Arsēns- minerāls no vietējo elementu klases, pusmetāls, ķīmiskā formula As. Parastie piemaisījumi ir Sb, S, Fe, Ag, Ni; retāk Bi un V. As saturs vietējā arsēnā sasniedz 98%. Periodiskās tabulas ceturtā perioda 15. grupas ķīmiskais elements (pēc novecojušās klasifikācijas - piektās grupas galvenā apakšgrupa); ir atomskaitlis 33. Arsēns (neapstrādāts arsēns) ir cieta viela, kas iegūta no dabīgiem arsenopirītiem. Tas pastāv divās galvenajās formās: parastais, tā sauktais “metāliskais” arsēns spīdīgu tērauda krāsas kristālu veidā, trausls, ūdenī nešķīstošs, un dzeltens arsēns, kristālisks, diezgan nestabils. Arsēnu izmanto arsēna disulfīda, skrotis, cietās bronzas un dažādu citu sakausējumu (alvas, vara uc) ražošanā.
Skatīt arī:
STRUKTŪRA
Arsēna kristāliskā struktūra ir ditrigonālā skaloedriskā simetrija. Trigonālā singonija, c. Ar. L633L23PC. Kristāli ir ārkārtīgi reti sastopami, un tiem ir romboedrisks vai pseidokubisks ieradums. Ir identificētas vairākas arsēna alotropās modifikācijas. Normālos apstākļos metāliskais vai pelēkais arsēns (alfa arsēns) ir stabils. Pelēkā arsēna kristāliskais režģis ir romboedrisks, slāņains, ar periodu a = 4,123 A, leņķis a = 54° 10′. Blīvums (20° C temperatūrā) 5,72 g/cm 3; temperatūras koeficients lineārā izplešanās 3,36 10 grādi; īpatnējā elektriskā pretestība (temperatūra 0° C) 35 10 -6 omi cm; NV = f 147; koeficients saspiežamība (30° C temperatūrā) 4,5 x 10 -6 cm 2 /kg. Alfa-arsēna kušanas temperatūra ir 816 ° C pie spiediena 36 atmosfēras.
Zem atm. Arsēns sublimējas zem spiediena 615°C temperatūrā, nekusot. Sublimācijas siltums 102 cal/g. Arsēna tvaiki ir bezkrāsaini, līdz 800°C temperatūrai tie sastāv no As 4 molekulām, no 800 līdz 1700°C - no As 4 un As 2 maisījuma, virs 1700°C temperatūras - tikai no As 2. Ātri kondensējoties arsēna tvaikiem uz virsmas, kas atdzesēta ar šķidru gaisu, veidojas dzeltens arsēns - caurspīdīgi mīkstie kubiskās sistēmas kristāli ar blīvumu 1,97 g/cm 3 . Ir zināmas arī citas metastabilas arsēna modifikācijas: beta-arsēns - amorfs stiklveida, gamma-arsēns - dzeltenbrūns un delta-arsēns - brūns amorfs ar blīvumu attiecīgi 4,73; 4,97 un 5,10 g/cm3. Temperatūrā virs 270°C šīs modifikācijas pārvēršas pelēkā arsēnā.
ĪPAŠĪBAS
Krāsa uz svaiga lūzuma ir cinka balta, skārda-balta līdz gaiši pelēka, ātri izbalē, jo veidojas tumši pelēks traips; melns uz izturētas virsmas. Cietība pēc Mosa skalas 3 - 3,5. Blīvums 5,63 - 5,8 g/cm3. Trausls. Diagnosticēta pēc ķiplokiem raksturīgās smaržas, kad to sasita. Šķelšanās ir ideāla saskaņā ar (0001) un mazāk perfekta saskaņā ar (0112). Lūzums ir graudains. Ud. svars 5,63-5,78. Līnija ir pelēka, alvas balta. Spīdums ir metālisks, spēcīgs (svaigi saplīstot), ātri izgaist un kļūst blāvs uz oksidētas virsmas, kas laika gaitā ir kļuvusi melna. Ir diamagnētisks.
MORFOLOĢIJA
Arsēnu parasti novēro garozu veidā ar saķepinātu nierveida virsmu, stalaktītus, čaulveidīgus veidojumus, kas saplīstot atklāj kristāliski granulētu struktūru. Vietējo arsēnu diezgan viegli atpazīt pēc nogulšņu formas, nomelnotas virsmas, ievērojama īpatnējā svara, spēcīga metāla spīduma svaigā lūzumā un perfektas šķelšanās. Zem pūtēja tas iztvaiko bez kušanas (apmēram 360° temperatūrā), izdalot raksturīgu ķiploku smaržu un veidojot baltu As 2 O 3 pārklājumu uz oglēm. Tas pārvēršas šķidrā stāvoklī tikai pie paaugstināta ārējā spiediena. Slēgtā caurulē tas veido arsēna spoguli. Smagi sitot ar āmuru, tas izdala ķiploku smaržu. IZCELSMES
Arsēns rodas hidrotermālās atradnēs kā metakoloidāli veidojumi tukšumos, kas acīmredzot veidojas hidrotermālās aktivitātes pēdējos brīžos. Saistībā ar to sastopami dažāda sastāva niķeļa, kobalta, sudraba, svina uc sēra savienojumi, kā arī nemetāliskie minerāli.
Literatūrā ir norādes par arsēna sekundāro izcelsmi arsēna rūdas atradņu laika apstākļu zonās, kas, vispārīgi runājot, ir maz ticams, ņemot vērā, ka šādos apstākļos tas ir ļoti nestabils un, ātri oksidējoties, pilnībā sadalās. Melnā garoza sastāv no smalka arsēna un arsenolīta (As 2 O 3) maisījuma. Galu galā veidojas tīrs arsenolīts.
Zemes garozā arsēna koncentrācija ir zema un sasniedz 1,5 ppm. Tas ir atrodams augsnē un minerālos, un vēja un ūdens erozijas rezultātā var tikt izdalīts gaisā, ūdenī un augsnē. Turklāt elements nonāk atmosfērā no citiem avotiem. Vulkānu izvirdumu rezultātā gaisā izdalās aptuveni 3 tūkstoši tonnu arsēna gadā, mikroorganismi saražo 20 tūkstošus tonnu gaistošā metilarsīna gadā, bet fosilā kurināmā sadegšanas rezultātā 80 tūkstoši tonnu izdalās. tajā pašā periodā.
PSRS teritorijā vietējais arsēns tika atrasts vairākās atradnēs. No tiem mēs atzīmējam Sadonas hidrotermālo svina-cinka atradni, kur tas vairākkārt tika novērots nierveida masu veidā uz kristāliskā kalcīta ar galēnu un sfalerītu. Upes kreisajā krastā tika atrasti lieli nierveida vietējā arsēna uzkrājumi ar koncentrisku čaumalu līdzīgu struktūru. Čikoja (Transbaikālija). Paraģenēzē ar to tika novērots tikai kalcīts loku veidā uz plānām dzīslām, kas griezās pāri senām kristāliskām šķiedrām. Arsēns fragmentu veidā (76. att.) tika atrasts arī st. Jalinda, Amurskaya dzelzceļš utt un citās vietās.
Vairākās atradnēs Saksijā (Freibergā, Šnēbergā, Annabergā uc) vietējais arsēns tika novērots saistībā ar kobalta, niķeļa, sudraba, vietējā bismuta uc arsēna savienojumiem. Visiem šiem un citiem šī minerāla atradumiem nav nozīmes. praktiska nozīme.
PIETEIKUMS
Arsēnu izmanto, lai leģētu svina sakausējumus, ko izmanto skrošu pagatavošanai, jo, metot skrotis ar torņa metodi, arsēna-svina sakausējuma pilieni iegūst stingri sfērisku formu, turklāt ievērojami palielinās svina stiprība un cietība. Īpašas tīrības arsēnu (99,9999%) izmanto vairāku noderīgu un svarīgu pusvadītāju materiālu - arsenīdu (piemēram, gallija arsenīda) un citu pusvadītāju materiālu ar kristālisko režģi, piemēram, cinka maisījumu, sintēzei. Arsēna sulfīda savienojumus - orpimentu un realgaru - izmanto glezniecībā kā krāsas un ādas rūpniecībā kā līdzekli matu noņemšanai no ādas. Pirotehnikā realgāru izmanto, lai ražotu “grieķu” vai “indiešu” uguni, kas rodas, sadegot reālgāra maisījumam ar sēru un nitrātu (degot, veidojas spilgti balta liesma).
Daži arsēna organisko elementu savienojumi ir ķīmiskās kaujas vielas, piemēram, leizīts.
20. gadsimta sākumā sifilisa ārstēšanai izmantoja dažus kakodila atvasinājumus, piemēram, salvarsānu; laika gaitā šīs zāles no medicīniskas lietošanas sifilisa ārstēšanai izspieda citas, mazāk toksiskas un efektīvākas farmaceitiskās zāles, kas. nesatur arsēnu.
Daudzi arsēna savienojumi ļoti mazās devās tiek izmantoti kā zāles anēmijas un vairāku citu nopietnu slimību apkarošanai, jo tiem ir klīniski pamanāma stimulējoša iedarbība uz vairākām specifiskām organisma funkcijām, jo īpaši uz asinsradi. No neorganiskajiem arsēna savienojumiem arsēna anhidrīdu var izmantot medicīnā tablešu pagatavošanai un zobārstniecības praksē pastas veidā kā nekrotizējošo līdzekli. Šīs zāles sarunvalodā un sarunvalodā sauca par "arsēnu" un tika izmantotas zobārstniecībā lokālai zobu nerva nekrozei. Pašlaik zobārstniecības praksē arsēna preparātus to toksicitātes dēļ izmanto reti. Tagad ir izstrādātas un tiek izmantotas citas nesāpīgas zoba nerva nekrozes metodes vietējā anestēzijā.
Arsēns - As
KLASIFIKĀCIJA
| Strunz (8. izdevums) | 1/B.01-10 |
| Nickel-Strunz (10. izdevums) | 1.CA.05 |
| Dana (7. izdevums) | 1.3.1.1 |
| Dana (8. izdevums) | 1.3.1.1 |
| Sveiki, CIM Ref. | 1.33 |
Arsēns ir slāpekļa grupas ķīmiskais elements (periodiskās tabulas 15. grupa). Šī ir pelēka, metāliska, trausla viela (α-arsēns) ar romboedrisku kristāla režģi. Sildot līdz 600°C, Sublimējas. Kad tvaiki ir atdzesēti, parādās jauna modifikācija - dzeltenais arsēns. Virs 270°C visas As formas pārvēršas melnajā arsēnā.
Atklājumu vēsture
Tas, kas ir arsēns, bija zināms ilgi, pirms tas tika atzīts par ķīmisko elementu. 4. gadsimtā. BC e. Aristotelis pieminēja vielu, ko sauc par sandaraku, kas tagad tiek uzskatīts par realgaru jeb arsēna sulfīdu. Un mūsu ēras 1. gadsimtā. e. rakstnieki Plīnijs Vecākais un Pedanius Dioscorides aprakstīja orpimentu - krāsvielu As 2 S 3. 11. gadsimtā n. e. Bija trīs “arsēna” šķirnes: baltā (As 4 O 6), dzeltenā (As 2 S 3) un sarkanā (As 4 S 4). Pašu elementu, iespējams, 13. gadsimtā pirmo reizi izolēja Albertuss Magnuss, kurš atzīmēja metālam līdzīgas vielas parādīšanos, kad arsēns, cits As 2 S 3 nosaukums, tika karsēts ar ziepēm. Bet nav pārliecības, ka šis dabaszinātnieks ieguva tīru arsēnu. Pirmie autentiskie pierādījumi par tīru izolāciju ir datēti ar 1649. gadu. Vācu farmaceits Johans Šrēders sagatavoja arsēnu, karsējot tā oksīdu ogļu klātbūtnē. Vēlāk franču ārsts un ķīmiķis Nikolass Lemērijs novēroja šī ķīmiskā elementa veidošanos, karsējot tā oksīda, ziepju un potaša maisījumu. 18. gadsimta sākumā arsēns jau bija pazīstams kā unikāls pusmetāls.
Izplatība
Zemes garozā arsēna koncentrācija ir zema un sasniedz 1,5 ppm. Tas ir atrodams augsnē un minerālos, un vēja un ūdens erozijas rezultātā var tikt izdalīts gaisā, ūdenī un augsnē. Turklāt elements nonāk atmosfērā no citiem avotiem. Vulkānu izvirdumu rezultātā gaisā izdalās aptuveni 3 tūkstoši tonnu arsēna gadā, mikroorganismi saražo 20 tūkstošus tonnu gaistošā metilarsīna gadā, bet fosilā kurināmā sadegšanas rezultātā 80 tūkstoši tonnu izdalās. tajā pašā periodā.
Neskatoties uz to, ka As ir nāvējoša inde, tā ir svarīga atsevišķu dzīvnieku un, iespējams, arī cilvēku uztura sastāvdaļa, lai gan nepieciešamā deva nepārsniedz 0,01 mg/dienā.
Arsēnu ir ārkārtīgi grūti pārvērst ūdenī šķīstošā vai gaistošā stāvoklī. Tas, ka tas ir diezgan mobils, nozīmē, ka lielas vielas koncentrācijas nevar parādīties nevienā vietā. No vienas puses, tā ir laba lieta, bet, no otras puses, tā izplatīšanās vieglums ir iemesls, kāpēc arsēna piesārņojums kļūst par lielāku problēmu. Cilvēka darbības dēļ, galvenokārt ieguves un kausēšanas rezultātā, parasti nekustīgais ķīmiskais elements migrē, un tagad to var atrast vietās, kas nav tā dabiskā koncentrācija.
Arsēna daudzums zemes garozā ir aptuveni 5 g uz tonnu. Tiek lēsts, ka kosmosā tā koncentrācija ir 4 atomi uz miljonu silīcija atomu. Šis elements ir plaši izplatīts. Neliels daudzums tā ir sastopams dzimtajā valstī. Parasti arsēna veidojumi ar tīrību 90–98% tiek atrasti kopā ar tādiem metāliem kā antimons un sudrabs. Lielākā daļa no tā tomēr ir iekļauta vairāk nekā 150 dažādos minerālos – sulfīdos, arsenīdos, sulfoarsenīdos un arsenītos. Arsenopirīts FeAsS ir viens no visizplatītākajiem As saturošajiem minerāliem. Citi izplatīti arsēna savienojumi ir minerāli realgar As 4 S 4, orpiment As 2 S 3, lellingīts FeAs 2 un enargīts Cu 3 AsS 4. Arsēna oksīds ir arī izplatīts. Lielākā daļa šīs vielas ir vara, svina, kobalta un zelta rūdu kausēšanas blakusprodukts.
Dabā ir tikai viens stabils arsēna izotops - 75 As. Starp mākslīgajiem radioaktīvajiem izotopiem izceļas 76 Tā kā ar pussabrukšanas periodu 26,4 stundas.Arsēnu-72, -74 un -76 izmanto medicīniskajā diagnostikā.
Rūpnieciskā ražošana un pielietojums
Metālisko arsēnu iegūst, karsējot arsenopirītu līdz 650-700 °C bez gaisa piekļuves. Ja arsenopirītu un citas metāla rūdas karsē ar skābekli, tad As viegli savienojas ar to, veidojot viegli sublimējamu As 4 O 6, kas pazīstams arī kā “baltais arsēns”. Oksīda tvaikus savāc un kondensē, un vēlāk attīra ar atkārtotu sublimāciju. Lielāko daļu As iegūst, reducējot ar oglekli no šādi iegūtā baltā arsēna.
Metāla arsēna patēriņš pasaulē ir salīdzinoši neliels – tikai daži simti tonnu gadā. Lielākā daļa patērētā nāk no Zviedrijas. To izmanto metalurģijā tā metaloīdu īpašību dēļ. Aptuveni 1% arsēna tiek izmantots svina skrošu ražošanā, jo tas uzlabo izkausētā piliena apaļumu. Svinu saturošu gultņu sakausējumu īpašības uzlabojas gan termiski, gan mehāniski, ja tie satur aptuveni 3% arsēna. Neliela šī ķīmiskā elementa klātbūtne svina sakausējumos tos sacietē izmantošanai akumulatoros un kabeļu bruņās. Mazie arsēna piemaisījumi palielina vara un misiņa izturību pret koroziju un termiskās īpašības. Tīrā veidā ķīmiskais elements As tiek izmantots bronzas pārklāšanai un pirotehnikā. Augsti attīrītu arsēnu izmanto pusvadītāju tehnoloģijās, kur to izmanto kopā ar silīciju un germāniju, kā arī gallija arsenīda (GaAs) veidā diodēs, lāzeros un tranzistoros.
Kā savienojumi
Tā kā arsēna valence ir 3 un 5, un tam ir oksidācijas pakāpes diapazons no -3 līdz +5, elements var veidot dažāda veida savienojumus. Tās komerciāli svarīgākās formas ir As 4 O 6 un As 2 O 5 . Arsēna oksīds, ko parasti sauc par balto arsēnu, ir vara, svina un dažu citu metālu, kā arī arsenopirīta un sulfīdu rūdu apdedzināšanas blakusprodukts. Tas ir izejmateriāls lielākajai daļai citu savienojumu. To izmanto arī pesticīdos, kā atkrāsotāju stikla ražošanā un kā ādas konservantu. Arsēna pentoksīds veidojas, kad baltais arsēns tiek pakļauts oksidējošam aģentam (piemēram, slāpekļskābei). Tā ir galvenā insekticīdu, herbicīdu un metālu līmju sastāvdaļa.
Arsīns (AsH 3), bezkrāsaina indīga gāze, kas sastāv no arsēna un ūdeņraža, ir vēl viena zināma viela. Vielu, ko sauc arī par arsēna ūdeņradi, iegūst, hidrolizējot metālu arsenīdus un reducējot metālus no arsēna savienojumiem skābes šķīdumos. Tas ir izmantots kā palīgviela pusvadītājos un kā ķīmiskās kaujas līdzeklis. Lauksaimniecībā liela nozīme ir arsēnskābei (H 3 AsO 4), svina arsenātam (PbHAsO 4) un kalcija arsenātam [Ca 3 (AsO 4) 2], ko izmanto augsnes sterilizācijai un kaitēkļu apkarošanai.
Arsēns ir ķīmisks elements, kas veido daudzus organiskus savienojumus. Cacodyne (CH 3) 2 As−As(CH 3) 2, piemēram, tiek izmantots plaši izmantotas žāvēšanas vielas (žāvēšanas līdzekļa) kakodilskābes pagatavošanai. Elementa kompleksos organiskos savienojumus izmanto noteiktu slimību, piemēram, mikroorganismu izraisītas amēbiskās dizentērijas, ārstēšanā.
Fizikālās īpašības
Kas ir arsēns pēc tā fizikālajām īpašībām? Visstabilākajā stāvoklī tā ir trausla, tērauda pelēka cieta viela ar zemu siltuma un elektrisko vadītspēju. Lai gan dažas As formas ir līdzīgas metālam, klasificējot to kā nemetālu, ir precīzāks arsēna raksturojums. Ir arī citas arsēna formas, taču tās nav īpaši labi pētītas, īpaši dzeltenā metastabilā forma, kas sastāv no As 4 molekulām, piemēram, baltā fosfora P 4 . Arsēns sublimējas 613 °C temperatūrā, un tvaiku veidā tas pastāv kā As 4 molekulas, kas nedisociējas līdz aptuveni 800 °C temperatūrai. Pilnīga disociācija As 2 molekulās notiek 1700 °C temperatūrā.
Atomu uzbūve un spēja veidot saites
Arsēna elektroniskā formula - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 3 - atgādina slāpekli un fosforu ar to, ka ārējā apvalkā ir pieci elektroni, bet atšķiras no tiem ar to, ka priekšpēdējā ir 18 elektroni. apvalks, nevis divi vai astoņi. 10 pozitīvu lādiņu pievienošana kodolam, piepildot piecas 3D orbitāles, bieži izraisa vispārēju elektronu mākoņa samazināšanos un elementu elektronegativitātes palielināšanos. Arsēnu periodiskajā tabulā var salīdzināt ar citām grupām, kas skaidri parāda šo modeli. Piemēram, ir vispāratzīts, ka cinks ir vairāk elektronnegatīvs nekā magnijs un gallijs nekā alumīnijs. Tomēr nākamajās grupās šī atšķirība samazinās, un daudzi nepiekrīt, ka germānija ir vairāk elektronegatīva nekā silīcijs, neskatoties uz ķīmisko pierādījumu pārpilnību. Līdzīga pāreja no 8-18 elementu apvalka no fosfora uz arsēnu var palielināt elektronegativitāti, taču tas joprojām ir pretrunīgs.
As un P ārējā apvalka līdzība liek domāt, ka tie var veidot 3 uz katru atomu papildu nesaistīta elektronu pāra klātbūtnē. Tāpēc oksidācijas pakāpei jābūt +3 vai -3 atkarībā no relatīvās savstarpējās elektronegativitātes. Arsēna struktūra liecina arī par iespēju izmantot ārējo d-orbitāli, lai paplašinātu oktetu, kas ļauj elementam izveidot 5 saites. Tas tiek realizēts tikai reaģējot ar fluoru. Brīvā elektronu pāra klātbūtne kompleksu savienojumu veidošanai (ar elektronu ziedošanu) As atomā ir daudz mazāk izteikta nekā fosforā un slāpeklī.
Arsēns ir stabils sausā gaisā, bet mitrā gaisā pārvēršas par melnu oksīdu. Tās tvaiki viegli sadedzina, veidojot As 2 O 3. Kas ir brīvais arsēns? To praktiski neietekmē ūdens, sārmi un neoksidējošās skābes, bet slāpekļskābe to oksidē līdz stāvoklim +5. Halogēni un sērs reaģē ar arsēnu, un daudzi metāli veido arsenīdus.
Analītiskā ķīmija
Vielu arsēnu var kvalitatīvi noteikt dzeltena orpimenta veidā, kas izgulsnējas 25% sālsskābes šķīduma ietekmē. As pēdas parasti nosaka, pārvēršot to arsīnā, ko var noteikt, izmantojot Marsh testu. Arsīns termiski sadalās, veidojot melnu arsēna spoguli šaurā caurulē. Saskaņā ar Gutzeita metodi ar arsīnu piesūcināts paraugs kļūst tumšāks dzīvsudraba izdalīšanās dēļ.
Arsēna toksikoloģiskās īpašības
Elementa un tā atvasinājumu toksicitāte ir ļoti atšķirīga, sākot no ārkārtīgi toksiskā arsīna un tā organiskajiem atvasinājumiem līdz vienkārši As, kas ir salīdzinoši inerta. Par to, kas ir arsēns, liecina tā organisko savienojumu izmantošana kā ķīmiskās kaujas vielas (lewisīts), pūslīši un defoliants (Agent Blue pamatā ir 5% kakodilskābes un 26% tā nātrija sāls ūdens maisījums).
Kopumā šī ķīmiskā elementa atvasinājumi kairina ādu un izraisa dermatītu. Ieteicama arī aizsardzība pret arsēnu saturošu putekļu ieelpošanu, taču lielākā daļa saindēšanās notiek, norijot. Maksimālā pieļaujamā As koncentrācija putekļos astoņu stundu darba dienā ir 0,5 mg/m 3 . Arsīnam devu samazina līdz 0,05 ppm. Papildus šī ķīmiskā elementa savienojumu izmantošanai kā herbicīdiem un pesticīdiem, arsēna izmantošana farmakoloģijā ļāva iegūt salvarsānu, pirmo veiksmīgo medikamentu pret sifilisu.
Ietekme uz veselību
Arsēns ir viens no toksiskākajiem elementiem. Šīs ķīmiskās vielas neorganiskie savienojumi dabā sastopami nelielos daudzumos. Cilvēki var tikt pakļauti arsēna iedarbībai ar pārtiku, ūdeni un gaisu. Iedarbība var notikt arī, saskaroties ar ādu ar piesārņotu augsni vai ūdeni.
Cilvēki, kas strādā ar to, dzīvo mājās, kas celtas no ar to apstrādāta koka, un lauksaimniecības zemēs, kur agrāk ir izmantoti pesticīdi, arī ir pakļauti iedarbībai.
Neorganiskais arsēns var izraisīt dažādas ietekmes uz cilvēku veselību, piemēram, kuņģa un zarnu kairinājumu, samazinātu sarkano un balto asins šūnu veidošanos, ādas izmaiņas un plaušu kairinājumu. Pastāv aizdomas, ka, uzņemot ievērojamu daudzumu šīs vielas, var palielināties iespēja saslimt ar vēzi, īpaši ādas, plaušu, aknu un limfātiskās sistēmas vēzi.
Ļoti augsta neorganiskā arsēna koncentrācija sievietēm izraisa neauglību un spontānu abortu, dermatītu, samazinātu ķermeņa izturību pret infekcijām, sirds problēmas un smadzeņu bojājumus. Turklāt šis ķīmiskais elements var sabojāt DNS.
Baltā arsēna nāvējošā deva ir 100 mg.
Elementa organiskie savienojumi neizraisa vēzi vai ģenētiskā koda bojājumus, bet lielas devas var kaitēt cilvēka veselībai, piemēram, izraisīt nervu traucējumus vai sāpes vēderā.
Īpašības As
Galvenās arsēna ķīmiskās un fizikālās īpašības ir šādas:
- Atomskaitlis ir 33.
- Atommasa - 74,9216.
- Pelēkās formas kušanas temperatūra ir 814 °C pie 36 atmosfēras spiediena.
- Pelēkās formas blīvums 14 °C temperatūrā ir 5,73 g/cm 3.
- Dzeltenās formas blīvums 18 °C temperatūrā ir 2,03 g/cm 3.
- Arsēna elektroniskā formula ir 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 3.
- Oksidācijas stāvokļi - -3, +3, +5.
- Arsēna valence ir 3,5.
Arsēns(latīņu arsenicum), as, Mendeļejeva periodiskās sistēmas V grupas ķīmiskais elements, atomskaitlis 33, atommasa 74,9216; tērauda pelēki kristāli. Elements sastāv no viena stabila izotopa 75 as.
Vēsturiska atsauce. Dabīgie minerālu savienojumi ar sēru (orpiments kā 2 s 3, realgar kā 4 s 4) bija zināmi antīkās pasaules tautām, kas šos minerālus izmantoja kā zāles un krāsas. Bija zināms arī M. sulfīdu sadegšanas produkts - M. oksīds (iii) kā 2 o 3 ("baltais M."). Nosaukums arsenik o n ir atrodams jau Aristotelī; tas ir atvasināts no grieķu valodas. a rsen - spēcīgs, drosmīgs un kalpo M savienojumu apzīmēšanai (atbilstoši to spēcīgajai iedarbībai uz ķermeni). Tiek uzskatīts, ka nosaukums krievu valodā cēlies no “pele” (no M. preparātu izmantošanas peļu un žurku iznīcināšanai). M. saņemšana brīvā stāvoklī tiek attiecināta uz Alberts Lielais(apmēram 1250). 1789. gadā A. Lavuazjē iekļauts M. ķīmisko elementu sarakstā.
Izplatība dabā. Vidējais metāla saturs zemes garozā (klarks) ir 1,7 × 10 -4% (pēc masas), tādos daudzumos tas ir lielākajā daļā magmatisko iežu. Tā kā M. savienojumi ir gaistoši augstā temperatūrā, elements neuzkrājas magmatisko procesu laikā; tas koncentrējas, izgulsnējot no karstiem dziļūdeņiem (kopā ar s, se, sb, fe, co, ni, cu un citiem elementiem). Vulkānu izvirdumu laikā minerāli nonāk atmosfērā to gaistošo savienojumu veidā. Tā kā M. ir daudzvērtīgs, tā migrāciju lielā mērā ietekmē redoksvide. Zemes virsmas oksidējošos apstākļos veidojas arsenāti (kā 5+) un arsenīti (kā 3+). Tie ir reti minerāli, sastopami tikai derīgo izrakteņu atradņu apvidos.Vēl retāk sastopami vietējie minerāli un kā 2+ minerāli. No daudzajiem M. minerāliem (apmēram 180) tikai arsenopirīta feasam ir primāra rūpnieciska nozīme.
Nelieli daudzumi M. ir nepieciešami dzīvībai. Taču apgabalos, kur nogulsnējas M. un kur darbojas jauni vulkāni, augsnes dažviet satur līdz 1% M., kas saistīts ar mājlopu slimībām un veģetācijas bojāeju. M. uzkrāšanās īpaši raksturīga stepju un tuksnešu ainavām, kuru augsnēs M. ir neaktīvs. Mitrā klimatā M. viegli izskalojas no augsnes.
Dzīvajā vielā ir vidēji 3 × 10 -5% M, upēs 3 × 10 -7%. M., ko upes atnesis okeānā, samērā ātri apmetas. Jūras ūdenī ir tikai 1 x 10 -7% M, bet mālos un slānekļos tas ir 6,6 x 10 -4%. Nogulumu dzelzsrūdas un feromangāna mezgliņi bieži ir bagātināti ar M.
Fizikālās un ķīmiskās īpašības. M. ir vairākas alotropiskas modifikācijas. Normālos apstākļos visstabilākā ir tā sauktā metāliskā jeb pelēkā M. (a -as) - tēraudpelēka trausla kristāliska masa; svaigi saplīsušam, tam ir metālisks spīdums; gaisā tas ātri izbalē, jo ir pārklāts ar plānu kārtiņu 2 o 3. Pelēkā M. kristāla režģis ir romboedrisks ( A= 4,123 a, leņķis a = 54°10", X= 0,226), slāņveida. Blīvums 5,72 g/cm3(pie 20°c), elektriskā pretestība 35 10 -8 ohm? m, vai 35 10 -6 ohm? cm, elektriskās pretestības temperatūras koeficients 3,9 10 -3 (0°-100 °c), Brinela cietība 1470 Mn/m2 vai 147 kgf/mm 2(3-4 pēc Mosa); M. diamagnētisks. Atmosfēras spiedienā metāls sublimējas 615 °C temperatūrā bez kušanas, jo trīskāršais punkts a -as atrodas 816 °C un 36 spiedienā. plkst. M. tvaiks sastāv no 4 molekulām līdz 800 ° C, virs 1700 ° C - tikai no 2 molekulām. Metāla tvaikiem kondensējoties uz virsmas, kas atdzesēta ar šķidru gaisu, veidojas dzeltens metāls - caurspīdīgi kristāli, mīksti kā vasks, ar blīvumu 1,97 g/cm3, pēc īpašībām līdzīgas baltajai fosfors. Vieglā vai vājā karsēšanas ietekmē tas pārvēršas par pelēku M. Ir zināmas arī stiklveida amorfās modifikācijas: melna M. un brūna M., kas karsējot virs 270°c pārvēršas par pelēku M.
Atoma M ārējo elektronu konfigurācija. 3 d 10 4 s 2 4 lpp 3. Savienojumos M ir oksidācijas pakāpes + 5, + 3 un – 3. Pelēks M ir ievērojami mazāk ķīmiski aktīvs nekā fosfors. Karsējot gaisā virs 400°C, M sadedzina, veidojot 2 o 3. M savienojas tieši ar halogēniem; normālos apstākļos asf 5 - gāze; asf 3, ascl 3, asbr 3 - bezkrāsaini, ļoti gaistoši šķidrumi; asi 3 un as 2 l 4 - sarkani kristāli. M. karsējot ar sēru, tiek iegūti šādi sulfīdi: oranžsarkans kā 4 s 4 un citrondzeltens kā 2 s 3. Gaiši dzeltens sulfīds kā 2 s 5 tiek izgulsnēts, ielaižot h 2 s ar ledu atdzesētā arsēnskābes (vai tās sāļu) šķīdumā kūpošā sālsskābē: 2h 3 aso 4 + 5h 2 s = as 2 s 5 + 8h 2 o ; Apmēram 500 ° C temperatūrā tas sadalās kā 2 s 3 un sērā. Visi M. sulfīdi nešķīst ūdenī un atšķaidītās skābēs. Spēcīgi oksidētāji (maisījumi hno 3 + hcl, hcl + kclo 3) pārvērš tos h 3 aso 4 un h 2 so 4 maisījumā. Sulfīds kā 2 s 3 viegli šķīst amonija un sārmu metālu sulfīdos un polisulfīdos, veidojot skābju sāļus - tioarsēnu h 3 ass 3 un tioarsēnu h 3 ass 4. Ar skābekli M. rada oksīdus: M. oksīds (iii) kā 2 o 3 - arsēna anhidrīds un M. oksīds (v) kā 2 o 5 - arsēna anhidrīds. Pirmais no tiem veidojas, skābekļa iedarbībā uz metālu vai tā sulfīdiem, piemēram, 2as 2 s 3 + 9o 2 = 2as 2 o 3 + 6so 2. 2 o 3 tvaikiem kondensējoties bezkrāsainā stiklveida masā, kas laika gaitā kļūst necaurspīdīga, veidojoties maziem kubiskiem kristāliem, blīvums 3,865 g/cm3. Tvaika blīvums atbilst formulai 4 o 6: virs 1800°C tvaiks sastāv no 2 o 3. Pie 100 Gūdens šķīst 2.1 G kā 2 o 3 (pie 25°C). M. oksīds (iii) ir amfotērisks savienojums, kam pārsvarā ir skābas īpašības. Ir zināmi sāļi (arsenīti), kas atbilst ortoarsēnskābei h 3 aso 3 un metaarsenic haso 2; pašas skābes nav iegūtas. Ūdenī šķīst tikai sārmu metālu un amonija arsenīti. kā 2 o 3 un arsenīti parasti ir reducētāji (piemēram, kā 2 o 3 + 2i 2 + 5h 2 o = 4hi + 2h 3 aso 4), bet var būt arī oksidētāji (piemēram, kā 2 o 3 + 3c = 2as + 3co ).
M. oksīdu (v) iegūst, karsējot arsēnskābi h 3 aso 4 (apmēram 200°c). Tas ir bezkrāsains, apmēram 500 ° C temperatūrā sadalās kā 2 o 3 un o 2. Arsēnskābi iegūst, iedarbojoties ar koncentrētu hno 3 kā vai kā 2 o 3. Arsēnskābes sāļi (arsenāti) nešķīst ūdenī, izņemot sārmu metālu un amonija sāļus. Ir zināmi sāļi, kas atbilst ortoarsēna skābēm h 3 aso 4 , metaarsenic haso 3 un piroarsēna skābēm h 4 kā 2 o 7 ; pēdējās divas skābes netika iegūtas brīvā stāvoklī. Sakausējot ar metāliem, metāls lielākoties veido savienojumus ( arsenīdi).
Saņemšana un lietošana . M. ražo rūpnieciski, karsējot arsēna pirītus:
feass = fess + as
vai (retāk) samazinājums par 2 o 3 ar akmeņoglēm. Abus procesus veic retortēs, kas izgatavotas no ugunsizturīga māla, kas savienotas ar uztvērēju M tvaiku kondensācijai Arsēna anhidrīdu iegūst arsēna rūdu oksidatīvās grauzdēšanas rezultātā vai kā blakusproduktu, apgrauzdējot polimetāla rūdas, kuras gandrīz vienmēr satur M. oksidatīvā grauzdēšana, jo veidojas 2 o 3 tvaiki, kas kondensējas uztveršanas kamerās. Neapstrādātu 2 o 3 attīra ar sublimāciju 500–600 °C temperatūrā. Attīrīts kā 2 o 3 izmanto M. un tā preparātu ražošanai.
Svinā, ko izmanto šautenes šāvienu ražošanai, ievada nelielas M piedevas (0,2-1,0% no svara) (M palielina izkausētā svina virsmas spraigumu, kā rezultātā šāviens iegūst sfērisku formu; M nedaudz palielina cietību no svina). Kā daļējs antimona aizstājējs M. ir iekļauts dažos babbitos un apdrukas sakausējumos.
Pure M. nav indīgs, taču visi tā savienojumi, kas šķīst ūdenī vai var izšķīst kuņģa sulas ietekmē, ir ārkārtīgi indīgi; īpaši bīstami arsēna ūdeņradis. No ražošanā izmantotajiem M savienojumiem arsēna anhidrīds ir toksiskākais. Gandrīz visas krāsaino metālu sulfīdu rūdas, kā arī dzelzs (sēra) pirīts satur metālu piemaisījumus. Tāpēc to oksidatīvās grauzdēšanas laikā kopā ar sēra dioksīdu vienmēr veidojas 2, kā 2 o 3; Lielākā daļa no tā kondensējas dūmu kanālos, bet, ja nav attīrīšanas iekārtu vai tās efektivitāte ir zema, rūdas krāšņu izplūdes gāzes aiznes ievērojamu daudzumu kā 2 o 3. Tīrais M., kaut arī nav indīgs, vienmēr ir pārklāts ar indīgu pārklājumu kā 2 o 3, ja to uzglabā gaisā. Ja nav pienācīgas ventilācijas, metālu (dzelzs, cinka) kodināšana ar rūpniecisko sērskābi vai sālsskābi, kas satur metālu piejaukumu, ir ārkārtīgi bīstama, jo tā rada arsēna ūdeņradi.
S. A. Pogodins.
M. ķermenī. Kā mikroelements M. ir visuresošs dzīvajā dabā. Vidējais M saturs augsnēs ir 4 · 10 -4%, augu pelnos - 3 · 10 -5%. M saturs jūras organismos ir augstāks nekā sauszemes organismos (zivīs 0,6-4,7 mg 1 Kilograms jēlviela uzkrājas aknās). Vidējais M saturs cilvēka organismā ir 0,08-0,2 mg/kg. Asinīs M. koncentrējas eritrocītos, kur tas saistās ar hemoglobīna molekulu (un globīna frakcijā ir divreiz vairāk nekā hēma). Lielākais tā daudzums (uz 1 G audi) atrodas nierēs un aknās. Daudz M. atrodas plaušās un liesā, ādā un matos; salīdzinoši maz - cerebrospinālajā šķidrumā, smadzenēs (galvenokārt hipofīzē), dzimumdziedzeros u.c. Audos M. ir atrodams galvenajā olbaltumvielu frakcijā, daudz mazāk skābē šķīstošajā frakcijā, un tikai neliela daļa no tās ir. atrodams lipīdu frakcijā. M. piedalās redoksreakcijās: komplekso ogļhidrātu oksidatīvā sadalīšanā, fermentācijā, glikolīzē uc M. savienojumus bioķīmijā izmanto kā specifiskus inhibitori enzīmi vielmaiņas reakciju pētīšanai.
M. medicīnā. M. organiskos savienojumus (aminarsonu, miarsenolu, novarsenālu, osarsolu) galvenokārt izmanto sifilisa un vienšūņu slimību ārstēšanai. Kā vispārēji stiprinoši un tonizējoši līdzekļi tiek noteikti M. neorganiskie preparāti - nātrija arsenīts (nātrija arsenāts), kālija arsenīts (kālija arsenāts), arsēna anhidrīds kā 2 o 3. Lietojot lokāli, neorganiskie M. preparāti var izraisīt nekrotizējošo efektu bez iepriekšēja kairinājuma, padarot šo procesu gandrīz nesāpīgu; Šī īpašība, kas visizteiktākā ir 2 o 3, tiek izmantota zobārstniecībā, lai iznīcinātu zobu mīkstumu. Neorganiskos M. preparātus lieto arī psoriāzes ārstēšanai.
Mākslīgi iegūti radioaktīvie izotopi M. 74 as (t 1/2 = 17,5 dienas) un 76 as (t 1/2 = 26,8 h) tiek izmantoti diagnostikas un terapeitiskiem nolūkiem. Ar to palīdzību tiek noskaidrota smadzeņu audzēju atrašanās vieta un noteikta to izņemšanas radikalitātes pakāpe. Radioaktīvo M. dažreiz lieto asins slimībām utt.
Saskaņā ar Starptautiskās radiācijas aizsardzības komisijas rekomendācijām maksimālais pieļaujamais saturs 76 kā organismā ir 11 Mccurie. Saskaņā ar PSRS pieņemtajiem sanitārajiem standartiem maksimālā pieļaujamā koncentrācija 76 kā ūdenī un atklātās ūdenskrātuvēs ir 1 10 -7 kirī/l, darba telpu gaisā 5 10 -11 kirī/l. Visi M. preparāti ir ļoti indīgi. Akūtas saindēšanās gadījumā tiek novērotas stipras sāpes vēderā, caureja un nieru bojājumi; Iespējams sabrukums un krampji. Hroniskas saindēšanās gadījumā visbiežāk sastopami kuņģa-zarnu trakta traucējumi, elpceļu gļotādu katars (faringīts, laringīts, bronhīts), ādas bojājumi (ekzantēma, melanoze, hiperkeratoze), jutīguma traucējumi; iespējama aplastiskās anēmijas attīstība. Saindēšanās ārstēšanā ar M. zālēm vislielākā nozīme ir unitiolam.
Rūpnieciskās saindēšanās novēršanas pasākumiem galvenokārt jābūt vērstiem uz tehnoloģiskā procesa mehanizāciju, blīvēšanu un putekļu noņemšanu, efektīvas ventilācijas izveidi un darbinieku nodrošināšanu ar individuālajiem aizsardzības līdzekļiem pret putekļu iedarbību. Nepieciešamas regulāras darbinieku medicīniskās pārbaudes. Sākotnējās medicīniskās pārbaudes tiek veiktas, pieņemot darbā, un darbiniekiem - reizi sešos mēnešos.
Lit.: Remi G., Neorganiskās ķīmijas kurss, tulk. no vācu val., 1. sēj., M., 1963, 1. lpp. 700-712; Pogodins S. A., Arsēns, grāmatā: Brief Chemical Encyclopedia, 3. sēj., M., 1964; Kaitīgās vielas rūpniecībā, vispārīgi. ed. N. V. Lazareva, 6. izd., 2. daļa, Ļeņingrada, 1971. gads.
lejupielādēt kopsavilkumu
Raksta saturs
ARSENIKS– periodiskās tabulas V grupas ķīmiskais elements, pieder pie slāpekļa saimes. Relatīvā atommasa 74,9216. Dabā arsēnu pārstāv tikai viens stabils nuklīds 75 As. Mākslīgi iegūti arī vairāk nekā desmit tās radioaktīvie izotopi ar pussabrukšanas periodu no vairākām minūtēm līdz vairākiem mēnešiem. Tipiski savienojumu oksidācijas pakāpes ir –3, +3, +5. Arsēna nosaukums krievu valodā ir saistīts ar tā savienojumu izmantošanu peļu un žurku iznīcināšanai; Latīņu nosaukums Arsenicum cēlies no grieķu “arsen” - spēcīgs, spēcīgs.
Vēsturiskā informācija.
Arsēns pieder pie pieciem viduslaikos atklātajiem "alķīmiskajiem" elementiem (pārsteidzoši, četri no tiem - As, Sb, Bi un P - atrodas tajā pašā periodiskās tabulas grupā - piektajā). Tajā pašā laikā arsēna savienojumi ir zināmi kopš seniem laikiem, no tiem ražoja krāsas un zāles. Īpaši interesanta ir arsēna izmantošana metalurģijā.
Pirms vairākiem tūkstošiem gadu akmens laikmets padevās bronzas laikmetam. Bronza ir vara un alvas sakausējums. Vēsturnieki uzskata, ka pirmā bronza tika izlieta Tigras-Eufratas ielejā, kaut kur starp 30. un 25. gadsimtu. BC. Atsevišķos reģionos tika kausēta bronza ar īpaši vērtīgām īpašībām - tā bija labāk liejama un vieglāk kaljama. Kā atklājuši mūsdienu zinātnieki, tas bija vara sakausējums, kas saturēja no 1 līdz 7% arsēna un ne vairāk kā 3% alvas. Iespējams, sākotnēji tā kausēšanas laikā bagātīgais vara rūdas malahīts tika sajaukts ar dažu arī zaļo sulfīdu vara-arsēna minerālu dēdēšanas produktiem. Novērtējuši sakausējuma ievērojamās īpašības, senie amatnieki īpaši meklēja arsēna minerālus. Meklēšanai izmantojām šādu minerālu īpašību, lai karsējot izdalītu specifisku ķiploku smaržu. Tomēr laika gaitā arsēna bronzas kausēšana beidzās. Visticamāk, tas noticis biežas saindēšanās dēļ arsēnu saturošu minerālu apdedzināšanas laikā.
Protams, tālā pagātnē arsēns bija zināms tikai tā minerālu veidā. Tā Senajā Ķīnā akmens grebšanai izmantoja cieto minerālu realgāru (sulfīds ar sastāvu As 4 S 4, realgar arābu valodā nozīmē “raktuvju putekļi”), taču, karsējot vai pakļaujot gaismai, tas “bojājās”, jo tas pārvērtās par As 2 S 3. 4. gadsimtā. BC. Aristotelis šo minerālu aprakstīja ar nosaukumu "sandaraks". 1. gadsimtā AD Romiešu rakstnieks un zinātnieks Plīnijs Vecākais un romiešu ārsts un botāniķis Dioskorids aprakstīja minerālu orpimentu (arsēna sulfīds kā 2 S 3). Tulkojumā no latīņu valodas minerāla nosaukums nozīmē “zelta krāsa”: to izmantoja kā dzeltenu krāsvielu. 11. gadsimtā alķīmiķi izdalīja trīs arsēna “šķirnes”: tā saukto balto arsēnu (As 2 O 3 oksīds), dzelteno arsēnu (As 2 S 3 sulfīds) un sarkano arsēnu (As 4 S 4 sulfīds). Baltais arsēns tika iegūts, sublimējot arsēna piemaisījumus vara rūdas, kas satur šo elementu, grauzdēšanas laikā. Kondensējot no gāzes fāzes, arsēna oksīds nosēdās balta pārklājuma veidā. Baltais arsēns jau kopš seniem laikiem tiek izmantots kaitēkļu iznīcināšanai, kā arī...
13. gadsimtā Alberts fon Bolsteds (Alberts Lielais) ieguva metālam līdzīgu vielu, sildot dzelteno arsēnu ar ziepēm; Šis, iespējams, bija pirmais arsēna piemērs vienkāršas vielas veidā, kas iegūts mākslīgi. Bet šī viela pārkāpa septiņu zināmo metālu mistisko “saikni” ar septiņām planētām; Iespējams, tāpēc alķīmiķi uzskatīja arsēnu par "necilvēcīgu metālu". Tajā pašā laikā viņi atklāja tā īpašību piešķirt varam baltu krāsu, kā rezultātā to sauca par “Venēras (t.i., vara) balinātāju”.
Arsēns kā atsevišķa viela tika skaidri identificēts 17. gadsimta vidū, kad vācu farmaceits Johans Šrēders to ieguva salīdzinoši tīrā veidā, reducējot oksīdu ar kokogli. Vēlāk franču ķīmiķis un ārsts Nikolass Lemērijs ieguva arsēnu, karsējot tā oksīda maisījumu ar ziepēm un potašu. 18. gadsimtā arsēns jau bija labi pazīstams kā neparasts "pusmetāls". 1775. gadā zviedru ķīmiķis K. V. Šēle ieguva arsēnskābi un gāzveida arsēna ūdeņradi, un 1789. gadā A. L. Lavuazjē beidzot atzina arsēnu kā neatkarīgu ķīmisko elementu. 19. gadsimtā tika atklāti arsēnu saturoši organiskie savienojumi.
Arsēns dabā.
Zemes garozā ir maz arsēna - apmēram 5,10 -4% (tas ir, 5 g uz tonnu), aptuveni tikpat, cik germānija, alva, molibdēns, volframs vai broms. Arsēns bieži atrodams minerālos kopā ar dzelzi, varu, kobaltu un niķeli.
Arsēna veidoto minerālu sastāvs (un zināmi aptuveni 200 no tiem) atspoguļo šī elementa “pusmetāla” īpašības, kas var būt gan pozitīvā, gan negatīvā oksidācijas stāvoklī un kombinēties ar daudziem elementiem; pirmajā gadījumā arsēns var spēlēt metāla lomu (piemēram, sulfīdos), otrajā - nemetāls (piemēram, arsenīdos). Vairāku arsēna minerālu kompleksais sastāvs atspoguļo tā spēju, no vienas puses, daļēji aizstāt sēra un antimona atomus kristāliskajā režģī (jonu rādiusi S–2, Sb–3 un As–3 ir tuvi un ir 0,182, 0,208 un attiecīgi 0,191 nm), no otras – metāla atomi. Pirmajā gadījumā arsēna atomiem ir diezgan negatīvs oksidācijas stāvoklis, otrajā - pozitīvs.
Arsēna (2,0) elektronegativitāte ir maza, bet augstāka nekā antimonam (1,9) un lielākajai daļai metālu, tāpēc –3 oksidācijas pakāpe arsēnam novērojama tikai metālu arsenīdos, kā arī stibarsēna SbA un šī minerāla starpaugiem ar tīri kristāli antimons vai arsēns (minerāls allemontīts). Daudzi arsēna savienojumi ar metāliem, spriežot pēc to sastāva, drīzāk ir intermetāliski savienojumi, nevis arsenīdi; dažiem no tiem ir mainīgs arsēna saturs. Arsenīdi vienlaikus var saturēt vairākus metālus, kuru atomi pie ciešiem jonu rādiusiem kristāla režģī patvaļīgās attiecībās aizstāj viens otru; šādos gadījumos minerālu formulā elementu simboli ir uzskaitīti, atdalot tos ar komatiem. Visiem arsenīdiem ir metālisks spīdums; tie ir necaurspīdīgi, smagi minerāli, un to cietība ir zema.
Dabisko arsenīdu piemēri (zināmi aptuveni 25 no tiem) ir minerāli löllingīts FeAs 2 (pirīta FeS 2 analogs), skutterudīts CoAs 2–3 un niķeļa skutterudīts NiAs 2–3, niķelis (sarkanais niķeļa pirīts) NiAs, rammelsbergīts ( baltais niķeļa pirīts) NiAs 2, saflorīts (speija kobalts) CoAs 2 un klinozaflorīts (Co,Fe,Ni)As 2, langisīts (Co,Ni)As, sperilīts PtAs 2, mauherīts Ni 11 As 8, oregonīts Ni2, 2 algodonīts Cu 6 As. Lielā blīvuma (vairāk nekā 7 g/cm3) dēļ ģeologi daudzus no tiem klasificē kā “supersmagos” minerālus.
Visizplatītākais arsēna minerāls ir arsenopirīts (arsēna pirīts).FeAsS var uzskatīt par FeS 2 pirīta sēra aizstāšanas produktu ar arsēna atomiem (arī parastajā pirītā vienmēr ir nedaudz arsēna). Šādus savienojumus sauc par sulfosāļiem. Līdzīgi minerāli kobaltīns (kobalta spīdums) CoAsS, glaukodots (Co,Fe)AsS, gersdorfīts (niķeļa spīdums) NiAsS, enargīts un luzonīts ar tādu pašu sastāvu, bet dažādas struktūras Cu 3 AsS 4, proustīts Ag 3 AsS 3 sudraba rūda, ko tās spilgti sarkanās krāsas dēļ dažreiz sauc par "rubīna sudrabu", tā bieži atrodama sudraba vēnu augšējos slāņos, kur ir atrodami lieli šī minerāla kristāli. Sulfosāļi var saturēt arī platīna grupas cēlmetālus; Tie ir minerāli osarsīts (Os,Ru)AsS, ruarsīts RuAsS, irarsīts (Ir,Ru,Rh,Pt)AsS, platarsīts (Pt,Rh,Ru)AsS, holingvortīts (Rd,Pt,Pd)AsS. Dažkārt sēra atomu lomu šādos dubultarsenīdos pilda antimona atomi, piemēram, seinajokītā (Fe,Ni)(Sb,As) 2, arsenopalladinītā Pd 8 (As,Sb) 3, arsēna polibazītā (Ag,Cu) 16 (Ar,Sb) 2 S 11.
Interesanta ir minerālu struktūra, kurā arsēns atrodas vienlaikus ar sēru, bet drīzāk spēlē metāla lomu, grupējoties kopā ar citiem metāliem. Tie ir minerāli arsenosulfanīts Cu 3 (As, V) S 4, arsenogaučekornīts Ni 9 BiAsS 8, freibergīts (Ag, Cu, Fe) 12 (Sb, As) 4 S 13, tennantīts (Cu, Fe) 12 As 4 S 13 , argentotennantīts (Ag, Cu) 10 (Zn, Fe) 2 (As, Sb) 4 S 13, zeltfīldīts Cu 12 (Te, Sb, As) 4 S 13, žirodīts (Cu, Zn, Ag) 12 (As, Sb ) 4 (Se,S) 13 . Varat iedomāties, kāda sarežģīta struktūra ir visu šo minerālu kristāliskajam režģim.
Arsēnam ir nepārprotami pozitīvs oksidācijas stāvoklis dabiskajos sulfīdos - dzeltenajā orpimentā As 2 S 3 , oranždzeltenajā dimorfītā As 4 S 3 , oranžsarkanajā realgārā As 4 S 4 , karmīnsarkanajā gečellītā AsSbS 3 , kā arī bezkrāsainā oksīdā As 2 O 3, kas rodas kā minerāli arsenolīts un klaudetīts ar dažādu kristālisko struktūru (tie veidojas citu arsēna minerālu dēdēšanas rezultātā). Parasti šie minerāli ir atrodami mazu ieslēgumu veidā. Bet 20. gadsimta 30. gados. Verhojanskas grēdas dienvidu daļā tika atrasti milzīgi orpimenta kristāli, kuru izmērs sasniedza 60 cm un sver līdz 30 kg.
Arsēna skābes dabiskajos sāļos H 3 AsO 4 - arsenātos (no tiem zināmi ap 90) arsēna oksidācijas pakāpe ir +5; piemēri: spilgti rozā eritrīns (kobalta krāsa) Co 3 (AsO 4) 2 8H 2 O, zaļais annabergīts Ni 3 (AsO 4) 2 8H 2 O, skorodīts Fe III AsO 4 2H 2 O un vienkāršā vietne Fe II 3 (AsO 4) 2 8H 2 O, brūni sarkans gasparīts (Ce,La,Nd)ArO 4, bezkrāsains goernesīts Mg 3 (AsO 4) 2 8H 2 O, rūzveltīts BiAsO 4 un ketigīts Zn 3 (AsO 4) 2 8H 2 O, kā arī tikpat daudz bāzes sāļu, piemēram, olivenīts Cu 2 AsO 4 (OH), arsenobismīts Bi 2 (AsO 4) (OH) 3. Bet dabiskie arsenīti - arsēnskābes H 3 AsO 3 atvasinājumi - ir ļoti reti sastopami.
Viduszviedrijā atrodas slavenie Langbanovas dzelzs-mangāna karjeri, kuros tika atrasti un aprakstīti vairāk nekā 50 arsenāta minerālu paraugi. Dažas no tām nav atrodamas nekur citur. Tie savulaik radušies arsēnskābes H 3 AsO 4 reakcijas rezultātā ar pirokroītu Mn(OH) 2 ne pārāk augstās temperatūrās. Parasti arsenāti ir sulfīdu rūdu oksidācijas produkti. Tiem, kā likums, nav rūpnieciska pielietojuma, taču daži no tiem ir ļoti skaisti un rotā mineraloģiskās kolekcijas.
Daudzu arsēna minerālu nosaukumos var atrast vietvārdus (Lölling Austrijā, Freiberga Saksijā, Seinäjoki Somijā, Skutterud Norvēģijā, Allemon Francijā, Kanādas Langis raktuves un Getchell raktuves Nevadā, Oregona ASV u.c. ), ģeologu, ķīmiķu, politiķu u.c. (vācu ķīmiķis Karls Rammelsbergs, Minhenes minerālu tirgotājs Viljams Mošers, raktuvju īpašnieks Johans fon Gersdorfs, franču ķīmiķis F. Klods, angļu ķīmiķi Džons Prusts un Smitsons Tenants, kanādiešu ķīmiķis F. L. Sperijs, ASV prezidents Rūzvelts u.c.), augu nosaukumi (tātad , minerāla saflorīta nosaukums cēlies no safrāna), elementu nosaukumu sākuma burti - arsēns, osmijs, rutēnijs, irīdijs, pallādijs, platīns, grieķu saknes (“erythros” - sarkans, "enargon" - redzams, " litoss” - akmens) utt. un tā tālāk.
Interesants senais minerāla niķeļa (NiAs) nosaukums ir kupferniķelis. Viduslaiku vācu kalnrači niķeli sauca par ļauno kalnu garu, bet “kupfernickel” (Kupfernickel, no vācu valodas Kupfer - varš) - “sasodīts varš”, “viltus vara”. Šīs rūdas vara sarkanie kristāli izskatījās ļoti līdzīgi vara rūdai; To izmantoja stikla ražošanā, lai krāsotu stiklu zaļā krāsā. Bet vara no tā neviens nevarēja dabūt. Šo rūdu 1751. gadā pētīja zviedru mineralogs Aksels Kronšteds un izdalīja no tās jaunu metālu, nosaucot to par niķeli.
Tā kā arsēns ir ķīmiski diezgan inerts, tas ir atrodams arī sākotnējā stāvoklī - kausētu adatu vai kubu veidā. Šāds arsēns parasti satur no 2 līdz 16% piemaisījumu - visbiežāk tie ir Sb, Bi, Ag, Fe, Ni, Co. To ir viegli samalt pulverī. Krievijā ģeologi vietējo arsēnu atrada Aizbaikalijā, Amūras reģionā, un tas ir atrodams arī citās valstīs.
Arsēns ir unikāls ar to, ka tas ir atrodams visur - minerālos, iežos, augsnē, ūdenī, augos un dzīvniekos, un ne velti to sauc par "visuresošu". Arsēna izplatību dažādos zemeslodes reģionos lielā mērā noteica litosfēras veidošanās laikā tā savienojumu nepastāvība augstās temperatūrās, kā arī sorbcijas un desorbcijas procesi augsnēs un nogulumiežu iežos. Arsēns viegli migrē, ko veicina dažu tā savienojumu diezgan augstā šķīdība ūdenī. Mitrā klimatā arsēnu izskalo no augsnes un aiznes gruntsūdeņi un pēc tam upes. Vidējais arsēna saturs upēs ir 3 µg/l, virszemes ūdeņos – ap 10 µg/l, jūras un okeāna ūdeņos – tikai aptuveni 1 µg/l. Tas izskaidrojams ar salīdzinoši straujo tā savienojumu izgulsnēšanos no ūdens, uzkrājoties grunts nogulumos, piemēram, feromangāna mezgliņos.
Augsnēs arsēna saturs parasti ir no 0,1 līdz 40 mg/kg. Bet apgabalos, kur sastopamas arsēna rūdas, kā arī vulkāniskos apgabalos, augsnē var būt daudz arsēna – līdz 8 g/kg, kā dažos Šveices un Jaunzēlandes apgabalos. Šādās vietās veģetācija iet bojā un dzīvnieki saslimst. Tas ir raksturīgi stepēm un tuksnešiem, kur arsēns netiek izskalots no augsnes. Arī māla ieži ir bagātināti, salīdzinot ar vidējo saturu – tie satur četras reizes vairāk arsēna nekā vidēji. Mūsu valstī maksimāli pieļaujamā arsēna koncentrācija augsnē ir 2 mg/kg.
Arsēnu no augsnes var izvadīt ne tikai ūdens, bet arī vējš. Bet, lai to izdarītu, tam vispirms jāpārvēršas par gaistošiem organoarsēna savienojumiem. Šī transformācija notiek tā sauktās biometilēšanas rezultātā - metilgrupas pievienošana, veidojot C–As saiti; šis fermentatīvais process (tas ir labi zināms dzīvsudraba savienojumiem) notiek, piedaloties koenzīmam metilkobalamīnam, B 12 vitamīna metilētam atvasinājumam (tas ir arī cilvēka organismā). Arsēna biometilēšana notiek gan saldūdenī, gan jūras ūdenī un noved pie organisko arsēna savienojumu veidošanās - metilarsonskābe CH 3 AsO(OH) 2, dimetilarsīns (dimetilarsēns vai kakodilskābe) skābe (CH 3) 2 As(O)OH, trimetilarsīns ( CH 3) 3 As un tā oksīds (CH 3) 3 As = O, kas sastopami arī dabā. Izmantojot ar 14 C iezīmētu metilkobalamīnu un ar 74 As iezīmētu nātrija hidroarsenātu Na 2 HAsO 4, tika parādīts, ka viens no metanobakteriju celmiem reducē un metilē šo sāli līdz gaistošam dimetilarsīnam. Rezultātā laukos gaiss satur vidēji 0,001 - 0,01 μg/m 3 arsēna, pilsētās, kur nav specifiska piesārņojuma - līdz 0,03 μg/m 3 un piesārņojuma avotu tuvumā (krāsainais metāls) kausēšanas rūpnīcas, elektrostacijas, strādājot ar oglēm ar augstu arsēna saturu u.c.) arsēna koncentrācija gaisā var pārsniegt 1 μg/m 3 . Arsēna nogulsnēšanās intensitāte teritorijās, kur atrodas rūpniecības centri, ir 40 kg/km 2 gadā.
Gaistošo arsēna savienojumu veidošanās (trimetilarsīns, piemēram, vārās tikai 51 ° C temperatūrā), ko izraisīja 19. gs. daudzas saindēšanās, jo arsēns bija ģipša un pat zaļās tapešu krāsās. Scheele zaļumi iepriekš tika izmantoti krāsas Cu 3 (AsO 3) 2 veidā n H 2 O un Parīzes vai Šveifurtes zaļumi Cu 4 (AsO 2) 6 (CH 3 COO) 2. Augsta mitruma un pelējuma parādīšanās apstākļos no šādas krāsas veidojas gaistoši organoarsēna atvasinājumi. Tiek uzskatīts, ka tieši šis process varētu būt par cēloni Napoleona lēnajai saindēšanai viņa pēdējos dzīves gados (kā zināms, arsēns Napoleona matos tika atrasts pusotru gadsimtu pēc viņa nāves).
Dažos minerālūdeņos arsēns ir atrodams ievērojamā daudzumā. Krievijas standarti nosaka, ka arsēna saturs ārstnieciskajos galda minerālūdeņos nedrīkst pārsniegt 700 µg/l. IN Jermuks tas var būt vairākas reizes lielāks. Izdzerot vienu vai divas glāzes “arsēna” minerālūdens, cilvēkam ļaunumu nenodarīs: lai nāvējoši saindētos, jāizdzer uzreiz trīssimt litru... Taču skaidrs, ka tādu ūdeni tā vietā pastāvīgi dzert nevar. parastā ūdens.
Ķīmiķi ir atklājuši, ka arsēns dabiskajos ūdeņos ir sastopams dažādās formās, kas ir būtiski no tā analīzes, migrācijas metodēm, kā arī šo savienojumu atšķirīgās toksicitātes viedokļa; Tādējādi trīsvērtīgā arsēna savienojumi ir 25–60 reizes toksiskāki nekā piecvērtīgā arsēna savienojumi. As(III) savienojumi ūdenī parasti atrodas vājas arsēnskābes formā H 3 AsO 3 ( rK a = 9,22), un As(V) savienojums - daudz spēcīgākas arsēnskābes formā H 3 AsO 4 ( rK a = 2,20) un tā deprotonētie anjoni H 2 AsO 4 – un HAsO 4 2–.
Dzīvā viela satur vidēji 6,10–6% arsēna, tas ir, 6 µg/kg. Dažas jūraszāles var koncentrēt arsēnu tādā mērā, ka tās kļūst bīstamas cilvēkiem. Turklāt šīs aļģes var augt un vairoties tīros arsēnskābes šķīdumos. Šādas aļģes dažās Āzijas valstīs izmanto kā līdzekli pret žurkām. Pat Norvēģijas fjordu dzidrajos ūdeņos aļģes var saturēt līdz 0,1 g/kg arsēna. Cilvēkiem arsēns ir atrodams smadzeņu audos un muskuļos, un tas uzkrājas matos un nagos.
Arsēna īpašības.
Lai gan arsēns izskatās pēc metāla, tas tomēr drīzāk ir nemetāls: tas neveido sāļus, piemēram, ar sērskābi, bet pats ir skābi veidojošs elements. Tāpēc šo elementu bieži sauc par pusmetālu. Arsēns pastāv vairākās alotropās formās un šajā ziņā ir ļoti līdzīgs fosforam. Visstabilākais no tiem ir pelēkais arsēns, ļoti trausla viela, kas, tikko saplīstot, iegūst metālisku spīdumu (tātad nosaukums "metāla arsēns"); tā blīvums ir 5,78 g/cm3. Spēcīgi karsējot (līdz 615°C), tas sublimējas bez kušanas (tāda pati izturēšanās ir raksturīga jodam). Zem spiediena 3,7 MPa (37 atm) arsēns kūst 817 ° C temperatūrā, kas ir ievērojami augstāka par sublimācijas temperatūru. Pelēkā arsēna elektrovadītspēja ir 17 reizes mazāka nekā vara, bet 3,6 reizes lielāka nekā dzīvsudrabam. Paaugstinoties temperatūrai, tā elektrovadītspēja, tāpat kā tipiskajiem metāliem, samazinās - aptuveni tādā pašā mērā kā vara.
Ja arsēna tvaikus ļoti ātri atdzesē līdz šķidrā slāpekļa temperatūrai (–196 ° C), tiek iegūta caurspīdīga, mīksta dzeltena viela, kas atgādina dzelteno fosforu, un tās blīvums (2,03 g/cm 3) ir ievērojami mazāks nekā pelēkajam arsēnam. . Arsēna tvaiki un dzeltenais arsēns sastāv no As 4 molekulām, kurām ir tetraedra forma - un šeit ir līdzība ar fosforu. 800 ° C temperatūrā sākas ievērojama tvaiku disociācija, veidojoties As 2 dimēriem, un 1700 ° C temperatūrā paliek tikai As 2 molekulas. Sildot un pakļaujot ultravioletajai gaismai, dzeltenais arsēns ātri kļūst pelēks, izdalot siltumu. Arsēna tvaikiem kondensējoties inertā atmosfērā, veidojas cita šī elementa amorfā forma melnā krāsā. Ja uz stikla tiek nogulsnēti arsēna tvaiki, veidojas spoguļplēve.
Arsēna ārējā elektronu apvalka struktūra ir tāda pati kā slāpeklim un fosforam, taču atšķirībā no tiem tā priekšpēdējā apvalkā ir 18 elektroni. Tāpat kā fosfors, tas var veidot trīs kovalentās saites (4s 2 4p 3 konfigurācija), atstājot vientuļu pāri uz As atoma. As atoma lādiņa zīme savienojumos ar kovalentām saitēm ir atkarīga no blakus esošo atomu elektronegativitātes. Vientuļa pāra dalība kompleksa veidošanā arsēnam ir ievērojami grūtāka nekā slāpeklim un fosforam.
Ja As atomā ir iesaistītas d orbitāles, 4s elektronu savienošana pārī ir iespējama, veidojot piecas kovalentās saites. Šī iespēja praktiski tiek realizēta tikai kombinācijā ar fluoru - pentafluorīdā AsF 5 (pazīstams arī pentachloryl AsCl 5, taču tas ir ārkārtīgi nestabils un ātri sadalās pat pie –50 °C).
Sausā gaisā arsēns ir stabils, bet mitrā gaisā tas izbalinās un pārklājas ar melnu oksīdu. Sublimācijas laikā arsēna tvaiki viegli sadedzina gaisā ar zilu liesmu, veidojot smagus baltus arsēna anhidrīda tvaikus As 2 O 3. Šis oksīds ir viens no visizplatītākajiem arsēnu saturošiem reaģentiem. Tam ir amfoteriskas īpašības:
Kā 2 O 3 + 6HCl ® 2AsCl 3 + 3H 2 O,
2 O 3 + 6NH 4 OH ® 2(NH 4) 3 AsO 3 + 3H 2 O.
As 2 O 3 oksidēšana rada skābu oksīdu - arsēna anhidrīdu:
Kā 2 O 3 + 2HNO 3 ® Kā 2 O 5 + H 2 O + NO 2 + NO.
Reaģējot ar sodu, tiek iegūts nātrija hidroarsenāts, ko izmanto medicīnā:
Kā 2 O 3 + 2Na 2 CO 3 + H 2 O ® 2Na 2 HAsO 4 + 2CO 2 .
Tīrs arsēns ir diezgan inerts; ūdens, sārmi un skābes, kurām nav oksidējošu īpašību, to neietekmē. Atšķaidīta slāpekļskābe oksidē to par ortoarsēnskābi H 3 AsO 3, bet koncentrēta slāpekļskābe to oksidē par ortoarsēnskābi H 3 AsO 4:
3As + 5HNO 3 + 2H 2 O ® 3H 3 AsO 4 + 5NO.
Arsēna(III) oksīds reaģē līdzīgi:
3As 2 O 3 + 4HNO 3 + 7H 2 O ® 6H 3 AsO 4 + 4NO.
Arsēnskābe ir vidēji stipra skābe, nedaudz vājāka par fosforskābi. Turpretim arsēnskābe ir ļoti vāja, un tās stiprums atbilst borskābei H 3 BO 3. Tā šķīdumos ir līdzsvars H 3 AsO 3 HAsO 2 + H 2 O. Arsēna skābe un tās sāļi (arsenīti) ir spēcīgi reducētāji:
HAsO 2 + I 2 + 2H 2 O ® H 3 AsO 4 + 2HI.
Arsēns reaģē ar halogēniem un sēru. AsCl 3 hlorīds ir bezkrāsains eļļains šķidrums, kas kūp gaisā; hidrolizēts ar ūdeni: AsCl 3 + 2H 2 O ® HAsO 2 + 3HCl. Ir zināmi AsBr 3 bromīds un AsI 3 jodīds, kas arī sadalās ar ūdeni. Arsēna reakcijās ar sēru veidojas dažāda sastāva sulfīdi - līdz Ar 2 S 5. Arsēna sulfīdi izšķīst sārmos, amonija sulfīda šķīdumā un koncentrētā slāpekļskābē, piemēram:
kā 2S3 + 6KOH® K3AsO3 + K3AsS3 + 3H2O,
2S3 + 3(NH4)2S® 2(NH4)3AsS3,
2S5 + 3(NH4)2S® 2(NH4)3AsS4,
Kā 2 S 5 + 40HNO 3 + 4H 2 O ® 6H 2 AsO 4 + 15H 2 SO 4 + 40NO.
Šajās reakcijās veidojas tioarsenīti un tioarsenāti - atbilstošo tioskābju sāļi (līdzīgi tiosulfurskābei).
Arsēna reakcijā ar aktīvajiem metāliem veidojas sāļiem līdzīgi arsenīdi, kurus hidrolizē ūdens.Īpaši ātri reakcija notiek skābā vidē, veidojoties arsīnam: Ca 3 As 2 + 6HCl ® 3CaCl 2 + 2AsH 3 . Zemu aktīvo metālu arsenīdiem - GaAs, InAs utt. ir dimantam līdzīgs atomu režģis. Arsīns ir bezkrāsaina, bez smaržas, ļoti indīga gāze, bet piemaisījumi piešķir tai ķiploku smaržu. Arsīns lēnām sadalās elementos jau istabas temperatūrā un ātri karsējot.
Arsēns veido daudzus organoarsēna savienojumus, piemēram, tetrametildiarsīnu (CH 3) 2 As–As(CH 3) 2. Vēl 1760. gadā Serves porcelāna fabrikas direktors Luiss Klods Kadets de Gasikorts, destilējot kālija acetātu ar arsēna(III) oksīdu, negaidīti saņēma kūpošu arsēnu saturošu šķidrumu ar pretīgu smaku, ko sauca par alarsīnu jeb Kadeta šķidrumu. Kā vēlāk tika noskaidrots, šis šķidrums saturēja pirmos iegūtos organiskos arsēna atvasinājumus: tā saukto kakodiloksīdu, kas radās reakcijas rezultātā.
4CH 3 COOK + As 2 O 3 ® (CH 3) 2 As–O–As(CH 3) 2 + 2K 2 CO 3 + 2CO 2 un dikakodils (CH 3) 2 As–As(CH 3) 2 . Kakodils (no grieķu “kakos” — slikts) bija viens no pirmajiem radikāļiem, kas atklāts organiskajos savienojumos.
1854. gadā Parīzes ķīmijas profesors Ogists Kaurs sintezēja trimetilarsīnu, metiljodīdam iedarbojoties uz nātrija arsenīdu: 3CH 3 I + AsNa 3 ® (CH 3) 3 As + 3NaI.
Pēc tam arsēna trihlorīds tika izmantots sintēzei, piemēram,
(CH 3) 2 Zn + 2AsCl 3 ® 2(CH 3) 3 As + 3ZnCl 2.
1882. gadā aromātiskos arsīnus ieguva, iedarbojoties metāliskajam nātrijam uz arilhalogenīdu un arsēna trihlorīda maisījumu: 3C 6 H 5 Cl + AsCl 3 + 6Na ® (C 6 H 5) 3 As + 6NaCl. Arsēna organisko atvasinājumu ķīmija visintensīvāk attīstījās 20. gadsimta 20. gados, kad dažiem no tiem bija pretmikrobu, kā arī kairinoša un tulznu iedarbība. Šobrīd ir sintezēti desmitiem tūkstošu organisko arsēna savienojumu.
Arsēna iegūšana.
Arsēnu iegūst galvenokārt kā vara, svina, cinka un kobalta rūdu pārstrādes blakusproduktu, kā arī zelta ieguves laikā. Dažas polimetāla rūdas satur līdz 12% arsēna. Karsējot šādas rūdas līdz 650–700°C gaisa trūkuma apstākļos, arsēns sublimējas, un, karsējot gaisā, veidojas gaistošs oksīds As 2 O 3 - “baltais arsēns”. Tas tiek kondensēts un karsēts ar akmeņoglēm, un arsēns tiek samazināts. Arsēna ražošana ir kaitīga ražošana. Iepriekš, kad vārdu “ekoloģija” zināja tikai šauri speciālisti, “baltais arsēns” izdalījās atmosfērā, kas nosēdās uz blakus esošajiem laukiem un mežiem. Arsēna ražotņu izplūdes gāzes satur no 20 līdz 250 mg/m 3 As 2 O 3, savukārt gaiss parasti satur aptuveni 0,00001 mg/m 3. Tiek uzskatīts, ka vidējā diennakts pieļaujamā arsēna koncentrācija gaisā ir tikai 0,003 mg/m3. Paradoksāli, bet arī šobrīd daudz spēcīgāk vidi piesārņo nevis arsēnu ražojošās rūpnīcas, bet gan krāsainās metalurģijas uzņēmumi un spēkstacijas, kas dedzina ogles. Grunts nogulsnēs pie vara kausēšanas iekārtām ir milzīgs daudzums arsēna – līdz 10 g/kg. Arsēns var iekļūt augsnē arī ar fosfora mēslošanas līdzekļiem.
Un vēl viens paradokss: viņi saņem vairāk arsēna nekā nepieciešams; Tas ir diezgan rets gadījums. Zviedrijā “nevajadzīgo” arsēnu pat bija spiesti aprakt dzelzsbetona konteineros dziļi pamestās raktuvēs.
Galvenais rūpnieciskais arsēna minerāls ir arsenopirīts FeAsS. Lielas vara-arsēna atradnes ir Gruzijā, Vidusāzijā un Kazahstānā, ASV, Zviedrijā, Norvēģijā un Japānā, arsēna-kobalta atradnes Kanādā, bet arsēna-alvas atradnes Bolīvijā un Anglijā. Turklāt zelta-arsēna atradnes ir zināmas ASV un Francijā. Krievijai ir daudz arsēna atradņu Jakutijā, Urālos, Sibīrijā, Aizbaikalijā un Čukotkā.
Arsēna noteikšana.
Kvalitatīva reakcija uz arsēnu ir dzeltenā sulfīda As 2 S 3 izgulsnēšanās no sālsskābes šķīdumiem. Pēdas nosaka pēc marta reakcijas jeb Guceita metodes: HgCl 2 samērcētas papīra sloksnes kļūst tumšākas arsīna klātbūtnē, kas sublimātu reducē dzīvsudrabā.
Pēdējās desmitgadēs ir izstrādātas dažādas jutīgas analītiskās metodes, kas var kvantitatīvi noteikt nelielas arsēna koncentrācijas, piemēram, dabiskajos ūdeņos. Tie ietver liesmas atomu absorbcijas spektrometriju, atomu emisijas spektrometriju, masas spektrometriju, atomu fluorescences spektrometriju, neitronu aktivācijas analīzi... Ja ūdenī ir ļoti maz arsēna, var būt nepieciešama paraugu iepriekšēja koncentrēšana. Izmantojot šādu koncentrāciju, Harkovas zinātnieku grupa no Ukrainas Nacionālās Zinātņu akadēmijas 1999. gadā izstrādāja ekstrakcijas rentgena fluorescences metodi arsēna (kā arī selēna) noteikšanai dzeramajā ūdenī ar jutību līdz 2,5–5 μg. /l.
Lai atsevišķi noteiktu As(III) un As(V) savienojumus, tos vispirms atdala vienu no otra, izmantojot labi zināmas ekstrakcijas un hromatogrāfijas metodes, kā arī izmantojot selektīvo hidrogenēšanu. Ekstrakciju parasti veic, izmantojot nātrija ditiokarbamātu vai amonija pirolidīna ditiokarbamātu. Šie savienojumi veido ūdenī nešķīstošus kompleksus ar As(III), kurus var ekstrahēt ar hloroformu. Pēc tam arsēnu var pārvērst atpakaļ ūdens fāzē, oksidējot ar slāpekļskābi. Otrajā paraugā arsenātu pārvērš arsenītā, izmantojot reducētāju, un pēc tam veic līdzīgu ekstrakciju. Tādā veidā tiek noteikts “kopējais arsēns”, un pēc tam, atņemot pirmo rezultātu no otrā, atsevišķi nosaka As(III) un As(V). Ja ūdenī ir organiskie arsēna savienojumi, tie parasti tiek pārveidoti par metildiodarsīnu CH 3 AsI 2 vai dimetiljodarsīnu (CH 3) 2 AsI, ko nosaka ar vienu vai otru hromatogrāfijas metodi. Tādējādi, izmantojot augstas izšķirtspējas šķidruma hromatogrāfiju, var noteikt vielas daudzumu nanogramos.
Daudzus arsēna savienojumus var analizēt, izmantojot tā saukto hidrīda metodi. Tas ietver selektīvu analizējamās vielas reducēšanu gaistošā arsīnā. Tādējādi neorganiskie arsenīti tiek reducēti līdz AsH 3 pie pH 5–7 un pie pH
Arī neitronu aktivizācijas metode ir jutīga. Tas sastāv no parauga apstarošanas ar neitroniem, savukārt 75 As kodoli uztver neitronus un pārveido par radionuklīdu 76 As, ko nosaka raksturīgā radioaktivitāte ar pussabrukšanas periodu 26 stundas. Tādā veidā paraugā var konstatēt līdz 10–10% arsēna, t.i. 1 mg uz 1000 tonnām vielas
Arsēna lietošana.
Aptuveni 97% iegūtā arsēna tiek izmantoti tā savienojumu veidā. Tīrs arsēns tiek izmantots reti. Katru gadu visā pasaulē tiek ražoti un izmantoti tikai daži simti tonnu arsēna metāla. 3% apmērā arsēns uzlabo gultņu sakausējumu kvalitāti. Arsēna piedevas svinam ievērojami palielina tā cietību, ko izmanto svina akumulatoru un kabeļu ražošanā. Nelielas arsēna piedevas palielina izturību pret koroziju un uzlabo vara un misiņa termiskās īpašības. Augsti attīrīts arsēns tiek izmantots pusvadītāju ierīču ražošanā, kurās tas ir leģēts ar silīciju vai germāniju. Arsēnu izmanto arī kā piedevu, kas “klasiskajiem” pusvadītājiem (Si, Ge) piešķir noteikta veida vadītspēju.
Arsēnu izmanto arī kā vērtīgu piedevu krāsainajā metalurģijā. Tādējādi svina pievienošana 0,2...1% As ievērojami palielina tā cietību. Jau sen ir novērots, ka, ja izkausētajam svinam pievieno nedaudz arsēna, tad, lejot šāvienu, tiek iegūtas pareizas sfēriskas formas bumbiņas. 0,15...0,45% arsēna pievienošana vara palielina tā stiepes izturību, cietību un izturību pret koroziju, strādājot gāzveida vidē. Turklāt arsēns palielina vara plūstamību liešanas laikā un atvieglo stiepļu vilkšanas procesu. Arsēnu pievieno dažu veidu bronzas, misiņa, babbitta un apdrukas sakausējumiem. Un tajā pašā laikā arsēns ļoti bieži kaitē metalurgiem. Tērauda un daudzu krāsaino metālu ražošanā tie apzināti sarežģī procesu, lai no metāla noņemtu visu arsēnu. Arsēna klātbūtne rūdā padara ražošanu kaitīgu. Kaitīgs divreiz: pirmkārt, cilvēka veselībai; otrkārt, metāliem - ievērojami arsēna piemaisījumi pasliktina gandrīz visu metālu un sakausējumu īpašības.
Plašāk tiek izmantoti dažādi arsēna savienojumi, kas ik gadu tiek saražoti desmitiem tūkstošu tonnu. Tā kā 2 O 3 oksīdu izmanto stikla ražošanā kā stikla balinātāju. Pat senie stikla meistari zināja, ka baltais arsēns padara stiklu “blāvu”, t.i. necaurspīdīgs. Tomēr nelieli šīs vielas papildinājumi, gluži pretēji, padara stiklu gaišāku. Arsēns joprojām ir iekļauts dažu glāžu sastāvā, piemēram, “Vīnes” stikls termometriem.
Arsēna savienojumus izmanto kā antiseptisku līdzekli, lai aizsargātu pret bojāšanos un saglabātu ādas, kažokādas un pildījumus, impregnētu koksni, kā arī kā sastāvdaļa pretapaugšanas krāsām kuģu dibenam. Šim nolūkam tiek izmantoti arsēna un arsēna skābju sāļi: Na 2 HAsO 4, PbHAsO 4, Ca 3 (AsO 3) 2 u.c. Arsēna atvasinājumu bioloģiskā aktivitāte ieinteresējusi veterinārārstus, agronomus, sanitārā un epidemioloģiskā dienesta speciālistus. Rezultātā parādījās arsēnu saturoši stimulanti mājlopu augšanai un produktivitātei, prettārpu līdzekļi un zāles jaunu dzīvnieku slimību profilaksei lopkopības fermās. Arsēna savienojumus (As 2 O 3, Ca 3 As 2, Na 3 As, Parīzes zaļumu) izmanto kukaiņu, grauzēju un nezāļu apkarošanai. Iepriekš šāda izmantošana bija plaši izplatīta, īpaši augļu koku, tabakas un kokvilnas plantācijās, mājlopu atbrīvošanai no utīm un blusām, mājputnu un cūku audzēšanas izaugsmes veicināšanai un kokvilnas žāvēšanai pirms ražas novākšanas. Pat senajā Ķīnā rīsu kultūras apstrādāja ar arsēna oksīdu, lai pasargātu tās no žurkām un sēnīšu slimībām un tādējādi palielinātu ražu. Un Dienvidvjetnamā amerikāņu karaspēks izmantoja kakodilskābi (Agent Blue) kā defoliantu. Tagad arsēna savienojumu toksicitātes dēļ to izmantošana lauksaimniecībā ir ierobežota.
Svarīgas arsēna savienojumu pielietošanas jomas ir pusvadītāju materiālu un mikroshēmu ražošana, optiskās šķiedras, monokristālu audzēšana lāzeriem un plēvju elektronika. Arsīna gāzi izmanto, lai pusvadītājos ievadītu nelielus, stingri dozētus šī elementa daudzumus. Gallija arsenīdus GaAs un indija InA izmanto diožu, tranzistoru un lāzeru ražošanā.
Arsēnu arī medicīnā izmanto ierobežoti. . Dažādu slimību diagnosticēšanai tiek izmantoti arsēna izotopi 72 As, 74 As un 76 As ar pētniecībai ērtiem pussabrukšanas periodiem (attiecīgi 26 stundas, 17,8 dienas un 26,3 stundas).
Iļja Lensons
| Kā | 33 |
Arsēns |
|||||||
| t o kip. (o C) | Pakāpju oksīds | +5 +3 -3 | |||||||
|
74,9215 |
t o peldēt (o C) | 817 (spiediens) | Blīvums | 5727 (pelēks) 4900 (melns) | |||||
| 4s 2 4p 3 | OEO | 2,11 | zemē mizu | 0,00017 % | |||||
Mūsu stāsts ir par elementu, kas nav īpaši izplatīts, bet diezgan plaši pazīstams; par elementu, kura īpašības ir nesaderīgas līdz nesaderībai. Ir arī grūti saskaņot lomas, kuras šis elements ir spēlējis un turpina spēlēt cilvēces dzīvē. Dažādos laikos, dažādos apstākļos, dažādās formās tas darbojas kā inde un kā dziedinošs līdzeklis, kā kaitīgi un bīstami rūpniecības atkritumi, kā visnoderīgāko, neaizstājamāko vielu sastāvdaļa. Tātad elements ar atomskaitli 33.
Vēsture abstraktos
Tā kā arsēns ir viens no elementiem, kura precīzs atklāšanas datums nav noteikts, mēs aprobežosimies ar dažu ticamu faktu norādīšanu:
arsēns ir zināms kopš seniem laikiem;
Dioskorida darbos (1. gs. p.m.ē.) ir pieminēta vielas kalcinēšana, ko tagad sauc par arsēna sulfīdu;
3.-4. gadsimtā fragmentārajos ierakstos, kas attiecināti uz Zozimu, ir minēts metāla arsēns; Grieķu rakstnieks Olympiodorus (5. gadsimts AD) aprakstīja baltā arsēna ražošanu, apdedzinot sulfīdu;
8. gadsimtā arābu alķīmiķis Gebers ieguva arsēna trioksīdu;
viduslaikos cilvēki sāka saskarties ar arsēna trioksīdu, apstrādājot arsēnu saturošas rūdas, un gāzveida As2O3 baltos dūmus sauca par rūdas dūmiem;
brīvā metāliskā arsēna ražošana tiek piedēvēta vācu alķīmiķim Albertam fon Bolstedam un datēta ar aptuveni 1250. gadu, lai gan grieķu un arābu alķīmiķi neapšaubāmi ieguva arsēnu (karsējot tā trioksīdu ar organiskām vielām) pirms Bolštedas;
1733. gadā tika pierādīts, ka baltais arsēns ir metāla arsēna oksīds;
1760. gadā francūzis Luiss Klods Kadets ieguva pirmo organisko arsēna savienojumu, kas pazīstams kā Cadet šķidrums jeb kakodiloksīds; šīs vielas formula ir [(CH3)2A]2O;
1775. gadā Karls Vilhelms Šēle ieguva arsēna skābi un arsēna ūdeņradi;
1789. gadā Antuāns Lorāns Lavuazjē atzina arsēnu par neatkarīgu ķīmisko elementu.
Elementārais arsēns ir sudrabaini pelēka vai alvas balta viela, svaigi sašķeltā veidā
metālisks spīdums. Bet gaisā tas ātri izgaist. Sildot virs 600°C, arsēns sublimējas bez kušanas, un zem 37 atm spiediena tas kūst 818°C. Arsēns ir vienīgais metāls, kura viršanas temperatūra normālā spiedienā ir zemāka par kušanas temperatūru.
Arsēns ir inde
Daudzu prātos vārdi “inde” un “arsēns” ir identiski. Tā tas notika vēsturiski. Ir stāsti par Kleopatras indēm. Locustas indes bija slavenas Romā. Inde bija arī izplatīts ierocis politisko un citu pretinieku likvidēšanai viduslaiku Itālijas republikās. Piemēram, Venēcijā indētājus turēja tiesā. Un gandrīz visu indu galvenā sastāvdaļa bija arsēns.
Krievijā Annas Ioannovnas valdīšanas laikā - 1733. gada janvārī - tika izdots likums, kas aizliedz privātpersonām pārdot "vitriolu un dzintara eļļu, stipru degvīnu, arsēnu un cilibuču". Likums bija ārkārtīgi stingrs un noteica: “Kas turpmāk sāks tirgoties ar arsēnu un citiem iepriekš minētajiem materiāliem un tiks ar to pieķerts vai par kuru tiks ziņots, tiks piemērots bargs sods un bez žēlastības tiks nosūtīts trimdā, tas pats var tikt nodarīts tiem, kas garām aptiekām un rātsnamiem, no kā viņi iegādāsies. Un, ja kāds, iegādājies šādus indīgus materiālus, nodarīs kaitējumu cilvēkiem, meklētie tiks ne tikai spīdzināti, bet arī tiks izpildīti ar nāvi, atkarībā no lietas svarīguma.
Gadsimtiem ilgi arsēna savienojumi ir piesaistījuši (un joprojām piesaista) farmaceitu, toksikologu un tiesu medicīnas zinātnieku uzmanību.
Kriminologi ir iemācījušies precīzi atpazīt saindēšanos ar arsēnu. Ja saindētu cilvēku kuņģos atrodami balti porcelānam līdzīgi graudi, tad pirmais, par ko rodas aizdomas, ir arsēna anhidrīds As2O3. Šos graudus kopā ar ogļu gabaliņiem ievieto stikla mēģenē, aizzīmogo un karsē. Ja mēģenē ir As2O3, tad uz caurules aukstajām daļām parādās pelēki melns spīdīgs metāliska arsēna gredzens.
Pēc atdzesēšanas caurules gals tiek nolauzts, ogleklis tiek noņemts un pelēki melnais gredzens tiek uzkarsēts. Šajā gadījumā gredzenu destilē līdz mēģenes brīvajam galam, iegūstot baltu arsēna anhidrīda pārklājumu. Šeit ir šādas reakcijas:
As2O3 + ZS == As2 + ZSO
vai
2As2O3 + ZS = 2AS2 + ZCO2;
2As2+3O2==2As2O3.
Iegūtais baltais pārklājums tiek novietots zem mikroskopa: pat pie neliela palielinājuma ir redzami raksturīgi spīdīgi kristāli oktaedru formā.
Arsēnam ir spēja ilgstoši pastāvēt vienā vietā. Tāpēc, veicot tiesu ķīmiskos pētījumus, uz laboratoriju tiek nogādāti augsnes paraugi, kas ņemti no sešām vietām netālu no apbedījuma vietas, kura varētu būt saindējusies, kā arī viņa apģērba daļas, rotaslietas, zārka dēļi.
Arsēna saindēšanās simptomi ir metāla garša mutē, vemšana un stipras sāpes vēderā. Vēlāk krampji, paralīze, nāve. Pazīstamākais un plašāk pieejamais pretlīdzeklis saindēšanās ar arsēnu gadījumā ir piens, precīzāk, galvenais piena proteīns kazeīns, kas ar arsēnu veido nešķīstošu savienojumu, kas neuzsūcas asinīs.
Arsēns neorganisko preparātu veidā ir nāvējošs 0,05-0,1 g devās, un tomēr arsēns atrodas visos augu un dzīvnieku organismos. (To tālajā 1838. gadā pierādīja franču zinātnieks Orfila.) Jūras augu un dzīvnieku organismi satur vidēji simttūkstošdaļas, saldūdens un sauszemes - miljonās procentus arsēna. Arsēna mikrodaļiņas absorbē arī cilvēka ķermeņa šūnas, elements Nr.33 ir atrodams asinīs, audos un orgānos; īpaši daudz tā ir aknās - no 2 līdz 12 mg uz 1 kg svara. Zinātnieki norāda, ka arsēna mikrodevas palielina organisma izturību pret kaitīgajiem mikrobiem.
Arsēns ir zāles
Ārsti norāda, ka zobu kariess ir mūsu laika visizplatītākā slimība. Ir grūti atrast cilvēku, kuram nav vismaz viens plombēts zobs. Slimība sākas ar zobu emaljas kaļķaino sāļu iznīcināšanu, un tad patogēnie mikrobi sāk savu nejauko biznesu. Izkļūstot cauri zoba novājinātajām bruņām, tie uzbrūk tā mīkstākajai iekšējai daļai. Veidojas “kariozais dobums”, un, ja šajā posmā palaimējas tikt pie zobārsta, no tā var tikt salīdzinoši viegli: kariesa dobums tiks iztīrīts un piepildīts ar plombējamo materiālu, un zobs paliks dzīvs. Bet, ja jūs laikus neapmeklējat ārstu, kariesa dobums sasniedz pulpu - audus, kas satur nervus, asinis un limfas asinsvadus. Sākas tās iekaisums, un tad ārsts, lai izvairītos no ļaunākā, nolemj nervu nogalināt. Tiek dota komanda: “arsēns!”, un uz instrumenta atsegtās mīkstuma tiek uzlikts pastas graudiņš adatas galviņas lielumā. Šajā pastā esošā arsēnskābe ātri izkliedējas mīkstumā (jūtamās sāpes nav nekas cits kā mirstošās mīkstuma “pēdējais kliedziens”), un pēc 24–48 stundām viss ir beidzies – zobs ir miris. Tagad ārsts var nesāpīgi noņemt mīkstumu un piepildīt celulozes kameru un sakņu kanālus ar antiseptisku pastu un aiztaisīt “caurumu”.
Arsēnu un tā savienojumus izmanto ne tikai zobārstniecībā. Pasaules slavu ieguva 606. vācu ārsta Pola Ērliha medikaments Salvarsan, kurš 20. gadsimta sākumā atklāja pirmos iedarbīgos līdzekļus cīņai ar luesu. Šī patiešām bija 606. Ērliha pārbaudītā arsēna narkotika. Šim dzeltenajam amorfajam pulverim sākotnēji tika piešķirta formula
Tikai 50. gados, kad salvarsānu vairs neizmantoja kā līdzekli pret luesu, malāriju un recidivējošu drudzi, padomju zinātnieks M. Ja. Krafts noteica tā patieso formulu. Izrādījās, ka salvarsānam ir polimēra struktūra
Lielums P atkarībā no ražošanas metodes tas var svārstīties no 8 līdz 40.
Salvarsan tika aizstāts ar citām arsēna zālēm, kas ir efektīvākas un mazāk toksiskas, jo īpaši tā atvasinājumi: novarsenols, miarsenols utt.
Daži neorganiskie arsēna savienojumi tiek izmantoti arī medicīnas praksē. Arsēna anhidrīds As2O3, kālija arsenīts KAsO2, nātrija ūdeņraža arsenāts Na2HAsO4. 7H2O (protams, minimālās devās) kavē oksidatīvos procesus organismā un uzlabo asinsradi. Tādas pašas vielas - kā ārējās - ir paredzētas dažām ādas slimībām. Proti, arsēnam un tā savienojumiem tiek piedēvēta dažu minerālūdeņu ārstnieciskā iedarbība.
Mēs uzskatām, ka sniegtie piemēri ir pietiekami, lai apstiprinātu šīs nodaļas nosaukumā ietverto tēzi.
Arsēns - iznīcināšanas ierocis
Atkal jāatgriežas pie elementa Nr.33 nāvējošajām īpašībām. Nav noslēpums, ka tas tika plaši izmantots un, iespējams, joprojām tiek izmantots ķīmisko ieroču ražošanā, kas ir ne mazāk noziedzīgi kā kodolieroči. Par to liecina Pirmā pasaules kara pieredze. Par to pašu liecina presē nopludinātā informācija par indīgo vielu lietošanu imperiālistisko valstu karaspēkā Abesīnijā (Itālija), Ķīnā (Japānā), Korejā un Dienvidvjetnamā (ASV).
Arsēna savienojumi ir iekļauti visās galvenajās zināmo ķīmisko kaujas vielu grupās (0B). Starp parasti indīgajiem 0B ir arsīns, arsēna ūdeņradis AsH3 (mēs garāmejot atzīmējam, ka trīsvērtīgā arsēna savienojumi ir toksiskāki nekā savienojumi, kuros arsēns ir piecvērtīgs). Šim indīgākajam no visiem arsēna savienojumiem pietiek pusstundu elpot gaisu, kura litrā ir 0,00005 g AsH3, lai pēc dažām dienām dotos uz nākamo pasauli. AsH3 koncentrācija 0,005g/l nogalina uzreiz. Tiek uzskatīts, ka AsH3 bioķīmiskais darbības mehānisms ir tāds, ka tā molekulas "bloķē" eritrocītu enzīma - katalāzes - molekulas; Sakarā ar to ūdeņraža peroksīds uzkrājas asinīs, iznīcinot asinis. Aktivētā ogle vāji absorbē arsīnu, tāpēc parasta gāzmaska nav aizsargs pret arsīnu.
Pirmā pasaules kara laikā bija mēģinājumi izmantot arsīnu, taču šīs vielas nepastāvība un nestabilitāte palīdzēja izvairīties no tās masveida lietošanas. Tagad diemžēl ir tehniskas iespējas ilglaicīgai teritorijas piesārņošanai ar arsīnu. Tas veidojas dažu metālu arsenīdu reakcijā ar ūdeni. Un paši arsenīdi ir bīstami cilvēkiem un dzīvniekiem, to pierādīja amerikāņu karaspēks Vjetnamā. . . Daudzu metālu arsenīdi arī jāklasificē kā vispārīgi aģenti.
Vēl viena liela toksisko vielu grupa – kairinātāji – gandrīz pilnībā sastāv no arsēna savienojumiem. Tās tipiskie pārstāvji ir difenilhloroarsīns (C6H5)2AsCl un difenilcianoarsīns (C6H5)2AsCN.
Šīs grupas vielas selektīvi iedarbojas uz gļotādu nervu galiem - galvenokārt augšējo elpceļu membrānām. Tas liek ķermenim refleksīvi atbrīvot kairinātāju šķaudot vai klepojot. Atšķirībā no asaru līdzekļiem šīs vielas pat vieglas saindēšanās gadījumos iedarbojas arī pēc tam, kad slimā persona ir izkļuvusi no saindētās atmosfēras. Dažu stundu laikā cilvēku satricina sāpīgs klepus, parādās sāpes krūtīs un galvā, un neviļus sāk tecēt asaras. Plus vemšana, elpas trūkums, baiļu sajūta; tas viss noved pie pilnīgas izsīkuma. Un turklāt šīs vielas izraisa vispārēju organisma saindēšanos."
Starp toksiskajām vielām ar pūslīšu iedarbību ir leizīts, kas reaģē ar enzīmu sulfhidril-SH grupām un izjauc daudzu bioķīmisko procesu gaitu. Uzsūcas caur ādu, leizīts izraisa vispārēju ķermeņa saindēšanos. Šis apstāklis savulaik izraisīja to, ka amerikāņi reklamēja leisītu ar nosaukumu “nāves rasa”.
Bet pietiek par to. Cilvēce dzīvo cerībā, ka toksiskās vielas, par kurām mēs runājām (un daudzas citas līdzīgas), nekad vairs netiks izmantotas.
Arsēns ir tehniskā progresa stimulators
Visdaudzsološākā arsēna pielietojuma joma neapšaubāmi ir pusvadītāju tehnoloģija. Īpašu nozīmi tajā ieguvuši gallija arsenīdi GaAs un indija InAs. Gallija arsenīds ir svarīgs arī jaunam elektronisko tehnoloģiju virzienam - optoelektronikai, kas radās 1963.-1965.gadā cietvielu fizikas, optikas un elektronikas krustpunktā. Tas pats materiāls palīdzēja izveidot pirmos pusvadītāju lāzerus.
Kāpēc arsenīdi izrādījās daudzsološi pusvadītāju tehnoloģijām? Lai atbildētu uz šo jautājumu, īsi atcerēsimies dažus pusvadītāju fizikas pamatjēdzienus: "valences josla", "joslas sprauga" un "vadīšanas josla".
Atšķirībā no brīvā elektrona, kuram var būt jebkura enerģija, elektronam, kas ir ierobežots ar atomu, var būt tikai noteiktas, precīzi noteiktas enerģijas vērtības. Enerģijas joslas veidojas no iespējamām elektronu enerģijas vērtībām atomā. Pateicoties labi zināmajam Pauli principam, elektronu skaits katrā zonā nevar pārsniegt noteiktu maksimumu. Ja zona ir tukša, tad tā dabiski nevar piedalīties vadītspējas veidošanā. Vadībā nepiedalās arī pilnībā piepildītas joslas elektroni: tā kā nav brīvu līmeņu, ārējais elektriskais lauks nevar izraisīt elektronu pārdali un tādējādi radīt elektrisko strāvu. Vadīšana iespējama tikai daļēji aizpildītā zonā. Tāpēc ķermeņi ar daļēji piepildītu zonu tiek klasificēti kā metāli, bet ķermeņi, kuru elektronisko stāvokļu enerģijas spektrs sastāv no piepildītām un tukšām zonām, tiek klasificēti kā dielektriķi vai pusvadītāji.
Atcerēsimies arī to, ka kristālos pilnībā aizpildītas joslas sauc par valences joslām, daļēji piepildītas un tukšas joslas sauc par vadītspējas joslām, un enerģijas intervāls (vai barjera) starp tām ir joslas sprauga.
Galvenā atšķirība starp dielektriķiem un pusvadītājiem ir tieši joslas sprauga: ja tās pārvarēšanai nepieciešama enerģija, kas lielāka par 3 elektronvoltiem, tad kristāls tiek klasificēts kā dielektriķis, un, ja mazāks, tas tiek klasificēts kā pusvadītājs.
Salīdzinājumā ar klasiskajiem IV grupas pusvadītājiem - germāniju un silīciju - III grupas elementu arsenīdiem ir divas priekšrocības. Joslu spraugu un lādiņnesēju kustīgumu tajos var mainīt plašākās robežās. Un jo mobilāki ir lādiņu nesēji, jo augstākās frekvencēs var darboties pusvadītāju ierīce. Bandgap platums tiek izvēlēts atkarībā no ierīces mērķa. Tādējādi taisngriežiem un pastiprinātājiem, kas paredzēti darbam paaugstinātā temperatūrā, tiek izmantots materiāls ar lielu joslas atstarpi, bet atdzesētiem infrasarkanā starojuma uztvērējiem tiek izmantots materiāls ar nelielu joslas atstarpi.
Gallija arsenīds ir ieguvis īpašu popularitāti, jo tam ir labas elektriskās īpašības, kuras tas saglabā plašā temperatūras diapazonā - no mīnus līdz plus 500 ° C. Salīdzinājumam norādām, ka indija arsenīds, kas pēc elektriskajām īpašībām nav zemāks par GaAs, sāk tās zaudēt istabas temperatūrā, germānija savienojumus - 70-80°, bet silīciju - 150-200°C.
Arsēnu izmanto arī kā piedevu, kas “klasiskajiem” pusvadītājiem (Si, Ge) piešķir noteikta veida vadītspēju (skat. rakstu “Germānium”). Šajā gadījumā pusvadītājā tiek izveidots tā sauktais pārejas slānis, un atkarībā no kristāla mērķa tas tiek leģēts tā, lai iegūtu slāni dažādos dziļumos. Kristālos, kas paredzēti diožu ražošanai, tas ir “paslēpts” dziļāk; ja saules baterijas ir izgatavotas no pusvadītāju kristāliem, tad pārejas slāņa dziļums nav lielāks par vienu mikronu.
Arsēnu izmanto kā vērtīgu piedevu krāsainajā metalurģijā. Tādējādi 0,2-l% As pievienošana svinam ievērojami palielina tā cietību. Skrotis, piemēram, vienmēr ir izgatavots no svina, kas sakausēts ar arsēnu - pretējā gadījumā nav iespējams iegūt stingri sfēriskas granulas.
0,15-0,45% arsēna pievienošana vara palielina tā stiepes izturību, cietību un izturību pret koroziju, strādājot gāzveida vidē. Turklāt arsēns palielina vara plūstamību liešanas laikā un atvieglo stiepļu vilkšanas procesu.
Arsēnu pievieno dažu veidu bronzas, misiņa, babbitta un apdrukas sakausējumiem.
Un tajā pašā laikā arsēns ļoti bieži kaitē metalurgiem. Tērauda un daudzu krāsaino metālu ražošanā tie apzināti sarežģī procesu, lai no metāla noņemtu visu arsēnu. Arsēna klātbūtne rūdā padara ražošanu kaitīgu. Kaitīgs divreiz:
pirmkārt, cilvēku veselībai un, otrkārt, metālam - būtiski arsēna piemaisījumi pasliktina gandrīz visu metālu un sakausējumu īpašības.
Šis ir elements Nr. 33, kam pelnīti ir slikta reputācija, taču tas daudzos gadījumos ir ļoti noderīgs.
* Abi vadītspējas veidi ir detalizēti apskatīti rakstā “Germānium”.
Notiek ielāde...