АРСЕН: ИСТОРИЯ, СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ПРИЛОЖЕНИЯ - ХИМИЯ - 2025

На арсен е полуметал или полуметал принадлежащ към група 15 или VA на периодичната таблица. Той е представен с химическия символ As, а атомният му номер е 33. Може да се намери в три алотропни форми: жълта, черна и сива; последният е единственият с индустриално значение.

Сивият арсен е крехко, метално изглеждащо твърдо вещество със стабилен, кристален цвят (изображение отдолу). Той губи блясъка си, когато е изложен на въздух, образувайки арсенов оксид (As ₂ O ₃), който при нагряване излъчва миризма на чесън. От друга страна, неговите жълти и черни алотропи са съответно молекулярни и аморфни.

Метален арсен. Източник: Hi-Res изображения на химически елементи

Арсенът се намира в земната кора, свързана с множество минерали. Само малка част е открита в родното състояние, но свързана с антимон и сребро.

Сред най-често срещаните минерали, в който е намерена арсен са следните: realgar (As ₄ S ₄), orpiment (As ₂ S ₃), loellingite (FEAS ₂) и енаргит (Cu ₃ Ass ₄). Арсенът се получава и като страничен продукт от топилни метали като олово, мед, кобалт и злато.

Съединенията с арсен са токсични, особено арсин (пепел ₃). Арсенът обаче има множество индустриални приложения, включително легиране с олово, използвани при производството на автомобилни батерии, и легиране с галий с различни приложения в електрониката.

История на откриването му

Името „арсен“ идва от латинското arsenicum и гръцкия arsenikon, отнасящо се до жълта орпимента, която е била основната форма на използване на арсен от алхимиците.

Арсенът, много преди да бъде признат за химичен елемент, е бил известен и използван под формата на своите съединения. Например, Аристотел през IV в. Пр. Н. Е. Пише за сандараче, вещество, за което сега се смята, че е арсенов сулфид.

Плиний Стари и Pedanius Discórides, в първи век, описан orpiment, минерално, състояща се от Като ₂ S ₃. През 11 век са разпознати три вида арсен: бял (As ₄ O ₄), жълт (As ₂ S ₃) и червен (As ₄ S ₄).

Арсенът като чист елемент е наблюдаван за първи път от Албертус Магнус (1250 г.). Магнус загрява арсеновия сулфид със сапун, като отбелязва появата на вещество с характеристика, подобна на сивкавия алотроп на изображението. Първият автентичен доклад за неговата изолация обаче е публикуван през 1649 г. от Йохан Шрьодер, немски фармацевт.

Шрьодер приготвя арсена, като загрява оксида му с дървени въглища. По-късно Никола Лемери успява да го произведе, като загрява смес от арсенов оксид, сапун и поташ. През 18 век този елемент най-накрая е признат за полуметал.

Структура на арсен

Арсенът е изоморфен за антимона; тоест, те са структурно идентични и се различават само по размера на своите атоми. Всеки атом форми арсен три По-Като ковалентни връзки, по такъв начин, че те произхождат "набръчкана или стръмен" шестоъгълна Както ₆ единици, тъй като хибридизацията на АС атоми е SP ³.

Тогава блоковете As _{6 се} свързват, пораждайки стръмни слоеве арсен, които взаимодействат слабо помежду си. В резултат на междумолекулните си сили, зависещи преди всичко от атомните им маси, ромбоедричните сиви арсенови кристали придават на твърдото вещество крехка и чуплива текстура.

Вероятно поради отблъскванията на свободната двойка електрони на арсен, единиците As ₆, образувани между паралелни слоеве, не определят перфектен, а изкривен октаедър:

Кристална структура на сивия арсен. Източник: Габриел Боливар.

Обърнете внимание, че черните сфери рисуват изкривената равнина в пространството между два стръмни слоя. По същия начин в слоя отдолу има синкави сфери, които заедно с черната сфера съставят единицата As ₆, спомената в началото на секцията.

Структурата изглежда подредена, редовете вървят нагоре и надолу и затова е кристална. Тя обаче може да стане аморфна, като сферите се притискат по различни начини. Когато сивкавият арсен стане аморфен, той се превръща в полупроводник.

Жълт арсен

Жълтият арсен, най-токсичният алотроп на този елемент, е чисто молекулно твърдо вещество. Състои се от As молекули ₄ единици поради слабите дисперсионни сили, които не им пречат да се изпарят.

Черен арсен

Черният арсен е аморфен; но не и как може да бъде сивкавият алотроп. Структурата му е малко подобна на току-що описаната, с разликата, че нейните самолети As ₆ имат по-големи площи и различни модели на разстройство.

Електронна конфигурация

3d ¹⁰ 4s ² 4p ³

В него са запълнени всички орбитали от ниво 3. Той образува връзки, използвайки орбиталите 4s и 4p (както и 4d) чрез различни химически хибридизации.

Имоти

Молекулно тегло

74.922 g / mol

Физическо описание

Сивият арсен е сивкаво твърдо вещество с метален вид и крехка консистенция.

цвят

Три алотропни форми, жълта (алфа), черна (бета) и сива (гама).

миризма

Тоалетна

вкус

безвкусен

Точка на топене

1,090 К при 35,8 атм (тройна точка на арсен).

При нормално налягане няма точка на топене, тъй като се сублимира до 887 K.

плътност

-Gray арсен: 5.73 гр / см ³.

-Жълт арсен: 1.97 гр / см ³.

Разтворимост във вода

неразтворим

Атомно радио

139 вечерта

Атомен обем

13,1 см ³ / мол

Ковалентен радиус

120 вечерта

Специфична топлина

0,328 J / gmol при 20 ° С

Изпарение

32,4 kJ / mol

Електроотрицателност

2.18 по скалата на Полинг

Йонизационна енергия

Първа йонизационна енергия 946,2 kJ / mol

Окислителни състояния

-3, +3, +5

стабилност

Елементарният арсен е стабилен на сух въздух, но когато е изложен на влажен въздух, той се покрива с бронзово-жълт слой, който може да се превърне в черен слой от арсенов оксид (As ₂ O ₃).

разлагане

Когато арсенът се нагрява до разлагане, той излъчва бял дим от As ₂ O ₃. Процедурата е опасна, тъй като може да се отдели и арзин, много отровен газ.

Самозапалване

180 ºC

твърдост

3.5 по скалата на твърдост на Mohs.

реактивност

Не се атакува от студена сярна киселина или концентрирана солна киселина. Реагира с гореща азотна киселина или сярна киселина, образувайки арсенова киселина и арсенова киселина.

Когато сивият арсен се изпарява чрез нагряване и парите бързо се охлаждат, се образува жълт арсен. Това се връща към сивкавата форма, когато е подложена на ултравиолетова светлина.

Приложения

сплави

Малко количество арсен, добавено към олово, втвърдява своите сплави достатъчно, за да ги използва в покритието на кабели и при производството на автомобилни акумулатори.

Добавянето на арсен към месинг, сплав от мед и цинк, повишава неговата устойчивост на корозия. От друга страна, той коригира или намалява загубата на цинк в месинга, което води до увеличаване на полезния му живот.

електроника

Пречистеният арсен се използва в полупроводниковата технология, където се използва заедно с галий и германий, както и под формата на арсенид на галий (GaAs), който е вторият най-широко използван полупроводник.

GaAs имат директна лента, която може да се използва в диодно, лазерно и LED производство. Освен арсенид на галий има и други арсениди, като индиев арсенид и алуминиев арсенид, които също са III-V полупроводници.

Междувременно кадмиевият арсенид е полупроводник тип II-IV. Арсин е използван в полупроводниковия допинг.

Земеделие и опазване на дървесината

Повечето приложения са бракувани поради високата им токсичност и тази на техните съединения. Като ₂ O ₃ се използва като пестицид, докато Като ₂ О ₅ е съставка в хербициди и инсектициди.

Арсеновата киселина (H ₃ AsO ₄) и соли като калциев арсенат и оловен арсенат се използват за стерилизиране на почви и борба с вредители. Това създава риск от замърсяване на околната среда с арсен.

Оловен арсенат се използва като инсектицид върху овощните дървета до първата половина на 20 век. Но поради токсичността си, той е заменен от натриев метиларсенат, който спря да се използва по същата причина от 2013 г.

лечебен

До 20 век няколко негови съединения се използват като лекарства. Арсфенамин и неолсалварсан например са използвани при лечението на сифилис и трипаносомоза.

През 2000 г. използването на Като ₂ O ₃, силно токсично съединение, е одобрен за лечение на остра промиелоцитна левкемия, устойчиви на всички транс-ретинолова киселина. Наскоро радиоактивният изотоп ⁷⁴ Както се използва за локализация на тумор.

Изотопът дава добри изображения, по-ясни от тези, получени с ¹²⁴ I, защото йодът се пренася към щитовидната жлеза и издава шум в сигнала.

Други приложения

В миналото арсенът се е използвал като фуражна добавка в птицевъдството и свиневъдството.

Използва се като катализатор при производството на етиленоксид. Използва се и при фойерверки и тен. Арсеновият оксид се използва като обезцветител при производството на стъкло.

Къде се намира?

Арсенът може да се намери в малки количества в елементарно състояние, с висока степен на чистота. Той присъства в множество съединения, като: сулфиди, арсениди и сулфоарсениди.

Също така е установено в някои минерали, включително: арсенопирит (FeSAs), loellingite (FEAS ₂), енаргит (Cu ₃ Ass ₄), orpiment (As ₂ S ₃) и realgar (As ₄ S ₄).

Как се получава?

Арсенопиритът се нагрява до 650-700ºC, при липса на въздух. Арсенът се изпарява, оставяйки железен сулфид (FeS) като остатък. По време на този процес, арсен се свързва към кислород към формата, ₄ O ₆, известен като "бяло арсен."

Като ₄ O ₆ е модифициран да формата, ₂ O ₃, парите на които се събират и кондензират в набор от тухли камери, арсена се пречиства чрез сублимация.

Повечето от арсена се получава чрез редукция на въглерод на образувания прах Като ₂ O ₃.

Препратки

1. Стивън Р. Марсдън. (23 април 2019 г.). Химия на арсен. Химия LibreTexts. Възстановено от: chem.libretexts.org
2. Хелменстин, Ан Мари, доктор на науките (03 декември 2018 г.). Интересни факти за Арсен. Възстановено от: thinkco.com
3. Wikipedia. (2019). Арсен. Възстановено от: en.wikipedia.org
4. Д-р Тесто Стюарт. (2019). Факти с арсен елементи. Chemicool. Възстановено от: chemicool.com
5. Кралско химическо дружество. (2019). Арсен. Възстановена от: rsc.or
6. Редакторите на Encyclopaedia Britannica. (03 май 2019 г.). Арсен. Encyclopædia Britannica. Възстановено от: britannica.com