama dozė neviršija 0,01 mg per parą.
Arseną itin sunku paversti vandenyje tirpia arba lakia būsena. Tai, kad jis yra gana mobilus, reiškia, kad didelės medžiagos koncentracijos negali atsirasti vienoje vietoje. Viena vertus, tai yra geras dalykas, bet, kita vertus, dėl to, kad jis plinta, užterštumas arsenu tampa vis didesne problema. Dėl žmogaus veiklos, daugiausia kasybos ir lydymosi metu, įprastai nejudrus cheminis elementas migruoja ir dabar gali būti aptinkamas kitose vietose, nei jo natūrali koncentracija.
Arseno kiekis žemės plutoje yra apie 5 g tonoje. Manoma, kad kosmose jo koncentracija yra 4 atomai milijonui silicio atomų. Šis elementas yra plačiai paplitęs. Nedidelis jo kiekis yra gimtojoje valstybėje. Paprastai 90–98% grynumo arseno dariniai randami kartu su metalais, tokiais kaip stibis ir sidabras. Tačiau didžioji jo dalis yra įtraukta į daugiau nei 150 skirtingų mineralų – sulfidų, arsenidų, sulfoarsenidų ir arsenite. Arsenopiritas FeAsS yra vienas iš labiausiai paplitusių As turinčių mineralų. Kiti įprasti arseno junginiai yra mineralai realgaras As 4 S 4, orpimentas As 2 S 3, lelingitas FeAs 2 ir enargitas Cu 3 AsS 4. Arseno oksidas taip pat yra dažnas. Didžioji šios medžiagos dalis yra vario, švino, kobalto ir aukso rūdos lydymas.
Gamtoje yra tik vienas stabilus arseno izotopas – 75 As. Iš dirbtinių radioaktyviųjų izotopų išsiskiria 76 Kaip pusinės eliminacijos laikas 26,4 val.. Medicininėje diagnostikoje naudojamas arsenas-72, -74 ir -76.
Pramoninė gamyba ir pritaikymas
Metalinis arsenas gaunamas kaitinant arsenopiritą iki 650-700 °C be oro prieigos. Jei arsenopiritas ir kitos metalų rūdos kaitinamos deguonimi, tai As lengvai su juo susijungia, sudarydamas lengvai sublimuojamą As 4 O 6, dar žinomą kaip „baltasis arsenas“. Oksido garai surenkami ir kondensuojami, o vėliau išvalomi pakartotinai sublimuojant. Dauguma As susidaro redukuojant anglimi iš tokiu būdu gauto baltojo arseno.
Pasaulyje arseno metalo suvartojimas yra palyginti mažas – vos keli šimtai tonų per metus. Didžioji dalis to, kas suvartojama, atkeliauja iš Švedijos. Jis naudojamas metalurgijoje dėl savo metaloidinių savybių. Švino šratų gamyboje naudojamas apie 1 % arseno, nes jis pagerina išlydyto lašo apvalumą. Švino turinčių guolių lydinių savybės pagerėja tiek termiškai, tiek mechaniškai, kai juose yra apie 3 % arseno. Nedidelis šio cheminio elemento kiekis švino lydiniuose sukietina juos naudoti akumuliatoriuose ir kabelių šarvuose. Mažos arseno priemaišos padidina vario ir žalvario atsparumą korozijai ir šilumines savybes. Cheminis elementas As gryna forma naudojamas bronzinei dangai ir pirotechnikai. Labai išgrynintas arsenas naudojamas puslaidininkių technologijoje, kur jis naudojamas su siliciu ir germaniu, ir galio arsenido (GaAs) pavidalu dioduose, lazeriuose ir tranzistoriuose.
Kaip jungtys
Kadangi arseno valentingumas yra 3 ir 5, o jo oksidacijos būsenos yra nuo -3 iki +5, elementas gali sudaryti įvairių tipų junginius. Komerciniu požiūriu svarbiausios jo formos yra As 4 O 6 ir As 2 O 5 . Arseno oksidas, paprastai žinomas kaip baltasis arsenas, yra vario, švino ir kai kurių kitų metalų rūdų, taip pat arsenopirito ir sulfido rūdų skrudinimo šalutinis produktas. Tai yra daugelio kitų junginių pradinė medžiaga. Jis taip pat naudojamas pesticiduose, kaip spalvą mažinanti medžiaga stiklo gamyboje ir kaip odos konservantas. Arseno pentoksidas susidaro, kai baltasis arsenas yra veikiamas oksiduojančios medžiagos (pvz., azoto rūgšties). Tai yra pagrindinė insekticidų, herbicidų ir metalo klijų sudedamoji dalis.
Arsinas (AsH 3), bespalvės nuodingos dujos, sudarytos iš arseno ir vandenilio, yra kita žinoma medžiaga. Medžiaga, dar vadinama arseno vandeniliu, gaunama hidrolizuojant metalų arsenidus ir redukuojant metalus iš arseno junginių rūgščių tirpaluose. Jis buvo naudojamas kaip priedas puslaidininkiuose ir kaip cheminės kovos priemonė. Žemės ūkyje didelę reikšmę turi arseno rūgštis (H 3 AsO 4), švino arsenatas (PbHAsO 4) ir kalcio arsenatas [Ca 3 (AsO 4) 2], kurie naudojami dirvožemio sterilizavimui ir kenkėjų kontrolei.
Arsenas yra cheminis elementas, sudarantis daugybę organinių junginių. Pavyzdžiui, kakodinas (CH 3) 2 As−As(CH 3) 2 naudojamas gaminant plačiai naudojamą sausiklį (džiovinimo priemonę) kakodilo rūgštį. Sudėtiniai organiniai elemento junginiai naudojami gydant tam tikras ligas, pavyzdžiui, mikroorganizmų sukeltą amebinę dizenteriją.
Fizinės savybės
Kas yra arsenas pagal jo fizines savybes? Stabiliausioje būsenoje tai yra trapi, plieno pilkumo kieta medžiaga, turinti mažą šilumos ir elektros laidumą. Nors kai kurios As formos yra panašios į metalą, jos klasifikavimas kaip nemetalas yra tikslesnis arseno apibūdinimas. Yra ir kitų arseno formų, tačiau jos nėra labai gerai ištirtos, ypač geltona metastabili forma, susidedanti iš As 4 molekulių, pavyzdžiui, baltojo fosforo P 4 . Arsenas sublimuojasi 613 °C temperatūroje, o garų pavidalu egzistuoja kaip As 4 molekulės, kurios nesiskiria iki maždaug 800 °C temperatūros. Visiška disociacija į As 2 molekules vyksta 1700 °C temperatūroje.
Atominė struktūra ir gebėjimas sudaryti ryšius
Elektroninė arseno formulė - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 3 - primena azotą ir fosforą, nes išoriniame apvalkale yra penki elektronai, tačiau skiriasi nuo jų tuo, kad priešpaskutiniame yra 18 elektronų. apvalkalas vietoj dviejų ar aštuonių. 10 teigiamų krūvių pridėjimas prie branduolio užpildant penkias 3d orbitales dažnai sukelia bendrą elektronų debesies sumažėjimą ir elementų elektronegatyvumo padidėjimą. Arsenas periodinėje lentelėje gali būti lyginamas su kitomis grupėmis, kurios aiškiai parodo šį modelį. Pavyzdžiui, visuotinai pripažįstama, kad cinkas yra labiau elektronegatyvus nei magnis, o galis nei aliuminis. Tačiau vėlesnėse grupėse šis skirtumas mažėja, ir daugelis nesutinka, kad germanis yra labiau elektronegatyvus nei silicis, nepaisant daugybės cheminių įrodymų. Panašus perėjimas nuo 8 iki 18 elementų apvalkalo nuo fosforo prie arseno gali padidinti elektronegatyvumą, tačiau tai tebėra prieštaringa.
As ir P išorinio apvalkalo panašumas rodo, kad jie gali sudaryti 3 vienam atomui esant papildomai nesusijusiai elektronų porai. Todėl oksidacijos būsena turi būti +3 arba -3, priklausomai nuo santykinio abipusio elektronegatyvumo. Arseno struktūra taip pat rodo galimybę panaudoti išorinę d-orbitalę oktetui išplėsti, o tai leidžia elementui sudaryti 5 ryšius. Tai realizuojama tik reaguojant su fluoru. Laisvosios elektronų poros buvimas sudėtingų junginių susidarymui (per elektronų donorystę) As atome yra daug mažiau ryškus nei fosforo ir azoto.
Arsenas yra stabilus sausame ore, tačiau drėgname ore virsta juodu oksidu. Jo garai lengvai dega, sudarydami As 2 O 3. Kas yra laisvasis arsenas? Jo praktiškai neveikia vanduo, šarmai ir neoksiduojančios rūgštys, tačiau oksiduojasi azoto rūgštimi iki +5 būsenos. Halogenai ir siera reaguoja su arsenu, o daugelis metalų sudaro arsenidus.
Analitinė chemija
Medžiaga arsenas gali būti kokybiškai aptiktas geltonos spalvos orpimento pavidalu, kuris nusėda veikiant 25% druskos rūgšties tirpalui. As pėdsakai paprastai nustatomi paverčiant jį arsinu, kurį galima aptikti naudojant Marsh testą. Arsinas termiškai skyla, sudarydamas juodą arseno veidrodį siaurame vamzdelyje. Pagal Gutzeito metodą arsinu impregnuotas mėginys tamsėja dėl gyvsidabrio išsiskyrimo.
Arseno toksikologinės savybės
Elemento ir jo darinių toksiškumas labai įvairus – nuo itin toksiško arsino ir jo organinių darinių iki paprasto As, kuris yra santykinai inertiškas. Kas yra arsenas, liudija jo organinių junginių naudojimas kaip cheminės kovos priemonės (lewisite), pūslelės ir defoliantas (Agent Blue, pagrįstas 5% kakodilo rūgšties ir 26% jo natrio druskos vandeniniu mišiniu).
Apskritai šio cheminio elemento dariniai dirgina odą ir sukelia dermatitą. Taip pat rekomenduojama apsisaugoti nuo arseno turinčių dulkių įkvėpimo, tačiau dažniausiai apsinuodijama nurijus. Didžiausia leistina As koncentracija dulkėse per aštuonių valandų darbo dieną yra 0,5 mg/m 3 . Arsinui dozė sumažinama iki 0,05 ppm. Be to, kad šio cheminio elemento junginiai buvo naudojami kaip herbicidai ir pesticidai, arseno panaudojimas farmakologijoje leido gauti salvarsaną – pirmąjį sėkmingą vaistą nuo sifilio.
Poveikis sveikatai
Arsenas yra vienas toksiškiausių elementų. Neorganiniai šios cheminės medžiagos junginiai natūraliai randami nedideliais kiekiais. Žmonės gali būti veikiami arseno per maistą, vandenį ir orą. Poveikis taip pat gali atsirasti per odą kontaktuojant su užteršto dirvožemio ar vandens.
Žmonės, dirbantys su juo, gyvenantys namuose, pastatytuose iš ja apdorotos medienos, ir žemės ūkio paskirties žemėse, kuriose praeityje buvo naudojami pesticidai, taip pat yra jautrūs poveikiui.
Neorganinis arsenas gali sukelti įvairius padarinius žmonių sveikatai, pavyzdžiui, sudirginti skrandį ir žarnyną, sumažėti raudonųjų ir baltųjų kraujo kūnelių gamyba, sukelti odos pokyčius ir sudirginti plaučius. Įtariama, kad nurijus didelį šios medžiagos kiekį gali padidėti vėžio, ypač odos, plaučių, kepenų ir limfinės sistemos vėžio, išsivystymo tikimybė.
Labai didelės neorganinio arseno koncentracijos sukelia moterų nevaisingumą ir persileidimus, dermatitą, sumažėjusį organizmo atsparumą infekcijoms, širdies sutrikimus ir smegenų pažeidimus. Be to, šis cheminis elementas gali pažeisti DNR.
Mirtina baltojo arseno dozė yra 100 mg.
Organiniai elemento junginiai nesukelia vėžio ir nepažeidžia genetinio kodo, tačiau didelės dozės gali pakenkti žmogaus sveikatai, pavyzdžiui, sukelti nervų sutrikimus ar pilvo skausmus.
Savybės As
Pagrindinės cheminės ir fizinės arseno savybės yra šios:
- Atominis skaičius yra 33.
- Atominis svoris – 74,9216.
- Pilkos formos lydymosi temperatūra yra 814 °C, esant 36 atmosferų slėgiui.
- Pilkos formos tankis 14 °C temperatūroje yra 5,73 g/cm 3.
- Geltonosios formos tankis yra 2,03 g/cm 3 18 °C temperatūroje.
- Elektroninė arseno formulė yra 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 3.
- Oksidacijos būsenos - -3, +3, +5.
- Arseno valentingumas yra 3,5.
Arsenas(lot. arsenicum), as, Mendelejevo periodinės sistemos V grupės cheminis elementas, atominis skaičius 33, atominė masė 74,9216; plieno pilkumo kristalai. Elementą sudaro vienas stabilus izotopas 75 as.
Istorinė nuoroda. Natūralūs mineralų junginiai su siera (orpimentas kaip 2 s 3, realgaras kaip 4 s 4) buvo žinomi senovės pasaulio tautoms, kurios naudojo šiuos mineralus kaip vaistus ir dažus. Taip pat buvo žinomas M. sulfidų degimo produktas - M. oksidas (iii) kaip 2 o 3 ("baltas M."). Pavadinimas arsenik o n jau yra Aristotelyje; jis kilęs iš graikų kalbos. a rsen – stiprus, drąsus ir skirtas M junginiams žymėti (pagal stiprų jų poveikį organizmui). Manoma, kad rusiškas pavadinimas kilęs iš „pelė“ (iš M. preparatų naudojimo pelėms ir žiurkėms naikinti). M. gavimas laisvoje būsenoje priskiriamas Albertas Didysis(apie 1250). 1789 metais A. Lavoisierįtraukė M. į cheminių elementų sąrašą.
Paplitimas gamtoje. Vidutinis metalo kiekis žemės plutoje (clarke) yra 1,7 × 10 -4% (pagal masę), tokiais kiekiais jo yra daugumoje magminių uolienų. Kadangi M. junginiai yra lakūs aukštoje temperatūroje, elementas nesikaupia magminių procesų metu; jis koncentruojasi, nusodinamas iš karštų gilių vandenų (kartu su s, se, sb, fe, co, ni, cu ir kitais elementais). Vulkanų išsiveržimų metu mineralai į atmosferą patenka lakiųjų junginių pavidalu. Kadangi M. yra daugiavalentis, jo migracijai didelę įtaką daro redoksinė aplinka. Oksiduojančiomis žemės paviršiaus sąlygomis susidaro arsenatai (kaip 5+) ir arsenitai (kaip 3+). Tai reti mineralai, aptinkami tik naudingųjų iškasenų telkinių vietose.Vietiniai mineralai ir kaip 2+ mineralai yra dar rečiau. Iš daugybės M. mineralų (apie 180) tik arsenopiritas turi pirminę pramoninę reikšmę.
Maži kiekiai M. būtini gyvybei. Tačiau vietovėse, kur nusėda M. ir kur veikia jauni ugnikalniai, dirvožemiuose kai kur yra iki 1 % M., o tai susiję su gyvulių ligomis ir augalijos žūtimi. M. kaupimasis ypač būdingas stepių ir dykumų kraštovaizdžiams, kurių dirvožemiuose M. neaktyvus. Drėgno klimato sąlygomis M. lengvai išplaunamas iš dirvožemio.
Gyvojoje medžiagoje M yra vidutiniškai 3 × 10 -5%, upėse - 3 × 10 -7%. M., upių atneštas į vandenyną, gana greitai apsigyvena. Jūros vandenyje M yra tik 1 x 10 -7%, o molyje ir skalūnuose - 6,6 x 10 -4%. Nuosėdinės geležies rūdos ir feromangano mazgeliai dažnai yra praturtinti M.
Fizinės ir cheminės savybės. M. turi keletą alotropinių modifikacijų. Normaliomis sąlygomis stabiliausia yra vadinamoji metalinė, arba pilka, M. (a -as) – plieniškai pilka trapi kristalinė masė; ką tik suskilęs, turi metalinį blizgesį, ore greitai išblunka, nes yra padengtas plona 2 o 3 plėvele. Pilkos M. kristalinė gardelė yra romboedrinė ( A= 4,123 a, kampas a = 54°10", X= 0,226), sluoksniuotas. Tankis 5,72 g/cm3(esant 20°c), elektrinė varža 35 10 -8 ohm? m, arba 35 10 -6 ohm? cm, elektrinės varžos temperatūros koeficientas 3,9 10 -3 (0°-100 °c), Brinelio kietumas 1470 Mn/m2 arba 147 kgf/mm 2(3-4 pagal Mosą); M. diamagnetinis. Esant atmosferos slėgiui, metalas sublimuojasi 615 °C temperatūroje nelydydamas, nes trigubas taškas a -as yra 816 °C temperatūroje ir 36 °C slėgyje. adresu. M. garą sudaro 4 molekulės iki 800 ° C, aukštesnėje nei 1700 ° C - tik 2 molekulės. Metalo garams kondensuojantis ant skystu oru aušinamo paviršiaus susidaro geltonas metalas – skaidrūs kristalai, minkšti kaip vaškas, kurių tankis 1,97 g/cm3, savo savybėmis panašus į baltą fosforo. Veikiant šviesai arba silpnai kaitinant, virsta pilka M. Taip pat žinomos stiklinės-amorfinės modifikacijos: juoda M. ir ruda M., kurios kaitinant virš 270°c virsta pilka M.
Atomo M išorinių elektronų konfigūracija. 3 d 10 4 s 2 4 p 3. Junginiuose M oksidacijos būsenos yra + 5, + 3 ir – 3. Pilkasis M yra žymiai mažiau chemiškai aktyvus nei fosforas. Kaitinant ore virš 400°C, M dega, susidaro 2 o 3. M jungiasi tiesiogiai su halogenais; normaliomis sąlygomis asf 5 - dujos; asf 3, ascl 3, asbr 3 - bespalviai, labai lakūs skysčiai; asi 3 ir as 2 l 4 - raudoni kristalai. Kaitinant M. siera, gaunami tokie sulfidai: oranžinės raudonos kaip 4 s 4 ir citrinos geltonos kaip 2 s 3. Blyškiai geltonas sulfidas kaip 2 s 5 nusodinamas, leidžiant h 2 s į ledu vėsintą arseno rūgšties (arba jos druskų) tirpalą rūkstančioje druskos rūgštyje: 2h 3 aso 4 + 5h 2 s = as 2 s 5 + 8h 2 o ; Maždaug 500°C temperatūroje suyra į 2 s 3 ir sierą. Visi M. sulfidai netirpūs vandenyje ir praskiestose rūgštyse. Stiprūs oksidatoriai (mišiniai hno 3 + hcl, hcl + kclo 3) paverčia juos h 3 aso 4 ir h 2 so 4 mišiniu. Sulfidas kaip 2 s 3 lengvai tirpsta amonio ir šarminių metalų sulfiduose ir polisulfiduose, sudarydamas rūgščių druskas – tioarseno h 3 ass 3 ir tioarseno h 3 ass 4. Su deguonimi M. gamina oksidus: M. oksidą (iii) kaip 2 o 3 - arseno anhidridą ir M. oksidą (v) kaip 2 o 5 - arseno anhidridą. Pirmasis iš jų susidaro deguoniui veikiant metalą arba jo sulfidus, pavyzdžiui, 2as 2 s 3 + 9o 2 = 2as 2 o 3 + 6so 2. 2 o 3 garams kondensuojantis į bespalvę stiklinę masę, kuri laikui bėgant tampa nepermatoma dėl mažų kubinių kristalų susidarymo, tankis 3,865 g/cm3. Garų tankis atitinka formulę 4 o 6: aukštesnėje nei 1800°C temperatūroje garai susideda iš 2 o 3. Prie 100 G vanduo tirpsta 2.1 G kaip 2 o 3 (esant 25 °C). M. oksidas (iii) yra amfoterinis junginys, kuriame vyrauja rūgštinės savybės. Yra žinomos druskos (arsenitai), atitinkančios ortoarseno rūgštis h 3 aso 3 ir metaarsenic haso 2; pačios rūgštys nebuvo gautos. Vandenyje tirpsta tik šarminių metalų ir amonio arsenitai. kaip 2 o 3 ir arsenitai paprastai yra reduktoriai (pavyzdžiui, kaip 2 o 3 + 2i 2 + 5h 2 o = 4hi + 2h 3 aso 4), bet gali būti ir oksidatoriai (pavyzdžiui, kaip 2 o 3 + 3c = 2as + 3co ).
M. oksidas (v) gaunamas kaitinant arseno rūgštį h 3 aso 4 (apie 200°c). Jis yra bespalvis, maždaug 500 ° C temperatūroje suyra į 2 o 3 ir o 2. Arseno rūgštis gaunama veikiant koncentruotą hno 3 kaip arba kaip 2 o 3. Arseno rūgšties druskos (arsenatai) netirpsta vandenyje, išskyrus šarminių metalų ir amonio druskas. Yra žinomos druskos, kurios atitinka ortoarseno h 3 aso 4, metaarseno haso 3 ir piroarseno rūgštį h 4 kaip 2 o 7; paskutinės dvi rūgštys nebuvo gautos laisvoje būsenoje. Lydant su metalais, metalas dažniausiai sudaro junginius ( arsenidai).
Priėmimas ir naudojimas . M. gaminamas pramoniniu būdu kaitinant arseno piritus:
feass = fesas + as
arba (rečiau) sumažinimas 2 o 3 anglimi. Abu procesai atliekami iš ugniai atsparaus molio pagamintose retortose, prijungtose prie imtuvo M garų kondensacijai Arseno anhidridas gaunamas oksidaciniu būdu skrudinant arseno rūdas arba kaip šalutinis skrudinimo produktas polimetalinių rūdų, kuriose beveik visada yra M. oksidacinis skrudinimas, nes susidaro 2 o 3 garai, kurie kondensuojasi į gaudymo kameras. Neapdorota kaip 2 o 3 išvaloma sublimuojant 500–600 °C temperatūroje. Išgrynintas kaip 2 o 3 naudojamas M. ir jo preparatų gamybai.
Smulkūs M priedai (0,2–1,0 % masės) įterpiami į šviną, naudojamą šautuvo šūviams gaminti (M padidina išlydyto švino paviršiaus įtempimą, dėl to šūvis įgauna sferinę formą; M šiek tiek padidina kietumą švino). Kaip dalinis stibio pakaitalas M. yra įtrauktas į kai kuriuos babbitus ir spausdinimo lydinius.
Grynasis M. nėra nuodingas, tačiau visi jo junginiai, kurie tirpsta vandenyje arba gali ištirpti veikiami skrandžio sulčių, yra itin nuodingi; ypač pavojingas arseno vandenilis. Iš gamyboje naudojamų M junginių arseno anhidridas yra toksiškiausias. Beveik visose spalvotųjų metalų sulfidinėse rūdose, taip pat geležies (sieros) pirite yra metalų priemaišų. Todėl jų oksidacinio skrudinimo metu kartu su sieros dioksidu visada susidaro taip 2, as 2 o 3; Didžioji jo dalis kondensuojasi dūmų kanaluose, tačiau nesant valymo įrenginių arba esant mažam efektyvumui, rūdos krosnių išmetamosios dujos išneša pastebimus 2 o 3 kiekius. Grynas M., nors ir nėra nuodingas, laikant ore, visada yra padengtas nuodingu 2 o 3 sluoksniu. Jei nėra tinkamo vėdinimo, metalų (geležies, cinko) ėsdinimas pramoninėmis sieros arba druskos rūgštimis, turinčiomis metalų priemaišų, yra ypač pavojingas, nes susidaro arseno vandenilis.
S. A. Pogodinas.
M. kūne. Kaip mikroelementas M. yra visur gyvojoje gamtoje. Vidutinis M kiekis dirvožemyje yra 4 · 10 -4%, augalų pelenuose - 3 · 10 -5%. M kiekis jūros organizmuose yra didesnis nei sausumos organizmuose (žuvyse 0,6-4,7 mg 1 kilogramasžalios medžiagos kaupiasi kepenyse). Vidutinis M kiekis žmogaus organizme yra 0,08-0,2 mg/kg. Kraujyje M. koncentruojasi eritrocituose, kur jungiasi su hemoglobino molekule (o globino frakcijoje yra dvigubai daugiau nei hemo). Didžiausias jo kiekis (1 G audinys) yra inkstuose ir kepenyse. Daug M. randama plaučiuose ir blužnyje, odoje ir plaukuose; santykinai nedaug - likvoryje, smegenyse (daugiausia hipofizėje), lytiniuose liaukose ir kt. Audiniuose M. randama pagrindinėje baltymų frakcijoje, daug mažiau rūgštyje tirpioje frakcijoje ir tik nedidelė jos dalis yra randama lipidų frakcijoje. M. dalyvauja redokso reakcijose: kompleksinių angliavandenių oksidaciniame skaidyme, fermentacijoje, glikolizėje ir kt. M. junginiai biochemijoje naudojami kaip specifiniai inhibitoriai fermentai metabolinėms reakcijoms tirti.
M. medicinoje. Organiniai M. junginiai (aminarsonas, miarsenolis, novarsenalis, osarsolis) daugiausia naudojami sifiliui ir pirmuonių ligoms gydyti. Neorganiniai M. preparatai - natrio arsenitas (natrio arsenatas), kalio arsenitas (kalio arsenatas), arseno anhidridas 2 o 3, skiriami kaip bendrosios stiprinamosios ir tonizuojančios medžiagos. Naudojant lokaliai, neorganiniai M. preparatai gali sukelti nekrozinį poveikį be ankstesnio dirginimo, todėl šis procesas yra beveik neskausmingas; Ši savybė, kuri labiausiai išryškėja kaip 2 o 3, naudojama odontologijoje dantų pulpai naikinti. Psoriazei gydyti vartojami ir neorganiniai M. preparatai.
Dirbtinai gauti radioaktyvieji izotopai M. 74 as (t 1/2 = 17,5 dienų) ir 76 as (t 1/2 = 26,8 h) naudojami diagnostikos ir gydymo tikslais. Jų pagalba išaiškinama smegenų auglių vieta ir nustatomas jų pašalinimo radikalumo laipsnis. Radioaktyvusis M. kartais vartojamas nuo kraujo ligų ir kt.
Pagal Tarptautinės radiacinės saugos komisijos rekomendacijas didžiausias leistinas kiekis 76 kaip organizme yra 11 Mccurie. Pagal SSRS priimtus sanitarinius standartus didžiausia leistina koncentracija vandenyje ir atviruose rezervuaruose 76 yra 1 10 -7 curie/l, darbo patalpų ore 5 10 -11 curie/l. Visi M. preparatai labai nuodingi. Ūminio apsinuodijimo atveju pastebimas stiprus pilvo skausmas, viduriavimas, inkstų pažeidimas; Galimas kolapsas ir traukuliai. Lėtiniu apsinuodijimu dažniausiai pasireiškia virškinimo trakto sutrikimai, kvėpavimo takų gleivinės kataras (faringitas, laringitas, bronchitas), odos pažeidimai (egzantema, melanozė, hiperkeratozė), jautrumo sutrikimai; galimas aplazinės anemijos išsivystymas. Gydant apsinuodijimą M. vaistais didžiausią reikšmę turi unitiolis.
Pramoninių apsinuodijimų prevencijos priemonės pirmiausia turėtų būti skirtos technologinio proceso mechanizavimui, sandarinimui ir dulkių pašalinimui, efektyvaus vėdinimo sukūrimui ir darbuotojų aprūpinimui asmeninėmis apsaugos priemonėmis nuo dulkių poveikio. Būtina reguliariai tikrinti darbuotojų sveikatą. Preliminari medicininė apžiūra atliekama priimant į darbą, o darbuotojams – kartą per pusmetį.
Lit.: Remi G., Neorganinės chemijos kursas, vert. iš vokiečių k., 1 t., M., 1963, p. 700-712; Pogodin S. A., Arsenic, knygoje: Brief Chemical Encyclopedia, t. 3, M., 1964; Kenksmingos medžiagos pramonėje, bendrai. red. N. V. Lazareva, 6 leidimas, 2 dalis, Leningradas, 1971 m.
parsisiųsti santrauką
Straipsnio turinys
ARSENIKAS– periodinės lentelės V grupės cheminis elementas, priklauso azoto šeimai. Santykinė atominė masė 74,9216. Gamtoje arseną atstovauja tik vienas stabilus nuklidas 75 As. Daugiau nei dešimt jo radioaktyviųjų izotopų, kurių pusinės eliminacijos laikas yra nuo kelių minučių iki kelių mėnesių, taip pat buvo dirbtinai gauti. Tipinės junginių oksidacijos būsenos yra –3, +3, +5. Arseno pavadinimas rusų kalba siejamas su jo junginių naudojimu pelėms ir žiurkėms naikinti; Lotyniškas pavadinimas Arsenicum kilęs iš graikų „arsen“ - stiprus, galingas.
Istorinė informacija.
Arsenas priklauso penkiems viduramžiais atrastiems „alcheminiams“ elementams (keista, bet keturi iš jų – As, Sb, Bi ir P – yra toje pačioje periodinės lentelės grupėje – penktojoje). Tuo pat metu arseno junginiai buvo žinomi nuo seno, iš jų buvo gaminami dažai ir vaistai. Ypač įdomus yra arseno panaudojimas metalurgijoje.
Prieš kelis tūkstančius metų akmens amžius užleido vietą bronzos amžiui. Bronza yra vario ir alavo lydinys. Istorikai mano, kad pirmoji bronza buvo išlieta Tigro-Eufrato slėnyje, kažkur tarp 30 ir 25 a. pr. Kr. Kai kuriuose regionuose buvo lydoma ypač vertingų savybių turinti bronza – ji buvo geriau liejama ir lengviau kaldoma. Kaip nustatė šiuolaikiniai mokslininkai, tai buvo vario lydinys, kuriame buvo nuo 1 iki 7% arseno ir ne daugiau kaip 3% alavo. Tikriausiai iš pradžių, lydant, turtingas vario rūdos malachitas buvo supainiotas su kai kurių taip pat žaliųjų sulfidinių vario-arseno mineralų atmosferos produktais. Senovės meistrai, įvertinę puikias lydinio savybes, specialiai ieškojo arseno mineralų. Paieškoms panaudojome tokių mineralų savybę kaitinant skleisti specifinį česnako kvapą. Tačiau laikui bėgant arseno bronzos lydymas nutrūko. Greičiausiai taip atsitiko dėl dažno apsinuodijimo deginant arseno turinčius mineralus.
Žinoma, arsenas tolimoje praeityje buvo žinomas tik jo mineralų pavidalu. Taigi Senovės Kinijoje akmens drožybai buvo naudojamas kietas mineralinis realgaras (sudėties As 4 S 4 sulfidas, realgar arabiškai reiškia „kasyklos dulkės“), tačiau kaitinant ar veikiant šviesai jis „sublogėjo“, nes pavertė As 2 S 3. IV amžiuje. pr. Kr. Aristotelis šį mineralą apibūdino pavadinimu „sandarakas“. I amžiuje REKLAMA Romėnų rašytojas ir mokslininkas Plinijus Vyresnysis bei romėnų gydytojas ir botanikas Dioskoridas aprašė mineralinį orpimentą (arseno sulfidą kaip 2 S 3). Išvertus iš lotynų kalbos, mineralo pavadinimas reiškia „auksiniai dažai“: jis buvo naudojamas kaip geltonas dažiklis. XI amžiuje alchemikai išskyrė tris arseno „atmainas“: vadinamąjį baltąjį arseną (As 2 O 3 oksidas), geltonąjį arseną (As 2 S 3 sulfidas) ir raudonąjį arseną (As 4 S 4 sulfidas). Baltasis arsenas buvo gautas sublimuojant arseno priemaišas skrudinant vario rūdas, kuriose yra šio elemento. Kondensuodamas iš dujinės fazės, arseno oksidas nusėdo baltos dangos pavidalu. Baltasis arsenas nuo seno buvo naudojamas kenkėjams naikinti, taip pat...
XIII amžiuje Albertas von Bolstedtas (Albertas Didysis) gavo į metalą panašią medžiagą, kaitindamas geltoną arseną su muilu; Tai galėjo būti pirmasis arseno pavyzdys paprastos medžiagos, gauto dirbtinai, pavidalu. Tačiau ši medžiaga pažeidė mistinį septynių žinomų metalų „ryšį“ su septyniomis planetomis; Tikriausiai dėl šios priežasties alchemikai arseną laikė „niekšišku metalu“. Tuo pačiu metu jie atrado jo savybę suteikti variui baltą spalvą, todėl jis buvo pavadintas „Veneros (t. y. vario) balinimo priemone“.
Arsenas buvo aiškiai identifikuotas kaip atskira medžiaga XVII amžiaus viduryje, kai vokiečių vaistininkas Johannas Schroederis gavo jį gana gryną pavidalą redukuodamas oksidą medžio anglimi. Vėliau prancūzų chemikas ir gydytojas Nicolas Lemery gavo arseną kaitindamas jo oksido mišinį su muilu ir kaliu. XVIII amžiuje arsenas jau buvo gerai žinomas kaip neįprastas „pusmetalas“. 1775 metais švedų chemikas K.V.Scheele gavo arseno rūgštį ir dujinį arseno vandenilį, o 1789 metais A.L.Lavoisier pagaliau pripažino arseną kaip nepriklausomą cheminį elementą. XIX amžiuje buvo atrasti organiniai junginiai, kuriuose yra arseno.
Arsenas gamtoje.
Žemės plutoje arseno yra mažai – apie 5·10–4% (tai yra 5 g tonoje), maždaug tiek pat, kiek germanio, alavo, molibdeno, volframo ar bromo. Arsenas dažnai randamas mineraluose kartu su geležimi, variu, kobaltu ir nikeliu.
Mineralų, kuriuos sudaro arsenas, sudėtis (žinoma apie 200 jų) atspindi šio elemento „pusmetalines“ savybes, kurios gali būti tiek teigiamos, tiek neigiamos oksidacijos būsenos ir derintis su daugeliu elementų; pirmuoju atveju arsenas gali atlikti metalo vaidmenį (pavyzdžiui, sulfiduose), antruoju - nemetalą (pavyzdžiui, arseniduose). Sudėtinga daugelio arseno mineralų sudėtis atspindi jo gebėjimą, viena vertus, iš dalies pakeisti sieros ir stibio atomus kristalinėje gardelėje (jonų spinduliai S–2, Sb–3 ir As–3 yra artimi ir yra 0,182, 0,208). ir atitinkamai 0,191 nm), iš kitos – metalo atomai. Pirmuoju atveju arseno atomai turi gana neigiamą oksidacijos būseną, antruoju - teigiamą.
Arseno (2,0) elektronegatyvumas yra mažas, bet didesnis nei stibio (1,9) ir daugumos metalų, todėl –3 oksidacijos būsena arsenui stebima tik metalų arseniduose, taip pat stibarseno SbA ir šio mineralo tarpaugiuose su gryni kristalai stibis arba arsenas (mineralinis alemontitas). Daugelis arseno junginių su metalais, sprendžiant pagal jų sudėtį, yra intermetaliniai junginiai, o ne arsenidai; kai kurie iš jų turi kintamą arseno kiekį. Arseniduose vienu metu gali būti keli metalai, kurių atomai esant artimiems jonų spinduliams, savavališkais santykiais pakeičia vienas kitą kristalinėje gardelėje; tokiais atvejais mineralinėje formulėje elementų simboliai pateikiami atskirti kableliais. Visi arsenidai turi metalinį blizgesį, yra nepermatomi, sunkūs mineralai, mažo kietumo.
Natūralių arsenidų pavyzdžiai (žinomi apie 25 jų) yra mineralai lölingitas FeAs 2 (pirito FeS 2 analogas), skutteruditas CoAs 2–3 ir nikelio skutteruditas NiAs 2–3, nikelis (raudonojo nikelio piritas) NiAs, rammelsbergitas ( baltasis nikelio piritas) NiAs 2 , safloritas (speys kobaltas) CoAs 2 ir klinozafloritas (Co, Fe, Ni) As 2, langisitas (Co, Ni) As, sperilitas PtAs 2, maucheritas Ni 11 As 8, oregonitas Ni2, 2 algodonitas Cu 6 As. Dėl didelio tankio (daugiau nei 7 g/cm3) geologai daugelį jų priskiria „super sunkiųjų“ mineralų kategorijai.
Labiausiai paplitęs arseno mineralas yra arsenopiritas (arseno piritas).FeAsS gali būti laikomas FeS 2 pirite esančios sieros pakeitimo arseno atomais produktu (paprastame pirite taip pat visada yra šiek tiek arseno). Tokie junginiai vadinami sulfosaltais. Panašiai svarbūs mineralai kobaltinas (kobalto blizgesys) CoAsS, glaukodotas (Co,Fe)AsS, gersdorfitas (nikelio blizgesys) NiAsS, enargitas ir luzonitas tos pačios sudėties, bet skirtingos struktūros Cu 3 AsS 4, proustitas Ag 3 AsS 3 Sidabro rūda, kuri kartais dėl ryškiai raudonos spalvos vadinama „rubino sidabru“, dažnai randama viršutiniuose sidabro gyslų sluoksniuose, kur randami nuostabūs dideli šio mineralo kristalai. Sulfodruskose taip pat gali būti platinos grupės tauriųjų metalų; Tai mineralai osarsitas (Os,Ru)AsS, ruarsitas RuAsS, irarsitas (Ir,Ru,Rh,Pt)AsS, platarsitas (Pt,Rh,Ru)AsS, holingworthitas (Rd,Pt,Pd)AsS. Kartais sieros atomų vaidmenį tokiuose dvigubuose arseniduose atlieka stibio atomai, pavyzdžiui, seinajokite (Fe,Ni)(Sb,As) 2, arsenopaladinite Pd 8 (As,Sb) 3, arseno polibazite (Ag,Cu) 16 (Ar, Sb) 2 S 11.
Įdomi mineralų struktūra, kurioje arsenas yra kartu su siera, bet atlieka metalo vaidmenį, grupuodamas kartu su kitais metalais. Tai mineralai arsenosulfanitas Cu 3 (As, V) S 4, arsenogauchekornitas Ni 9 BiAsS 8, freibergitas (Ag, Cu, Fe) 12 (Sb, As) 4 S 13, tenantitas (Cu, Fe) 12 As 4 S 13 , argentotennantitas (Ag, Cu) 10 (Zn, Fe) 2 (As, Sb) 4 S 13, auksafilitas Cu 12 (Te, Sb, As) 4 S 13, giroditas (Cu, Zn, Ag) 12 (As, Sb ) 4 (Se, S) 13 . Galite įsivaizduoti, kokią sudėtingą struktūrą turi visų šių mineralų kristalinė gardelė.
Arsenas turi aiškiai teigiamą oksidacijos būseną natūraliuose sulfiduose - geltoname orpite As 2 S 3 , oranžinės geltonos spalvos dimorfite As 4 S 3 , oranžinės raudonos spalvos realgare As 4 S 4 , karmino raudonajame gečelite AsSbS 3 , taip pat bespalviame okside As 2 O 3, kuris susidaro kaip skirtingos kristalinės struktūros mineralai arsenolitas ir klaudetitas (jie susidaro veikiant kitiems arseno mineralams). Paprastai šie mineralai randami mažų inkliuzų pavidalu. Tačiau XX amžiaus 30-aisiais. Pietinėje Verchojansko kalnagūbrio dalyje buvo aptikti didžiuliai iki 60 cm dydžio ir iki 30 kg sveriantys orpimento kristalai.
Natūraliose arseno rūgšties druskose H 3 AsO 4 - arsenatai (jų žinoma apie 90), arseno oksidacijos būsena yra +5; Pavyzdžiui, ryškiai rožinis eritrinas (kobalto spalva) Co 3 (AsO 4) 2 8H 2 O, žalias anabergitas Ni 3 (AsO 4) 2 8H 2 O, skoroditas Fe III AsO 4 2H 2 O ir paprastasis Fe II 3 (AsO 4) 2 8H 2 O, rudai raudonas gasparitas (Ce, La, Nd) ArO 4, bespalvis goernessitas Mg 3 (AsO 4) 2 8H 2 O, ruzveltitas BiAsO 4 ir kettigitas Zn 3 (AsO 4) 2 8H 2 O tiek pat bazinių druskų, pavyzdžiui, olivenitas Cu 2 AsO 4 (OH), arsenobismitas Bi 2 (AsO 4) (OH) 3. Tačiau natūralūs arsenitai – arseno rūgšties H 3 AsO 3 dariniai – yra labai reti.
Vidurio Švedijoje yra garsieji Langbanovo geležies-mangano karjerai, kuriuose rasta ir aprašyta daugiau nei 50 arsenato mineralų pavyzdžių. Kai kurių jų niekur kitur nerasi. Kadaise jie susidarė dėl arseno rūgšties H 3 AsO 4 reakcijos su pirokroitu Mn(OH) 2 ne itin aukštoje temperatūroje. Paprastai arsenatai yra sulfidinių rūdų oksidacijos produktai. Jie, kaip taisyklė, nėra naudojami pramonėje, tačiau kai kurie iš jų yra labai gražūs ir puošia mineralogines kolekcijas.
Daugelio arseno mineralų pavadinimuose galima rasti vietovardžių (Lölling Austrijoje, Freibergas Saksonijoje, Seinäjoki Suomijoje, Skutterud Norvegijoje, Allemon Prancūzijoje, Kanados Langis ir Getchell kasyklos Nevadoje, Oregonas JAV ir kt. ), geologų, chemikų, politikų ir kt. (vokiečių chemikas Karlas Rammelsbergas, Miuncheno mineralų prekiautojas Williamas Maucheris, kasyklos savininkas Johannas von Gersdorffas, prancūzų chemikas F. Claudet, anglų chemikai Johnas Proustas ir Smithsonas Tennantas, Kanados chemikas F. L. Sperry, JAV prezidentas Rooseveltas ir kt.), augalų pavadinimai (taigi , mineralinio saflorito pavadinimas kilęs iš šafrano), pradinės elementų pavadinimų raidės - arsenas, osmis, rutenis, iridis, paladis, platina, graikiškos šaknys ("erythros" - raudona, "enargon" - matoma, " litosas“ – akmuo) ir kt. ir taip toliau.
Įdomus senovinis mineralinio nikelio (NiAs) pavadinimas yra kupfernikelis. Viduramžių vokiečių kalnakasiai nikelį vadino piktąja kalnų dvasia, o „kupfernickel“ (Kupfernickel, iš vokiečių kalbos Kupfer - varis) - „prakeiktas varis“, „netikra varis“. Vario raudonumo šios rūdos kristalai atrodė labai panašūs į vario rūdą; Jis buvo naudojamas stiklo gamyboje, norint nuspalvinti stiklą žaliai. Tačiau niekam nepavyko iš jo gauti vario. Šią rūdą 1751 metais ištyrė švedų mineralogas Axelis Kronstedtas ir išskyrė iš jos naują metalą, pavadinęs jį nikeliu.
Kadangi arsenas yra chemiškai gana inertiškas, jis taip pat randamas natūralioje būsenoje - sulydytų adatų ar kubelių pavidalu. Tokiame arsene paprastai yra nuo 2 iki 16% priemaišų - dažniausiai tai yra Sb, Bi, Ag, Fe, Ni, Co. Jį lengva sumalti į miltelius. Rusijoje geologai vietinio arseno aptiko Užbaikalėje, Amūro regione, jo randama ir kitose šalyse.
Arsenas unikalus tuo, kad jo yra visur – mineraluose, uolienose, dirvožemyje, vandenyje, augaluose ir gyvūnuose, ir ne veltui jis vadinamas „visur esančiu“. Arseno pasiskirstymą skirtinguose Žemės rutulio regionuose formuojantis litosferai daugiausia lėmė jo junginių lakumas aukštoje temperatūroje, taip pat sorbcijos ir desorbcijos procesai dirvožemyje ir nuosėdinėse uolienose. Arsenas lengvai migruoja, o tai palengvina gana didelis kai kurių jo junginių tirpumas vandenyje. Drėgno klimato sąlygomis arsenas išplaunamas iš dirvožemio ir nunešamas požeminio vandens, o vėliau – upių. Vidutinis arseno kiekis upėse yra 3 µg/l, paviršiniuose vandenyse – apie 10 µg/l, jūros ir vandenynų vandenyse – tik apie 1 µg/l. Tai paaiškinama gana greitu jo junginių nusodinimu iš vandens ir kaupiasi dugno nuosėdose, pavyzdžiui, feromangano mazgeliuose.
Dirvožemyje arseno kiekis paprastai yra nuo 0,1 iki 40 mg/kg. Bet vietovėse, kur atsiranda arseno rūdos, taip pat vulkaninėse vietovėse, dirvožemyje gali būti daug arseno – iki 8 g/kg, kaip ir kai kuriose Šveicarijos ir Naujosios Zelandijos vietovėse. Tokiose vietose žūsta augmenija, suserga gyvūnai. Tai būdinga stepėms ir dykumoms, kur arsenas nėra išplaunamas iš dirvožemio. Molio uolienos taip pat yra praturtintos, palyginti su vidutiniu kiekiu – jose keturis kartus daugiau nei vidutiniškai arseno. Mūsų šalyje didžiausia leistina arseno koncentracija dirvožemyje – 2 mg/kg.
Arseną iš dirvožemio gali išnešti ne tik vanduo, bet ir vėjas. Tačiau norint tai padaryti, jis pirmiausia turi virsti lakiaisiais organiniais arseno junginiais. Ši transformacija įvyksta dėl vadinamojo biometilinimo – metilo grupės pridėjimo, kad susidarytų C–As ryšys; šis fermentinis procesas (jis gerai žinomas dėl gyvsidabrio junginių) vyksta dalyvaujant kofermentui metilkobalaminui, metilintam vitamino B 12 dariniui (jo taip pat yra ir žmogaus organizme). Arseno biometilinimas vyksta tiek gėlame, tiek jūros vandenyje ir dėl to susidaro organiniai arseno junginiai – metilarsono rūgštis CH 3 AsO(OH) 2, dimetilarsino (dimetilarseno arba kakodilo) rūgštis (CH 3) 2 As(O)OH, trimetilarsinas ( CH 3) 3 As ir jo oksidas (CH 3) 3 As = O, kurie taip pat yra gamtoje. Naudojant 14 C pažymėtą metilkobalaminą ir 74 As žymėtą natrio hidroarsenatą Na 2 HAsO 4, buvo įrodyta, kad viena iš metanobakterijų padermių šią druską redukuoja ir metilina iki lakiojo dimetilarzino. Dėl to kaimo vietovių ore vidutiniškai yra 0,001 - 0,01 μg/m 3 arseno, miestuose, kur nėra specifinės taršos - iki 0,03 μg/m 3, o šalia taršos šaltinių (spalvotųjų metalų) lydymo gamyklos, elektrinės, dirbantys su dideliu arseno kiekiu turinčią anglį ir kt.) arseno koncentracija ore gali viršyti 1 μg/m 3 . Arseno nusodinimo intensyvumas teritorijose, kuriose yra pramonės centrai, yra 40 kg/km 2 per metus.
Lakiųjų arseno junginių susidarymas (pavyzdžiui, trimetilarzinas užverda tik 51 °C temperatūroje), sukeltas XIX a. daugybė apsinuodijimų, nes arseno buvo gipso ir net žalių tapetų dažuose. Scheele žalumynai anksčiau buvo naudojami dažų Cu 3 (AsO 3) 2 pavidalu n H 2 O ir Paryžiaus arba Šveifurto žalumynai Cu 4 (AsO 2) 6 (CH 3 COO) 2. Didelės drėgmės ir pelėsio atsiradimo sąlygomis iš tokių dažų susidaro lakūs organiniai arseno dariniai. Manoma, kad šis procesas galėjo būti lėto Napoleono apnuodijimo paskutiniais jo gyvenimo metais priežastimi (kaip žinoma, arseno Napoleono plaukuose buvo rasta praėjus pusantro amžiaus po jo mirties).
Kai kuriuose mineraliniuose vandenyse arseno randama pastebimais kiekiais. Rusijos standartai nustato, kad gydomajame mineraliniame vandenyje arseno kiekis neturi viršyti 700 µg/l. IN Jermukas jis gali būti kelis kartus didesnis. Išgerti vieną ar dvi stiklines „arseninio“ mineralinio vandens žmogui žalos nepadarys: norint mirtinai apsinuodyti, reikia išgerti tris šimtus litrų iš karto... Bet aišku, kad vietoje tokio vandens nuolat gerti negalima. paprasto vandens.
Chemikai nustatė, kad arseno natūraliuose vandenyse gali būti įvairių formų, o tai reikšminga jo analizės, migracijos metodų, taip pat skirtingu šių junginių toksiškumu požiūriu; Taigi trivalenčio arseno junginiai yra 25–60 kartų toksiškesni nei penkiavalenčio arseno. As(III) junginiai vandenyje paprastai būna silpnos arseno rūgšties H 3 AsO 3 pavidalu ( rK a = 9,22), o As(V) junginys - daug stipresnės arseno rūgšties H 3 AsO 4 ( rK a = 2.20) ir jo deprotonuoti anijonai H 2 AsO 4 – ir HAsO 4 2–.
Gyvoje medžiagoje arseno yra vidutiniškai 6,10–6 %, tai yra 6 µg/kg. Kai kurie jūros dumbliai gali taip sukoncentruoti arseną, kad tampa pavojingi žmonėms. Be to, šie dumbliai gali augti ir daugintis grynuose arseno rūgšties tirpaluose. Tokie dumbliai kai kuriose Azijos šalyse naudojami kaip priemonė nuo žiurkių. Net ir skaidriuose Norvegijos fiordų vandenyse dumbliuose gali būti iki 0,1 g/kg arseno. Žmonėms arsenas randamas smegenų audinyje ir raumenyse, jis kaupiasi plaukuose ir naguose.
Arseno savybės.
Nors arsenas atrodo kaip metalas, jis vis tiek yra nemetalas: jis nesudaro druskų, pavyzdžiui, su sieros rūgštimi, o pats yra rūgštį formuojantis elementas. Todėl šis elementas dažnai vadinamas pusmetaliu. Arsenas egzistuoja keliomis alotropinėmis formomis ir šiuo požiūriu yra labai panašus į fosforą. Stabiliausias iš jų yra pilkasis arsenas – labai trapi medžiaga, kuri ką tik suskaidžius įgauna metalinį blizgesį (iš čia ir pavadintas „metalinis arsenas“); jo tankis 5,78 g/cm3. Stipriai kaitinant (iki 615°C), sublimuojasi nelydant (toks pat elgesys būdingas ir jodui). Esant 3,7 MPa (37 atm) slėgiui, arsenas tirpsta 817 ° C temperatūroje, o tai yra žymiai aukštesnė už sublimacijos temperatūrą. Pilkojo arseno elektrinis laidumas yra 17 kartų mažesnis nei vario, bet 3,6 karto didesnis nei gyvsidabrio. Kylant temperatūrai, jo, kaip ir tipiškų metalų, elektrinis laidumas mažėja – maždaug tiek pat, kiek vario.
Jei arseno garai labai greitai atšaldomi iki skysto azoto temperatūros (–196 °C), gaunama skaidri minkšta geltona medžiaga, primenanti geltonąjį fosforą, jos tankis (2,03 g/cm 3) yra žymiai mažesnis nei pilkojo arseno. . Arseno garai ir geltonasis arsenas susideda iš As 4 molekulių, kurios turi tetraedro formą – ir čia analogija su fosforu. 800° C temperatūroje prasideda pastebima garų disociacija, susidaro As 2 dimerai, o 1700° C temperatūroje lieka tik As 2 molekulės. Kaitinamas ir veikiamas ultravioletinių spindulių, geltonasis arsenas greitai papilkėja, išskirdamas šilumą. Arseno garams kondensuojantis inertinėje atmosferoje, susidaro kita amorfinė šio elemento forma – juodos spalvos. Jei ant stiklo nusėda arseno garai, susidaro veidrodinė plėvelė.
Arseno išorinio elektroninio apvalkalo struktūra yra tokia pati kaip azoto ir fosforo, tačiau skirtingai nei jie, jo priešpaskutiniame apvalkale yra 18 elektronų. Kaip ir fosforas, jis gali sudaryti tris kovalentinius ryšius (4s 2 4p 3 konfigūracija), palikdamas vienišą porą ant As atomo. As atomo krūvio ženklas junginiuose su kovalentiniais ryšiais priklauso nuo gretimų atomų elektronegatyvumo. Vienišos poros dalyvavimas komplekso formavime arsenui yra žymiai sunkesnis, palyginti su azotu ir fosforu.
Jei As atome dalyvauja d orbitalės, galima susieti 4s elektronus, kad susidarytų penki kovalentiniai ryšiai. Ši galimybė praktiškai realizuojama tik kartu su fluoru - pentafluoride AsF 5 (žinomas ir pentachloril AsCl 5, tačiau jis itin nestabilus ir greitai suyra net esant –50 °C).
Sausame ore arsenas yra stabilus, tačiau drėgname ore išblunka ir pasidengia juodu oksidu. Sublimacijos metu arseno garai lengvai dega ore mėlyna liepsna, sudarydami sunkius baltus arseno anhidrido garus As 2 O 3. Šis oksidas yra vienas iš labiausiai paplitusių arseno turinčių reagentų. Jis turi amfoterinių savybių:
Kaip 2 O 3 + 6HCl ® 2AsCl 3 + 3H 2 O,
2 O 3 + 6NH 4 OH ® 2(NH 4) 3 AsO 3 + 3H 2 O.
Oksiduojant As 2 O 3 susidaro rūgštinis oksidas – arseno anhidridas:
Kaip 2 O 3 + 2HNO 3 ® Kaip 2 O 5 + H 2 O + NO 2 + NO.
Kai jis reaguoja su soda, gaunamas natrio hidroarsenatas, kuris naudojamas medicinoje:
Kaip 2 O 3 + 2Na 2 CO 3 + H 2 O ® 2Na 2 HAsO 4 + 2CO 2 .
Grynas arsenas yra gana inertiškas; vanduo, šarmai ir rūgštys, neturinčios oksiduojančių savybių, jo neveikia. Atskiesta azoto rūgštis oksiduojasi iki ortoarseno rūgšties H 3 AsO 3, o koncentruota azoto rūgštis oksiduoja iki ortoarseno rūgšties H 3 AsO 4:
3As + 5HNO 3 + 2H 2 O ® 3H 3 AsO 4 + 5NO.
Arseno(III) oksidas reaguoja panašiai:
3As 2 O 3 + 4HNO 3 + 7H 2 O ® 6H 3 AsO 4 + 4NO.
Arseno rūgštis yra vidutinio stiprumo rūgštis, šiek tiek silpnesnė už fosforo rūgštį. Priešingai, arseno rūgštis yra labai silpna, savo stiprumu atitinkanti boro rūgštį H 3 BO 3. Jo tirpaluose yra pusiausvyra H 3 AsO 3 HAsO 2 + H 2 O. Arseno rūgštis ir jos druskos (arsenitai) yra stiprūs reduktoriai:
HAsO 2 + I 2 + 2H 2 O ® H 3 AsO 4 + 2HI.
Arsenas reaguoja su halogenais ir siera. AsCl 3 chloridas yra bespalvis aliejingas skystis, kuris garuoja ore; hidrolizuojamas vandeniu: AsCl 3 + 2H 2 O ® HAsO 2 + 3HCl. Yra žinomas AsBr 3 bromidas ir AsI 3 jodidas, kurie taip pat suyra su vandeniu. Arseno reakcijose su siera susidaro įvairios sudėties sulfidai - iki Ar 2 S 5. Arseno sulfidai ištirpsta šarmuose, amonio sulfido tirpale ir koncentruotoje azoto rūgštyje, pavyzdžiui:
kaip 2S3 + 6KOH® K3AsO3 + K3AsS3 + 3H2O,
2S3 + 3(NH4)2S® 2(NH4)3AsS3,
2S5 + 3(NH4)2S® 2(NH4)3AsS4,
Kaip 2 S 5 + 40HNO 3 + 4H 2 O ® 6H 2 AsO 4 + 15H 2 SO 4 + 40NO.
Šiose reakcijose susidaro tioarsenitai ir tioarsenatai – atitinkamų tiorūgščių druskos (panašios į tiosulfato rūgštį).
Arsenui reaguojant su aktyviais metalais susidaro į druskas panašūs arsenidai, kuriuos hidrolizuoja vanduo.Ypač greitai reakcija vyksta rūgščioje aplinkoje, susidarant arsinui: Ca 3 As 2 + 6HCl ® 3CaCl 2 + 2AsH 3 . Mažo aktyvumo metalų arsenidai – GaAs, InAs ir kt. turi deimantą panašią atominę gardelę. Arsinas yra bespalvės, bekvapės, labai nuodingos dujos, tačiau priemaišos suteikia česnako kvapą. Arsinas lėtai skyla į elementus jau kambario temperatūroje ir greitai kaitinant.
Arsenas sudaro daug organinių arseno junginių, pavyzdžiui, tetrametildiarsinas (CH 3) 2 As–As(CH 3) 2. Dar 1760 metais Serves porceliano gamyklos direktorius Louisas Claude'as Cadet de Gassicourtas, distiliuojantis kalio acetatą su arseno(III) oksidu, netikėtai gavo rūkantį bjauraus kvapo arseno skystį, kuris buvo vadinamas alarsinu, arba kadeto skysčiu. Kaip vėliau buvo išsiaiškinta, šiame skystyje buvo pirmieji gauti organiniai arseno dariniai: vadinamasis kakodilo oksidas, susidaręs reakcijos metu.
4CH 3 COOK + As 2 O 3 ® (CH 3) 2 As–O–As(CH 3) 2 + 2K 2 CO 3 + 2CO 2 ir dikakodilas (CH 3) 2 As–As(CH 3) 2 . Kakodilas (iš graikų „kakos“ - blogas) buvo vienas pirmųjų radikalų, aptiktų organiniuose junginiuose.
1854 metais Paryžiaus chemijos profesorius Auguste'as Kauras susintetino trimetilarsiną, veikiant metilo jodidui natrio arsenidui: 3CH 3 I + AsNa 3 ® (CH 3) 3 As + 3NaI.
Vėliau arseno trichloridas buvo naudojamas sintezei, pvz.
(CH 3) 2 Zn + 2AsCl 3 ® 2(CH 3) 3 As + 3ZnCl 2.
1882 m. aromatiniai arsinai buvo gauti metaliniu natriu veikiant arilhalogenidų ir arseno trichlorido mišinį: 3C 6 H 5 Cl + AsCl 3 + 6Na ® (C 6 H 5) 3 As + 6NaCl. Organinių arseno darinių chemija intensyviausiai vystėsi XX a. XX amžiuje, kai kai kurie iš jų turėjo antimikrobinį, dirginantį ir pūslinį poveikį. Šiuo metu yra susintetinta dešimtys tūkstančių organinių arseno junginių.
Arseno gavimas.
Arsenas daugiausia gaunamas kaip šalutinis vario, švino, cinko ir kobalto rūdų perdirbimo produktas, taip pat aukso kasybos metu. Kai kuriose polimetalinėse rūdose yra iki 12% arseno. Kai tokias rūdas kaitinant iki 650–700° C, nesant oro, arsenas sublimuoja, o kaitinant ore susidaro lakus oksidas As 2 O 3 - „baltasis arsenas“. Jis kondensuojamas ir kaitinamas anglimi, sumažinamas arsenas. Arseno gamyba yra kenksminga gamyba. Anksčiau, kai žodį „ekologija“ žinojo tik siauri specialistai, į atmosferą patekdavo „baltasis arsenas“, kuris nusėsdavo ant gretimų laukų ir miškų. Arseno augalų išmetamosiose dujose yra nuo 20 iki 250 mg/m 3 As 2 O 3, o ore paprastai yra apie 0,00001 mg/m3. Laikoma, kad vidutinė paros leistina arseno koncentracija ore yra tik 0,003 mg/m3. Paradoksalu, bet ir dabar daug stipriau aplinką teršia ne arseną gaminančios gamyklos, o anglį deginančios spalvotosios metalurgijos įmonės ir elektrinės. Dugno nuosėdose prie vario lydyklų yra didžiulis arseno kiekis – iki 10 g/kg. Arseno į dirvą gali patekti ir su fosforo trąšomis.
Ir dar vienas paradoksas: jie gauna daugiau arseno nei reikia; Tai gana retas atvejis. Švedijoje „nereikalingą“ arseną net buvo priverstas užkasti gelžbetoniniuose konteineriuose giliai apleistose kasyklose.
Pagrindinis pramoninis arseno mineralas yra arsenopiritas FeAsS. Dideli vario-arseno telkiniai yra Gruzijoje, Centrinėje Azijoje ir Kazachstane, JAV, Švedijoje, Norvegijoje ir Japonijoje, arseno-kobalto telkiniai Kanadoje, arseno-alavo telkiniai – Bolivijoje ir Anglijoje. Be to, aukso-arseno telkiniai žinomi JAV ir Prancūzijoje. Rusija turi daug arseno telkinių Jakutijoje, Urale, Sibire, Užbaikalėje ir Čiukotkoje.
Arseno nustatymas.
Kokybinė reakcija į arseną yra geltonojo sulfido As 2 S 3 nusodinimas iš druskos rūgšties tirpalų. Pėdsakai nustatomi kovo reakcija arba Gutzeit metodu: HgCl 2 suvilgytos popieriaus juostelės tamsėja esant arsinui, kuris sublimaciją paverčia gyvsidabriu.
Pastaraisiais dešimtmečiais buvo sukurti įvairūs jautrūs analizės metodai, kuriais galima kiekybiškai įvertinti mažas arseno koncentracijas, pavyzdžiui, natūraliuose vandenyse. Tai liepsnos atominės sugerties spektrometrija, atominės emisijos spektrometrija, masės spektrometrija, atominė fluorescencinė spektrometrija, neutronų aktyvacijos analizė... Jei vandenyje yra labai mažai arseno, gali prireikti iš anksto sukoncentruoti mėginius. Naudodama tokią koncentraciją, grupė Charkovo mokslininkų iš Ukrainos nacionalinės mokslų akademijos 1999 m. sukūrė ekstrakcijos rentgeno fluorescencijos metodą arseno (taip pat ir seleno) geriamajame vandenyje, kurio jautrumas iki 2,5–5 μg, nustatyti. /l.
Norint atskirai nustatyti As(III) ir As(V) junginius, jie pirmiausia atskiriami vienas nuo kito, naudojant gerai žinomus ekstrahavimo ir chromatografijos metodus, taip pat taikant selektyvų hidrinimą. Ekstrahavimas paprastai atliekamas naudojant natrio ditiokarbamatą arba amonio pirolidino ditiokarbamatą. Šie junginiai sudaro vandenyje netirpius kompleksus su As(III), kuriuos galima ekstrahuoti chloroformu. Tada arsenas gali būti paverstas atgal į vandeninę fazę oksiduojant azoto rūgštimi. Antrajame pavyzdyje arsenatas paverčiamas arsenitu, naudojant reduktorius, o tada atliekamas panašus ekstrahavimas. Taip nustatomas „bendras arsenas“, o tada, atėmus pirmąjį rezultatą iš antrojo, atskirai nustatomi As(III) ir As(V). Jei vandenyje yra organinių arseno junginių, jie dažniausiai virsta metildiodarsinu CH 3 AsI 2 arba dimetiljodarsinu (CH 3) 2 AsI, kurie nustatomi vienu ar kitu chromatografiniu metodu. Taigi, naudojant didelio efektyvumo skysčių chromatografiją, galima nustatyti medžiagos kiekius nanogramais.
Daugelis arseno junginių gali būti analizuojami naudojant vadinamąjį hidrido metodą. Tai apima selektyvų analitės redukavimą į lakiąjį arsiną. Taigi neorganiniai arsenitai redukuojami iki AsH 3 esant pH 5–7, o esant pH
Neutronų aktyvinimo metodas taip pat yra jautrus. Jį sudaro mėginio apšvitinimas neutronais, o 75 As branduoliai sulaiko neutronus ir virsta radionuklidu 76 As, kuris aptinkamas pagal būdingą radioaktyvumą, kurio pusinės eliminacijos laikas yra 26 valandos. Taip mėginyje galite aptikti iki 10–10% arseno, t.y. 1 mg 1000 tonų medžiagos
Arseno naudojimas.
Apie 97% iškasamo arseno naudojama jo junginių pavidalu. Grynas arsenas naudojamas retai. Visame pasaulyje kasmet pagaminama ir sunaudojama tik keli šimtai tonų arseno metalo. 3% arseno kiekis pagerina guolių lydinių kokybę. Arseno priedai prie švino žymiai padidina jo kietumą, kuris naudojamas švino akumuliatorių ir kabelių gamyboje. Nedideli arseno priedai padidina atsparumą korozijai ir pagerina vario ir žalvario šilumines savybes. Labai išgrynintas arsenas naudojamas puslaidininkinių įtaisų gamyboje, kuriame jis legiruojamas su siliciu arba germaniu. Arsenas taip pat naudojamas kaip priedas, kuris suteikia „klasikiniams“ puslaidininkiams (Si, Ge) tam tikro tipo laidumą.
Arsenas taip pat naudojamas kaip vertingas priedas spalvotojoje metalurgijoje. Taigi, pridėjus 0,2...1% As švino, žymiai padidėja jo kietumas. Jau seniai pastebėta, kad jei į išlydytą šviną įpilama šiek tiek arseno, tai liejant šratą gaunami tinkamos sferinės formos rutuliukai. Vario pridėjimas 0,15...0,45 % arseno padidina jo atsparumą tempimui, kietumą ir atsparumą korozijai dirbant dujinėje aplinkoje. Be to, arsenas padidina vario sklandumą liejimo metu ir palengvina vielos tempimo procesą. Arsenas pridedamas prie kai kurių rūšių bronzos, žalvario, babbito ir spausdinimo lydinių. Ir tuo pačiu metu arsenas labai dažnai kenkia metalurgams. Plieno ir daugelio spalvotųjų metalų gamyboje jie sąmoningai apsunkina procesą, kad iš metalo būtų pašalintas visas arsenas. Arseno buvimas rūdoje daro gamybą kenksmingą. Kenksminga du kartus: pirma, žmonių sveikatai; antra, metalams – didelės arseno priemaišos pablogina beveik visų metalų ir lydinių savybes.
Plačiau naudojami įvairūs arseno junginiai, kurių kasmet pagaminama po keliasdešimt tūkstančių tonų. Kadangi 2 O 3 oksidas naudojamas stiklo gamyboje kaip stiklo baliklis. Net senovės stiklininkai žinojo, kad baltas arsenas daro stiklą „blusus“, t.y. nepermatomas. Tačiau nedideli šios medžiagos priedai, priešingai, šviesina stiklą. Arsenas vis dar yra kai kurių stiklinių, pavyzdžiui, „Vienos“ stiklo termometrams, sudėties.
Arseno junginiai naudojami kaip antiseptikas, apsaugantis nuo gedimo ir odų, kailių ir gyvūnų iškamšų išsaugojimui, medienai impregnuoti, o laivų dugnų apsaugai nuo apnašų dažų komponentas. Tam naudojamos arseno ir arseno rūgščių druskos: Na 2 HAsO 4, PbHAsO 4, Ca 3 (AsO 3) 2 ir kt. Biologinis arseno darinių aktyvumas domino veterinarus, agronomus, sanitarinių ir epidemiologinių tarnybų specialistus. Dėl to atsirado arseno turinčių gyvulių augimą ir produktyvumą skatinančių medžiagų, antihelmintinių preparatų, jaunų gyvulių ligų profilaktikos vaistų gyvulininkystės ūkiuose. Arseno junginiai (As 2 O 3, Ca 3 As 2, Na 3 As, Paryžiaus žalieji) naudojami vabzdžiams, graužikams ir piktžolėms naikinti. Anksčiau toks panaudojimas buvo plačiai paplitęs, ypač vaismedžių, tabako ir medvilnės plantacijose, gyvuliams išnaikinti nuo utėlių ir blusų, skatinti naminių paukščių ir kiaulių auginimo augimą bei džiovinti medvilnę prieš derliaus nuėmimą. Dar senovės Kinijoje ryžių pasėliai buvo apdorojami arseno oksidu, siekiant apsaugoti juos nuo žiurkių ir grybelinių ligų ir taip padidinti derlių. O Pietų Vietname amerikiečių kariuomenė naudojo kakodilo rūgštį (Agent Blue) kaip defoliantą. Dabar dėl arseno junginių toksiškumo jų naudojimas žemės ūkyje yra ribotas.
Svarbios arseno junginių panaudojimo sritys yra puslaidininkinių medžiagų ir mikroschemų gamyba, šviesolaidis, monokristalų auginimas lazeriams, plėvelių elektronika. Arsino dujos naudojamos mažiems, griežtai dozuotiems šio elemento kiekiams į puslaidininkius įvesti. Galio arsenidai GaAs ir indžio InA naudojami diodų, tranzistorių ir lazerių gamyboje.
Arsenas taip pat ribotai naudojamas medicinoje. . Įvairioms ligoms diagnozuoti naudojami arseno izotopai 72 As, 74 As ir 76 As, kurių pusinės eliminacijos laikas yra patogus tyrimams (atitinkamai 26 val., 17,8 paros ir 26,3 val.).
Ilja Leensonas
| Kaip | 33 |
Arsenas |
|||||||
| t o kip. (o C) | Pakopinis oksidas | +5 +3 -3 | |||||||
|
74,9215 |
t o plūduriuoti (o C) | 817 (slėgis) | Tankis | 5727 (pilka) 4900 (juoda) | |||||
| 4s 2 4p 3 | OEO | 2,11 | žemėje žievė | 0,00017 % | |||||
Mūsų istorija yra apie elementą, kuris nėra labai įprastas, bet gana plačiai žinomas; apie elementą, kurio savybės nesuderinamos iki nesuderinamumo. Taip pat sunku suderinti vaidmenis, kuriuos šis elementas atliko ir atlieka žmonijos gyvenime. Skirtingu metu, skirtingomis aplinkybėmis, įvairiomis formomis jis veikia kaip nuodas ir kaip gydomoji priemonė, kaip kenksmingos ir pavojingos pramoninės atliekos, kaip naudingiausių, nepakeičiamų medžiagų komponentas. Taigi, elementas, kurio atominis skaičius 33.
Istorija abstrakčiai
Kadangi arsenas yra vienas iš elementų, kurio tiksli atradimo data nenustatyta, apsiribosime pateikdami tik kelis patikimus faktus:
arsenas žinomas nuo seniausių laikų;
Dioskorido darbuose (I a. po Kr.) minimas medžiagos, kuri dabar vadinama arseno sulfidu, deginimas;
III-IV amžiuje Zozimui priskiriamuose fragmentiniuose įrašuose minimas metalo arsenas; Graikų rašytojas Olimpijoras (V a. po Kr.) aprašė baltojo arseno gamybą deginant sulfidą;
VIII amžiuje arabų alchemikas Geberis gavo arseno trioksido;
viduramžiais apdorojant arseno turinčias rūdas žmonės pradėjo susidurti su arseno trioksidu, o dujinio As2O3 balti dūmai buvo vadinami rūdos dūmais;
laisvojo metalinio arseno gamyba priskiriama vokiečių alchemikui Albertui von Bolstedtui ir datuojama maždaug 1250 m., nors graikų ir arabų alchemikai neabejotinai gavo arseną (kaitindami jo trioksidą organinėmis medžiagomis) dar prieš Bolštedtą;
1733 m. buvo įrodyta, kad baltas arsenas yra metalo arseno oksidas;
1760 m. prancūzas Louis Claude Cadet gavo pirmąjį organinį arseno junginį, žinomą kaip Cadet skystis arba kakodilo oksidas; šios medžiagos formulė yra [(CH3)2A]2O;
1775 m. Karlas Wilhelmas Scheele gavo arseno rūgštį ir arseninį vandenilį;
1789 m. Antoine'as Laurent'as Lavoisier pripažino arseną kaip nepriklausomą cheminį elementą.
Elementarus arsenas yra sidabriškai pilka arba alavo balta medžiaga, ką tik suskaidytas
metalinis blizgesys. Tačiau ore jis greitai išnyksta. Kaitinamas aukštesnėje nei 600° C temperatūroje, arsenas sublimuojasi nelydydamas, o esant 37 atm slėgiui jis lydosi 818° C temperatūroje. Arsenas yra vienintelis metalas, kurio virimo temperatūra esant normaliam slėgiui yra žemesnė už lydymosi temperatūrą.
Arsenas yra nuodas
Daugelio mintyse žodžiai „nuodai“ ir „arsenas“ yra identiški. Taip atsitiko istoriškai. Yra pasakojimų apie Kleopatros nuodus. Locustos nuodai garsėjo Romoje. Nuodai taip pat buvo įprastas ginklas naikinti politinius ir kitus oponentus viduramžių Italijos respublikose. Pavyzdžiui, Venecijoje teisme buvo laikomi specializuoti nuoditojai. Ir beveik visų nuodų pagrindinis komponentas buvo arsenas.
Rusijoje įstatymas, draudžiantis privatiems asmenims pardavinėti „vitriolio ir gintaro aliejų, stiprią degtinę, arseną ir cilibučą“, buvo išleistas valdant Anai Ioannovnai - 1733 m. sausio mėn. Įstatymas buvo itin griežtas ir nurodė: „Kas ateityje pradės prekiauti arsenu ir kitomis aukščiau paminėtomis medžiagomis ir bus su juo sučiuptas arba apie kurį bus pranešta, bus griežtai nubaustas ir be jokio pasigailėjimo išsiųstas į tremtį, tas pats būti užkrėstiems tiems, kurie praeis pro vaistines ir rotušes, iš kurių pirks. O jei kas, nusipirkęs tokias nuodingas medžiagas, padarys žalą žmonėms, ieškomieji bus ne tik nukankinti, bet ir nubausti mirtimi, priklausomai nuo reikalo svarbos.
Šimtmečius arseno junginiai traukė (ir tebetraukia) vaistininkų, toksikologų ir teismo medicinos mokslininkų dėmesį.
Kriminologai išmoko tiksliai atpažinti apsinuodijimą arsenu. Jei apsinuodijusių žmonių skrandžiuose randama baltų į porcelianą panašių grūdelių, pirmiausia galima įtarti arseno anhidridą As2O3. Šie grūdai kartu su anglies gabalėliais dedami į stiklinį vamzdelį, sandariai uždaromi ir pašildomi. Jei mėgintuvėlyje yra As2O3, tai ant šaltų vamzdelio dalių atsiranda pilkai juodas blizgus metalinio arseno žiedas.
Atvėsus vamzdžio galas nulaužiamas, pašalinama anglis, o pilkai juodas žiedas pašildomas. Šiuo atveju žiedas distiliuojamas iki laisvo vamzdelio galo, todėl susidaro balta arseno anhidrido danga. Čia yra tokios reakcijos:
As2O3 + ZS == As2 + ZSO
arba
2As2O3 + ZS = 2AS2 + ZCO2;
2As2+3O2==2As2O3.
Gauta balta danga dedama po mikroskopu: net esant mažam padidinimui, matomi būdingi blizgantys kristalai oktaedrų pavidalu.
Arsenas turi savybę ilgai išsilaikyti vienoje vietoje. Todėl atliekant teismo cheminius tyrimus, į laboratoriją pristatomi žemės mėginiai, paimti iš šešių vietų, esančių šalia galėjusio apsinuodyti asmens palaidojimo vietos, taip pat jo drabužių dalys, papuošalai, karsto lentos.
Apsinuodijimo arsenu simptomai yra metalo skonis burnoje, vėmimas ir stiprus pilvo skausmas. Vėliau – traukuliai, paralyžius, mirtis. Labiausiai žinomas ir plačiausiai prieinamas priešnuodis apsinuodijus arsenu yra pienas, o tiksliau – pagrindinis pieno baltymas kazeinas, kuris su arsenu sudaro netirpus junginį, kuris neįsisavinamas į kraują.
Arsenas neorganinių preparatų pavidalu yra mirtinas 0,05–0,1 g dozėmis, tačiau arseno yra visuose augalų ir gyvūnų organizmuose. (Tai dar 1838 m. įrodė prancūzų mokslininkas Orfila.) Jūrų augalų ir gyvūnų organizmuose arseno yra vidutiniškai šimtą tūkstantųjų, o gėlavandenių ir sausumos – milijonines dalis procentų. Arseno mikrodaleles įsisavina ir žmogaus organizmo ląstelės, elementas Nr.33 randamas kraujyje, audiniuose ir organuose; ypač daug jo yra kepenyse – nuo 2 iki 12 mg 1 kg svorio. Mokslininkai teigia, kad arseno mikrodozės padidina organizmo atsparumą kenksmingiems mikrobams.
Arsenas yra vaistas
Gydytojai teigia, kad dantų ėduonis yra labiausiai paplitusi mūsų laikų liga. Sunku rasti žmogų, kuris neturėtų bent vieno plombuoto danties. Liga prasideda sunaikinus kalkines dantų emalio druskas, o tada patogeniniai mikrobai pradeda savo bjaurų verslą. Prasiskverbę pro susilpnėjusį danties šarvus, jie atakuoja minkštesnę vidinę jo dalį. Susiformuoja „kariozinė ertmė“, o pasisekus apsilankyti pas odontologą šiame etape, išlipti galima gana nesunkiai: ėduonies ertmė bus išvalyta ir užpildyta plombine medžiaga, o dantis išliks gyvas. Tačiau jei laiku nesikreipiate į gydytoją, ėduonies ertmė pasiekia pulpą – audinį, kuriame yra nervų, kraujo ir limfagyslių. Prasideda jo uždegimas, tada gydytojas, norėdamas išvengti blogiausio, nusprendžia nervą nužudyti. Duojama komanda: „arsenas!“, o ant instrumento atidengtos minkštimo uždedamas smeigtuko galvutės dydžio pastos grūdelis. Šioje pastoje esanti arseno rūgštis greitai pasklinda į pulpą (juntamas skausmas yra ne kas kita, kaip mirštančios pulpos „paskutinis šauksmas“), o po 24–48 valandų viskas – dantis negyvas. Dabar gydytojas gali neskausmingai pašalinti pulpą ir užpildyti pulpos kamerą bei šaknų kanalus antiseptine pasta, užtaisyti „skylę“.
Arsenas ir jo junginiai naudojami ne tik odontologijoje. Visame pasaulyje išgarsėjo 606-asis vokiečių gydytojo Paulo Ehrlicho, XX amžiaus pradžioje atradusio pirmąsias veiksmingas priemones kovai su luesu, vaistas Salvarsanas. Tai iš tiesų buvo 606-asis Ehrlicho išbandytas narkotikas su arsenu. Šie geltoni amorfiniai milteliai iš pradžių buvo priskirti prie formulės
Tik šeštajame dešimtmetyje, kai salvarsanas nebebuvo naudojamas kaip vaistas nuo lueso, maliarijos ir pasikartojančios karštinės, sovietų mokslininkas M. Ya. Kraft nustatė tikrąją jo formulę. Paaiškėjo, kad salvarsanas turi polimerinę struktūrą
Didumas P priklausomai nuo gamybos būdo, gali svyruoti nuo 8 iki 40.
Salvarsaną pakeitė kiti arseno vaistai, veiksmingesni ir mažiau toksiški, ypač jo dariniai: novarsenolis, miarsenolis ir kt.
Kai kurie neorganiniai arseno junginiai taip pat naudojami medicinos praktikoje. Arseno anhidridas As2O3, kalio arsenitas KAsO2, natrio vandenilio arsenatas Na2HAsO4. 7H2O (žinoma, minimaliomis dozėmis) slopina oksidacinius procesus organizme ir stiprina kraujodarą. Tos pačios medžiagos – kaip ir išorinės – skiriamos sergant kai kuriomis odos ligomis. Būtent arsenui ir jo junginiams priskiriamas kai kurių mineralinių vandenų gydomasis poveikis.
Manome, kad pateiktų pavyzdžių pakanka patvirtinti šio skyriaus pavadinime esančią tezę.
Arsenas – naikinimo ginklas
Dar kartą tenka grįžti prie mirtinų elemento Nr.33 savybių. Ne paslaptis, kad jis buvo plačiai naudojamas, o gal ir tebenaudojamas, gaminant cheminį ginklą, ne mažiau nusikalstamą nei branduoliniai ginklai. Tai liudija Pirmojo pasaulinio karo patirtis. Tą patį rodo ir į spaudą nutekinta informacija apie toksinių medžiagų naudojimą imperialistinių valstybių kariuomenėje Abisinijoje (Italija), Kinijoje (Japonija), Korėjoje ir Pietų Vietname (JAV).
Arseno junginiai yra įtraukti į visas pagrindines žinomų cheminių kovinių medžiagų grupes (0B). Tarp paprastai toksiškų 0B yra arzinas, arseno vandenilis AsH3 (praeinama pažymime, kad trivalenčio arseno junginiai yra toksiškesni nei junginiai, kuriuose arsenas yra penkiavalentis). Šiam nuodingiausiam iš visų arseno junginių užtenka pusvalandį kvėpuoti oru, kurio litre yra 0,00005 g AsH3, kad per kelias dienas iškeliautume į kitą pasaulį. AsH3 koncentracija 0,005g/l akimirksniu žudo. Manoma, kad biocheminis AsH3 veikimo mechanizmas yra tas, kad jo molekulės „blokuoja“ eritrocitų fermento - katalazės - molekules; Dėl šios priežasties vandenilio peroksidas kaupiasi kraujyje, sunaikindamas kraują. Aktyvuota anglis silpnai sugeria arsiną, todėl paprasta dujokaukė nėra apsauga nuo arsino.
Pirmojo pasaulinio karo metais buvo bandoma naudoti arsiną, tačiau šios medžiagos nepastovumas ir nestabilumas padėjo išvengti jos masinio naudojimo. Dabar, deja, yra techninių galimybių ilgalaikiam teritorijos užteršimui arsinu. Jis susidaro reaguojant tam tikrų metalų arsenidams su vandeniu. Ir patys arsenidai yra pavojingi žmonėms ir gyvūnams, tai įrodė Amerikos kariuomenė Vietname. . . Daugelio metalų arsenidai taip pat turėtų būti klasifikuojami kaip bendrieji agentai.
Kitą didelę nuodingų medžiagų grupę – dirgiklius – sudaro beveik vien arseno junginiai. Tipiški jo atstovai yra difenilchloroarzinas (C6H5)2AsCl ir difenilcianoarzinas (C6H5)2AsCN.
Šios grupės medžiagos selektyviai veikia gleivinių nervinius galus – daugiausia viršutinių kvėpavimo takų membranas. Tai priverčia organizmą refleksiškai išlaisvinti dirgiklį čiaudint ar kosint. Skirtingai nuo ašarų agentų, šios medžiagos, net ir lengvo apsinuodijimo atveju, veikia net nukentėjusiam asmeniui pabėgus iš užnuodytos atmosferos. Per kelias valandas žmogų supurto skausmingas kosulys, atsiranda skausmas krūtinėje ir galvoje, nevalingai pradeda tekėti ašaros. Be to, vėmimas, dusulys, baimės jausmas; visa tai veda į visišką išsekimą. Be to, šios medžiagos sukelia bendrą organizmo apsinuodijimą“.
Tarp toksiškų medžiagų, turinčių pūslinį poveikį, yra liuzitas, kuris reaguoja su fermentų sulfhidrilo SH grupėmis ir sutrikdo daugelio biocheminių procesų eigą. Per odą absorbuojamas liuzitas sukelia bendrą organizmo apsinuodijimą. Ši aplinkybė vienu metu paskatino amerikiečius reklamuoti lewisite pavadinimu „mirties rasa“.
Bet gana apie tai. Žmonija gyvena tikėdamasi, kad nuodingos medžiagos, apie kurias kalbėjome (ir daug kitų panašių) daugiau niekada nebus naudojamos.
Arsenas yra techninės pažangos stimuliatorius
Perspektyviausia arseno panaudojimo sritis neabejotinai yra puslaidininkių technologija. Galio arsenidai GaAs ir indžio InAs jame įgijo ypatingą reikšmę. Galio arsenidas svarbus ir naujai elektroninių technologijų krypčiai – optoelektronikai, iškilusiai 1963–1965 metais kietojo kūno fizikos, optikos ir elektronikos sankirtoje. Ta pati medžiaga padėjo sukurti pirmuosius puslaidininkinius lazerius.
Kodėl arsenidai pasirodė esantys perspektyvūs puslaidininkių technologijoms? Norėdami atsakyti į šį klausimą, trumpai prisiminkime kai kurias pagrindines puslaidininkių fizikos sąvokas: „valentinė juosta“, „juostos tarpas“ ir „laidumo juosta“.
Skirtingai nuo laisvojo elektrono, kuris gali turėti bet kokią energiją, elektronas, apribotas atomu, gali turėti tik tam tikras, tiksliai apibrėžtas energijos vertes. Energijos juostos susidaro iš galimų elektronų energijos reikšmių atome. Dėl gerai žinomo Pauli principo elektronų skaičius kiekvienoje zonoje negali viršyti tam tikro maksimumo. Jei zona tuščia, ji natūraliai negali dalyvauti kuriant laidumą. Visiškai užpildytos juostos elektronai taip pat nedalyvauja laidyje: kadangi nėra laisvų lygių, išorinis elektrinis laukas negali sukelti elektronų persiskirstymo ir taip sukurti elektros srovės. Laidumas galimas tik iš dalies užpildytoje zonoje. Todėl kūnai su iš dalies užpildyta zona priskiriami metalams, o kūnai, kurių elektroninių būsenų energetinį spektrą sudaro užpildytos ir tuščios zonos, priskiriami dielektrikams arba puslaidininkiams.
Taip pat prisiminkime, kad visiškai užpildytos juostos kristaluose vadinamos valentingomis juostomis, iš dalies užpildytos ir tuščios juostos vadinamos laidumo juostomis, o energijos intervalas (arba barjeras) tarp jų yra juostos tarpas,
Pagrindinis skirtumas tarp dielektrikų ir puslaidininkių yra būtent juostos tarpas: jei jai įveikti reikia didesnės nei 3 elektronvoltų energijos, tai kristalas priskiriamas dielektrikui, o jei mažesnis – puslaidininkių kategorijai.
Lyginant su klasikiniais IV grupės puslaidininkiais – germaniu ir siliciu – III grupės elementų arsenidai turi du privalumus. Juostos tarpas ir krūvininkų mobilumas juose gali būti keičiamas platesnėse ribose. Ir kuo mobilesni krūvininkai, tuo aukštesniais dažniais gali veikti puslaidininkinis įrenginys. Juostos plotis parenkamas atsižvelgiant į įrenginio paskirtį. Taigi lygintuvams ir stiprintuvams, skirtiems veikti aukštesnėje temperatūroje, naudojama medžiaga su dideliu juostos tarpu, o aušinamiems infraraudonųjų spindulių imtuvams – medžiaga su mažu juostos tarpu.
Galio arsenidas ypač išpopuliarėjo, nes pasižymi geromis elektrinėmis charakteristikomis, kurias išlaiko plačiame temperatūrų diapazone – nuo minuso iki plius 500 °C. Palyginimui atkreipiame dėmesį, kad indžio arsenidas, kuris elektrinėmis savybėmis nenusileidžia GaAs, pradeda juos prarasti kambario temperatūroje, germanio junginiai - 70-80°, o silicio - 150-200° C temperatūroje.
Arsenas taip pat naudojamas kaip priedas, kuris suteikia „klasikiniams“ puslaidininkiams (Si, Ge) tam tikro tipo laidumą (žr. straipsnį „Germanis“). Tokiu atveju puslaidininkyje sukuriamas vadinamasis pereinamasis sluoksnis ir, priklausomai nuo kristalo paskirties, legiruojamas taip, kad gautųsi skirtingo gylio sluoksnis. Kristaluose, skirtuose diodams gaminti, jis „paslėptas“ giliau; jei saulės elementai pagaminti iš puslaidininkinių kristalų, tai pereinamojo sluoksnio gylis yra ne didesnis kaip vienas mikronas.
Arsenas naudojamas kaip vertingas priedas spalvotojoje metalurgijoje. Taigi, pridėjus 0,2-l% As švino, žymiai padidėja jo kietumas. Pavyzdžiui, šratai visada gaminami iš švino, legiruoto su arsenu – kitaip neįmanoma gauti griežtai sferinių granulių.
Vario pridėjimas 0,15-0,45 % arseno padidina jo atsparumą tempimui, kietumą ir atsparumą korozijai dirbant dujinėje aplinkoje. Be to, arsenas padidina vario sklandumą liejimo metu ir palengvina vielos tempimo procesą.
Arsenas pridedamas prie kai kurių rūšių bronzos, žalvario, babbito ir spausdinimo lydinių.
Ir tuo pačiu metu arsenas labai dažnai kenkia metalurgams. Plieno ir daugelio spalvotųjų metalų gamyboje jie sąmoningai apsunkina procesą, kad iš metalo būtų pašalintas visas arsenas. Arseno buvimas rūdoje daro gamybą kenksmingą. Kenksminga du kartus:
pirma, žmonių sveikatai, antra, metalui – didelės arseno priemaišos pablogina beveik visų metalų ir lydinių savybes.
Tai elementas Nr. 33, kuris pelnytai turi prastą reputaciją, tačiau daugeliu atvejų yra labai naudingas.
* Straipsnyje „Germanis“ išsamiai aptariami du laidumo tipai.
Įkeliama...