Kas ir arsēns? Definīcija, formula, īpašības. Mendeļejeva periodiskā elementu tabula - arsēns Elementa pozīcija periodiskajā tabulā arsēns

Arsēns (nosaukums cēlies no vārda pele, ko izmanto peļu ēsmai) ir periodiskās tabulas trīsdesmit trešais elements. Attiecas uz pusmetāliem. Savienojumā ar skābi tā neveido sāļus, jo tā ir skābi veidojoša viela. Var veidot alotropiskas modifikācijas. Arsēnam ir trīs pašlaik zināmas kristāla režģa struktūras. Dzeltenajam arsēnam piemīt tipiska nemetāla īpašības, amorfais arsēns ir melns, bet visstabilākais metāliskais arsēns ir pelēks. Dabā tas visbiežāk sastopams savienojumu veidā, retāk brīvā stāvoklī. Visizplatītākie ir arsēna savienojumi ar metāliem (arsenīdiem), piemēram, arsēna dzelzs (arsenopirīts, indīgs pirīts), niķelis (kupferniķelis, tā nosaukts, jo tas ir līdzīgs vara rūdai). Arsēns ir mazaktīvs elements, ūdenī nešķīstošs, un tā savienojumus klasificē kā vāji šķīstošas ​​vielas. Arsēna oksidēšanās notiek karsēšanas laikā; istabas temperatūrā šī reakcija norit ļoti lēni.

Visi arsēna savienojumi ir ļoti spēcīgi toksīni, kas negatīvi ietekmē ne tikai kuņģa-zarnu traktu, bet arī nervu sistēmu. Vēsture zina daudzus sensacionālus saindēšanās gadījumus ar arsēnu un tā atvasinājumiem. Arsēna savienojumus kā indi izmantoja ne tikai viduslaiku Francijā, tos pazina pat Senajā Romā un Grieķijā. Arsēna kā spēcīgas indes popularitāte izskaidrojama ar to, ka to ir gandrīz neiespējami noteikt pārtikā, tam nav ne smaržas, ne garšas. Sildot, tas pārvēršas arsēna oksīdā. Arsēna saindēšanās diagnosticēšana ir diezgan sarežģīta, jo tai ir līdzīgi simptomi kā dažādām slimībām. Visbiežāk saindēšanās ar arsēnu tiek sajaukta ar holēru.

Kur izmanto arsēnu?

Neskatoties uz to toksicitāti, arsēna atvasinājumi tiek izmantoti ne tikai peļu un žurku ēsmai. Tā kā tīram arsēnam ir augsta elektrovadītspēja, to izmanto kā piedevu, kas nodrošina nepieciešamo vadītspēju pusvadītājiem, piemēram, germānijam un silīcijam. Krāsainajā metalurģijā arsēnu izmanto kā piedevu, kas sakausējumiem piešķir izturību, cietību un izturību pret koroziju gāzveida vidē. Stikla ražošanā tas tiek pievienots nelielos daudzumos, lai paspilgtinātu stiklu, turklāt tas ir daļa no slavenā “Vīnes stikla”. Niķelīnu izmanto stikla krāsošanai zaļā krāsā. Miecēšanas nozarē arsēna sulfāta savienojumus izmanto, apstrādājot ādas, lai noņemtu matiņus. Arsēns ir daļa no lakām un krāsām. Kokapstrādes rūpniecībā arsēnu izmanto kā antiseptisku līdzekli. Pirotehnikā “Grieķu uguni” gatavo no arsēna sulfīda savienojumiem un izmanto sērkociņu ražošanā. Daži arsēna savienojumi tiek izmantoti kā ķīmiskās kaujas vielas. Arsēna toksiskās īpašības tiek izmantotas zobārstniecības praksē, lai iznīcinātu zobu mīkstumu. Medicīnā arsēna preparātus izmanto kā zāles, kas paaugstina kopējo organisma tonusu, lai stimulētu sarkano asins šūnu skaita pieaugumu. Arsēnam ir inhibējoša iedarbība uz leikocītu veidošanos, tāpēc to lieto dažu leikēmijas formu ārstēšanā. Ir zināms milzīgs skaits medicīnisko preparātu, kuru pamatā ir arsēns, taču pēdējā laikā tos pakāpeniski aizstāj ar mazāk toksiskām zālēm.

Neskatoties uz toksicitāti, arsēns ir viens no svarīgākajiem elementiem. Strādājot ar tā savienojumiem, jums jāievēro drošības noteikumi, kas palīdzēs izvairīties no nevēlamām sekām.

Arsēns ir slāpekļa grupas ķīmiskais elements (periodiskās tabulas 15. grupa). Šī ir pelēka, metāliska, trausla viela (α-arsēns) ar romboedrisku kristāla režģi. Sildot līdz 600°C, Sublimējas. Kad tvaiki ir atdzesēti, parādās jauna modifikācija - dzeltenais arsēns. Virs 270°C visas As formas pārvēršas melnajā arsēnā.

Atklājumu vēsture

Tas, kas ir arsēns, bija zināms ilgi, pirms tas tika atzīts par ķīmisko elementu. 4. gadsimtā. BC e. Aristotelis pieminēja vielu, ko sauc par sandaraku, kas tagad tiek uzskatīts par realgaru jeb arsēna sulfīdu. Un mūsu ēras 1. gadsimtā. e. rakstnieki Plīnijs Vecākais un Pedanius Dioscorides aprakstīja orpimentu - krāsvielu As 2 S 3. 11. gadsimtā n. e. Bija trīs “arsēna” šķirnes: baltā (As 4 O 6), dzeltenā (As 2 S 3) un sarkanā (As 4 S 4). Pašu elementu, iespējams, 13. gadsimtā pirmo reizi izolēja Albertuss Magnuss, kurš atzīmēja metālam līdzīgas vielas parādīšanos, kad arsēns, cits As 2 S 3 nosaukums, tika karsēts ar ziepēm. Bet nav pārliecības, ka šis dabaszinātnieks ieguva tīru arsēnu. Pirmie autentiskie pierādījumi par tīru izolāciju ir datēti ar 1649. gadu. Vācu farmaceits Johans Šrēders sagatavoja arsēnu, karsējot tā oksīdu ogļu klātbūtnē. Vēlāk franču ārsts un ķīmiķis Nikolass Lemērijs novēroja šī ķīmiskā elementa veidošanos, karsējot tā oksīda, ziepju un potaša maisījumu. 18. gadsimta sākumā arsēns jau bija pazīstams kā unikāls pusmetāls.

Izplatība

Zemes garozā arsēna koncentrācija ir zema un sasniedz 1,5 ppm. Tas ir atrodams augsnē un minerālos, un vēja un ūdens erozijas rezultātā var tikt izdalīts gaisā, ūdenī un augsnē. Turklāt elements nonāk atmosfērā no citiem avotiem. Vulkānu izvirdumu rezultātā gaisā izdalās aptuveni 3 tūkstoši tonnu arsēna gadā, mikroorganismi saražo 20 tūkstošus tonnu gaistošā metilarsīna gadā, bet fosilā kurināmā sadegšanas rezultātā 80 tūkstoši tonnu izdalās. tajā pašā periodā.

Neskatoties uz to, ka As ir nāvējoša inde, tā ir svarīga atsevišķu dzīvnieku un, iespējams, arī cilvēku uztura sastāvdaļa, lai gan nepieciešamā deva nepārsniedz 0,01 mg/dienā.

Arsēnu ir ārkārtīgi grūti pārvērst ūdenī šķīstošā vai gaistošā stāvoklī. Tas, ka tas ir diezgan mobils, nozīmē, ka lielas vielas koncentrācijas nevar parādīties nevienā vietā. No vienas puses, tā ir laba lieta, bet, no otras puses, tā izplatīšanās vieglums ir iemesls, kāpēc arsēna piesārņojums kļūst par lielāku problēmu. Cilvēka darbības dēļ, galvenokārt ieguves un kausēšanas rezultātā, parasti nekustīgais ķīmiskais elements migrē, un tagad to var atrast vietās, kas nav tā dabiskā koncentrācija.

Arsēna daudzums zemes garozā ir aptuveni 5 g uz tonnu. Tiek lēsts, ka kosmosā tā koncentrācija ir 4 atomi uz miljonu silīcija atomu. Šis elements ir plaši izplatīts. Neliels daudzums tā ir sastopams dzimtajā valstī. Parasti arsēna veidojumi ar tīrību 90–98% tiek atrasti kopā ar tādiem metāliem kā antimons un sudrabs. Lielākā daļa no tā tomēr ir iekļauta vairāk nekā 150 dažādos minerālos – sulfīdos, arsenīdos, sulfoarsenīdos un arsenītos. Arsenopirīts FeAsS ir viens no visizplatītākajiem As saturošajiem minerāliem. Citi izplatīti arsēna savienojumi ir minerāli realgar As 4 S 4, orpiment As 2 S 3, lellingīts FeAs 2 un enargīts Cu 3 AsS 4. Arsēna oksīds ir arī izplatīts. Lielākā daļa šīs vielas ir vara, svina, kobalta un zelta rūdu kausēšanas blakusprodukts.

Dabā ir tikai viens stabils arsēna izotops - 75 As. Starp mākslīgajiem radioaktīvajiem izotopiem izceļas 76 Tā kā ar pussabrukšanas periodu 26,4 stundas.Arsēnu-72, -74 un -76 izmanto medicīniskajā diagnostikā.

Rūpnieciskā ražošana un pielietojums

Metālisko arsēnu iegūst, karsējot arsenopirītu līdz 650-700 °C bez gaisa piekļuves. Ja arsenopirītu un citas metāla rūdas karsē ar skābekli, tad As viegli savienojas ar to, veidojot viegli sublimējamu As 4 O 6, kas pazīstams arī kā “baltais arsēns”. Oksīda tvaikus savāc un kondensē, un vēlāk attīra ar atkārtotu sublimāciju. Lielāko daļu As iegūst, reducējot ar oglekli no šādi iegūtā baltā arsēna.

Metāla arsēna patēriņš pasaulē ir salīdzinoši neliels – tikai daži simti tonnu gadā. Lielākā daļa patērētā nāk no Zviedrijas. To izmanto metalurģijā tā metaloīdu īpašību dēļ. Aptuveni 1% arsēna tiek izmantots svina skrošu ražošanā, jo tas uzlabo izkausētā piliena apaļumu. Svinu saturošu gultņu sakausējumu īpašības uzlabojas gan termiski, gan mehāniski, ja tie satur aptuveni 3% arsēna. Neliela šī ķīmiskā elementa klātbūtne svina sakausējumos tos sacietē izmantošanai akumulatoros un kabeļu bruņās. Mazie arsēna piemaisījumi palielina vara un misiņa izturību pret koroziju un termiskās īpašības. Tīrā veidā ķīmiskais elements As tiek izmantots bronzas pārklāšanai un pirotehnikā. Augsti attīrītu arsēnu izmanto pusvadītāju tehnoloģijās, kur to izmanto kopā ar silīciju un germāniju, kā arī gallija arsenīda (GaAs) veidā diodēs, lāzeros un tranzistoros.

Kā savienojumi

Tā kā arsēna valence ir 3 un 5, un tam ir oksidācijas pakāpes diapazons no -3 līdz +5, elements var veidot dažāda veida savienojumus. Tās komerciāli svarīgākās formas ir As 4 O 6 un As 2 O 5 . Arsēna oksīds, ko parasti sauc par balto arsēnu, ir vara, svina un dažu citu metālu, kā arī arsenopirīta un sulfīdu rūdu apdedzināšanas blakusprodukts. Tas ir izejmateriāls lielākajai daļai citu savienojumu. To izmanto arī pesticīdos, kā atkrāsotāju stikla ražošanā un kā ādas konservantu. Arsēna pentoksīds veidojas, kad baltais arsēns tiek pakļauts oksidējošam aģentam (piemēram, slāpekļskābei). Tā ir galvenā insekticīdu, herbicīdu un metālu līmju sastāvdaļa.

Arsīns (AsH 3), bezkrāsaina indīga gāze, kas sastāv no arsēna un ūdeņraža, ir vēl viena zināma viela. Vielu, ko sauc arī par arsēna ūdeņradi, iegūst, hidrolizējot metālu arsenīdus un reducējot metālus no arsēna savienojumiem skābes šķīdumos. Tas ir izmantots kā palīgviela pusvadītājos un kā ķīmiskās kaujas līdzeklis. Lauksaimniecībā liela nozīme ir arsēnskābei (H 3 AsO 4), svina arsenātam (PbHAsO 4) un kalcija arsenātam [Ca 3 (AsO 4) 2], ko izmanto augsnes sterilizācijai un kaitēkļu apkarošanai.

Arsēns ir ķīmisks elements, kas veido daudzus organiskus savienojumus. Cacodyne (CH 3) 2 As−As(CH 3) 2, piemēram, tiek izmantots plaši izmantotas žāvēšanas vielas (žāvēšanas līdzekļa) kakodilskābes pagatavošanai. Elementa kompleksos organiskos savienojumus izmanto noteiktu slimību, piemēram, mikroorganismu izraisītas amēbiskās dizentērijas, ārstēšanā.

Fizikālās īpašības

Kas ir arsēns pēc tā fizikālajām īpašībām? Visstabilākajā stāvoklī tā ir trausla, tērauda pelēka cieta viela ar zemu siltuma un elektrisko vadītspēju. Lai gan dažas As formas ir līdzīgas metālam, klasificējot to kā nemetālu, ir precīzāks arsēna raksturojums. Ir arī citas arsēna formas, taču tās nav īpaši labi pētītas, īpaši dzeltenā metastabilā forma, kas sastāv no As 4 molekulām, piemēram, baltā fosfora P 4 . Arsēns sublimējas 613 °C temperatūrā, un tvaiku veidā tas pastāv kā As 4 molekulas, kas nedisociējas līdz aptuveni 800 °C temperatūrai. Pilnīga disociācija As 2 molekulās notiek 1700 °C temperatūrā.

Atomu uzbūve un spēja veidot saites

Arsēna elektroniskā formula - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 3 - atgādina slāpekli un fosforu ar to, ka ārējā apvalkā ir pieci elektroni, bet atšķiras no tiem ar to, ka priekšpēdējā ir 18 elektroni. apvalks, nevis divi vai astoņi. 10 pozitīvu lādiņu pievienošana kodolam, piepildot piecas 3D orbitāles, bieži izraisa vispārēju elektronu mākoņa samazināšanos un elementu elektronegativitātes palielināšanos. Arsēnu periodiskajā tabulā var salīdzināt ar citām grupām, kas skaidri parāda šo modeli. Piemēram, ir vispāratzīts, ka cinks ir vairāk elektronnegatīvs nekā magnijs un gallijs nekā alumīnijs. Tomēr nākamajās grupās šī atšķirība samazinās, un daudzi nepiekrīt, ka germānija ir vairāk elektronegatīva nekā silīcijs, neskatoties uz ķīmisko pierādījumu pārpilnību. Līdzīga pāreja no 8-18 elementu apvalka no fosfora uz arsēnu var palielināt elektronegativitāti, taču tas joprojām ir pretrunīgs.

As un P ārējā apvalka līdzība liek domāt, ka tie var veidot 3 uz katru atomu papildu nesaistīta elektronu pāra klātbūtnē. Tāpēc oksidācijas pakāpei jābūt +3 vai -3 atkarībā no relatīvās savstarpējās elektronegativitātes. Arsēna struktūra liecina arī par iespēju izmantot ārējo d-orbitāli, lai paplašinātu oktetu, kas ļauj elementam izveidot 5 saites. Tas tiek realizēts tikai reaģējot ar fluoru. Brīvā elektronu pāra klātbūtne kompleksu savienojumu veidošanai (ar elektronu ziedošanu) As atomā ir daudz mazāk izteikta nekā fosforā un slāpeklī.

Arsēns ir stabils sausā gaisā, bet mitrā gaisā pārvēršas par melnu oksīdu. Tās tvaiki viegli sadedzina, veidojot As 2 O 3. Kas ir brīvais arsēns? To praktiski neietekmē ūdens, sārmi un neoksidējošās skābes, bet slāpekļskābe to oksidē līdz stāvoklim +5. Halogēni un sērs reaģē ar arsēnu, un daudzi metāli veido arsenīdus.

Analītiskā ķīmija

Vielu arsēnu var kvalitatīvi noteikt dzeltena orpimenta veidā, kas izgulsnējas 25% sālsskābes šķīduma ietekmē. As pēdas parasti nosaka, pārvēršot to arsīnā, ko var noteikt, izmantojot Marsh testu. Arsīns termiski sadalās, veidojot melnu arsēna spoguli šaurā caurulē. Saskaņā ar Gutzeita metodi ar arsīnu piesūcināts paraugs kļūst tumšāks dzīvsudraba izdalīšanās dēļ.

Arsēna toksikoloģiskās īpašības

Elementa un tā atvasinājumu toksicitāte ir ļoti atšķirīga, sākot no ārkārtīgi toksiskā arsīna un tā organiskajiem atvasinājumiem līdz vienkārši As, kas ir salīdzinoši inerta. Par to, kas ir arsēns, liecina tā organisko savienojumu izmantošana kā ķīmiskās kaujas vielas (lewisīts), pūslīši un defoliants (Agent Blue pamatā ir 5% kakodilskābes un 26% tā nātrija sāls ūdens maisījums).

Kopumā šī ķīmiskā elementa atvasinājumi kairina ādu un izraisa dermatītu. Ieteicama arī aizsardzība pret arsēnu saturošu putekļu ieelpošanu, taču lielākā daļa saindēšanās notiek, norijot. Maksimālā pieļaujamā As koncentrācija putekļos astoņu stundu darba dienā ir 0,5 mg/m 3 . Arsīnam devu samazina līdz 0,05 ppm. Papildus šī ķīmiskā elementa savienojumu izmantošanai kā herbicīdiem un pesticīdiem, arsēna izmantošana farmakoloģijā ļāva iegūt salvarsānu, pirmo veiksmīgo medikamentu pret sifilisu.

Ietekme uz veselību

Arsēns ir viens no toksiskākajiem elementiem. Šīs ķīmiskās vielas neorganiskie savienojumi dabā sastopami nelielos daudzumos. Cilvēki var tikt pakļauti arsēna iedarbībai ar pārtiku, ūdeni un gaisu. Iedarbība var notikt arī, saskaroties ar ādu ar piesārņotu augsni vai ūdeni.

Cilvēki, kas strādā ar to, dzīvo mājās, kas celtas no ar to apstrādāta koka, un lauksaimniecības zemēs, kur agrāk ir izmantoti pesticīdi, arī ir pakļauti iedarbībai.

Neorganiskais arsēns var izraisīt dažādas ietekmes uz cilvēku veselību, piemēram, kuņģa un zarnu kairinājumu, samazinātu sarkano un balto asins šūnu veidošanos, ādas izmaiņas un plaušu kairinājumu. Pastāv aizdomas, ka, uzņemot ievērojamu daudzumu šīs vielas, var palielināties iespēja saslimt ar vēzi, īpaši ādas, plaušu, aknu un limfātiskās sistēmas vēzi.

Ļoti augsta neorganiskā arsēna koncentrācija sievietēm izraisa neauglību un spontānu abortu, dermatītu, samazinātu ķermeņa izturību pret infekcijām, sirds problēmas un smadzeņu bojājumus. Turklāt šis ķīmiskais elements var sabojāt DNS.

Baltā arsēna nāvējošā deva ir 100 mg.

Elementa organiskie savienojumi neizraisa vēzi vai ģenētiskā koda bojājumus, bet lielas devas var kaitēt cilvēka veselībai, piemēram, izraisīt nervu traucējumus vai sāpes vēderā.

Īpašības As

Galvenās arsēna ķīmiskās un fizikālās īpašības ir šādas:

• Atomskaitlis ir 33.
• Atommasa - 74,9216.
• Pelēkās formas kušanas temperatūra ir 814 °C pie 36 atmosfēras spiediena.
• Pelēkās formas blīvums 14 °C temperatūrā ir 5,73 g/cm 3.
• Dzeltenās formas blīvums 18 °C temperatūrā ir 2,03 g/cm 3.
• Arsēna elektroniskā formula ir 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 3.
• Oksidācijas stāvokļi - -3, +3, +5.
• Arsēna valence ir 3,5.

Arsēns ir periodiskās tabulas 4. perioda 5. grupas ķīmiskais elements ar atomskaitli 33. Tas ir trausls tērauda krāsas pusmetāls ar zaļganu nokrāsu. Šodien mēs sīkāk aplūkosim, kas ir arsēns, un iepazīsimies ar šī elementa pamatīpašībām.

vispārīgās īpašības

Arsēna unikalitāte slēpjas apstāklī, ka tas ir sastopams burtiski visur – iežos, ūdenī, minerālos, augsnē, florā un faunā. Tāpēc to bieži sauc par ne mazāk kā visuresošo elementu. Arsēns tiek netraucēti izplatīts visos planētas Zeme ģeogrāfiskajos reģionos. Iemesls tam ir tā savienojumu nepastāvība un šķīdība.

Elementa nosaukums ir saistīts ar tā izmantošanu grauzēju iznīcināšanai. Latīņu vārds Arsenicum (arsēna formula periodiskajā tabulā ir As) ir atvasināts no grieķu valodas Arsen, kas nozīmē "spēcīgs" vai "spēcīgs".

Vidēja pieaugušā cilvēka ķermenī ir aptuveni 15 mg šī elementa. Tas galvenokārt koncentrējas tievajās zarnās, aknās, plaušās un epitēlijā. Vielas uzsūkšanos veic kuņģis un zarnas. Arsēna antagonisti ir sērs, fosfors, selēns, dažas aminoskābes, kā arī vitamīni E un C. Pats elements pasliktina cinka, selēna, kā arī A, C, B9 un E vitamīnu uzsūkšanos.

Tāpat kā daudzas citas vielas, arsēns var būt gan inde, gan zāles, viss ir atkarīgs no devas.

Starp tāda elementa kā arsēns noderīgajām funkcijām ir:

1. Slāpekļa un fosfora uzsūkšanās stimulēšana.
2. Hematopoēzes uzlabošana.
3. Mijiedarbība ar cisteīnu, olbaltumvielām un lipoīnskābi.
4. Oksidatīvo procesu vājināšanās.

Arsēna ikdienas nepieciešamība pieaugušajam ir no 30 līdz 100 mkg.

Vēsturiska atsauce

Viens no cilvēces attīstības posmiem tiek saukts par "bronzu", jo šajā periodā cilvēki akmens ieročus aizstāja ar bronzas ieročiem. Šis metāls ir alvas un vara sakausējums. Kādreiz, kausējot bronzu, amatnieki vara rūdas vietā nejauši izmantoja vara-arsēna sulfīda minerāla laikapstākļu produktus. Iegūtais sakausējums bija viegli liejams un lieliski kalams. Tajos laikos neviens vēl nezināja, kas ir arsēns, bet tā derīgo izrakteņu atradnes tika apzināti meklētas augstas kvalitātes bronzas ražošanai. Laika gaitā šī tehnoloģija tika pamesta, acīmredzot tāpēc, ka ar tās lietošanu bieži notika saindēšanās.

Senajā Ķīnā viņi izmantoja cieto minerālu, ko sauca par realgaru (As 4 S 4). To izmantoja akmens griešanai. Tā kā reālgārs temperatūras un gaismas ietekmē pārvērtās par citu vielu - As 2 S 3, arī tas drīz vien tika pamests.

1. gadsimtā pirms mūsu ēras romiešu zinātnieks Plīnijs Vecākais kopā ar botāniķi un ārstu Dioskoridu aprakstīja arsēna minerālu, ko sauc par orpimentu. Tās nosaukums ir tulkots no latīņu valodas kā “zelta krāsa”. Vielu izmantoja kā dzeltenu krāsvielu.

Viduslaikos alķīmiķi klasificēja trīs elementa formas: dzelteno (As 2 S 3 sulfide), sarkano (As 4 S 4 sulfide) un balto (As 2 O 3 oksīds). 13. gadsimtā, karsējot dzelteno arsēnu ar ziepēm, alķīmiķi ieguva metālam līdzīgu vielu. Visticamāk, tas bija pirmais mākslīgi iegūta tīra elementa piemērs.

Kas ir arsēns tīrā veidā, tika atklāts 17. gadsimta sākumā. Tas notika, kad Johans Šrēders, reducējot oksīdu ar kokogli, izolēja šo elementu. Dažus gadus vēlāk franču ķīmiķim Nikolā Lemē izdevās iegūt vielu, karsējot tās oksīdu maisījumā ar ziepēm un potašu. Nākamajā gadsimtā arsēns jau bija labi pazīstams tā pusmetāla statusā.

Ķīmiskās īpašības

Mendeļejeva periodiskajā tabulā ķīmiskais elements arsēns atrodas piektajā grupā un pieder pie slāpekļa saimes. Dabiskos apstākļos tas ir vienīgais stabilais nuklīds. Mākslīgi tiek ražoti vairāk nekā desmit vielas radioaktīvie izotopi. To pussabrukšanas perioda diapazons ir diezgan plašs - no 2-3 minūtēm līdz vairākiem mēnešiem.

Lai gan arsēnu dažreiz sauc par metālu, tas, visticamāk, ir nemetāls. Kombinācijā ar skābēm tas neveido sāļus, bet pati ir skābi veidojoša viela. Tāpēc elements tiek identificēts kā pusmetāls.

Arsēnu, tāpat kā fosforu, var atrast dažādās allotropās konfigurācijās. Viens no tiem, pelēkais arsēns, ir trausla viela, kurai, salaužot, ir metālisks spīdums. Šī pusmetāla elektriskā vadītspēja ir 17 reizes zemāka nekā vara, bet 3,6 reizes lielāka nekā dzīvsudrabam. Temperatūrai paaugstinoties, tā samazinās, kas raksturīgi tipiskiem metāliem.

Ātri atdzesējot arsēna tvaikus līdz šķidrā slāpekļa temperatūrai (-196 °C), var iegūt mīkstu dzeltenīgu vielu, kas atgādina dzelteno fosforu. Sildot un pakļaujot ultravioletajai gaismai, dzeltenais arsēns uzreiz kļūst pelēks. Reakciju pavada siltuma izdalīšanās. Tvaikiem kondensējoties inertā atmosfērā, veidojas cita veida matērija - amorfa. Ja arsēna tvaiki tiek nogulsnēti, uz stikla parādās spoguļplēve.

Šīs vielas ārējam elektronu apvalkam ir tāda pati struktūra kā fosforam un slāpeklim. Tāpat kā fosfors, arsēns veido trīs kovalentās saites. Sausā gaisā tam ir stabila forma, un, palielinoties mitrumam, tas kļūst blāvs un pārklājas ar melnu oksīda plēvi. Kad tvaiki tiek aizdedzināti, vielas deg ar zilu liesmu.

Tā kā arsēns ir inerts, to neietekmē ūdens, sārmi un skābes, kurām nav oksidējošu īpašību. Vielai nonākot saskarē ar atšķaidītu slāpekļskābi, veidojas ortoarsēnskābe, bet ar koncentrētu skābi – ortoarsēnskābe. Arsēns reaģē arī ar sēru, veidojot dažāda sastāva sulfīdus.

Atrodoties dabā

Dabiskos apstākļos ķīmiskais elements, piemēram, arsēns, bieži sastopams savienojumos ar varu, niķeli, kobaltu un dzelzi.

Minerālu sastāvs, ko viela veido, ir saistīts ar tās daļēji metāliskām īpašībām. Līdz šim ir zināmi vairāk nekā 200 šī elementa minerāli. Tā kā arsēns var pastāvēt negatīvā un pozitīvā oksidācijas stāvoklī, tas viegli mijiedarbojas ar daudzām citām vielām. Arsēna pozitīvās oksidācijas laikā tas darbojas kā metāls (sulfīdos), bet negatīvās oksidācijas laikā - kā nemetāls (arsenīdos). Minerālvielām, kas satur šo elementu, ir diezgan sarežģīts sastāvs. Kristāla režģī pusmetāls var aizstāt sēra, antimona un metālu atomus.

No kompozīcijas viedokļa daudzi metālu savienojumi ar arsēnu, visticamāk, pieder nevis arsenīdiem, bet gan intermetāliskiem savienojumiem. Dažas no tām izceļas ar mainīgu galvenā elementa saturu. Arsenīdi var saturēt vienlaikus vairākus metālus, kuru atomi var aizstāt viens otru pie tuvu jonu rādiusiem. Visiem minerāliem, kas klasificēti kā arsenīdi, ir metālisks spīdums, tie ir necaurspīdīgi, smagi un izturīgi. No dabiskajiem arsenīdiem (kopā ir aptuveni 25) var atzīmēt šādus minerālus: skutterudīts, rammelsbregīts, nikelīns, lelingrīts, klinozaflorīts un citi.

No ķīmiskā viedokļa interesanti ir tie minerāli, kuros arsēns atrodas vienlaikus ar sēru un spēlē metāla lomu. Viņiem ir ļoti sarežģīta struktūra.

Arsēnskābes dabiskajiem sāļiem (arsenātiem) var būt dažādas krāsas: eritritols - kobalts; vienkāršsīts, annabergīts un skorīds ir zaļi, un rūzveltīts, kettigīts un gernesīts ir bezkrāsaini.

Pēc ķīmiskajām īpašībām arsēns ir diezgan inerts, tāpēc to var atrast sākotnējā stāvoklī sakausētu kubu un adatu veidā. Piemaisījumu saturs tīrradņā nepārsniedz 15%.

Augsnē arsēna saturs svārstās no 0,1 līdz 40 mg/kg. Vulkānu zonās un vietās, kur sastopama arsēna rūda, šis rādītājs var sasniegt pat 8 g/kg. Augi šādās vietās iet bojā un dzīvnieki saslimst. Līdzīga problēma ir raksturīga stepēm un tuksnešiem, kur elements netiek izskalots no augsnes. Māla ieži tiek uzskatīti par bagātinātiem, jo ​​tie satur četras reizes vairāk arsēna vielu nekā parastie ieži.

Kad tīra viela biometilēšanas procesā tiek pārveidota par gaistošu savienojumu, to no augsnes var izvadīt ne tikai ūdens, bet arī vējš. Normālos apgabalos arsēna koncentrācija gaisā ir vidēji 0,01 μg/m 3 . Rūpnieciskajās zonās, kur darbojas rūpnīcas un spēkstacijas, šis rādītājs var sasniegt 1 μg/m3.

Minerālūdens var saturēt mērenu daudzumu arsēna vielu. Ārstnieciskajos minerālūdeņos saskaņā ar vispārpieņemtiem standartiem arsēna koncentrācija nedrīkst pārsniegt 70 µg/l. Šeit ir vērts atzīmēt, ka pat ar lielākiem likmēm saindēšanās var notikt tikai ar regulāru šāda ūdens patēriņu.

Dabiskajos ūdeņos elementu var atrast dažādās formās un savienojumos. Piemēram, trīsvērtīgais arsēns ir daudz toksiskāks nekā piecvērtīgais arsēns.

Arsēna iegūšana

Elements tiek iegūts kā svina, cinka, vara un kobalta rūdu apstrādes blakusprodukts, kā arī zelta ieguves laikā. Dažās polimetāla rūdās arsēna saturs var sasniegt pat 12%. Tos uzkarsējot līdz 700 °C, notiek sublimācija – vielas pāreja no cietas uz gāzveida stāvokli, apejot šķidro stāvokli. Svarīgs nosacījums, lai šis process notiktu, ir gaisa trūkums. Kad arsēna rūdas karsē gaisā, veidojas gaistošs oksīds, ko sauc par "balto arsēnu". Pakļaujot to kondensācijai ar akmeņoglēm, tiek reģenerēts tīrs arsēns.

Formula elementa iegūšanai ir šāda:

• 2As 2S3 +9O2 =6SO2 +2As 2O3;
• Kā 2 O 3 +3C=2As+3CO.

Arsēna ieguve ir bīstama nozare. Paradoksāli ir fakts, ka vislielākais vides piesārņojums ar šo elementu notiek nevis pie uzņēmumiem, kas to ražo, bet gan pie elektrostacijām un krāsainās metalurģijas rūpnīcām.

Vēl viens paradokss ir tāds, ka metāliskā arsēna ražošanas apjoms pārsniedz vajadzību pēc tā. Metāla ieguves nozarē tas ir ļoti reta parādība. Arsēna pārpalikums ir jāiznīcina, aprakt metāla konteinerus vecās raktuvēs.

Lielākās arsēna rūdu atradnes ir koncentrētas šādās valstīs:

1. Vara-arsēns - ASV, Gruzija, Japāna, Zviedrija, Norvēģija un Vidusāzijas valstis.
2. Zelts-arsēns - Francija un ASV.
3. Arsēns-kobalts - Kanāda un Jaunzēlande.
4. Arsēns-alva - Anglija un Bolīvija.

Definīcija

Arsēna laboratorisko noteikšanu veic, no sālsskābes šķīdumiem izgulsnējot dzeltenos sulfīdus. Elementa pēdas nosaka, izmantojot Gutseita metodi vai Marša reakciju. Pēdējā pusgadsimta laikā ir radītas visdažādākās sensitīvās analīzes metodes, kas spēj noteikt pat ļoti mazus šīs vielas daudzumus.

Daži arsēna savienojumi tiek analizēti, izmantojot selektīvo hibrīda metodi. Tas ietver pārbaudāmās vielas reducēšanu par gaistošu elementu arsīnu, ko pēc tam sasaldē traukā, kas atdzesēts ar šķidro slāpekli. Pēc tam, kad trauka saturs tiek lēni karsēts, dažādie arsīni sāk iztvaikot atsevišķi viens no otra.

Rūpnieciskā izmantošana

Gandrīz 98% iegūtā arsēna netiek izmantoti tīrā veidā. Tās savienojumus plaši izmanto dažādās nozarēs. Ik gadu iegūst un pārstrādā simtiem tonnu arsēna. To pievieno gultņu sakausējumiem, lai uzlabotu to kvalitāti, izmanto kabeļu un svina akumulatoru cietības paaugstināšanai, kā arī izmanto pusvadītāju ierīču ražošanā kopā ar germāniju vai silīciju. Un tās ir tikai ambiciozākās jomas.

Kā palīgviela arsēns dažiem “klasiskajiem” pusvadītājiem nodrošina vadītspēju. Tā pievienošana svinam ievērojami palielina metāla izturību, bet vara - plūstamību, cietību un izturību pret koroziju. Arsēnu dažreiz pievieno arī dažām bronzas, misiņa, babbitu un tipa sakausējumiem. Tomēr metalurgi bieži cenšas izvairīties no šīs vielas lietošanas, jo tā nav droša veselībai. Dažiem metāliem arī liels daudzums arsēna ir kaitīgs, jo pasliktina sākotnējā materiāla īpašības.

Arsēna oksīds ir izmantots stikla ražošanā kā stikla balinātājs. Šajā virzienā to izmantoja senie stikla pūtēji. Arsēna savienojumi ir spēcīgs antiseptisks līdzeklis, tāpēc tos izmanto kažokādu, izbāztu dzīvnieku un ādu konservēšanai, kā arī pretapaugšanas krāsu veidošanai ūdens transportēšanai un koksnes impregnēšanai.

Dažu arsēna atvasinājumu bioloģiskās aktivitātes dēļ viela tiek izmantota augu augšanas stimulatoru, kā arī zāļu, tostarp prettārpu līdzekļu, ražošanā lopiem. Produktus, kas satur šo elementu, izmanto nezāļu, grauzēju un kukaiņu apkarošanai. Iepriekš, kad cilvēki nedomāja par to, vai arsēnu var izmantot pārtikas ražošanā, elementam bija plašāks pielietojums lauksaimniecībā. Tomēr pēc tam, kad tika atklātas tā toksiskās īpašības, bija jāatrod aizstājējs.

Svarīgas šī elementa pielietošanas jomas ir: mikroshēmu, optisko šķiedru, pusvadītāju, plēvju elektronikas ražošana, kā arī mikrokristālu audzēšana lāzeriem. Šiem nolūkiem izmanto gāzveida arsīnus. Un lāzeru, diožu un tranzistoru ražošana nav pilnīga bez gallija un indija arsenīdiem.

Medicīna

Cilvēka audos un orgānos elements ir galvenokārt olbaltumvielu frakcijā un mazākā mērā skābē šķīstošā frakcijā. Tas ir iesaistīts fermentācijā, glikolīzē un redoksreakcijās, kā arī nodrošina komplekso ogļhidrātu sadalīšanos. Bioķīmijā šīs vielas savienojumus izmanto kā specifiskus enzīmu inhibitorus, kas nepieciešami vielmaiņas reakciju pētīšanai. Arsēns ir nepieciešams cilvēka ķermenim kā mikroelements.

Elementa izmantošana medicīnā ir mazāk plaša nekā ražošanā. Tās mikroskopiskās devas tiek izmantotas visu veidu slimību un patoloģiju diagnosticēšanai, kā arī zobu slimību ārstēšanai.

Zobārstniecībā arsēnu izmanto celulozes noņemšanai. Neliela daļa pastas, kas satur arsēnskābi, nodrošina zoba nāvi burtiski vienas dienas laikā. Pateicoties tās darbībai, celulozes noņemšana ir nesāpīga un netraucēta.

Arsēnu plaši izmanto arī vieglu leikēmijas formu ārstēšanā. Tas ļauj samazināt vai pat nomākt leikocītu patoloģisko veidošanos, kā arī stimulēt sarkano hematopoēzi un sarkano asins šūnu izdalīšanos.

Arsēns ir kā inde

Visi šī elementa savienojumi ir indīgi. Akūta saindēšanās ar arsēnu izraisa sāpes vēderā, caureju, sliktu dūšu un centrālās nervu sistēmas nomākumu. Saindēšanās ar šo vielu simptomi atgādina holēras simptomus. Tāpēc tiesu praksē bieži vien tika sastapti agrāki tīšas saindēšanās ar arsēnu gadījumi. Noziedzīgos nolūkos elements visbiežāk tika izmantots trioksīda formā.

Intoksikācijas simptomi

Sākumā saindēšanās ar arsēnu izpaužas kā metāla garša mutē, vemšana un sāpes vēderā. Ja pasākumi netiek veikti, var rasties krampji un pat paralīze. Sliktākajā gadījumā saindēšanās var būt letāla.

Saindēšanās cēlonis var būt:

1. Arsēna savienojumus saturošu putekļu ieelpošana. Parasti rodas arsēna ražotnēs, kur netiek ievēroti darba drošības noteikumi.
2. Saindētas pārtikas vai ūdens patēriņš.
3. Dažu medikamentu lietošana.

Pirmā palīdzība

Visplašāk pieejamais un pazīstamākais pretlīdzeklis arsēna intoksikācijai ir piens. Tajā esošais kazeīna proteīns veido nešķīstošus savienojumus ar toksisko vielu, kas nevar uzsūkties asinīs.

Akūtas saindēšanās gadījumā, lai ātri palīdzētu cietušajam, viņam jāveic kuņģa skalošana. Slimnīcās tiek veikta arī hemodialīze, kuras mērķis ir attīrīt nieres. Starp medikamentiem tiek izmantots universāls pretlīdzeklis - Unithiol. Papildus var izmantot antagonistu vielas: selēnu, cinku, sēru un fosforu. Nākotnē pacientam ir jāparedz aminoskābju un vitamīnu komplekss.

Arsēna trūkums

Atbildot uz jautājumu: “Kas ir arsēns?”, ir vērts atzīmēt, ka cilvēka ķermenim tas ir nepieciešams nelielos daudzumos. Elements tiek uzskatīts par imūntoksisku, nosacīti būtisku. Tas piedalās gandrīz visos svarīgākajos cilvēka ķermeņa bioķīmiskajos procesos. Par šīs vielas trūkumu var liecināt šādas pazīmes: triglicerīdu koncentrācijas samazināšanās asinīs, organisma attīstības un augšanas pasliktināšanās.

Parasti, ja nav nopietnu veselības problēmu, nav jāuztraucas par arsēna trūkumu uzturā, jo elements ir atrodams gandrīz visos augu un dzīvnieku izcelsmes produktos. Īpaši daudz ar šo vielu ir jūras veltes, graudaugi, vīnogu vīns, sulas un dzeramais ūdens. 24 stundu laikā no organisma tiek izvadīti 34% patērētā arsēna.

Anēmijas gadījumā viela tiek uzņemta, lai palielinātu apetīti, un saindēšanās ar selēnu gadījumā tā darbojas kā efektīvs pretlīdzeklis.

Arsēna savienojumi (angļu un franču Arsenic, vācu Arsen) ir zināmi ļoti ilgu laiku. III - II gadu tūkstotī pirms mūsu ēras. e. jau prata ražot vara sakausējumus ar 4 - 5% arsēna. Aristoteļa skolnieks Teofrasts (IV-III gs. p.m.ē.) dabā sastopamo sarkano arsēna sulfīdu sauca par reālgāru; Plīnijs dzelteno arsēna sulfīdu sauc par orpimentu (Auripigmentum) - zeltainu, vēlāk tas ieguva nosaukumu orpiment. Sengrieķu vārds arsenicon, kā arī sandarac galvenokārt attiecas uz sēra savienojumiem. 1. gadsimtā Dioskorīds aprakstīja orpimenta sadedzināšanu un tā rezultātā iegūto produktu - balto arsēnu (As 2 O 3). Ķīmijas attīstības alķīmiskajā periodā tika uzskatīts par nenoliedzamu, ka arsēnam (Arsenik) ir sērs, un, tā kā sērs (Sērs) tika cienīts kā “metālu tēvs”, arsēnam tika piedēvētas vīrišķās īpašības. Nav zināms, kad tieši arsēna metāls tika iegūts pirmo reizi. Šo atklājumu parasti piedēvē Albertam Lielajam (13. gs.). Alķīmiķi vara iekrāsošanu, pievienojot arsēnu baltajai sudraba krāsai, uzskatīja par vara pārvēršanu sudrabā un piedēvēja šādu “transmutāciju” arsēna spēcīgajam spēkam. Viduslaikos un jauno laiku pirmajos gadsimtos kļuva zināmas arsēna toksiskās īpašības. Tomēr pat Dioscorides (Iv.) ieteica astmas pacientiem ieelpot produkta tvaikus, kas iegūti, karsējot realgaru ar sveķiem. Paracelzs jau plaši izmantoja balto arsēnu un citus arsēna savienojumus ārstēšanai. 15. - 17. gadsimta ķīmiķi un kalnrači. zināja par arsēna spēju sublimēt un veidot tvaiku produktus ar specifisku smaržu un toksiskām īpašībām Vasilijs Valentīns min to, kas bija labi zināms 16. gadsimta metalurgiem. domnas dūmi (Huttenrauch) un to specifiskā smaka. Grieķu (un latīņu) arsēna nosaukums, kas attiecas uz arsēna sulfīdiem, ir atvasināts no grieķu valodas vīriešu vārda. Šī nosaukuma izcelsmei ir arī citi skaidrojumi, piemēram, no arābu valodas arsa paki, kas nozīmē "nelaimīga inde, kas dziļi iekļūst ķermenī"; arābi šo nosaukumu droši vien aizguvuši no grieķiem. Krievu nosaukums arsēns ir zināms jau ilgu laiku. Literatūrā tas parādījās kopš Lomonosova laikiem, kurš uzskatīja arsēnu par pusmetālu. Kopā ar šo nosaukumu 18. gs. tika lietots vārds arsēns, un arsēnu sauca par As 2 O 3. Zaharovs (1810) ierosināja nosaukumu arsēns, taču tas nepiekrita. Vārdu arsēns, iespējams, aizguvuši krievu amatnieki no turku tautām. Azerbaidžāņu, uzbeku, persiešu un citās austrumu valodās arsēnu sauca par margumush (mar — nogalināt, mush — pele); Krievu arsēns, iespējams, peļu indes vai peles indes sabojājums.

DEFINĪCIJA

Arsēns- Periodiskās tabulas trīsdesmit trešais elements. Apzīmējums - Kā no latīņu "arsenicum". Atrodas ceturtajā periodā, VA grupa. Attiecas uz pusmetāliem. Kodollādiņš ir 33.

Arsēns dabā sastopams galvenokārt savienojumos ar metāliem vai sēru un tikai reti brīvā stāvoklī. Arsēna saturs zemes garozā ir 0,0005%.

Arsēnu parasti iegūst no arsēna pirīta FeAsS.

Arsēna atomu un molekulmasa

Vielas relatīvā molekulmasa(M r) ir skaitlis, kas parāda, cik reižu dotās molekulas masa ir lielāka par 1/12 no oglekļa atoma masas, un elementa relatīvā atommasa(A r) - cik reižu ķīmiskā elementa atomu vidējā masa ir lielāka par 1/12 no oglekļa atoma masas.

Tā kā brīvā stāvoklī arsēns pastāv monatomisku molekulu formā, tā atomu un molekulmasu vērtības sakrīt. Tie ir vienādi ar 74,9216.

Arsēna allotropija un alotropās modifikācijas

Tāpat kā fosfors, arsēns pastāv vairākās allotropās formās. Ātri atdzesējot tvaiku (sastāv no As 4 molekulām), veidojas nemetāla frakcija - dzeltenais arsēns (blīvums 2,0 g / cm 3), izomorfs līdz baltajam fosforam un, tāpat kā tas, šķīst oglekļa disulfīdā. Šī modifikācija ir mazāk stabila nekā baltais fosfors, un, pakļaujot to gaismai vai zemai karsēšanai, tā viegli pārvēršas metāliskā modifikācijā - pelēkajā arsēnā (1. att.). Tas veido tērauda pelēku trauslu kristālisku masu ar metālisku spīdumu, kad tas ir tikko sašķelts. Blīvums ir 5,75 g/cm3. Sildot normālā spiedienā, tas sublimējas. Ir metāliska elektrovadītspēja.

Rīsi. 1. Pelēks arsēns. Izskats.

Arsēna izotopi

Zināms, ka dabā arsēnu var atrast vienīgā stabilā izotopa 75 As formā. Masas skaitlis ir 75, atoma kodols satur trīsdesmit trīs protonus un četrdesmit divus neitronus.

Ir aptuveni 33 mākslīgi nestabili arsēna izotopi, kā arī desmit kodolu izomēru stāvokļi, starp kuriem visilgāk dzīvojošais izotops 73 Kā ar pussabrukšanas periodu 80,3 dienas.

Arsēna joni

Arsēna atoma ārējā enerģijas līmenī ir pieci elektroni, kas ir valences elektroni:

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

Ķīmiskās mijiedarbības rezultātā arsēns atsakās no saviem valences elektroniem, t.i. ir to donors un pārvēršas par pozitīvi lādētu jonu:

Kā 0 -3e → Kā 3+ ;

Kā 0 -5e → Kā 5+ .

Arsēna molekula un atoms

Brīvā stāvoklī arsēns pastāv monatomisku As molekulu formā. Šeit ir dažas īpašības, kas raksturo arsēna atomu un molekulu:

Problēmu risināšanas piemēri

1. PIEMĒRS