Mi az arzén? Definíció, képlet, tulajdonságok. Mengyelejev elemi periódusos rendszere – arzén Az elem helyzete a periódusos rendszerben arzén

Az arzén (a név az egér szóból származik, egerek csalira használják) a periódusos rendszer harmincharmadik eleme. Félfémekre utal. Savval kombinálva nem képez sókat, mivel savképző anyag. Allotróp módosulatokat képezhet. Az arzénnek három jelenleg ismert kristályrácsszerkezete van. A sárga arzén egy tipikus nemfém tulajdonságait mutatja, az amorf arzén a fekete, a legstabilabb fémarzén pedig a szürke. A természetben leggyakrabban vegyületek formájában, ritkábban szabad állapotban található meg. A legelterjedtebbek az arzén és a fémek (arzenidek) vegyületei, mint például az arzénvas (arzenopirit, mérgező pirit), a nikkel (kupfernickel, a rézérchez való hasonlósága miatt nevezték el). Az arzén alacsony aktivitású elem, vízben nem oldódik, vegyületeit a gyengén oldódó anyagok közé sorolják. Az arzén oxidációja melegítés közben megy végbe, szobahőmérsékleten ez a reakció nagyon lassan megy végbe.

Minden arzénvegyület nagyon erős méreganyag, amely nemcsak a gyomor-bélrendszerre, hanem az idegrendszerre is negatív hatással van. A történelem számos szenzációs esetet tud az arzénnel és származékaival történt mérgezésről. Az arzénvegyületeket méregként nemcsak a középkori Franciaországban használták, hanem az ókori Rómában és Görögországban is ismerték. Az arzén, mint erős méreg népszerűsége azzal magyarázható, hogy szinte lehetetlen kimutatni az élelmiszerekben, nincs sem szaga, sem íze. Melegítéskor arzén-oxiddá alakul. Az arzénmérgezés diagnosztizálása meglehetősen nehéz, mivel a tünetek hasonlóak a különböző betegségekhez. Leggyakrabban az arzénmérgezést összekeverik a kolerával.

Hol használják az arzént?

Mérgező hatásuk ellenére az arzénszármazékokat nem csak egerek és patkányok csalogatására használják. Mivel a tiszta arzén nagy elektromos vezetőképességgel rendelkezik, adalékanyagként használják, amely biztosítja a szükséges típusú vezetőképességet a félvezetőknek, például a germániumnak és a szilíciumnak. A színesfémkohászatban adalékanyagként használják az arzént, amely szilárdságot, keménységet és korrózióállóságot biztosít az ötvözeteknek gáznemű környezetben. Az üveggyártás során kis mennyiségben adják hozzá az üveg élénkítésére, emellett a híres „bécsi üveg” része. A nikkelint az üveg zöldre színezésére használják. A cserzőiparban arzén-szulfát vegyületeket használnak a bőrök feldolgozása során a szőrszálak eltávolítására. Az arzén a lakkok és festékek része. A fafeldolgozó iparban az arzént antiszeptikumként használják. A pirotechnikában a „görög tüzet” arzén-szulfid-vegyületekből készítik, és gyufák előállításához használják. Egyes arzénvegyületeket vegyi harci szerként használnak. Az arzén toxikus tulajdonságait a fogorvosi gyakorlatban a fogpép elpusztítására használják. Az orvostudományban az arzénkészítményeket olyan gyógyszerként használják, amely növeli a test általános tónusát, és serkenti a vörösvértestek számának növekedését. Az arzén gátló hatással van a leukociták képződésére, ezért a leukémia egyes formáinak kezelésére használják. Nagyon sok arzénalapú gyógyászati ​​készítmény ismert, de az utóbbi időben fokozatosan kevésbé mérgező gyógyszerekre váltották őket.

Mérgező hatása ellenére az arzén az egyik legfontosabb elem. A csatlakozásokkal való munka során be kell tartania a biztonsági szabályokat, amelyek segítenek elkerülni a nemkívánatos következményeket.

Az arzén a nitrogéncsoport kémiai eleme (a periódusos rendszer 15. csoportja). Ez egy szürke, fémes, rideg anyag (α-arzén), romboéderes kristályrácstal. 600°C-ra melegítve szublimál. Amikor a gőz lehűl, egy új módosítás jelenik meg - sárga arzén. 270°C felett az As minden formája fekete arzénné alakul.

A felfedezés története

Azt, hogy mi az arzén, már jóval azelőtt ismerték, hogy kémiai elemként ismerték volna fel. A 4. században. időszámításunk előtt e. Arisztotelész megemlítette a sandarac nevű anyagot, amelyről ma úgy tartják, hogy realgar vagy arzén-szulfid. És a Kr. u. 1. században. e. Idősebb Plinius és Pedanius Dioscorides írták le az orpimentet - a festéket As 2 S 3. A 11. században n. e. Az „arzénnek” három fajtája volt: fehér (As 4 O 6), sárga (As 2 S 3) és vörös (As 4 S 4). Magát az elemet valószínűleg először a 13. században Albertus Magnus izolálta, aki fémszerű anyag megjelenését vette észre, amikor az arzénumot, az As 2 S 3 másik elnevezését szappannal hevítették. De nem biztos, hogy ez a természettudós tiszta arzént szerzett. A tiszta elszigeteltség első hiteles bizonyítéka 1649-ből származik. Johann Schröder német gyógyszerész úgy állította elő az arzént, hogy oxidját szén jelenlétében hevítette. Később Nicolas Lemery francia orvos és vegyész megfigyelte ennek a kémiai elemnek a kialakulását oxidja, szappanja és hamuzsírja keverékének hevítésével. A 18. század elején az arzén már egyedülálló félfémként ismert.

Prevalencia

A földkéregben az arzén koncentrációja alacsony, 1,5 ppm. A talajban és ásványi anyagokban található, és a szél és a vízerózió révén a levegőbe, vízbe és talajba kerülhet. Ezenkívül az elem más forrásokból kerül a légkörbe. A vulkánkitörések következtében évente mintegy 3 ezer tonna arzén kerül a levegőbe, a mikroorganizmusok évente 20 ezer tonna illékony metilarzint, a fosszilis tüzelőanyagok elégetése következtében pedig 80 ezer tonna kerül a levegőbe. ugyanaz az időszak.

Annak ellenére, hogy az As egy halálos méreg, egyes állatok és esetleg emberek étrendjének fontos összetevője, bár a szükséges adag nem haladja meg a 0,01 mg/nap értéket.

Az arzén rendkívül nehezen alakítható át vízben oldódó vagy illékony halmazállapotúvá. Az a tény, hogy meglehetősen mozgékony, azt jelenti, hogy az anyag nagy koncentrációja nem jelenhet meg egyetlen helyen. Ez egyrészt jó dolog, másrészt a terjedés könnyűsége miatt egyre nagyobb probléma az arzénszennyezés. Az emberi tevékenységnek köszönhetően, főként a bányászat és olvasztás révén, az általában mozdulatlan kémiai elem elvándorol, és ma már a természetes koncentrációjától eltérő helyeken is megtalálható.

Az arzén mennyisége a földkéregben körülbelül 5 g/tonna. Az űrben koncentrációja becslések szerint 4 atom/millió szilíciumatom. Ez az elem széles körben elterjedt. Kis mennyiségben natív állapotban van jelen. Általában 90-98%-os tisztaságú arzénképződmények találhatók olyan fémekkel együtt, mint az antimon és az ezüst. Legtöbbjük azonban több mint 150 különböző ásványban - szulfidokban, arzenidekben, szulfoarzenidekben és arzenitekben - található. Az arsenopirit FeAsS az egyik leggyakoribb As-tartalmú ásvány. További gyakori arzénvegyületek a realgar As 4 S 4, az orpiment As 2 S 3, a lellingit FeAs 2 és az enargit Cu 3 AsS 4 ásványok. Az arzén-oxid is gyakori. Ennek az anyagnak a nagy része a réz, ólom, kobalt és aranyérc olvasztásának mellékterméke.

A természetben az arzénnek csak egy stabil izotópja van - 75 As. A mesterséges radioaktív izotópok közül kiemelkedik a 76 As 26,4 órás felezési idejével Az arzén-72, -74 és -76 az orvosi diagnosztikában használatos.

Ipari gyártás és alkalmazás

A fémarzént úgy nyerik, hogy az arzenopiritet 650-700 °C-ra hevítik levegő hozzáférése nélkül. Ha az arzenopiritet és más fémérceket oxigénnel hevítik, akkor az As könnyen egyesül vele, könnyen szublimálódó As 4 O 6-ot, más néven „fehér arzént” képezve. Az oxidgőzt összegyűjtik és kondenzálják, majd ismételt szublimációval tisztítják. A legtöbb As-t úgy állítják elő, hogy az így kapott fehér arzénból szénnel redukálják.

Az arzénfém globális felhasználása viszonylag kicsi – mindössze néhány száz tonna évente. A legtöbb elfogyasztott mennyiség Svédországból származik. Metalloid tulajdonságai miatt a kohászatban használják. Körülbelül 1% arzént használnak az ólomsörét előállításához, mivel ez javítja az olvadt csepp kerekségét. Az ólomalapú csapágyötvözetek tulajdonságai mind termikusan, mind mechanikailag javulnak, ha körülbelül 3% arzént tartalmaznak. Ennek a kémiai elemnek a jelenléte kis mennyiségben az ólomötvözetekben megkeményedik az akkumulátorokban és kábelpáncélokban való használatra. A kisméretű arzénszennyeződések növelik a réz és a sárgaréz korrózióállóságát és termikus tulajdonságait. Tiszta formájában az As kémiai elemet bronzbevonatokhoz és pirotechnikában használják. A nagy tisztaságú arzént a félvezető technológiában alkalmazzák, ahol szilíciummal és germániummal, gallium-arzenid (GaAs) formájában pedig diódákban, lézerekben és tranzisztorokban használják.

Kapcsolatokként

Mivel az arzén vegyértéke 3 és 5, és oxidációs állapota -3 és +5 között van, az elem különböző típusú vegyületeket képezhet. Legfontosabb kereskedelmi szempontból fontos formái az As 4 O 6 és az As 2 O 5 . Az arzén-oxid, közismert nevén fehér arzén, a réz, ólom és néhány más fém, valamint arzenopirit és szulfidércek pörkölésének mellékterméke. Ez a legtöbb más vegyület kiindulási anyaga. Peszticidekben, üveggyártásban színtelenítőként, bőrök tartósítószereként is használják. Arzén-pentoxid képződik, amikor a fehér arzén oxidálószerrel (például salétromsavval) érintkezik. A rovarirtó szerek, gyomirtó szerek és fémragasztók fő összetevője.

Egy másik ismert anyag az arzin (AsH 3), egy színtelen mérgező gáz, amely arzénból és hidrogénből áll. Az arzénhidrogénnek is nevezett anyagot fémarzenidek hidrolízisével és fémek redukciójával nyerik arzénvegyületekből savas oldatokban. A félvezetők dópolójaként és vegyi harci szerként alkalmazták. A mezőgazdaságban nagy jelentősége van az arzénsavnak (H 3 AsO 4), az ólom-arzenátnak (PbHAsO 4) és a kalcium-arzenátnak [Ca 3 (AsO 4) 2], amelyeket a talaj sterilizálására és a kártevők elleni védekezésre használnak.

Az arzén egy kémiai elem, amely számos szerves vegyületet képez. A Cacodyne (CH 3) 2 As−As(CH 3) 2 például a széles körben használt szárító (szárítószer) kakodilsav előállításához használatos. Az elem összetett szerves vegyületeit bizonyos betegségek, például a mikroorganizmusok által okozott amőb vérhas kezelésére használják.

Fizikai tulajdonságok

Mi az arzén fizikai tulajdonságait tekintve? Legstabilabb állapotában törékeny, acélszürke szilárd anyag, alacsony hő- és elektromos vezetőképességgel. Bár az As egyes formái fémszerűek, a nemfémek közé való besorolása az arzén pontosabb jellemzése. Vannak az arzénnek más formái is, de ezeket nem nagyon vizsgálták, különösen a sárga metastabil formát, amely As 4 molekulákból áll, mint például a fehér foszfor P 4 . Az arzén 613 °C hőmérsékleten szublimál, és gőz formájában As 4 molekulaként létezik, amelyek körülbelül 800 °C hőmérsékletig nem disszociálnak. A teljes disszociáció As 2 molekulákká 1700 °C-on megy végbe.

Az atomszerkezet és a kötésképző képesség

Az arzén elektronikus képlete - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 3 - hasonlít a nitrogénre és a foszforra, mivel a külső héjban öt elektron van, de abban különbözik tőlük, hogy az utolsó előtti elektronban 18 elektron van. kagyló kettő vagy nyolc helyett. 10 pozitív töltés hozzáadása az atommaghoz az öt 3d-s pálya kitöltése közben gyakran az elektronfelhő általános csökkenését és az elemek elektronegativitásának növekedését okozza. Az arzén a periódusos rendszerben összehasonlítható más csoportokkal, amelyek egyértelműen mutatják ezt a mintát. Például általánosan elfogadott, hogy a cink elektronegatívabb, mint a magnézium, és a gallium, mint az alumínium. A következő csoportokban azonban ez a különbség csökken, és sokan nem értenek egyet azzal, hogy a germánium elektronegatívabb, mint a szilícium, a kémiai bizonyítékok bősége ellenére. Egy hasonló átmenet a 8-18 elemű héjról a foszforról az arzénre növelheti az elektronegativitást, de ez továbbra is ellentmondásos.

Az As és P külső héjának hasonlósága azt sugallja, hogy atomonként 3-at képezhetnek egy további kötetlen elektronpár jelenlétében. Az oxidációs állapot ezért +3 vagy -3 kell, hogy legyen, a relatív kölcsönös elektronegativitástól függően. Az arzén szerkezete azt a lehetőséget is sugallja, hogy a külső d-pályát az oktett kiterjesztésére használják, ami lehetővé teszi az elem számára 5 kötés kialakítását. Csak fluorral reagálva valósul meg. Egy szabad elektronpár jelenléte komplex vegyületek képzéséhez (elektrondonáció révén) az As atomban sokkal kevésbé kifejezett, mint a foszforban és a nitrogénben.

Az arzén száraz levegőn stabil, nedves levegőn viszont fekete oxiddá alakul. Gőzei könnyen égnek, As 2 O 3 -ot képezve. Mi az a szabad arzén? Víz, lúgok és nem oxidáló savak gyakorlatilag nem befolyásolják, salétromsav viszont +5-ös állapotig oxidálja. A halogének és a kén reakcióba lép az arzénnel, és sok fém arzenideket képez.

Analitikai kémia

Az arzén anyag minőségileg kimutatható sárga orpimentum formájában, amely 25% -os sósavoldat hatására kicsapódik. Az As nyomait általában úgy határozzák meg, hogy arzinná alakítják, ami a Marsh-teszttel kimutatható. Az arzin termikusan lebomlik, és egy keskeny csőben fekete arzéntükröt képez. A Gutzeit-módszer szerint az arzinnal impregnált minta a higany kibocsátása miatt elsötétül.

Az arzén toxikológiai jellemzői

Az elem és származékai toxicitása széles skálán mozog, a rendkívül mérgező arzintól és szerves származékaitól az egyszerű As-ig, amely viszonylag inert. Hogy mi az arzén, azt bizonyítja szerves vegyületeinek vegyi harci szerként (lewisite), hólyagosítóként és lombtalanítóként való felhasználása (5% kakodilsav és 26% nátriumsó vizes keverékén alapuló Agent Blue).

Általában ennek a kémiai elemnek a származékai irritálják a bőrt és bőrgyulladást okoznak. Az arzéntartalmú por belélegzése elleni védekezés is javasolt, de a legtöbb mérgezés lenyelés útján következik be. Az As legnagyobb megengedett koncentrációja a porban egy nyolcórás munkanap alatt 0,5 mg/m 3 . Az arzin esetében az adagot 0,05 ppm-re csökkentik. E kémiai elem vegyületeinek gyomirtóként és növényvédőszerként való felhasználása mellett az arzén farmakológiai felhasználása lehetővé tette a salvarsan, az első sikeres szifilisz elleni gyógyszer előállítását.

Egészségügyi hatások

Az arzén az egyik legmérgezőbb elem. Ennek a vegyi anyagnak a szervetlen vegyületei a természetben kis mennyiségben fordulnak elő. Az emberek arzénnek lehetnek kitéve élelmiszeren, vízen és levegőn keresztül. Az expozíció a szennyezett talajjal vagy vízzel való bőrrel való érintkezéskor is előfordulhat.

Azok az emberek is ki vannak téve az expozíciónak, akik ezzel dolgoznak, fából épített otthonokban élnek, és olyan mezőgazdasági területeken, ahol korábban növényvédő szereket használtak.

A szervetlen arzén számos egészségügyi hatást okozhat az emberben, például gyomor- és bélirritációt, csökkent vörös- és fehérvérsejtek termelődését, bőrelváltozásokat és tüdőirritációt. Feltételezhető, hogy ennek az anyagnak jelentős mennyiségben történő elfogyasztása növelheti a rák, különösen a bőr-, tüdő-, máj- és nyirokrendszerrák kialakulásának esélyét.

A szervetlen arzén nagyon magas koncentrációja a nőknél meddőséget és vetélést, bőrgyulladást, a szervezet fertőzésekkel szembeni ellenállásának csökkenését, szívproblémákat és agykárosodást okoz. Ezenkívül ez a kémiai elem károsíthatja a DNS-t.

A fehér arzén halálos adagja 100 mg.

Az elem szerves vegyületei nem okoznak rákot és nem károsítják a genetikai kódot, de nagy dózisok károsíthatják az emberi egészséget, például idegi rendellenességeket vagy hasi fájdalmat okozhatnak.

Tulajdonságok As

Az arzén fő kémiai és fizikai tulajdonságai a következők:

• Atomszáma 33.
• Atomtömeg - 74,9216.
• A szürke forma olvadáspontja 814 °C 36 atmoszféra nyomáson.
• A szürke forma sűrűsége 5,73 g/cm 3 14 °C-on.
• A sárga forma sűrűsége 2,03 g/cm 3 18 °C-on.
• Az arzén elektronikus képlete: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 3.
• Oxidációs állapotok - -3, +3, +5.
• Az arzén vegyértéke 3,5.

Az arzén a periódusos rendszer 4. periódusának 5. csoportjába tartozó kémiai elem, 33-as rendszámmal. Törékeny acél színű félfém, zöldes árnyalattal. Ma közelebbről megvizsgáljuk, mi az arzén, és megismerkedünk ennek az elemnek az alapvető tulajdonságaival.

Általános jellemzők

Az arzén egyedisége abban rejlik, hogy szó szerint mindenhol megtalálható - kőzetekben, vízben, ásványokban, talajban, növény- és állatvilágban. Ezért gyakran nem kevesebbnek nevezik, mint mindenütt jelenlévő elemnek. Az arzén akadálytalanul eloszlik a Föld bolygó minden földrajzi régiójában. Ennek oka vegyületeinek illékonysága és oldhatósága.

Az elem neve a rágcsálók irtására való felhasználásához kapcsolódik. A latin Arsenicum szó (a periódusos rendszerben az arzén képlete As) a görög Arsen szóból származik, ami „erős” vagy „erős”.

Egy átlagos felnőtt teste körülbelül 15 mg-ot tartalmaz ebből az elemből. Főleg a vékonybélben, a májban, a tüdőben és a hámban koncentrálódik. Az anyag felszívódását a gyomor és a belek végzik. Az arzén antagonistái a kén, a foszfor, a szelén, néhány aminosav, valamint az E- és C-vitamin. Maga az elem rontja a cink, a szelén, valamint az A-, C-, B9- és E-vitamin felszívódását.

Sok más anyaghoz hasonlóan az arzén is lehet méreg és gyógyszer is, minden az adagtól függ.

Az ilyen elem, mint az arzén, hasznos funkciói között szerepel:

1. A nitrogén és a foszfor felszívódásának serkentése.
2. A hematopoiesis javítása.
3. Kölcsönhatás ciszteinnel, fehérjékkel és liponsavval.
4. Az oxidatív folyamatok gyengülése.

A felnőttek napi arzénszükséglete 30-100 mcg.

Történelmi hivatkozás

Az emberi fejlődés egyik szakaszát „bronznak” nevezik, mivel ebben az időszakban az emberek a kőfegyvereket bronzra cserélték. Ez a fém ón és réz ötvözete. Egyszer a bronz olvasztásakor a kézművesek véletlenül a réz-arzén-szulfid ásvány mállási termékeit használták a rézérc helyett. A kapott ötvözet könnyen önthető és kiválóan kovácsolt. Akkoriban még senki sem tudta, mi az az arzén, de az ásványi anyagok lelőhelyeit szándékosan keresték a kiváló minőségű bronz előállításához. Idővel ezt a technológiát elhagyták, nyilván annak a ténynek köszönhető, hogy használata során gyakran előfordult mérgezés.

Az ókori Kínában a realgar nevű kemény ásványt (As 4 S 4) használták. Kőfaragáshoz használták. Mivel a hőmérséklet és a fény hatására a realgar egy másik anyaggá alakult - 2 S 3 -ként, azt is hamarosan elhagyták.

A Kr.e. 1. században idősebb Plinius római tudós, Dioscorides botanikussal és orvossal együtt leírta az orpiment nevű arzén ásványt. Nevét latinból „aranyfesték”-nek fordítják. Az anyagot sárga festékként használták.

A középkorban az alkimisták az elem három formáját osztályozták: sárga (As 2 S 3 szulfid), vörös (As 4 S 4 szulfid) és fehér (As 2 O 3 oxid). A 13. században a sárga arzén szappannal való hevítésével az alkimisták fémszerű anyagot kaptak. Valószínűleg ez volt az első példa a mesterségesen nyert tiszta elemre.

Hogy mi az arzén tiszta formájában, azt a 17. század elején fedezték fel. Ez akkor történt, amikor Johann Schröder az oxidot szénnel redukálva izolálta ezt az elemet. Néhány évvel később Nicolas Lemery francia kémikusnak sikerült előállítania az anyagot úgy, hogy oxidját szappannal és hamuzsírral keverve hevítette. A következő évszázadban az arzén már jól ismert volt félkő állapotában.

Kémiai tulajdonságok

Mengyelejev periódusos rendszerében az arzén kémiai elem az ötödik csoportban található, és a nitrogéncsaládba tartozik. Természetes körülmények között ez az egyetlen stabil nuklid. Az anyag több mint tíz radioaktív izotópját mesterségesen állítják elő. Felezési idejük tartománya meglehetősen széles - 2-3 perctől több hónapig.

Bár az arzént néha fémnek is nevezik, valószínűbb, hogy nem fém. Savakkal kombinálva nem képez sókat, hanem maga is savképző anyag. Ez az oka annak, hogy az elemet félfémként azonosítják.

Az arzén a foszforhoz hasonlóan különféle allotróp konfigurációkban található. Egyikük, a szürke arzén, törékeny anyag, amely törve fémes fényt ad. Ennek a félfémnek az elektromos vezetőképessége 17-szer alacsonyabb, mint a rézé, de 3,6-szor nagyobb, mint a higanyáé. A hőmérséklet emelkedésével csökken, ami a tipikus fémekre jellemző.

Az arzéngőznek a folyékony nitrogén hőmérsékletére (-196 °C) történő gyors lehűtésével sárga foszforra emlékeztető, lágy sárgás anyag nyerhető. Hevítés és ultraibolya fény hatására a sárga arzén azonnal szürkévé válik. A reakciót hőkibocsátás kíséri. Amikor a gőzök inert atmoszférában lecsapódnak, az anyag egy másik formája képződik - amorf. Ha arzéngőz válik ki, tükörfilm jelenik meg az üvegen.

Ennek az anyagnak a külső elektronhéja ugyanolyan szerkezetű, mint a foszfor és a nitrogén. A foszforhoz hasonlóan az arzén is három kovalens kötést képez. Száraz levegőn stabil alakja van, és a páratartalom növekedésével elhomályosodik, és fekete oxidréteggel borítja. A gőz meggyújtásakor az anyagok kék lánggal égnek.

Mivel az arzén inert, nem hatnak rá a víz, a lúgok és a savak, amelyek nem rendelkeznek oxidáló tulajdonságokkal. Ha egy anyag híg salétromsavval érintkezik, ortoarzénsav, tömény savval pedig ortoarzénsav képződik. Az arzén a kénnel is reagál, és különböző összetételű szulfidokat képez.

A természetben lenni

Természetes körülmények között egy kémiai elem, például az arzén gyakran megtalálható a rézzel, nikkellel, kobalttal és vassal alkotott vegyületekben.

Az ásványi anyagok összetétele, amelyet az anyag képez, annak félig fémes tulajdonságainak köszönhető. A mai napig több mint 200 ásványi anyag ismert ebből az elemből. Mivel az arzén negatív és pozitív oxidációs állapotban is létezhet, könnyen kölcsönhatásba lép sok más anyaggal. Az arzén pozitív oxidációja során fémként (szulfidokban), negatív oxidációja során nemfémként (arzenidekben) működik. Az ezt az elemet tartalmazó ásványi anyagok meglehetősen összetett összetételűek. A kristályrácsban egy félfém helyettesítheti a kén-, antimon- és fématomokat.

Összetételi szempontból sok arzéntartalmú fémvegyület valószínűleg nem az arzenidekhez, hanem az intermetallikus vegyületekhez tartozik. Néhányukat a fő elem változó tartalma különbözteti meg. Az arzenidek egyidejűleg több fémet is tartalmazhatnak, amelyek atomjai közeli ionsugár esetén helyettesíthetik egymást. Minden arzenidnek minősített ásvány fémes fényű, átlátszatlan, nehéz és tartós. A természetes arzenidek közül (összesen körülbelül 25 van) a következő ásványok jegyezhetők meg: skutterudit, rammelsbreggit, nikkelin, lellingrit, klinózafflorit és mások.

Kémiai szempontból érdekesek azok az ásványok, amelyekben az arzén a kénnel egyidejűleg van jelen, és fémszerepet játszik. Nagyon összetett szerkezettel rendelkeznek.

Az arzénsav természetes sói (arzenátok) különböző színűek lehetnek: eritrit - kobalt; az simplezit, az annabergit és a scoride zöld, a rooseveltit, kettigit és gernessit pedig színtelen.

Kémiai tulajdonságait tekintve az arzén meglehetősen közömbös, így natív állapotában olvasztott kockák és tűk formájában is megtalálható. A rögben lévő szennyeződések tartalma nem haladja meg a 15%-ot.

A talajban az arzéntartalom 0,1-40 mg/kg. A vulkánok területein és olyan helyeken, ahol arzénérc található, ez a szám elérheti a 8 g/kg-ot is. Az ilyen helyeken a növények elpusztulnak, az állatok pedig megbetegednek. Hasonló probléma jellemző a sztyeppekre és sivatagokra, ahol az elem nem mosódik ki a talajból. Az agyagos kőzeteket dúsítottnak tekintik, mivel négyszer több arzénanyagot tartalmaznak, mint a közönséges kőzetek.

Ha egy tiszta anyagot a biometilezés során illékony vegyületté alakítanak át, akkor azt nemcsak a víz, hanem a szél is ki tudja vinni a talajból. Normál területeken a levegő arzénkoncentrációja átlagosan 0,01 μg/m 3 . Azon ipari területeken, ahol gyárak és erőművek működnek, ez a szám elérheti az 1 μg/m3-t.

Az ásványvíz mérsékelt mennyiségű arzént tartalmazhat. A gyógyászati ​​ásványvizekben az általánosan elfogadott szabványok szerint az arzén koncentrációja nem haladhatja meg a 70 µg/l-t. Itt érdemes megjegyezni, hogy nagyobb arányban is csak ilyen víz rendszeres fogyasztása esetén fordulhat elő mérgezés.

A természetes vizekben az elem különféle formákban és vegyületekben megtalálható. A háromértékű arzén például sokkal mérgezőbb, mint az ötértékű arzén.

Arzén beszerzése

Az elemet ólom-, cink-, réz- és kobaltércek feldolgozása során, valamint aranybányászat során nyerik. Egyes polifémes ércekben az arzéntartalom elérheti a 12%-ot is. Amikor 700 °C-ra melegítik, szublimáció következik be - egy anyag szilárd halmazállapotból gázhalmazállapotba való átmenete, megkerülve a folyékony állapotot. Ennek a folyamatnak a fontos feltétele a levegő hiánya. Amikor az arzénérceket levegőn hevítik, illékony oxid képződik, amelyet „fehér arzénnek” neveznek. A szénnel való kondenzációnak kitéve tiszta arzén nyerhető vissza.

Az elem megszerzésének képlete a következő:

• 2As 2S3 +9O 2 =6SO 2 +2As 2O 3;
• As 2 O 3 +3C=2As+3CO.

Az arzénbányászat veszélyes iparág. Paradox az a tény, hogy ezzel az elemmel a legnagyobb környezetszennyezés nem az azt termelő vállalkozások, hanem az erőművek és színesfémkohászati ​​üzemek közelében jelentkezik.

Egy másik paradoxon, hogy a fémarzén termelési volumene meghaladja az igényt. Ez nagyon ritka jelenség a fémbányászatban. A fölösleges arzént úgy kell ártalmatlanítani, hogy a fémtartályokat régi bányákba kell elásni.

Az arzénércek legnagyobb lelőhelyei a következő országokban koncentrálódnak:

1. Réz-arzén - USA, Grúzia, Japán, Svédország, Norvégia és közép-ázsiai államok.
2. Arany-arzén - Franciaország és az USA.
3. Arzén-kobalt - Kanada és Új-Zéland.
4. Arzén-ón - Anglia és Bolívia.

Meghatározás

Az arzén laboratóriumi meghatározását sárga szulfidok sósavoldatokból történő kicsapásával végezzük. Az elem nyomait a Gutzeit-módszerrel vagy a Marsh-reakcióval határozzuk meg. Az elmúlt fél évszázad során mindenféle szenzitív elemzési technikát hoztak létre, amellyel akár nagyon kis mennyiségben is kimutatható ez az anyag.

Néhány arzénvegyületet szelektív hibrid módszerrel elemeznek. Ez magában foglalja a vizsgált anyag arzin illékony elemmé történő redukálását, amelyet azután folyékony nitrogénnel hűtött tartályban lefagyasztanak. Ezt követően, amikor a tartály tartalmát lassan felmelegítjük, a különböző arzinok egymástól elkülönítve párologni kezdenek.

Ipari felhasználás

A bányászott arzén csaknem 98%-át nem használják fel tiszta formájában. Vegyületeit széles körben használják különféle iparágakban. Évente több száz tonna arzént bányásznak és dolgoznak fel. Hozzáadják csapágyötvözetekhez azok minőségének javítása érdekében, kábelek és ólom akkumulátorok keménységének növelésére használják, valamint félvezető eszközök gyártásában is használják germániummal vagy szilíciummal együtt. És ezek csak a legambiciózusabb területek.

Adalékanyagként az arzén vezetőképességet kölcsönöz néhány „klasszikus” félvezetőnek. Az ólom hozzáadása jelentősen növeli a fém szilárdságát, a réz pedig a folyékonyságot, a keménységet és a korrózióállóságot. Arzént néha bizonyos típusú bronzokhoz, sárgarézekhez, babbittekhez és ötvözetekhez is adnak. A kohászok azonban gyakran megpróbálják elkerülni ennek az anyagnak a használatát, mivel nem biztonságos az egészségre. Egyes fémek esetében a nagy mennyiségű arzén is káros, mert rontja az eredeti anyag tulajdonságait.

Az arzén-oxidot az üveggyártásban üvegfehérítőként használják. Ebben az irányban használták az ősi üvegfúvók. Az arzénvegyületek erős fertőtlenítő hatásúak, így szőrmék, plüssállatok és bőrök tartósítására, valamint vízszállításra és fa impregnálására szolgáló szennyeződésgátló festékek készítésére is szolgálnak.

Egyes arzénszármazékok biológiai aktivitása miatt az anyagot növényi növekedést serkentő szerek, valamint gyógyszerek, köztük haszonállatok féreghajtó szerek előállítására használják. Az ezt az elemet tartalmazó termékek gyomok, rágcsálók és rovarok irtására szolgálnak. Korábban, amikor az emberek nem gondoltak arra, hogy az arzén felhasználható-e élelmiszertermelésre, az elemet szélesebb körben alkalmazták a mezőgazdaságban. Miután azonban felfedezték mérgező tulajdonságait, helyettesítőt kellett találni.

Ennek az elemnek fontos felhasználási területei: mikroáramkörök, száloptikák, félvezetők, filmelektronika gyártása, valamint mikrokristályok előállítása lézerekhez. Erre a célra gáznemű arzinokat használnak. A lézerek, diódák és tranzisztorok gyártása pedig nem teljes gallium- és indiumarzenidek nélkül.

Gyógyszer

Az emberi szövetekben és szervekben az elem főként a fehérjefrakcióban, kisebb mértékben a savban oldódó frakcióban van jelen. Részt vesz az erjedésben, a glikolízisben és a redox reakciókban, valamint biztosítja az összetett szénhidrátok lebontását is. A biokémiában ennek az anyagnak a vegyületeit specifikus enziminhibitorként használják, amelyek szükségesek a metabolikus reakciók vizsgálatához. Az arzén nyomelemként szükséges az emberi szervezet számára.

Az elem felhasználása az orvostudományban kevésbé kiterjedt, mint a termelésben. Mikroszkópos dózisait mindenféle betegség és patológia diagnosztizálására, valamint fogászati ​​betegségek kezelésére használják.

A fogászatban arzént használnak a pép eltávolítására. Az arzénsavat tartalmazó paszta kis adagja szó szerint egy napon belül biztosítja a fog elhalását. Működésének köszönhetően a pép eltávolítása fájdalommentes és akadálytalan.

Az arzént széles körben használják a leukémia enyhe formáinak kezelésére is. Lehetővé teszi a leukociták kóros képződésének csökkentését vagy akár elnyomását, valamint serkenti a vörös vérképzést és a vörösvértestek felszabadulását.

Az arzén olyan, mint a méreg

Ennek az elemnek minden vegyülete mérgező. Az akut arzénmérgezés hasi fájdalmat, hasmenést, hányingert és központi idegrendszeri depressziót okoz. Az ezzel az anyaggal való mérgezés tünetei a kolera tüneteihez hasonlítanak. Ezért a bírói gyakorlatban gyakran találkoztak szándékos arzénmérgezés korábbi eseteivel. Bűnügyi célokra az elemet leggyakrabban trioxid formájában használták.

Mérgezés tünetei

Eleinte az arzénmérgezés fémes ízben a szájban, hányásban és hasi fájdalomban nyilvánul meg. Ha nem tesznek intézkedéseket, görcsök, sőt bénulás léphet fel. A legrosszabb esetben a mérgezés végzetes lehet.

A mérgezés oka lehet:

1. Arzénvegyületeket tartalmazó por belélegzése. Általában olyan arzéngyártó üzemekben fordul elő, ahol nem tartják be a munkavédelmi szabályokat.
2. Mérgezett étel vagy víz fogyasztása.
3. Bizonyos gyógyszerek alkalmazása.

Elsősegély

Az arzénmérgezés legszélesebb körben elérhető és legismertebb ellenszere a tej. A benne található kazein fehérje oldhatatlan vegyületeket képez a mérgező anyaggal, amely nem szívódik fel a vérbe.

Akut mérgezés esetén az áldozat gyors segítése érdekében gyomormosást kell végezni. Kórházi körülmények között hemodialízist is végeznek, amelynek célja a vesék tisztítása. A gyógyszerek között univerzális ellenszert használnak - Unithiol. Ezenkívül antagonista anyagok is használhatók: szelén, cink, kén és foszfor. A jövőben a betegnek aminosav- és vitaminkomplexumot kell előírnia.

Arzén hiány

A kérdésre válaszolva: „Mi az arzén?”, érdemes megjegyezni, hogy az emberi szervezetnek kis mennyiségben szüksége van rá. Az elem immuntoxikusnak tekinthető, feltételesen nélkülözhetetlen. Részt vesz az emberi szervezet szinte valamennyi legfontosabb biokémiai folyamatában. Ennek az anyagnak a hiányát a következő jelek jelezhetik: a trigliceridek koncentrációjának csökkenése a vérben, a szervezet fejlődésének és növekedésének romlása.

Általános szabály, hogy súlyos egészségügyi problémák hiányában nem kell tartani az arzén hiányától az étrendben, mivel az elem szinte minden növényi és állati eredetű termékben megtalálható. A tenger gyümölcsei, a gabonafélék, a szőlőbor, a gyümölcslevek és az ivóvíz különösen gazdagok ebben az anyagban. 24 órán belül az elfogyasztott arzén 34%-a kiürül a szervezetből.

Vérszegénység esetén étvágyfokozásra szedik az anyagot, szelénmérgezés esetén pedig hatékony ellenszerként hat.

Az arzénvegyületek (angol és francia Arsenic, német Arsen) nagyon régóta ismertek. A Kr.e. III - II. évezredben. e. már tudta, hogyan kell 4-5% arzéntartalmú rézötvözeteket előállítani. Arisztotelész tanítványa, Theophrastus (Kr. e. IV-III. század) a természetben található vörös arzén-szulfidot realgarnak nevezte; Plinius a sárga arzén-szulfidot As 2 S 3 orpimentnek (Auripigmentum) nevezi - arany színű, később az orpiment nevet kapta. Az ógörög arsenicon szó, valamint a sandarac főként kénvegyületekre utal. 1. században Dioscorides leírta az orpiment elégetését és a keletkező terméket - fehér arzént (As 2 O 3). A kémia fejlődésének alkímiai időszakában tagadhatatlannak tartották, hogy az arzénnek (Arsenik) kénes természete van, és mivel a ként (Sulfur) a „fémek atyjaként” tisztelték, az arzénnek tulajdonították a férfias tulajdonságokat. Nem ismert, hogy pontosan mikor nyerték el először az arzénfémet. Ezt a felfedezést általában Nagy Albertnek (13. század) tulajdonítják. Az alkimisták a réz színezését arzén hozzáadásával a fehér ezüst színéhez a réz ezüstté való átalakulásának tekintették, és az ilyen „transzmutációt” az arzén erőteljes erejének tulajdonították. A középkorban és az újkor első századaiban vált ismertté az arzén mérgező tulajdonságai. Azonban még Dioscorides (Iv.) is azt javasolta, hogy az asztmás betegek lélegezzék be a realgar gyantával való melegítésével nyert termék gőzeit. A Paracelsus már széles körben használt fehér arzént és más arzénvegyületeket kezelésre. Vegyészek és bányászok a 15-17. században. tudta, hogy az arzén képes szublimálni és sajátos szagú, mérgező tulajdonságú gőztermékeket képezni.Vaszilij Valentin megemlíti azt, amit a 16. század kohászai jól ismertek. nagyolvasztó füstje (Huttenrauch) és sajátos szaga. Az arzén görög (és latin) elnevezése, amely az arzén-szulfidokra utal, a görög hímnemű szóból származik. Ennek a névnek az eredetére más magyarázat is van, például az arab arsa paki, ami azt jelenti, hogy „a testbe mélyen behatoló szerencsétlen méreg”; az arabok valószínűleg a görögöktől kölcsönözték ezt a nevet. Az orosz arzén név már régóta ismert. Lomonoszov kora óta jelent meg az irodalomban, aki az arzént félfémnek tartotta. Ezzel a névvel együtt a XVIII. az arzén szót használták, az arzént pedig As 2 O 3-nak nevezték. Zakharov (1810) javasolta az arzén nevet, de ez nem vált be. Az arzén szót valószínűleg orosz kézművesek kölcsönözték a török ​​népektől. Az azerbajdzsáni, üzbég, perzsa és más keleti nyelvekben az arzént margumush-nak (mar - kill, mush - egér) nevezték; Orosz arzén, valószínűleg egérméreg vagy egérméreg korrupciója.

MEGHATÁROZÁS

Arzén- a periódusos rendszer harmincharmadik eleme. Megnevezés - Mint a latin „arsenicum” szóból. A negyedik periódusban található, VA csoport. Félfémekre utal. A nukleáris töltés 33.

Az arzén a természetben többnyire fémekkel vagy kénnel alkotott vegyületekben és csak ritkán szabad állapotban fordul elő. A földkéreg arzéntartalma 0,0005%.

Az arzént általában a FeAsS arzén-piritből nyerik.

Az arzén atom- és molekulatömege

Az anyag relatív molekulatömege(M r) egy szám, amely megmutatja, hogy egy adott molekula tömege hányszor nagyobb, mint egy szénatom tömegének 1/12-e, és egy elem relatív atomtömege(A r) - egy kémiai elem átlagos atomtömege hányszor nagyobb, mint a szénatom tömegének 1/12-e.

Mivel szabad állapotban az arzén monoatomos Molekulák formájában létezik, atom- és molekulatömegének értéke egybeesik. Egyenlőek: 74,9216.

Az arzén allotrópiája és allotróp módosulásai

A foszforhoz hasonlóan az arzén is többféle allotróp formában létezik. A gőz gyors hűtésével (amely 4 molekulából áll) nemfémes frakció képződik - sárga arzén (sűrűsége 2,0 g / cm 3), izomorf fehér foszforra, és hasonlóan szén-diszulfidban oldódik. Ez a módosítás kevésbé stabil, mint a fehér foszfor, és fénynek vagy alacsony melegítésnek kitéve könnyen átalakul fémes módosulattá - szürke arzénné (1. ábra). Frissen törve fémes fényű acélszürke rideg kristályos masszát képez. Sűrűsége 5,75 g/cm3. Normál nyomáson hevítve szublimál. Fémes elektromos vezetőképességgel rendelkezik.

Rizs. 1. Szürke arzén. Kinézet.

Az arzén izotópjai

Ismeretes, hogy a természetben az arzén az egyetlen stabil izotóp, a 75 As formájában található. A tömegszám 75, az atommag harminchárom protont és negyvenkét neutront tartalmaz.

Az arzénnek körülbelül 33 mesterséges instabil izotópja van, valamint az atommagok tíz izomer állapota, köztük a leghosszabb életű 73 As izotóp, felezési ideje 80,3 nap.

Arzén ionok

Az arzénatom külső energiaszintje öt elektronból áll, amelyek vegyértékelektronok:

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

A kémiai kölcsönhatás következtében az arzén feladja vegyértékelektronjait, azaz. donoruk, és pozitív töltésű ionná alakul:

As 0 -3e → As 3+ ;

As 0 -5e → As 5+ .

Arzén molekula és atom

Szabad állapotban az arzén monoatomikus As molekulák formájában létezik. Íme néhány tulajdonság, amely az arzénatomot és -molekulát jellemzi:

Példák problémamegoldásra

1. PÉLDA