Was ist Arsen? Definition, Formel, Eigenschaften. Mendelejews Periodensystem der Elemente – Arsen Position des Elements im Periodensystem Arsen

Arsen (der Name kommt vom Wort „Maus“, das zum Ködern von Mäusen verwendet wird) ist das dreiunddreißigste Element des Periodensystems. Bezieht sich auf Halbmetalle. In Verbindung mit einer Säure bildet es keine Salze, da es eine säurebildende Substanz ist. Kann allotrope Modifikationen bilden. Arsen hat drei derzeit bekannte Kristallgitterstrukturen. Gelbes Arsen weist die Eigenschaften eines typischen Nichtmetalls auf, amorphes Arsen ist schwarz und das stabilste metallische Arsen ist grau. In der Natur kommt es am häufigsten in Form von Verbindungen vor, seltener in freier Form. Am häufigsten sind Verbindungen von Arsen mit Metallen (Arseniden) wie Arseneisen (Arsenopyrit, giftiger Pyrit) und Nickel (Kupfernickel, so genannt wegen seiner Ähnlichkeit mit Kupfererz). Arsen ist ein wenig aktives, wasserunlösliches Element und seine Verbindungen werden als schwerlösliche Stoffe eingestuft. Beim Erhitzen findet eine Oxidation des Arsens statt; bei Raumtemperatur verläuft diese Reaktion sehr langsam.

Bei allen Arsenverbindungen handelt es sich um sehr starke Giftstoffe, die sich nicht nur negativ auf den Magen-Darm-Trakt, sondern auch auf das Nervensystem auswirken. Die Geschichte kennt viele aufsehenerregende Vergiftungsfälle mit Arsen und seinen Derivaten. Arsenverbindungen wurden nicht nur im mittelalterlichen Frankreich als Gift verwendet, sie waren sogar im antiken Rom und Griechenland bekannt. Die Beliebtheit von Arsen als starkes Gift erklärt sich aus der Tatsache, dass es in Lebensmitteln kaum nachweisbar ist; es hat weder Geruch noch Geschmack. Beim Erhitzen entsteht Arsenoxid. Die Diagnose einer Arsenvergiftung ist ziemlich schwierig, da sie ähnliche Symptome wie verschiedene Krankheiten aufweist. Am häufigsten wird eine Arsenvergiftung mit Cholera verwechselt.

Wo wird Arsen verwendet?

Trotz ihrer Toxizität werden Arsenderivate nicht nur zur Bekämpfung von Mäusen und Ratten eingesetzt. Da reines Arsen eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist, wird es als Dotierstoff verwendet, der Halbleitern wie Germanium und Silizium die erforderliche Leitfähigkeit verleiht. In der Nichteisenmetallurgie wird Arsen als Zusatzstoff verwendet, der Legierungen Festigkeit, Härte und Korrosionsbeständigkeit in einer gasförmigen Umgebung verleiht. In der Glasherstellung wird es in geringen Mengen zum Aufhellen von Glas zugesetzt; darüber hinaus ist es Bestandteil des berühmten „Wiener Glases“. Nickelin wird zum Grünfärben von Glas verwendet. In der Gerbereiindustrie werden Arsensulfatverbindungen bei der Verarbeitung von Häuten zur Haarentfernung eingesetzt. Arsen ist Bestandteil von Lacken und Farben. In der holzverarbeitenden Industrie wird Arsen als Antiseptikum eingesetzt. In der Pyrotechnik wird „Griechisches Feuer“ aus Arsensulfidverbindungen hergestellt und zur Herstellung von Streichhölzern verwendet. Einige Arsenverbindungen werden als chemische Kampfstoffe eingesetzt. Die toxischen Eigenschaften von Arsen werden in der Zahnarztpraxis genutzt, um Zahnmark abzutöten. In der Medizin werden Arsenpräparate als Arzneimittel verwendet, die den Gesamttonus des Körpers erhöhen und eine Erhöhung der Anzahl roter Blutkörperchen stimulieren. Arsen hat eine hemmende Wirkung auf die Bildung von Leukozyten und wird daher zur Behandlung einiger Formen von Leukämie eingesetzt. Es ist eine Vielzahl medizinischer Präparate auf Arsenbasis bekannt, die jedoch in letzter Zeit nach und nach durch weniger toxische Medikamente ersetzt werden.

Trotz seiner Toxizität ist Arsen eines der wesentlichsten Elemente. Bei der Arbeit mit seinen Verbindungen müssen Sie Sicherheitsregeln einhalten, um unerwünschte Folgen zu vermeiden.

Arsen ist ein chemisches Element der Stickstoffgruppe (Gruppe 15 des Periodensystems). Dies ist eine graue, metallische, spröde Substanz (α-Arsen) mit einem rhomboedrischen Kristallgitter. Beim Erhitzen auf 600 °C sublimiert As. Beim Abkühlen des Dampfes entsteht eine neue Modifikation – gelbes Arsen. Oberhalb von 270 °C wandeln sich alle Formen von As in schwarzes Arsen um.

Geschichte der Entdeckung

Was Arsen ist, wusste man schon lange bevor man es als chemisches Element erkannte. Im 4. Jahrhundert. Chr e. Aristoteles erwähnte eine Substanz namens Sandarac, von der man heute annimmt, dass sie Realgar oder Arsensulfid war. Und im 1. Jahrhundert n. Chr. e. Die Schriftsteller Plinius der Ältere und Pedanius Dioskurides beschrieben Orpiment – ​​den Farbstoff As 2 S 3. Im 11. Jahrhundert N. e. Es gab drei Sorten von „Arsen“: Weiß (As 4 O 6), Gelb (As 2 S 3) und Rot (As 4 S 4). Das Element selbst wurde wahrscheinlich erstmals im 13. Jahrhundert von Albertus Magnus isoliert, der das Auftreten einer metallähnlichen Substanz feststellte, als Arsenicum, ein anderer Name für As 2 S 3, mit Seife erhitzt wurde. Es gibt jedoch keine Gewissheit, dass dieser Naturwissenschaftler reines Arsen erhalten hat. Der erste authentische Beweis für reine Isolation stammt aus dem Jahr 1649. Der deutsche Apotheker Johann Schröder stellte Arsen her, indem er sein Oxid in Gegenwart von Kohle erhitzte. Später beobachtete Nicolas Lemery, ein französischer Arzt und Chemiker, die Bildung dieses chemischen Elements durch Erhitzen einer Mischung aus seinem Oxid, Seife und Kali. Bereits zu Beginn des 18. Jahrhunderts war Arsen als einzigartiges Halbmetall bekannt.

Häufigkeit

In der Erdkruste ist die Konzentration von Arsen gering und beträgt 1,5 ppm. Es kommt in Böden und Mineralien vor und kann durch Wind- und Wassererosion in die Luft, das Wasser und den Boden gelangen. Darüber hinaus gelangt das Element aus anderen Quellen in die Atmosphäre. Durch Vulkanausbrüche werden jährlich etwa 3.000 Tonnen Arsen in die Luft freigesetzt, Mikroorganismen produzieren 20.000 Tonnen flüchtiges Methylarsin pro Jahr und durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe werden im Laufe des Jahres 80.000 Tonnen Arsen freigesetzt Gleiche Periode.

Obwohl As ein tödliches Gift ist, ist es ein wichtiger Bestandteil der Ernährung einiger Tiere und möglicherweise auch des Menschen, obwohl die erforderliche Dosis 0,01 mg/Tag nicht überschreitet.

Es ist äußerst schwierig, Arsen in einen wasserlöslichen oder flüchtigen Zustand zu überführen. Da es sich um eine hohe Mobilität handelt, können große Konzentrationen des Stoffes nicht an einem Ort auftreten. Einerseits ist das eine gute Sache, andererseits wird die Arsenverunreinigung aufgrund der leichten Ausbreitung zu einem immer größeren Problem. Aufgrund menschlicher Aktivitäten, hauptsächlich durch Bergbau und Verhüttung, wandert das normalerweise unbewegliche chemische Element und kann nun an anderen Orten als seiner natürlichen Konzentration gefunden werden.

Die Menge an Arsen in der Erdkruste beträgt etwa 5 g pro Tonne. Im Weltraum wird seine Konzentration auf 4 Atome pro Million Siliziumatome geschätzt. Dieses Element ist weit verbreitet. Eine kleine Menge davon ist im Heimatstaat vorhanden. In der Regel werden Arsenbildungen mit einer Reinheit von 90–98 % zusammen mit Metallen wie Antimon und Silber gefunden. Der Großteil davon ist jedoch in mehr als 150 verschiedenen Mineralien enthalten – Sulfiden, Arseniden, Sulfoarseniden und Arseniten. Arsenopyrit FeAsS ist eines der häufigsten As-haltigen Mineralien. Weitere häufig vorkommende Arsenverbindungen sind die Mineralien Realgar As 4 S 4, Orpiment As 2 S 3, Lellingit FeAs 2 und Enargit Cu 3 AsS 4. Arsenoxid kommt ebenfalls häufig vor. Der größte Teil dieser Substanz ist ein Nebenprodukt beim Schmelzen von Kupfer-, Blei-, Kobalt- und Golderzen.

In der Natur gibt es nur ein stabiles Arsenisotop – 75 As. Unter den künstlichen radioaktiven Isotopen sticht 76 As mit einer Halbwertszeit von 26,4 Stunden hervor. Arsen-72, -74 und -76 werden in der medizinischen Diagnostik eingesetzt.

Industrielle Produktion und Anwendung

Metallisches Arsen wird durch Erhitzen von Arsenopyrit auf 650–700 °C ohne Luftzutritt gewonnen. Wenn Arsenopyrit und andere Metallerze mit Sauerstoff erhitzt werden, verbindet sich As leicht damit und bildet leicht sublimierbares As 4 O 6, auch bekannt als „weißes Arsen“. Der Oxiddampf wird gesammelt und kondensiert und später durch wiederholte Sublimation gereinigt. Das meiste As entsteht durch Reduktion mit Kohlenstoff aus dem so gewonnenen weißen Arsen.

Der weltweite Verbrauch von Arsenmetall ist relativ gering – nur einige hundert Tonnen pro Jahr. Das meiste, was konsumiert wird, kommt aus Schweden. Aufgrund seiner metalloiden Eigenschaften wird es in der Metallurgie verwendet. Bei der Herstellung von Bleischrot wird etwa 1 % Arsen verwendet, da es die Rundheit des geschmolzenen Tropfens verbessert. Die Eigenschaften bleibasierter Lagerlegierungen verbessern sich sowohl thermisch als auch mechanisch, wenn sie etwa 3 % Arsen enthalten. Das Vorhandensein kleiner Mengen dieses chemischen Elements in Bleilegierungen härtet sie für den Einsatz in Batterien und Kabelpanzerungen. Kleine Arsenverunreinigungen erhöhen die Korrosionsbeständigkeit und die thermischen Eigenschaften von Kupfer und Messing. In seiner reinen Form wird das chemische Element As zur Bronzebeschichtung und in der Pyrotechnik verwendet. Hochreines Arsen findet Anwendung in der Halbleitertechnologie, wo es zusammen mit Silizium und Germanium sowie in Form von Galliumarsenid (GaAs) in Dioden, Lasern und Transistoren verwendet wird.

Als Verbindungen

Da die Wertigkeit von Arsen 3 und 5 beträgt und es einen Oxidationsstufenbereich von -3 bis +5 aufweist, kann das Element verschiedene Arten von Verbindungen bilden. Seine kommerziell wichtigsten Formen sind As 4 O 6 und As 2 O 5 . Arsenoxid, allgemein bekannt als weißes Arsen, ist ein Nebenprodukt beim Rösten von Kupfer-, Blei- und einigen anderen Metallerzen sowie von Arsenopyrit- und Sulfiderzen. Es ist das Ausgangsmaterial für die meisten anderen Verbindungen. Es wird auch in Pestiziden, als Entfärbungsmittel bei der Glasherstellung und als Konservierungsmittel für Leder verwendet. Arsenpentoxid entsteht, wenn weißes Arsen einem Oxidationsmittel (z. B. Salpetersäure) ausgesetzt wird. Es ist der Hauptbestandteil von Insektiziden, Herbiziden und Metallklebstoffen.

Arsin (AsH 3), ein farbloses giftiges Gas aus Arsen und Wasserstoff, ist eine weitere bekannte Substanz. Der auch Arsenwasserstoff genannte Stoff wird durch Hydrolyse von Metallarseniden und Reduktion von Metallen aus Arsenverbindungen in sauren Lösungen gewonnen. Es wird als Dotierstoff in Halbleitern und als chemischer Kampfstoff eingesetzt. In der Landwirtschaft sind Arsensäure (H 3 AsO 4), Bleiarsenat (PbHAsO 4) und Calciumarsenat [Ca 3 (AsO 4) 2] von großer Bedeutung, die zur Bodensterilisation und Schädlingsbekämpfung eingesetzt werden.

Arsen ist ein chemisches Element, das viele organische Verbindungen bildet. Cacodyne (CH 3) 2 As−As(CH 3) 2 wird beispielsweise bei der Herstellung des weit verbreiteten Trockenmittels (Trocknungsmittel) Cacodylsäure verwendet. Komplexe organische Verbindungen des Elements werden zur Behandlung bestimmter Krankheiten eingesetzt, beispielsweise der durch Mikroorganismen verursachten Amöbenruhr.

Physikalische Eigenschaften

Was ist Arsen hinsichtlich seiner physikalischen Eigenschaften? Im stabilsten Zustand ist es ein spröder, stahlgrauer Feststoff mit geringer thermischer und elektrischer Leitfähigkeit. Obwohl einige Formen von As metallähnlich sind, ist die Klassifizierung als Nichtmetall eine genauere Charakterisierung von Arsen. Es gibt andere Formen von Arsen, die jedoch nicht sehr gut untersucht sind, insbesondere die gelbe metastabile Form, die aus As 4 -Molekülen wie weißem Phosphor P 4 besteht. Arsen sublimiert bei einer Temperatur von 613 °C und liegt in Form von Dampf als As-4-Moleküle vor, die erst bei einer Temperatur von etwa 800 °C dissoziieren. Die vollständige Dissoziation in As 2-Moleküle erfolgt bei 1700 °C.

Atomstruktur und Fähigkeit zur Bildung von Bindungen

Die elektronische Formel von Arsen – 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 3 – ähnelt Stickstoff und Phosphor darin, dass sich in der äußeren Schale fünf Elektronen befinden, unterscheidet sich jedoch von ihnen durch 18 Elektronen in der vorletzten Schale statt zwei oder acht. Das Hinzufügen von 10 positiven Ladungen zum Kern bei gleichzeitiger Füllung der fünf 3D-Orbitale führt häufig zu einer Gesamtabnahme der Elektronenwolke und einem Anstieg der Elektronegativität der Elemente. Arsen im Periodensystem kann mit anderen Gruppen verglichen werden, die dieses Muster deutlich zeigen. Es ist beispielsweise allgemein anerkannt, dass Zink elektronegativer ist als Magnesium und Gallium als Aluminium. In den folgenden Gruppen verringert sich dieser Unterschied jedoch, und viele sind sich nicht einig, dass Germanium elektronegativer als Silizium ist, trotz der Fülle chemischer Beweise. Ein ähnlicher Übergang von der 8- zur 18-Elemente-Hülle von Phosphor zu Arsen könnte die Elektronegativität erhöhen, aber dies bleibt umstritten.

Die Ähnlichkeit der äußeren Hülle von As und P legt nahe, dass sie in Gegenwart eines zusätzlichen ungebundenen Elektronenpaars 3 pro Atom bilden können. Die Oxidationsstufe muss daher je nach relativer gegenseitiger Elektronegativität +3 oder -3 sein. Die Struktur von Arsen legt auch die Möglichkeit nahe, das äußere d-Orbital zur Erweiterung des Oktetts zu nutzen, wodurch das Element 5 Bindungen bilden kann. Dies wird nur bei der Reaktion mit Fluor realisiert. Das Vorhandensein eines freien Elektronenpaares zur Bildung komplexer Verbindungen (durch Elektronenabgabe) ist im As-Atom deutlich weniger ausgeprägt als in Phosphor und Stickstoff.

Arsen ist in trockener Luft stabil, verwandelt sich in feuchter Luft jedoch in schwarzes Oxid. Seine Dämpfe verbrennen leicht und bilden As 2 O 3. Was ist freies Arsen? Es ist praktisch unempfindlich gegenüber Wasser, Laugen und nicht oxidierenden Säuren, wird jedoch durch Salpetersäure bis zu einem Zustand von +5 oxidiert. Halogene und Schwefel reagieren mit Arsen und viele Metalle bilden Arsenide.

Analytische Chemie

Der Stoff Arsen kann qualitativ in Form von gelbem Pigment nachgewiesen werden, das unter dem Einfluss einer 25%igen Salzsäurelösung ausfällt. Spuren von As werden typischerweise durch die Umwandlung in Arsin bestimmt, das mit dem Marsh-Test nachgewiesen werden kann. Arsin zersetzt sich thermisch und bildet in einem engen Rohr einen schwarzen Arsenspiegel. Nach der Gutzeit-Methode verdunkelt sich eine mit Arsin imprägnierte Probe durch die Freisetzung von Quecksilber.

Toxikologische Eigenschaften von Arsen

Die Toxizität des Elements und seiner Derivate variiert stark, vom extrem giftigen Arsin und seinen organischen Derivaten bis hin zu einfach As, das relativ inert ist. Was Arsen ist, wird durch die Verwendung seiner organischen Verbindungen als chemische Kampfstoffe (Lewisit), Blähungsmittel und Entlaubungsmittel (Agent Blue basierend auf einer wässrigen Mischung aus 5 % Cacodylinsäure und 26 % ihres Natriumsalzes) belegt.

Im Allgemeinen reizen Derivate dieses chemischen Elements die Haut und verursachen Dermatitis. Ein Schutz vor dem Einatmen von arsenhaltigem Staub wird ebenfalls empfohlen, die meisten Vergiftungen erfolgen jedoch durch Verschlucken. Die maximal zulässige As-Konzentration im Staub an einem achtstündigen Arbeitstag beträgt 0,5 mg/m 3 . Bei Arsenwasserstoff wird die Dosis auf 0,05 ppm reduziert. Neben der Verwendung von Verbindungen dieses chemischen Elements als Herbizide und Pestizide ermöglichte der Einsatz von Arsen in der Pharmakologie die Gewinnung von Salvarsan, dem ersten erfolgreichen Medikament gegen Syphilis.

Auswirkungen auf die Gesundheit

Arsen ist eines der giftigsten Elemente. Anorganische Verbindungen dieser Chemikalie kommen in der Natur in geringen Mengen vor. Menschen können über Nahrung, Wasser und Luft Arsen ausgesetzt werden. Eine Exposition kann auch durch Hautkontakt mit kontaminiertem Boden oder Wasser erfolgen.

Menschen, die damit arbeiten, in Häusern leben, die aus damit behandeltem Holz gebaut wurden, und auf landwirtschaftlichen Flächen, auf denen in der Vergangenheit Pestizide eingesetzt wurden, sind ebenfalls anfällig für die Exposition.

Anorganisches Arsen kann beim Menschen eine Vielzahl von gesundheitlichen Auswirkungen haben, wie z. B. Magen- und Darmreizungen, verminderte Produktion roter und weißer Blutkörperchen, Hautveränderungen und Lungenreizungen. Es wird vermutet, dass die Einnahme erheblicher Mengen dieser Substanz das Risiko für die Entwicklung von Krebs, insbesondere von Haut-, Lungen-, Leber- und Lymphsystemkrebs, erhöhen kann.

Sehr hohe Konzentrationen an anorganischem Arsen führen bei Frauen zu Unfruchtbarkeit und Fehlgeburten, Dermatitis, verminderter Widerstandskraft des Körpers gegen Infektionen, Herzproblemen und Hirnschäden. Darüber hinaus kann dieses chemische Element die DNA schädigen.

Die tödliche Dosis von weißem Arsen beträgt 100 mg.

Organische Verbindungen des Elements verursachen keinen Krebs oder schädigen den genetischen Code, hohe Dosen können jedoch die menschliche Gesundheit schädigen und beispielsweise Nervenstörungen oder Bauchschmerzen verursachen.

Eigenschaften als

Die wichtigsten chemischen und physikalischen Eigenschaften von Arsen sind folgende:

• Die Ordnungszahl ist 33.
• Atomgewicht - 74,9216.
• Der Schmelzpunkt der grauen Form beträgt 814 °C bei einem Druck von 36 Atmosphären.
• Die Dichte der grauen Form beträgt 5,73 g/cm 3 bei 14 °C.
• Die Dichte der gelben Form beträgt 2,03 g/cm 3 bei 18 °C.
• Die elektronische Formel von Arsen lautet 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 3.
• Oxidationsstufen - -3, +3, +5.
• Die Wertigkeit von Arsen beträgt 3,5.

Arsen ist ein chemisches Element der Gruppe 5 der 4. Periode des Periodensystems mit der Ordnungszahl 33. Es ist ein sprödes Halbmetall von stahlfarbener Farbe mit grünlicher Tönung. Heute werden wir uns genauer ansehen, was Arsen ist, und uns mit den grundlegenden Eigenschaften dieses Elements vertraut machen.

allgemeine Charakteristiken

Die Einzigartigkeit von Arsen liegt darin, dass es buchstäblich überall vorkommt – in Gesteinen, Wasser, Mineralien, Böden, Flora und Fauna. Daher wird es oft als nichts Geringeres als das allgegenwärtige Element bezeichnet. Arsen ist in allen geografischen Regionen der Erde ungehindert verteilt. Der Grund dafür ist die Flüchtigkeit und Löslichkeit seiner Verbindungen.

Der Name des Elements ist mit seiner Verwendung zur Ausrottung von Nagetieren verbunden. Das lateinische Wort Arsenicum (Arsenformel im Periodensystem lautet As) leitet sich vom griechischen Arsen ab und bedeutet „stark“ oder „mächtig“.

Der Körper eines durchschnittlichen Erwachsenen enthält etwa 15 mg dieses Elements. Es ist hauptsächlich im Dünndarm, in der Leber, in der Lunge und im Epithel konzentriert. Die Aufnahme der Substanz erfolgt durch Magen und Darm. Antagonisten von Arsen sind Schwefel, Phosphor, Selen, einige Aminosäuren sowie die Vitamine E und C. Das Element selbst beeinträchtigt die Aufnahme von Zink, Selen sowie den Vitaminen A, C, B9 und E.

Wie viele andere Stoffe kann Arsen sowohl ein Gift als auch ein Medikament sein, es kommt auf die Dosis an.

Zu den nützlichen Funktionen eines Elements wie Arsen gehören:

1. Stimulierung der Aufnahme von Stickstoff und Phosphor.
2. Verbesserung der Hämatopoese.
3. Wechselwirkung mit Cystein, Proteinen und Liponsäure.
4. Abschwächung oxidativer Prozesse.

Der tägliche Bedarf an Arsen für einen Erwachsenen liegt zwischen 30 und 100 µg.

Historische Referenz

Eine der Stufen der menschlichen Entwicklung wird „Bronze“ genannt, da die Menschen in dieser Zeit Steinwaffen durch Bronzewaffen ersetzten. Dieses Metall ist eine Legierung aus Zinn und Kupfer. Beim Schmelzen von Bronze verwendeten Handwerker einst versehentlich Verwitterungsprodukte des Kupfer-Arsen-Sulfid-Minerals anstelle von Kupfererz. Die resultierende Legierung ließ sich leicht gießen und hervorragend schmieden. Damals wusste noch niemand, was Arsen ist, doch für die Herstellung hochwertiger Bronze wurden gezielt Vorkommen seiner Mineralien gesucht. Im Laufe der Zeit wurde diese Technologie aufgegeben, offenbar aufgrund der Tatsache, dass es bei ihrer Verwendung häufig zu Vergiftungen kam.

Im alten China verwendeten sie ein hartes Mineral namens Realgar (As 4 S 4). Es wurde zur Steinmetzarbeit verwendet. Da sich Realgar unter dem Einfluss von Temperatur und Licht in eine andere Substanz verwandelte – als 2 S 3 –, wurde es ebenfalls bald aufgegeben.

Im 1. Jahrhundert v. Chr. beschrieb der römische Wissenschaftler Plinius der Ältere zusammen mit dem Botaniker und Arzt Dioskurides das Arsenmineral namens Orpiment. Sein Name wird aus dem Lateinischen als „goldene Farbe“ übersetzt. Die Substanz wurde als gelber Farbstoff verwendet.

Im Mittelalter klassifizierten Alchemisten drei Formen des Elements: Gelb (As 2 S 3 Sulfid), Rot (As 4 S 4 Sulfid) und Weiß (As 2 O 3 Oxid). Im 13. Jahrhundert erhielten Alchemisten durch Erhitzen von gelbem Arsen mit Seife eine metallähnliche Substanz. Höchstwahrscheinlich war es das erste Beispiel eines künstlich gewonnenen reinen Elements.

Was Arsen in seiner reinen Form ist, wurde Anfang des 17. Jahrhunderts entdeckt. Dies geschah, als Johann Schröder dieses Element isolierte, indem er das Oxid mit Holzkohle reduzierte. Einige Jahre später gelang es dem französischen Chemiker Nicolas Lemery, die Substanz durch Erhitzen ihres Oxids in einer Mischung mit Seife und Kali zu gewinnen. Im nächsten Jahrhundert war Arsen bereits als Halbmetall bekannt.

Chemische Eigenschaften

Im Periodensystem von Mendelejew steht das chemische Element Arsen in der fünften Gruppe und gehört zur Familie der Stickstoffe. Unter natürlichen Bedingungen ist es das einzige stabile Nuklid. Mehr als zehn radioaktive Isotope des Stoffes werden künstlich hergestellt. Ihre Halbwertszeit ist ziemlich breit – von 2-3 Minuten bis zu mehreren Monaten.

Obwohl Arsen manchmal als Metall bezeichnet wird, handelt es sich eher um ein Nichtmetall. In Verbindung mit Säuren bildet es keine Salze, sondern ist selbst ein säurebildender Stoff. Aus diesem Grund wird das Element als Halbmetall bezeichnet.

Arsen kommt wie Phosphor in verschiedenen allotropen Konfigurationen vor. Eines davon, graues Arsen, ist eine spröde Substanz, die beim Zerbrechen einen metallischen Glanz aufweist. Die elektrische Leitfähigkeit dieses Halbmetalls ist 17-mal geringer als die von Kupfer, aber 3,6-mal höher als die von Quecksilber. Mit steigender Temperatur nimmt sie ab, was typisch für typische Metalle ist.

Durch schnelles Abkühlen von Arsendampf auf die Temperatur von flüssigem Stickstoff (-196 °C) kann eine weiche gelbliche Substanz erhalten werden, die gelbem Phosphor ähnelt. Wenn gelbes Arsen erhitzt und ultraviolettem Licht ausgesetzt wird, wird es sofort grau. Die Reaktion geht mit der Freisetzung von Wärme einher. Wenn Dämpfe in einer inerten Atmosphäre kondensieren, entsteht eine andere Form von Materie – amorph. Fällt Arsendampf aus, bildet sich auf dem Glas ein Spiegelfilm.

Die äußere Elektronenhülle dieser Substanz hat die gleiche Struktur wie Phosphor und Stickstoff. Arsen bildet wie Phosphor drei kovalente Bindungen. In trockener Luft hat es eine stabile Form, mit zunehmender Luftfeuchtigkeit wird es matt und mit einem schwarzen Oxidfilm bedeckt. Beim Entzünden des Dampfes verbrennen die Stoffe mit blauer Flamme.

Da Arsen inert ist, wird es nicht von Wasser, Laugen und Säuren angegriffen, die keine oxidierenden Eigenschaften haben. Wenn ein Stoff mit verdünnter Salpetersäure in Kontakt kommt, entsteht Orthoarsensäure, mit konzentrierter Säure entsteht Orthoarsensäure. Arsen reagiert auch mit Schwefel und bildet Sulfide unterschiedlicher Zusammensetzung.

In der Natur sein

Unter natürlichen Bedingungen kommt ein chemisches Element wie Arsen häufig in Verbindungen mit Kupfer, Nickel, Kobalt und Eisen vor.

Die Zusammensetzung der Mineralien, die der Stoff bildet, ist auf seine halbmetallischen Eigenschaften zurückzuführen. Bis heute sind mehr als 200 Mineralien dieses Elements bekannt. Da Arsen in negativen und positiven Oxidationsstufen vorliegen kann, interagiert es leicht mit vielen anderen Substanzen. Bei der positiven Oxidation von Arsen fungiert es als Metall (in Sulfiden) und bei der negativen Oxidation als Nichtmetall (in Arseniden). Mineralien, die dieses Element enthalten, haben eine ziemlich komplexe Zusammensetzung. In einem Kristallgitter kann ein Halbmetall Atome von Schwefel, Antimon und Metallen ersetzen.

Aus kompositorischer Sicht gehören viele Metallverbindungen mit Arsen eher nicht zu den Arseniden, sondern zu intermetallischen Verbindungen. Einige von ihnen zeichnen sich durch einen variablen Inhalt des Hauptelements aus. Arsenide können gleichzeitig mehrere Metalle enthalten, deren Atome sich bei engen Ionenradien gegenseitig ersetzen können. Alle als Arsenide klassifizierten Mineralien haben einen metallischen Glanz, sind undurchsichtig, schwer und haltbar. Unter den natürlichen Arseniden (insgesamt gibt es etwa 25) sind folgende Mineralien zu nennen: Skutterudit, Rammelsbreggit, Nickelin, Lellingrit, Clinosafflorit und andere.

Aus chemischer Sicht interessant sind jene Mineralien, in denen Arsen gleichzeitig mit Schwefel vorhanden ist und die Rolle eines Metalls spielt. Sie haben eine sehr komplexe Struktur.

Natürliche Salze der Arsensäure (Arsenate) können verschiedene Farben haben: Erythritol - Kobalt; Simplesit, Annabergit und Scorid sind grün und Rooseveltit, Kettigit und Gernessit sind farblos.

Hinsichtlich seiner chemischen Eigenschaften ist Arsen recht inert, sodass es in seinem ursprünglichen Zustand in Form von zusammengewachsenen Würfeln und Nadeln vorkommt. Der Gehalt an Verunreinigungen im Nugget beträgt nicht mehr als 15 %.

Im Boden liegt der Arsengehalt zwischen 0,1 und 40 mg/kg. In Vulkangebieten und Orten, an denen Arsenerz vorkommt, kann dieser Wert bis zu 8 g/kg erreichen. An solchen Orten sterben Pflanzen und Tiere werden krank. Ein ähnliches Problem ist typisch für Steppen und Wüsten, wo das Element nicht aus dem Boden ausgewaschen wird. Tongesteine ​​gelten als angereichert, da sie viermal mehr Arsen enthalten als gewöhnliche Gesteine.

Wenn eine reine Substanz durch den Prozess der Biomethylierung in eine flüchtige Verbindung umgewandelt wird, kann sie nicht nur durch Wasser, sondern auch durch Wind aus dem Boden transportiert werden. In normalen Gebieten beträgt die Arsenkonzentration in der Luft durchschnittlich 0,01 μg/m 3 . In Industriegebieten, in denen Fabriken und Kraftwerke betrieben werden, kann dieser Wert 1 μg/m3 erreichen.

Mineralwasser kann einen mäßigen Anteil an Arsen enthalten. In medizinischen Mineralwässern sollte die Arsenkonzentration nach allgemein anerkannten Standards 70 µg/l nicht überschreiten. Hierbei ist zu beachten, dass es auch bei höheren Raten nur bei regelmäßigem Verzehr dieses Wassers zu Vergiftungen kommen kann.

In natürlichen Gewässern kommt das Element in verschiedenen Formen und Verbindungen vor. Dreiwertiges Arsen ist beispielsweise viel giftiger als fünfwertiges Arsen.

Gewinnung von Arsen

Das Element entsteht als Nebenprodukt bei der Verarbeitung von Blei-, Zink-, Kupfer- und Kobalt-Erzen sowie beim Goldabbau. In einigen polymetallischen Erzen kann der Arsengehalt bis zu 12 % erreichen. Beim Erhitzen auf 700 °C kommt es zur Sublimation – dem Übergang eines Stoffes vom festen in den gasförmigen Zustand unter Umgehung des flüssigen Zustands. Eine wichtige Voraussetzung für den Ablauf dieses Prozesses ist die Abwesenheit von Luft. Wenn Arsenerze an der Luft erhitzt werden, entsteht ein flüchtiges Oxid, das sogenannte „weiße Arsen“. Durch Kondensation mit Kohle wird reines Arsen zurückgewonnen.

Die Formel zum Erhalten eines Elements lautet wie folgt:

• 2As 2 S 3 +9O 2 =6SO 2 +2As 2 O 3;
• Als 2 O 3 +3C=2As+3CO.

Der Arsenabbau ist eine gefährliche Industrie. Paradox ist die Tatsache, dass die größte Umweltverschmutzung durch dieses Element nicht in der Nähe der Unternehmen auftritt, die es produzieren, sondern in der Nähe von Kraftwerken und Nichteisenmetallurgiewerken.

Ein weiteres Paradoxon besteht darin, dass die Produktionsmenge an metallischem Arsen den Bedarf dafür übersteigt. Dies kommt im Metallbergbau sehr selten vor. Überschüssiges Arsen muss durch das Vergraben von Metallbehältern in alten Minen entsorgt werden.

Die größten Vorkommen an Arsenerzen konzentrieren sich auf folgende Länder:

1. Kupfer-Arsen – USA, Georgien, Japan, Schweden, Norwegen und zentralasiatische Staaten.
2. Gold-Arsen – Frankreich und USA.
3. Arsen-Kobalt – Kanada und Neuseeland.
4. Arsen-Zinn – England und Bolivien.

Definition

Die Laborbestimmung von Arsen erfolgt durch Ausfällung gelber Sulfide aus Salzsäurelösungen. Spuren des Elements werden mit der Gutzeit-Methode oder der Marsh-Reaktion bestimmt. Im Laufe des letzten halben Jahrhunderts wurden verschiedenste empfindliche Analysetechniken entwickelt, mit denen selbst kleinste Mengen dieser Substanz nachgewiesen werden können.

Einige Arsenverbindungen werden mit der selektiven Hybridmethode analysiert. Dabei wird die Prüfsubstanz zum flüchtigen Element Arsin reduziert und anschließend in einem mit flüssigem Stickstoff gekühlten Behälter eingefroren. Wenn anschließend der Inhalt des Behälters langsam erhitzt wird, beginnen die verschiedenen Arsine getrennt voneinander zu verdampfen.

Industrielle Nutzung

Fast 98 % des abgebauten Arsens werden nicht in reiner Form verwendet. Seine Verbindungen werden in verschiedenen Branchen häufig eingesetzt. Jährlich werden Hunderte Tonnen Arsen abgebaut und verarbeitet. Es wird Lagerlegierungen zugesetzt, um deren Qualität zu verbessern, dient zur Erhöhung der Härte von Kabeln und Bleibatterien und wird zusammen mit Germanium oder Silizium auch bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen verwendet. Und das sind nur die ehrgeizigsten Bereiche.

Als Dotierstoff verleiht Arsen einigen „klassischen“ Halbleitern Leitfähigkeit. Seine Zugabe zu Blei erhöht die Festigkeit des Metalls erheblich und zu Kupfer die Fließfähigkeit, Härte und Korrosionsbeständigkeit. Arsen wird manchmal auch einigen Sorten von Bronzen, Messing, Babbitts und Typlegierungen zugesetzt. Metallurgen versuchen jedoch häufig, die Verwendung dieses Stoffes zu vermeiden, da er gesundheitsschädlich ist. Für einige Metalle sind auch große Mengen Arsen schädlich, da sie die Eigenschaften des Ausgangsmaterials verschlechtern.

Arsenoxid wird in der Glasherstellung als Glasaufheller verwendet. Es wurde in dieser Richtung von alten Glasbläsern verwendet. Arsenverbindungen sind ein starkes Antiseptikum und werden daher zur Konservierung von Pelzen, Kuscheltieren und Häuten sowie zur Herstellung von Antifouling-Farben für den Wassertransport und zur Imprägnierung von Holz verwendet.

Aufgrund der biologischen Aktivität einiger Arsenderivate wird der Stoff zur Herstellung von Pflanzenwachstumsstimulanzien sowie Arzneimitteln, einschließlich Anthelminthika für Nutztiere, verwendet. Produkte, die dieses Element enthalten, werden zur Bekämpfung von Unkräutern, Nagetieren und Insekten eingesetzt. Früher, als man noch nicht darüber nachdachte, ob Arsen für die Lebensmittelproduktion verwendet werden könnte, fand das Element in der Landwirtschaft umfassendere Verwendungsmöglichkeiten. Nachdem jedoch seine toxischen Eigenschaften entdeckt wurden, musste ein Ersatz gefunden werden.

Wichtige Anwendungsgebiete dieses Elements sind: die Herstellung von Mikroschaltungen, Glasfasern, Halbleitern, Filmelektronik sowie das Wachstum von Mikrokristallen für Laser. Zu diesem Zweck wird gasförmiges Arsin verwendet. Und die Produktion von Lasern, Dioden und Transistoren ist ohne Gallium- und Indiumarsenide nicht vollständig.

Medizin

In menschlichen Geweben und Organen kommt das Element hauptsächlich in der Proteinfraktion und in geringerem Maße in der säurelöslichen Fraktion vor. Es ist an Fermentations-, Glykolyse- und Redoxreaktionen beteiligt und sorgt außerdem für den Abbau komplexer Kohlenhydrate. In der Biochemie werden Verbindungen dieser Substanz als spezifische Enzyminhibitoren verwendet, die für die Untersuchung von Stoffwechselreaktionen notwendig sind. Arsen ist als Spurenelement für den menschlichen Körper notwendig.

Der Einsatz des Elements in der Medizin ist weniger umfangreich als in der Produktion. Seine mikroskopischen Dosen werden zur Diagnose aller Arten von Krankheiten und Pathologien sowie zur Behandlung von Zahnerkrankungen eingesetzt.

In der Zahnheilkunde wird Arsen zur Entfernung von Zahnmark eingesetzt. Eine kleine Portion einer arsenhaltigen Paste sorgt dafür, dass der Zahn buchstäblich innerhalb eines Tages abstirbt. Dank seiner Wirkung ist die Pulpaentfernung schmerzlos und ungehindert.

Arsen wird auch häufig zur Behandlung leichter Formen von Leukämie eingesetzt. Es ermöglicht Ihnen, die pathologische Bildung von Leukozyten zu reduzieren oder sogar zu unterdrücken sowie die rote Hämatopoese und die Freisetzung roter Blutkörperchen zu stimulieren.

Arsen ist wie Gift

Alle Verbindungen dieses Elements sind giftig. Eine akute Arsenvergiftung führt zu Bauchschmerzen, Durchfall, Übelkeit und einer Depression des Zentralnervensystems. Die Symptome einer Vergiftung mit dieser Substanz ähneln denen einer Cholera. Daher kam es in der gerichtlichen Praxis schon früher häufig zu vorsätzlichen Arsenvergiftungen. Für kriminelle Zwecke wurde das Element am häufigsten in Form von Trioxid eingesetzt.

Vergiftungssymptome

Eine Arsenvergiftung macht sich zunächst durch einen metallischen Geschmack im Mund, Erbrechen und Bauchschmerzen bemerkbar. Wenn keine Maßnahmen ergriffen werden, kann es zu Krämpfen und sogar Lähmungen kommen. Im schlimmsten Fall kann eine Vergiftung tödlich enden.

Die Ursache einer Vergiftung kann sein:

1. Einatmen von Staub, der Arsenverbindungen enthält. Tritt in der Regel in Arsenproduktionsbetrieben auf, in denen Arbeitsschutzvorschriften nicht eingehalten werden.
2. Vergiftete Lebensmittel oder Wasser konsumieren.
3. Einnahme bestimmter Medikamente.

Erste Hilfe

Das am weitesten verbreitete und bekannteste Gegenmittel gegen Arsenvergiftungen ist Milch. Das darin enthaltene Kaseinprotein bildet mit dem Giftstoff unlösliche Verbindungen, die nicht ins Blut aufgenommen werden können.

Um dem Opfer im Falle einer akuten Vergiftung schnell helfen zu können, muss es sich einer Magenspülung unterziehen. Im Krankenhausbereich wird auch eine Hämodialyse durchgeführt, um die Nieren zu reinigen. Unter den Medikamenten wird ein universelles Gegenmittel verwendet – Unithiol. Zusätzlich können Antagonisten eingesetzt werden: Selen, Zink, Schwefel und Phosphor. Zukünftig muss dem Patienten ein Komplex aus Aminosäuren und Vitaminen verschrieben werden.

Arsenmangel

Bei der Beantwortung der Frage „Was ist Arsen?“ ist anzumerken, dass der menschliche Körper es in geringen Mengen benötigt. Das Element gilt als immuntoxisch, bedingt essentiell. Es ist an fast allen wichtigen biochemischen Prozessen des menschlichen Körpers beteiligt. Ein Mangel an dieser Substanz kann durch folgende Anzeichen angezeigt werden: eine Abnahme der Triglyceridkonzentration im Blut, eine Verschlechterung der Entwicklung und des Wachstums des Körpers.

Über einen Mangel an Arsen in der Nahrung muss man sich in der Regel keine Sorgen machen, wenn keine schwerwiegenden gesundheitlichen Probleme vorliegen, da das Element in fast allen Produkten pflanzlichen und tierischen Ursprungs vorkommt. Besonders reich an diesem Stoff sind Meeresfrüchte, Getreide, Traubenwein, Säfte und Trinkwasser. Innerhalb von 24 Stunden werden 34 % des aufgenommenen Arsens aus dem Körper ausgeschieden.

Bei Blutarmut wird der Stoff zur Appetitsteigerung eingenommen, bei einer Selenvergiftung wirkt er als wirksames Gegenmittel.

Arsenverbindungen (englisch und französisch Arsenic, deutsch Arsen) sind seit sehr langer Zeit bekannt. Im III. - II. Jahrtausend v. Chr. e. wussten bereits, wie man Kupferlegierungen mit 4 - 5 % Arsen herstellt. Der Schüler des Aristoteles, Theophrastus (IV.-III. Jahrhundert v. Chr.), bezeichnete das in der Natur vorkommende rote Arsensulfid als Realgar; Plinius nennt gelbes Arsensulfid As 2 S 3 Orpiment (Auripigmentum) – von goldener Farbe, und später erhielt es den Namen Orpiment. Das altgriechische Wort arsenicon sowie sandarac beziehen sich hauptsächlich auf Schwefelverbindungen. Im 1. Jahrhundert Dioskurides beschrieb das Verbrennen von Orpiment und das resultierende Produkt – weißes Arsen (As 2 O 3). In der alchemistischen Periode der Entwicklung der Chemie galt es als unbestreitbar, dass Arsen (Arsenik) schwefelhaltiger Natur ist, und da Schwefel (Schwefel) als „Vater der Metalle“ verehrt wurde, wurden dem Arsen männliche Eigenschaften zugeschrieben. Es ist nicht bekannt, wann genau das Metall Arsen zum ersten Mal gewonnen wurde. Diese Entdeckung wird üblicherweise Albert dem Großen (13. Jahrhundert) zugeschrieben. Alchemisten betrachteten die Färbung von Kupfer durch Zugabe von Arsen zu einer weißen Silberfarbe als die Umwandlung von Kupfer in Silber und führten eine solche „Transmutation“ auf die mächtige Kraft des Arsens zurück. Im Mittelalter und in den ersten Jahrhunderten der Neuzeit wurden die toxischen Eigenschaften von Arsen bekannt. Allerdings empfahl sogar Dioskurides (Iv.), dass Asthmapatienten die Dämpfe des Produkts einatmen sollten, das durch Erhitzen von Realgar mit Harz entsteht. Paracelsus verwendete bereits in großem Umfang weißes Arsen und andere Arsenverbindungen zur Behandlung. Chemiker und Bergleute des 15. – 17. Jahrhunderts. wusste um die Fähigkeit von Arsen, zu sublimieren und dampfförmige Produkte mit einem spezifischen Geruch und toxischen Eigenschaften zu bilden. Wassili Valentin erwähnt, was den Metallurgen des 16. Jahrhunderts wohlbekannt war. Hochofenrauch (Huttenrauch) und sein spezifischer Geruch. Der griechische (und lateinische) Name für Arsen, der sich auf Arsensulfide bezieht, leitet sich vom griechischen Maskulinum ab. Es gibt andere Erklärungen für die Herkunft dieses Namens, zum Beispiel vom arabischen arsa paki, was „ein unglückliches Gift, das tief in den Körper eindringt“ bedeutet; Die Araber haben diesen Namen wahrscheinlich von den Griechen übernommen. Der russische Name Arsen ist seit langem bekannt. Es taucht in der Literatur seit der Zeit Lomonossows auf, der Arsen als Halbmetall betrachtete. Zusammen mit diesem Namen im 18. Jahrhundert. das Wort Arsen wurde verwendet und Arsen wurde As 2 O 3 genannt. Zakharov (1810) schlug den Namen Arsen vor, der sich jedoch nicht durchsetzte. Das Wort Arsen wurde wahrscheinlich von russischen Handwerkern von den Turkvölkern übernommen. In Aserbaidschanisch, Usbekisch, Persisch und anderen östlichen Sprachen wurde Arsen Margumush (mar – töten, brei – Maus) genannt; Russisches Arsen, wahrscheinlich eine Verfälschung von Mäusegift oder Mäusegift.

DEFINITION

Arsen- dreiunddreißigstes Element des Periodensystems. Bezeichnung – Abgeleitet vom lateinischen „arsenicum“. Befindet sich in der vierten Periode, VA-Gruppe. Bezieht sich auf Halbmetalle. Die Atomladung beträgt 33.

Arsen kommt in der Natur meist in Verbindungen mit Metallen oder Schwefel und nur selten in freier Form vor. Der Arsengehalt in der Erdkruste beträgt 0,0005 %.

Arsen wird üblicherweise aus Arsenpyrit FeAsS gewonnen.

Atom- und Molekülmasse von Arsen

Relatives Molekulargewicht der Substanz(M r) ist eine Zahl, die angibt, wie oft die Masse eines bestimmten Moleküls größer als 1/12 der Masse eines Kohlenstoffatoms ist, und relative Atommasse eines Elements(A r) – wie oft die durchschnittliche Masse der Atome eines chemischen Elements größer als 1/12 der Masse eines Kohlenstoffatoms ist.

Da Arsen im freien Zustand in Form einatomiger As-Moleküle vorliegt, stimmen die Werte seiner Atom- und Molekülmassen überein. Sie betragen 74,9216.

Allotropie und allotrope Modifikationen von Arsen

Arsen kommt wie Phosphor in mehreren allotropen Formen vor. Beim schnellen Abkühlen von Dampf (bestehend aus As 4-Molekülen) entsteht eine nichtmetallische Fraktion – gelbes Arsen (Dichte 2,0 g/cm 3), isomorph zu weißem Phosphor und wie dieser in Schwefelkohlenstoff löslich. Diese Modifikation ist weniger stabil als weißer Phosphor und wandelt sich bei Lichteinwirkung oder geringer Erwärmung leicht in eine metallische Modifikation um – graues Arsen (Abb. 1). Im frisch gebrochenen Zustand bildet es eine stahlgraue, spröde kristalline Masse mit metallischem Glanz. Die Dichte beträgt 5,75 g/cm3. Beim Erhitzen unter Normaldruck sublimiert es. Hat metallische elektrische Leitfähigkeit.

Reis. 1. Graues Arsen. Aussehen.

Isotope von Arsen

Es ist bekannt, dass Arsen in der Natur in Form des einzigen stabilen Isotops 75 As vorkommt. Die Massenzahl beträgt 75, der Kern eines Atoms enthält dreiunddreißig Protonen und zweiundvierzig Neutronen.

Es gibt etwa 33 künstliche instabile Arsenisotope sowie zehn isomere Zustände von Kernen, darunter das langlebigste Isotop 73 As mit einer Halbwertszeit von 80,3 Tagen.

Arsenionen

Das äußere Energieniveau des Arsenatoms verfügt über fünf Elektronen, die Valenzelektronen sind:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 3 .

Durch chemische Wechselwirkung gibt Arsen seine Valenzelektronen ab, d.h. ist ihr Donor und verwandelt sich in ein positiv geladenes Ion:

As 0 -3e → As 3+ ;

As 0 -5e → As 5+ .

Arsenmolekül und -atom

Im freien Zustand liegt Arsen in Form einatomiger As-Moleküle vor. Hier sind einige Eigenschaften, die das Arsenatom und -molekül charakterisieren:

Beispiele für Problemlösungen

BEISPIEL 1