Mis on arseen? Definitsioon, valem, omadused. Mendelejevi elementide perioodilisustabel – arseen Elemendi asukoht perioodilisuse tabelis arseen

Arseen (nimi pärineb sõnast hiir, kasutatakse hiirte söödaks) on perioodilisuse tabeli kolmekümne kolmas element. Viitab poolmetallidele. Happega kombineerituna ei moodusta see sooli, olles hapet moodustav aine. Võib moodustada allotroopseid modifikatsioone. Arseenil on kolm praegu teadaolevat kristallvõre struktuuri. Kollasel arseenil on tüüpilise mittemetalli omadused, amorfne arseen on must ja kõige stabiilsem metalliline arseen on hall. Looduses leidub seda kõige sagedamini ühenditena, harvem vabas olekus. Kõige levinumad on arseeni ühendid metallidega (arseniidid), näiteks arseenraud (arsenopüriit, mürgine püriit), nikkel (kupfernikkel, mida nimetatakse vasemaagi sarnasuse tõttu). Arseen on madala aktiivsusega element, vees lahustumatu ja selle ühendeid klassifitseeritakse vähelahustuvateks aineteks. Arseeni oksüdatsioon toimub kuumutamisel, toatemperatuuril kulgeb see reaktsioon väga aeglaselt.

Kõik arseeniühendid on väga tugevad toksiinid, millel on negatiivne mõju mitte ainult seedetraktile, vaid ka närvisüsteemile. Ajalugu teab palju sensatsioonilisi arseeni ja selle derivaatidega mürgitamise juhtumeid. Arseeniühendeid kasutati mürgina mitte ainult keskaegsel Prantsusmaal, neid tunti isegi Vana-Roomas ja Kreekas. Arseeni kui tugeva mürgi populaarsust seletatakse sellega, et seda on toidus peaaegu võimatu tuvastada, sellel pole ei lõhna ega maitset. Kuumutamisel muutub see arseenoksiidiks. Arseenimürgistuse diagnoosimine on üsna keeruline, kuna sellel on erinevate haigustega sarnased sümptomid. Kõige sagedamini aetakse arseenimürgistus segi kooleraga.

Kus arseeni kasutatakse?

Vaatamata nende toksilisusele ei kasutata arseeni derivaate mitte ainult hiirte ja rottide peibutamiseks. Kuna puhtal arseenil on kõrge elektrijuhtivus, kasutatakse seda lisandina, mis annab pooljuhtidele, nagu germaanium ja räni, nõutavat tüüpi juhtivuse. Värvilises metallurgias kasutatakse lisandina arseeni, mis annab sulamitele tugevuse, kõvaduse ja korrosioonikindluse gaasilises keskkonnas. Klaasitööstuses lisatakse seda väikestes kogustes klaasi heledamaks muutmiseks, lisaks on see osa kuulsast “Viini klaasist”. Nikkeliini kasutatakse klaasi roheliseks värvimiseks. Parkimistööstuses kasutatakse nahkade töötlemisel karvade eemaldamiseks arseensulfaatühendeid. Arseen on osa lakkide ja värvide koostises. Puidutööstuses kasutatakse arseeni antiseptikuna. Pürotehnikas valmistatakse “Kreeka tuld” arseensulfiidühenditest ja seda kasutatakse tikkude valmistamisel. Mõnda arseeniühendit kasutatakse keemiliste sõjavahenditena. Arseeni toksilisi omadusi kasutatakse hambaravis hambapulbi hävitamiseks. Meditsiinis kasutatakse arseenipreparaate organismi üldist toonust tõstva ravimina, et stimuleerida punaste vereliblede arvu suurenemist. Arseenil on leukotsüütide moodustumist pärssiv toime, seetõttu kasutatakse seda teatud leukeemia vormide ravis. Arseenil põhinevaid meditsiinilisi preparaate on teada tohutult, kuid viimasel ajal on need järk-järgult asendatud vähemtoksiliste ravimitega.

Vaatamata mürgisusele on arseen üks olulisemaid elemente. Selle ühendustega töötades peate järgima ohutuseeskirju, mis aitavad vältida soovimatuid tagajärgi.

Arseen on lämmastikurühma keemiline element (perioodilisuse tabeli rühm 15). See on hall, metalliline, rabe aine (α-arseen), millel on romboeedriline kristallvõre. Kuumutamisel temperatuurini 600 °C sublimeerub. Kui aur on jahutatud, ilmub uus modifikatsioon - kollane arseen. Üle 270°C muutuvad kõik As vormid mustaks arseeniks.

Avastamise ajalugu

Mis oli arseen, oli teada juba ammu enne, kui seda keemilise elemendina tunnistati. 4. sajandil. eKr e. Aristoteles mainis ainet nimega sandarak, mis nüüd arvatakse olevat realgar ehk arseensulfiid. Ja 1. sajandil pKr. e. kirjanikud Plinius vanem ja Pedanius Dioscorides kirjeldasid orpimenti - värvainet As 2 S 3. 11. sajandil n. e. Arseeni oli kolme sorti: valge (As 4 O 6), kollane (As 2 S 3) ja punane (As 4 S 4). Elemendi ise eraldas tõenäoliselt esmakordselt 13. sajandil Albertus Magnus, kes märkis metallitaolise aine ilmumist, kui arseeni, As 2 S 3 teist nimetust, kuumutati seebiga. Kuid pole kindlust, et see loodusteadlane sai puhta arseeni. Esimesed autentsed tõendid puhta isolatsiooni kohta pärinevad 1649. aastast. Saksa apteeker Johann Schröder valmistas arseeni, kuumutades selle oksiidi kivisöe juuresolekul. Hiljem jälgis prantsuse arst ja keemik Nicolas Lemery selle keemilise elemendi teket selle oksiidi, seebi ja kaaliumkloriidi segu kuumutamisel. 18. sajandi alguseks oli arseen juba tuntud unikaalse poolmetallina.

Levimus

Maakoores on arseeni kontsentratsioon madal ja ulatub 1,5 ppm-ni. Seda leidub pinnases ja mineraalides ning võib tuule ja veeerosiooniga sattuda õhku, vette ja pinnasesse. Lisaks satub element atmosfääri muudest allikatest. Vulkaanipursete tagajärjel paiskub aastas õhku umbes 3 tuhat tonni arseeni, mikroorganismid toodavad aastas 20 tuhat tonni lenduvat metüülarsiini ja fossiilsete kütuste põletamise tulemusena 80 tuhat tonni aastas. sama periood.

Hoolimata asjaolust, et As on surmav mürk, on see mõnede loomade ja võib-olla ka inimeste toitumise oluline komponent, kuigi vajalik annus ei ületa 0,01 mg päevas.

Arseeni on äärmiselt raske muuta vees lahustuvaks või lenduvaks olekuks. Asjaolu, et see on üsna liikuv, tähendab, et aine ei saa ühes kohas esineda suuri kontsentratsioone. Ühest küljest on see hea, kuid teisest küljest on selle leviku lihtsus põhjus, miks arseeniga saastumine on muutumas suuremaks probleemiks. Inimtegevuse tõttu, peamiselt kaevandamise ja sulatamise teel, rändab tavaliselt liikumatu keemiline element ja seda võib nüüd leida mujalt kui selle looduslikust kontsentratsioonist.

Arseeni kogus maakoores on umbes 5 g tonni kohta. Kosmoses on selle kontsentratsioon hinnanguliselt 4 aatomit miljoni räni aatomi kohta. See element on laialt levinud. Väike kogus seda esineb looduslikus olekus. Reeglina leidub 90–98% puhtusega arseeni moodustisi koos metallidega nagu antimon ja hõbe. Suurem osa sellest sisaldub aga enam kui 150 erinevas mineraalis – sulfiidid, arseniidid, sulfoarseniidid ja arseniidid. Arsenopüriit FeAsS on üks levinumaid As-i sisaldavaid mineraale. Teised levinud arseeniühendid on mineraalid realgar As 4 S 4, orpiment As 2 S 3, lellingiit FeAs 2 ja enargiit Cu 3 AsS 4. Levinud on ka arseenoksiid. Suurem osa sellest ainest on vase-, plii-, koobalti- ja kullamaakide sulatamise kõrvalsaadus.

Looduses on ainult üks stabiilne arseeni isotoop - 75 As. Kunstlikest radioaktiivsetest isotoopidest torkab silma 76 As poolestusajaga 26,4 tundi.Arseen-72, -74 ja -76 kasutatakse meditsiinilises diagnostikas.

Tööstuslik tootmine ja rakendamine

Metallist arseeni saadakse arsenopüriidi kuumutamisel temperatuurini 650–700 °C ilma õhu juurdepääsuta. Kui arsenopüriiti ja muid metallimaake kuumutatakse hapnikuga, ühineb As sellega kergesti, moodustades kergesti sublimeeritava As 4 O 6, tuntud ka kui “valge arseen”. Oksiidiaur kogutakse kokku ja kondenseeritakse ning hiljem puhastatakse korduva sublimatsiooniga. Enamik As-st saadakse sel viisil saadud valge arseeni süsinikuga redutseerimisel.

Arseenmetalli tarbimine maailmas on suhteliselt väike – vaid paarsada tonni aastas. Suurem osa tarbitavast tuleb Rootsist. Seda kasutatakse metallurgias selle metalloidsete omaduste tõttu. Pliihaavli tootmisel kasutatakse umbes 1% arseeni, kuna see parandab sulatilga ümarust. Pliipõhiste laagrisulamite omadused paranevad nii termiliselt kui ka mehaaniliselt, kui need sisaldavad umbes 3% arseeni. Väikestes kogustes seda keemilist elementi pliisulamites kõvastatakse kasutamiseks akudes ja kaablisoomustes. Väikesed arseenilisandid suurendavad vase ja messingi korrosioonikindlust ja termilisi omadusi. Puhtal kujul kasutatakse keemilist elementaali As pronkskatmisel ja pürotehnikas. Kõrgelt puhastatud arseeni kasutatakse pooljuhttehnoloogias, kus seda kasutatakse koos räni ja germaaniumiga, ning galliumarseniidi (GaAs) kujul dioodides, laserites ja transistorides.

Ühendustena

Kuna arseeni valents on 3 ja 5 ning selle oksüdatsiooniaste on vahemikus -3 kuni +5, võib element moodustada erinevat tüüpi ühendeid. Selle kõige olulisemad kaubanduslikult olulised vormid on As 4 O 6 ja As 2 O 5 . Arseenoksiid, üldtuntud kui valge arseen, on vase, plii ja mõne muu metalli maakide, samuti arsenopüriidi ja sulfiidmaakide röstimise kõrvalsaadus. See on enamiku teiste ühendite lähteaine. Seda kasutatakse ka pestitsiidides, värvieemaldusainena klaasitootmises ja nahkade säilitusainena. Arseenpentooksiid moodustub valge arseeniga kokkupuutel oksüdeeriva ainega (nt lämmastikhape). See on insektitsiidide, herbitsiidide ja metalliliimide peamine koostisosa.

Teine teadaolev aine on arsiin (AsH 3), arseenist ja vesinikust koosnev värvitu mürgine gaas. Aine, mida nimetatakse ka arseenvesinikuks, saadakse metallide arseniidide hüdrolüüsil ja metallide redutseerimisel arseeniühenditest happelahustes. Seda on kasutatud pooljuhtide lisandina ja keemilise sõjavahendina. Põllumajanduses on suur tähtsus arseenhappel (H 3 AsO 4), pliiarsenaadil (PbHAsO 4) ja kaltsiumarsenaadil [Ca 3 (AsO 4) 2], mida kasutatakse mulla steriliseerimiseks ja kahjuritõrjeks.

Arseen on keemiline element, mis moodustab palju orgaanilisi ühendeid. Cacodyne (CH 3) 2 As−As(CH 3) 2 kasutatakse näiteks laialdaselt kasutatava kuivatusaine (kuivatusaine) kakodüülhappe valmistamisel. Elemendi kompleksseid orgaanilisi ühendeid kasutatakse teatud haiguste, näiteks mikroorganismide põhjustatud amööbse düsenteeria, ravis.

Füüsikalised omadused

Mis on arseen oma füüsikaliste omaduste poolest? Kõige stabiilsemas olekus on see habras terashall, madala soojus- ja elektrijuhtivusega tahke aine. Kuigi mõned As vormid on metallitaolised, on selle liigitamine mittemetalliks arseeni täpsem iseloomustus. On ka teisi arseeni vorme, kuid neid pole eriti uuritud, eriti kollast metastabiilset vormi, mis koosneb As 4 molekulist, nagu valge fosfor P 4 . Arseen sublimeerub temperatuuril 613 °C ja auru kujul eksisteerib As 4 molekulina, mis dissotsieeruvad alles temperatuurini umbes 800 °C. Täielik dissotsiatsioon As 2 molekulideks toimub temperatuuril 1700 °C.

Aatomi ehitus ja võime moodustada sidemeid

Arseeni elektrooniline valem - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 3 - meenutab lämmastikku ja fosforit selle poolest, et väliskestas on viis elektroni, kuid see erineb neist selle poolest, et eelviimases on 18 elektroni. kest kahe või kaheksa asemel. 10 positiivse laengu lisamine tuumale viie 3d-orbitaali täitmise ajal põhjustab sageli elektronipilve üldise vähenemise ja elementide elektronegatiivsuse suurenemise. Perioodilise tabeli arseeni saab võrrelda teiste rühmadega, mis näitavad selgelt seda mustrit. Näiteks on üldiselt aktsepteeritud, et tsink on elektronegatiivsem kui magneesium ja gallium kui alumiinium. Järgmistes rühmades see erinevus aga väheneb ja paljud ei nõustu sellega, et germaanium on ränist elektronegatiivsem, hoolimata keemiliste tõendite rohkusest. Sarnane üleminek 8-18-elemendilisest kestast fosforilt arseenile võib suurendada elektronegatiivsust, kuid see on endiselt vastuoluline.

As ja P väliskesta sarnasus viitab sellele, et nad võivad moodustada 3 aatomi kohta täiendava sidumata elektronipaari juuresolekul. Oksüdatsiooniaste peab seega olema +3 või -3, sõltuvalt suhtelisest vastastikusest elektronegatiivsusest. Arseeni struktuur viitab ka võimalusele kasutada välimist d-orbitaali okteti laiendamiseks, mis võimaldab elemendil moodustada 5 sidet. See realiseerub ainult fluoriga reageerimisel. Vaba elektronpaari olemasolu keeruliste ühendite moodustamiseks (elektronide loovutamise kaudu) As-aatomis on palju vähem väljendunud kui fosforis ja lämmastikus.

Arseen on kuivas õhus stabiilne, kuid niiskes õhus muutub see mustaks oksiidiks. Selle aurud põlevad kergesti, moodustades As 2 O 3. Mis on vaba arseen? Vesi, leelised ja mitteoksüdeerivad happed seda praktiliselt ei mõjuta, kuid lämmastikhape oksüdeerib selle olekuni +5. Halogeenid ja väävel reageerivad arseeniga ning paljud metallid moodustavad arseniide.

Analüütiline keemia

Aine arseeni saab kvalitatiivselt tuvastada kollase orpimendi kujul, mis sadestub 25% vesinikkloriidhappe lahuse mõjul. As jäljed määratakse tavaliselt selle arsiiniks teisendamise teel, mida saab tuvastada Marshi testi abil. Arsiin termiliselt laguneb, moodustades kitsas torus musta arseeni peegli. Gutzeiti meetodi järgi tumeneb arsiiniga immutatud proov elavhõbeda eraldumise tõttu.

Arseeni toksikoloogilised omadused

Elemendi ja selle derivaatide mürgisus on väga erinev, alates äärmiselt mürgisest arsiinist ja selle orgaanilistest derivaatidest kuni lihtsalt As-ni, mis on suhteliselt inertne. Mis on arseen, näitab selle orgaaniliste ühendite kasutamine keemiliste võitlusainetena (levisiit), vesikantina ja defoliantina (Agent Blue põhineb 5% kakodüülhappe ja 26% selle naatriumsoola vesilahusel).

Üldiselt ärritavad selle keemilise elemendi derivaadid nahka ja põhjustavad dermatiiti. Soovitatav on kaitsta ka arseeni sisaldava tolmu sissehingamise eest, kuid enamik mürgistusi tekib allaneelamisel. As-i maksimaalne lubatud kontsentratsioon tolmus kaheksatunnise tööpäeva jooksul on 0,5 mg/m 3 . Arsiini puhul vähendatakse annust 0,05 ppm-ni. Lisaks selle keemilise elemendi ühendite kasutamisele herbitsiidide ja pestitsiididena võimaldas arseeni kasutamine farmakoloogias saada salvarsaani, esimest edukat süüfilisevastast ravimit.

Mõju tervisele

Arseen on üks mürgisemaid elemente. Selle kemikaali anorgaanilised ühendid esinevad looduslikult väikestes kogustes. Inimesed võivad arseeniga kokku puutuda toidu, vee ja õhu kaudu. Kokkupuude võib tekkida ka kokkupuutel nahaga saastunud pinnase või veega.

Inimesed, kes sellega töötavad, elavad sellega töödeldud puidust ehitatud kodudes ja põllumaadel, kus on varem pestitsiide kasutatud, on samuti vastuvõtlikud kokkupuutele.

Anorgaaniline arseen võib inimestel põhjustada mitmesuguseid tervisemõjusid, nagu mao- ja soolteärritus, punaste ja valgete vereliblede tootmise vähenemine, nahamuutused ja kopsude ärritus. Arvatakse, et selle aine märkimisväärses koguses allaneelamine võib suurendada vähki, eriti naha-, kopsu-, maksa- ja lümfisüsteemi vähki.

Väga kõrge anorgaanilise arseeni kontsentratsioon põhjustab naistel viljatust ja raseduse katkemist, dermatiiti, organismi vastupanuvõime langust infektsioonidele, südameprobleeme ja ajukahjustusi. Lisaks võib see keemiline element kahjustada DNA-d.

Valge arseeni surmav annus on 100 mg.

Elemendi orgaanilised ühendid ei põhjusta vähki ega kahjusta geneetilist koodi, kuid suured doosid võivad kahjustada inimese tervist, näiteks põhjustada närvihäireid või kõhuvalu.

Omadused As

Arseeni peamised keemilised ja füüsikalised omadused on järgmised:

• Aatomnumber on 33.
• Aatommass - 74,9216.
• Halli vormi sulamistemperatuur on 814 °C rõhul 36 atmosfääri.
• Halli vormi tihedus on 14 °C juures 5,73 g/cm 3.
• Kollase vormi tihedus 18 °C juures on 2,03 g/cm 3.
• Arseeni elektrooniline valem on 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 3.
• Oksüdatsiooniastmed - -3, +3, +5.
• Arseeni valents on 3,5.

Arseen on perioodilisuse tabeli 4. perioodi 5. rühma keemiline element aatomnumbriga 33. See on terase värvusega roheka varjundiga habras poolmetall. Täna vaatame lähemalt, mis on arseen ja tutvume selle elemendi põhiomadustega.

üldised omadused

Arseeni ainulaadsus seisneb selles, et seda leidub sõna otseses mõttes kõikjal – kivimites, vees, mineraalides, pinnases, taimestikus ja loomastikus. Seetõttu nimetatakse seda sageli ei vähemaks kui kõikjal esinevaks elemendiks. Arseen levib takistamatult kõigis planeedi Maa geograafilistes piirkondades. Selle põhjuseks on selle ühendite lenduvus ja lahustuvus.

Elemendi nimetus on seotud selle kasutamisega näriliste hävitamiseks. Ladinakeelne sõna Arsenicum (arseeni valem perioodilisuse tabelis on As) on tuletatud kreekakeelsest sõnast Arsen, mis tähendab "tugev" või "võimas".

Keskmise täiskasvanu keha sisaldab seda elementi umbes 15 mg. See on peamiselt kontsentreeritud peensooles, maksas, kopsudes ja epiteelis. Aine imendumine toimub mao ja soolte kaudu. Arseeni antagonistideks on väävel, fosfor, seleen, mõned aminohapped, samuti vitamiinid E ja C. Element ise halvendab tsingi, seleeni, aga ka vitamiinide A, C, B9 ja E imendumist.

Nagu paljud teisedki ained, võib arseen olla nii mürk kui ka ravim, kõik sõltub annusest.

Sellise elemendi nagu arseen kasulike funktsioonide hulgas on järgmised:

1. Stimuleerib lämmastiku ja fosfori imendumist.
2. Hematopoeesi paranemine.
3. Koostoime tsüsteiini, valkude ja lipoehappega.
4. Oksüdatiivsete protsesside nõrgenemine.

Täiskasvanu igapäevane arseeni vajadus on 30–100 mikrogrammi.

Ajalooline viide

Ühte inimarengu etappi nimetatakse pronksiks, kuna sel perioodil asendasid inimesed kivirelvad pronksrelvadega. See metall on tina ja vase sulam. Kunagi kasutasid käsitöölised pronksi sulatamisel kogemata vasemaagi asemel vask-arseensulfiidmineraali ilmastikuprodukte. Saadud sulamit oli lihtne valada ja see oli suurepärane sepistamine. Sel ajal ei teadnud veel keegi, mis on arseen, kuid selle mineraalide leiukohti otsiti sihilikult kvaliteetse pronksi tootmiseks. Aja jooksul sellest tehnoloogiast loobuti, ilmselt seetõttu, et selle kasutamisel tekkis sageli mürgistus.

Vana-Hiinas kasutasid nad kõva mineraali nimega realgar (As 4 S 4). Seda kasutati kivi nikerdamiseks. Kuna temperatuuri ja valguse mõjul muutus realgar teiseks aineks - 2 S 3-na, siis ka sellest loobuti peagi.

1. sajandil eKr kirjeldas Rooma teadlane Plinius Vanem koos botaaniku ja arsti Dioscoridesega arseeni mineraali nimega orpiment. Selle nimi on ladina keelest tõlgitud kui "kuldne värv". Ainet kasutati kollase värvainena.

Keskajal klassifitseerisid alkeemikud elemendi kolme vormi: kollane (As 2 S 3 sulfiid), punane (As 4 S 4 sulfiid) ja valge (As 2 O 3 oksiid). 13. sajandil said alkeemikud kollase arseeni seebiga kuumutamisel metallitaolise aine. Tõenäoliselt oli see esimene näide kunstlikult saadud puhtast elemendist.

Mis on arseen puhtal kujul, avastati 17. sajandi alguses. See juhtus siis, kui Johann Schröder, redutseerides oksiidi söega, eraldas selle elemendi. Mõni aasta hiljem õnnestus prantsuse keemikul Nicolas Lemeryl aine saada, kuumutades selle oksiidi segus seebi ja kaaliumkloriidiga. Järgmisel sajandil oli arseen juba hästi tuntud oma poolmetallist.

Keemilised omadused

Mendelejevi perioodilisuse tabelis asub keemiline element arseen viiendas rühmas ja kuulub lämmastiku perekonda. Looduslikes tingimustes on see ainus stabiilne nukliid. Aine radioaktiivset isotoopi toodetakse kunstlikult üle kümne. Nende poolestusaeg on üsna lai - 2-3 minutist mitme kuuni.

Kuigi arseeni nimetatakse mõnikord metalliks, on see tõenäolisemalt mittemetall. Koos hapetega ei moodusta see sooli, vaid on ise hapet moodustav aine. Seetõttu nimetatakse elementi poolmetalliks.

Arseeni, nagu ka fosforit, võib leida erinevates allotroopsetes konfiguratsioonides. Üks neist, hall arseen, on rabe aine, millel on purunemisel metalliline läige. Selle poolmetalli elektrijuhtivus on 17 korda väiksem kui vasel, kuid 3,6 korda kõrgem kui elavhõbedal. Temperatuuri tõustes see langeb, mis on tüüpilistele metallidele omane.

Arseeniauru kiirel jahutamisel vedela lämmastiku temperatuurini (-196 °C) on võimalik saada kollast fosforit meenutav pehme kollakas aine. Kuumutamisel ja ultraviolettvalgusega kokkupuutel muutub kollane arseen koheselt halliks. Reaktsiooniga kaasneb soojuse eraldumine. Kui aurud kondenseeruvad inertses atmosfääris, tekib teine ​​ainevorm – amorfne. Arseeniauru sadestamisel tekib klaasile peegelkile.

Selle aine välisel elektronkihil on sama struktuur kui fosforil ja lämmastikus. Nagu fosfor, moodustab arseen kolm kovalentset sidet. Kuivas õhus on sellel stabiilne kuju ja niiskuse suurenedes muutub see tuhmiks ja kattub musta oksiidkilega. Auru süütamisel põlevad ained sinise leegiga.

Kuna arseen on inertne, ei mõjuta seda vesi, leelised ega happed, millel ei ole oksüdeerivaid omadusi. Aine kokkupuutel lahjendatud lämmastikhappega tekib ortoarseenhape ja kontsentreeritud happega ortoarseenhape. Arseen reageerib ka väävliga, moodustades erineva koostisega sulfiide.

Looduses olemine

Looduslikes tingimustes leidub keemilist elementi nagu arseen sageli vase, nikli, koobalti ja rauaga ühendites.

Aine moodustavate mineraalide koostis tuleneb selle poolmetallilistest omadustest. Praeguseks on teada rohkem kui 200 selle elemendi mineraali. Kuna arseen võib esineda negatiivses ja positiivses oksüdatsiooniastmes, interakteerub see kergesti paljude teiste ainetega. Arseeni positiivse oksüdatsiooni ajal toimib see metallina (sulfiidides) ja negatiivse oksüdatsiooni ajal mittemetallina (arseniidides). Seda elementi sisaldavad mineraalid on üsna keerulise koostisega. Kristallvõres võib poolmetall asendada väävli, antimoni ja metallide aatomeid.

Kompositsiooni seisukohalt kuuluvad paljud arseeniga metalliühendid tõenäolisemalt mitte arseniidide, vaid metallidevaheliste ühendite hulka. Mõned neist eristuvad põhielemendi muutuva sisu poolest. Arseniidid võivad sisaldada korraga mitut metalli, mille aatomid võivad ioonide lähedaste raadiuste juures üksteist asendada. Kõik arseniidideks liigitatud mineraalid on metallilise läikega, läbipaistmatud, rasked ja vastupidavad. Looduslikest arseniididest (kokku on neid umbes 25) võib märkida järgmisi mineraale: skutterudiit, rammelsbreggiit, nikliin, lellingriit, klinosafloriit jt.

Keemilisest seisukohast on huvitavad need mineraalid, milles arseen esineb samaaegselt väävliga ja mängib metalli rolli. Neil on väga keeruline struktuur.

Arseenhappe (arsenaatide) looduslikud soolad võivad olla erinevat värvi: erütritool - koobalt; lihtsiit, annabergiit ja skoriid on rohelised ning rooseveltiit, kettigiit ja gernessiit on värvitud.

Oma keemiliste omaduste poolest on arseen üsna inertne, nii et seda võib oma olekus leida sulatatud kuubikute ja nõelte kujul. Lisandite sisaldus tükis ei ületa 15%.

Arseeni sisaldus mullas jääb vahemikku 0,1–40 mg/kg. Vulkaanide piirkondades ja kohtades, kus leidub arseenimaaki, võib see näitaja ulatuda kuni 8 g/kg. Taimed sellistes kohtades surevad ja loomad haigestuvad. Sarnane probleem on tüüpiline steppidele ja kõrbetele, kus elementi mullast välja ei uhu. Savikivimeid peetakse rikastatuks, kuna need sisaldavad neli korda rohkem arseeni kui tavalised kivimid.

Kui puhas aine muudetakse biometüleerimise käigus lenduvaks ühendiks, võib see mullast välja viia mitte ainult vee, vaid ka tuule abil. Normaalsetes piirkondades on arseeni kontsentratsioon õhus keskmiselt 0,01 μg/m 3 . Tööstuspiirkondades, kus töötavad tehased ja elektrijaamad, võib see näitaja ulatuda 1 μg/m3-ni.

Mineraalvesi võib sisaldada mõõdukas koguses arseeni aineid. Üldtunnustatud standardite kohaselt ei tohiks arseeni sisaldus meditsiinilistes mineraalvetes ületada 70 µg/l. Siinkohal väärib märkimist, et isegi suurema määra korral võib mürgistus tekkida ainult sellise vee regulaarsel tarbimisel.

Looduslikes vetes võib elementi leida erinevates vormides ja ühendites. Näiteks kolmevalentne arseen on palju mürgisem kui viievalentne arseen.

Arseeni saamine

Element saadakse plii-, tsingi-, vase- ja koobaltimaakide töötlemise kõrvalsaadusena, samuti kullakaevandamise käigus. Mõnes polümetallimaagis võib arseeni sisaldus ulatuda kuni 12%. Kui neid kuumutatakse temperatuurini 700 °C, toimub sublimatsioon – aine üleminek tahkest olekust gaasilisse olekusse, möödudes vedelast olekust. Selle protsessi toimumise oluline tingimus on õhu puudumine. Arseenimaakide õhus kuumutamisel moodustub lenduv oksiid, mida nimetatakse "valgeks arseeniks". Alutades selle kondenseerumisele kivisöega, saadakse puhas arseen.

Elemendi saamise valem on järgmine:

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

Arseeni kaevandamine on ohtlik tööstusharu. Paradoksaalne on asjaolu, et selle elemendi suurim keskkonnareostus ei toimu mitte seda tootvate ettevõtete läheduses, vaid elektrijaamade ja värviliste metallurgiatehaste läheduses.

Teine paradoks on see, et metallilise arseeni tootmismaht ületab selle vajaduse. See on metallikaevandustööstuses väga harv juhtum. Liigne arseen tuleb utiliseerida, mattes metallkonteinerid vanadesse kaevandustesse.

Suurimad arseenimaakide leiukohad on koondunud järgmistesse riikidesse:

1. Vask-arseen - USA, Gruusia, Jaapan, Rootsi, Norra ja Kesk-Aasia riigid.
2. Kuld-arseen - Prantsusmaa ja USA.
3. Arseen-koobalt - Kanada ja Uus-Meremaa.
4. Arseen-tina - Inglismaa ja Boliivia.

Definitsioon

Arseeni laboratoorne määramine viiakse läbi kollaste sulfiidide sadestamisel vesinikkloriidhappe lahustest. Elemendi jäljed määratakse Gutzeiti meetodi või Marshi reaktsiooni abil. Viimase poole sajandi jooksul on loodud kõikvõimalikke tundlikke analüüsitehnikaid, mis suudavad tuvastada isegi väga väikeseid koguseid seda ainet.

Mõnda arseeniühendit analüüsitakse selektiivhübriidmeetodil. See hõlmab uuritava aine redutseerimist lenduvaks elemendiks arsiiniks, mis seejärel külmutatakse vedela lämmastikuga jahutatud mahutis. Seejärel, kui anuma sisu aeglaselt kuumutada, hakkavad erinevad arsiinid üksteisest eraldi aurustuma.

Tööstuslik kasutamine

Peaaegu 98% kaevandatud arseenist ei kasutata puhtal kujul. Selle ühendeid kasutatakse laialdaselt erinevates tööstusharudes. Aastas kaevandatakse ja töödeldakse sadu tonne arseeni. Seda lisatakse laagrisulamitele nende kvaliteedi parandamiseks, kasutatakse kaablite ja pliiakude kõvaduse suurendamiseks, samuti kasutatakse seda pooljuhtseadmete tootmisel koos germaaniumi või räniga. Ja need on kõige ambitsioonikamad valdkonnad.

Lisaainena annab arseen teatud "klassikalistele" pooljuhtidele juhtivuse. Selle lisamine pliile suurendab oluliselt metalli tugevust ja vasele - voolavust, kõvadust ja korrosioonikindlust. Arseeni lisatakse mõnikord ka mõnele pronksi, messingi, babbitti ja tüüpi sulamitele. Kuid metallurgid püüavad sageli selle aine kasutamist vältida, kuna see on tervisele ohtlik. Mõnede metallide puhul on kahjulikud ka suured arseenikogused, kuna need halvendavad algmaterjali omadusi.

Arseenoksiidi on kasutatud klaasi valmistamisel klaasi valgendajana. Selles suunas kasutasid seda iidsed klaasipuhurid. Arseeniühendid on tugev antiseptik, seetõttu kasutatakse neid karusnahkade, topiste ja nahkade säilitamiseks ning ka veetranspordiks kasutatavate saastumisvastaste värvide loomiseks ja puidu immutamiseks.

Mõnede arseeni derivaatide bioloogilise aktiivsuse tõttu kasutatakse ainet taimede kasvustimulaatorite, aga ka ravimite, sealhulgas kariloomadele mõeldud anthelmintikumide tootmisel. Seda elementi sisaldavaid tooteid kasutatakse umbrohu, näriliste ja putukate tõrjeks. Varem, kui inimesed ei mõelnud, kas arseeni saab toiduainete tootmiseks kasutada, oli element põllumajanduses laiem kasutusala. Kuid pärast selle mürgiste omaduste avastamist tuli leida asendus.

Selle elemendi olulised kasutusvaldkonnad on: mikroskeemide, fiiberoptika, pooljuhtide, kileelektroonika tootmine, samuti laserite jaoks mikrokristallide kasvatamine. Nendel eesmärkidel kasutatakse gaasilisi arsiine. Ja laserite, dioodide ja transistoride tootmine ei ole täielik ilma gallium- ja indiumarseniidideta.

Ravim

Inimese kudedes ja elundites esineb element peamiselt valgufraktsioonis ja vähemal määral happes lahustuvas fraktsioonis. Ta osaleb fermentatsioonis, glükolüüsis ja redoksreaktsioonides ning tagab ka liitsüsivesikute lagunemise. Biokeemias kasutatakse selle aine ühendeid spetsiifiliste ensüümi inhibiitoritena, mis on vajalikud metaboolsete reaktsioonide uurimiseks. Arseen on inimorganismile vajalik mikroelemendina.

Elemendi kasutamine meditsiinis on vähem ulatuslik kui tootmises. Selle mikroskoopilisi annuseid kasutatakse igasuguste haiguste ja patoloogiate diagnoosimiseks, samuti hambahaiguste raviks.

Hambaravis kasutatakse pulbi eemaldamiseks arseeni. Väike portsjon arseenhapet sisaldavat pasta tagab hamba surma sõna otseses mõttes päeva jooksul. Tänu oma toimele on pulbi eemaldamine valutu ja takistusteta.

Arseeni kasutatakse laialdaselt ka leukeemia kergete vormide ravis. See võimaldab teil vähendada või isegi pärssida leukotsüütide patoloogilist moodustumist, samuti stimuleerida punast vereloomet ja punaste vereliblede vabanemist.

Arseen on nagu mürk

Kõik selle elemendi ühendid on mürgised. Äge arseenimürgitus põhjustab kõhuvalu, kõhulahtisust, iiveldust ja kesknärvisüsteemi depressiooni. Selle ainega mürgistuse sümptomid sarnanevad koolera sümptomitega. Seetõttu tuli kohtupraktikas sageli ette varasemaid tahtliku arseenimürgistuse juhtumeid. Kuritegelikel eesmärkidel kasutati elementi kõige sagedamini trioksiidi kujul.

Mürgistuse sümptomid

Algul avaldub arseenimürgistus metallimaitsena suus, oksendamise ja kõhuvaluna. Kui meetmeid ei võeta, võivad tekkida krambid ja isegi halvatus. Halvimal juhul võib mürgistus lõppeda surmaga.

Mürgistuse põhjus võib olla:

1. Arseeniühendeid sisaldava tolmu sissehingamine. Esineb reeglina arseeni tootmisettevõtetes, kus ei järgita tööohutuseeskirju.
2. Mürgistatud toidu või vee tarbimine.
3. Teatud ravimite kasutamine.

Esmaabi

Arseenimürgistuse kõige laiemalt kättesaadav ja tuntuim vastumürk on piim. Selles sisalduv kaseiinvalk moodustab mürgise ainega lahustumatuid ühendeid, mis ei saa verre imenduda.

Ägeda mürgistuse korral tuleb ohvri kiireks abistamiseks teha maoloputus. Haiglates tehakse ka hemodialüüsi, mille eesmärk on neerude puhastamine. Ravimite hulgas kasutatakse universaalset antidooti - Unithiol. Lisaks võib kasutada antagonistlikke aineid: seleeni, tsinki, väävlit ja fosforit. Tulevikus tuleb patsiendile määrata aminohapete ja vitamiinide kompleks.

Arseeni puudus

Vastates küsimusele: “Mis on arseen?”, väärib märkimist, et inimkeha vajab seda väikestes kogustes. Elementi peetakse immunotoksiliseks, tingimuslikult hädavajalikuks. Ta osaleb peaaegu kõigis inimkeha kõige olulisemates biokeemilistes protsessides. Selle aine puudusele võivad viidata järgmised märgid: triglütseriidide kontsentratsiooni langus veres, keha arengu ja kasvu halvenemine.

Reeglina ei pea tõsiste terviseprobleemide puudumisel muretsema arseeni puudumise pärast toidus, kuna seda elementi leidub peaaegu kõigis taimset ja loomset päritolu toodetes. Eriti rikkad on selle aine poolest mereannid, teraviljad, viinamarjavein, mahlad ja joogivesi. 24 tunni jooksul eritub organismist 34% tarbitud arseenist.

Aneemia korral võetakse ainet söögiisu tõstmiseks, seleenimürgistuse korral toimib see tõhusa vastumürgina.

Arseeniühendid (inglise ja prantsuse Arsenic, saksa Arsen) on tuntud väga pikka aega. III - II aastatuhandel eKr. e. juba teadis, kuidas toota 4–5% arseeni sisaldavaid vasesulamid. Aristotelese õpilane Theophrastus (IV-III sajand eKr) nimetas looduses leiduvat punast arseensulfiidi realgariks; Plinius nimetab kollast arseensulfiidi As 2 S 3 orpimendiks (Auripigmentum) - kuldset värvi ja hiljem sai see nime orpiment. Vanakreeka sõna arsenicon, nagu ka sandarac, viitavad peamiselt väävliühenditele. 1. sajandil Dioscorides kirjeldas orpimendi põlemist ja sellest tulenevat toodet - valget arseeni (As 2 O 3). Keemia arengu alkeemilisel perioodil peeti vaieldamatuks, et arseenil (Arsenik) on väävlisisaldus, ja kuna väävlit (väävlit) austati "metallide isana", omistati arseenile mehelikud omadused. Pole teada, millal täpselt arseeni metalli esmakordselt saadi. Tavaliselt omistatakse see avastus Albert Suurele (13. sajand). Alkeemikud pidasid vase värvimist arseeni lisamisega valgele hõbedasele värvile vase hõbedaks muutmiseks ja omistasid sellise "transmutatsiooni" arseeni võimsale jõule. Keskajal ja uusaja esimestel sajanditel said tuntuks arseeni mürgised omadused. Kuid isegi Dioscorides (Iv.) soovitas astmahaigetel reaalgari vaiguga kuumutamisel saadud toote aurud sisse hingata. Paracelsus kasutas raviks juba laialdaselt valget arseeni ja muid arseeniühendeid. 15. - 17. sajandi keemikud ja kaevurid. teadis arseeni võimest sublimeerida ja moodustada spetsiifilise lõhna ja mürgiste omadustega auruprodukte.Vassili Valentin mainib seda, mida 16. sajandi metallurgid hästi teadsid. kõrgahjusuits (Huttenrauch) ja selle spetsiifiline lõhn. Arseeni kreekakeelne (ja ladinakeelne) nimetus, mis viitab arseensulfiididele, on tuletatud kreeka keelest meessoost. Selle nime päritolu kohta on ka teisi selgitusi, näiteks araabiakeelsest sõnast arsa paki, mis tähendab "õnnetut mürki, mis tungib sügavale kehasse"; araablased laenasid selle nime ilmselt kreeklastelt. Venekeelne nimetus arseen on tuntud juba pikka aega. Kirjanduses on see ilmunud Lomonossovi ajast, kes pidas arseeni poolmetalliks. Selle nimega koos 18. saj. kasutati sõna arseen ja arseeni nimetati As 2 O 3. Zahharov (1810) pakkus välja nimetuse arseen, kuid see ei hakanud silma. Tõenäoliselt laenasid sõna arseen vene käsitöölised türgi rahvastelt. Aserbaidžaani, usbeki, pärsia ja teistes idapoolsetes keeltes nimetati arseeni margumushiks (mar – tapa, mush – hiir); Vene arseen, tõenäoliselt hiire- või hiiremürgi rikkumine.

MÄÄRATLUS

Arseen- perioodilise tabeli kolmekümne kolmas element. Nimetus – nagu ladinakeelsest sõnast "arsenicum". Asub neljandas perioodis, VA grupp. Viitab poolmetallidele. Tuumalaeng on 33.

Arseen esineb looduses enamasti metallide või väävliga ühendites ja harva vabas olekus. Arseeni sisaldus maakoores on 0,0005%.

Arseeni saadakse tavaliselt arseenipüriidist FeAsS.

Arseeni aatom- ja molekulmass

Aine suhteline molekulmass(M r) on arv, mis näitab, mitu korda on antud molekuli mass suurem kui 1/12 süsinikuaatomi massist ja elemendi suhteline aatommass(A r) - mitu korda on keemilise elemendi aatomite keskmine mass suurem kui 1/12 süsinikuaatomi massist.

Kuna vabas olekus eksisteerib arseen monoatomiliste molekulidena, langevad selle aatom- ja molekulmassi väärtused kokku. Need on võrdsed 74,9216-ga.

Arseeni allotroopia ja allotroopsed modifikatsioonid

Nagu fosfor, eksisteerib arseen mitmes allotroopses vormis. Auru kiirel jahutamisel (mis koosneb 4-st As-molekulist) moodustub mittemetalliline fraktsioon - kollane arseen (tihedus 2,0 g / cm 3), isomorfne kuni valge fosfor ja sarnaselt süsinikdisulfiidis lahustuv. See modifikatsioon on vähem stabiilne kui valge fosfor ja valguse või madala kuumutamise korral muutub see kergesti metalliliseks modifikatsiooniks - halliks arseeniks (joonis 1). See moodustab terashalli rabeda kristalse massi, millel on värskelt purunemisel metalliline läige. Tihedus on 5,75 g/cm3. Normaalse rõhu all kuumutamisel sublimeerub. Omab metallilist elektrijuhtivust.

Riis. 1. Hall arseen. Välimus.

Arseeni isotoobid

On teada, et looduses võib arseeni leida ainsa stabiilse isotoobi 75 As kujul. Massiarv on 75, aatomi tuum sisaldab kolmkümmend kolm prootonit ja nelikümmend kaks neutronit.

Seal on umbes 33 kunstlikku ebastabiilset arseeni isotoopi, samuti kümme tuumade isomeerset olekut, mille hulgas on pikima elueaga isotoop 73 As, mille poolestusaeg on 80,3 päeva.

Arseeni ioonid

Arseeni aatomi välisenergia tasemel on viis elektroni, mis on valentselektronid:

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

Keemilise interaktsiooni tulemusena loovutab arseen oma valentselektronid, s.o. on nende doonor ja muutub positiivselt laetud iooniks:

Nagu 0 -3e → Nagu 3+ ;

Nagu 0 -5e → Nagu 5+ .

Arseeni molekul ja aatom

Vabas olekus eksisteerib arseen monoatomiliste molekulidena. Siin on mõned omadused, mis iseloomustavad arseeni aatomit ja molekuli:

Näited probleemide lahendamisest

NÄIDE 1