ARSENAS: ISTORIJA, STRUKTŪRA, SAVYBĖS, PANAUDOJIMAS - CHEMIJA - 2025

Arseno yra Semimetal arba Semimetal priklausanti 15 grupės arba VA periodinės lentelės. Jį žymi cheminis simbolis As, o jo atominis skaičius yra 33. Jis gali būti trijų allotropinių formų: geltonos, juodos ir pilkos; pastaroji yra vienintelė, turinti pramoninę reikšmę.

Pilkasis arsenas yra trapi, metalo pavidalo kieta medžiaga, turinti stabilią kristalinę spalvą (vaizdas apačioje). Veikdamas oras praranda blizgesį, sudarydamas arseno oksidą (As ₂ O ₃ ), kuris kaitinant skleidžia česnako kvapą. Kita vertus, geltonos ir juodos spalvos allotropai yra atitinkamai molekuliniai ir amorfiniai.

Metalinis arsenas. Šaltinis: Hi-Res vaizdai iš cheminių elementų

Arsenas randamas žemės plutoje, siejamoje su daugybe mineralų. Gimtojoje valstybėje randama tik nedidelė dalis, tačiau jie yra siejami su stibiu ir sidabru.

Tarp labiausiai paplitusių mineralų, kuriuose randamas arsenas, yra šie: realgaras (As ₄ S ₄ ), orpimentas (As ₂ S ₃ ), loellingitas (FeAs ₂ ) ir enargitas (Cu ₃ AsS ₄ ). Arsenas taip pat gaunamas kaip šalutinis metalų, tokių kaip švinas, varis, kobaltas ir auksas, lydantis produktas.

Arseno junginiai yra toksiški, ypač arsinas (AsH ₃ ). Tačiau arseną galima pritaikyti daugelyje pramonės sričių, įskaitant legiruotą su švinu, naudojamą automobilių akumuliatorių gamyboje, ir legalį, legiruojamą įvairiais tikslais elektronikoje.

Jo atradimo istorija

Pavadinimas „arsenic“ kilęs iš lotynų arsenicum ir graikų arsenikon, nurodant geltonąjį orpimentą, kuris buvo pagrindinė alchemikų naudojama arseno forma.

Arsenas, dar ilgai nebuvo pripažintas cheminiu elementu, buvo žinomas ir naudojamas kaip jo junginiai. Pavyzdžiui, Aristotelis IV amžiuje prieš Kristų rašė apie sandarache - medžiagą, kuri dabar manoma kaip arseno sulfidas.

1-ame amžiuje Plinijus Vyresnysis ir Pedanius Discórides aprašė orpimentą, mineralą, susidedantį iš As ₂ S ₃ . XI amžiuje buvo atpažintos trys arseno rūšys: balta (As ₄ O ₄ ), geltona (As ₂ S ₃ ) ir raudona (As ₄ S ₄ ).

Arseną kaip gryną elementą pirmą kartą pastebėjo Albertas Magnusas (1250 m.). Magnusas kaitino arseno sulfidą muilu, atkreipdamas dėmesį į medžiagos, turinčios savybę, panašią į pilkšvą alotropą, vaizdą. Pirmąjį autentišką jo izoliacijos pranešimą 1649 m. Paskelbė vokietis vaistininkas Johanas Schroederis.

Schroederis paruošė arseną kaitindamas oksidą medžio anglimi. Vėliau Nicolas Lémery sugebėjo jį pagaminti kaitinant arseno oksido, muilo ir kalio mišinį. XVIII amžiuje šis elementas buvo galutinai pripažintas pusiau metalu.

Arseno struktūra

Arsenas yra izomorfinis stibio atžvilgiu; y., jie yra struktūriškai identiški, skiriasi tik savo atomų dydžiu. Kiekvienas arseno atomas sudaro tris „As-As“ kovalentinius ryšius tokiu būdu, kad jie sukuria „raukšlėtus ar stačius“ šešiakampius As ₆ vienetus , nes As atomų hibridizacija yra sp ³ .

Tada „As _6“ vienetai jungiasi, sukurdami stačius arseno sluoksnius, silpnai sąveikaujančius tarpusavyje. Dėl tarpmolekulinių jėgų, visų pirma priklausomų nuo atominių masių, romboedriniai pilkos spalvos arseno kristalai suteikia kietai medžiagai trapią ir trapią tekstūrą.

Galbūt dėl ​​laisvojo arseno elektronų poros atstūmimo, As ₆ vienetai, suformuoti tarp lygiagrečių sluoksnių, apibūdina ne tobulą, bet iškreiptą oktaedrą:

Pilkojo arseno kristalinė struktūra. Šaltinis: Gabrielis Bolívaras.

Atminkite, kad juodos sferos iškreipia plokštumą tarp dviejų stačių sluoksnių. Taip pat žemiau esančiame sluoksnyje yra melsvos sferos, kurios kartu su juoda sfera sudaro skyriaus pradžioje minėtą „ As _6“ vienetą .

Struktūra atrodo tvarkinga, eilutės eina aukštyn ir žemyn, todėl yra kristalinės. Tačiau ji gali tapti amorfiška, kai sferos suspaudžiamos skirtingais būdais. Kai pilkšvas arsenas tampa amorfinis, jis tampa puslaidininku.

Geltonas arsenas

Geltonasis arsenas, labiausiai toksiškas šio elemento allotropas, yra grynai molekulinė kieta medžiaga. Jį sudaro As molekulės ₄ vienetai dėl silpnų dispersinių jėgų, kurios netrukdo joms lakėti.

Juodasis arsenas

Juodasis arsenas yra amorfinis; bet ne kaip pilkšva allotrope gali būti. Jo struktūra yra šiek tiek panaši į ką tik aprašytą, tik tuo, kad jo As ₆ vienetų plokštumos turi didesnius plotus ir skirtingus sutrikimų modelius.

Elektroninė konfigūracija

3d ¹⁰ 4s ² 4p ³

Jame užpildytos visos 3 lygio orbitos. Jis formuoja jungtis, naudodamas 4s ir 4p orbitas (taip pat ir 4d) per skirtingas chemines hibridizacijas.

Savybės

Molekulinė masė

74,922 g / mol

Fizinis aprašymas

Pilkasis arsenas yra pilkšvai kietas metalas ir trapi konsistencija.

Spalva

Trys alotropinės formos: geltona (alfa), juoda (beta) ir pilka (gama).

Kvapas

Tualetas

Skonis

Beskonis

Lydymosi temperatūra

1090 K esant 35,8 atm (trigubas arseno taškas).

Esant normaliam slėgiui, jis neturi lydymosi temperatūros, nes sublimuojasi iki 887 K.

Tankis

-Greito arsenas: 5,73 g / cm ³ .

-Joras arsenas: 1,97 g / cm ³ .

Tirpumas vandenyje

Netirpus

Atominis radijas

139 val

Atomo tūris

13,1 cm ³ / mol

Kovalentinis spindulys

120 val

Savitoji šiluma

0,328 J / gmol, esant 20 ° C

Garinimo šiluma

32,4 kJ / mol

Elektronegatyvumas

2.18 pagal Paulingo skalę

Jonizacijos energija

Pirmoji jonizacijos energija 946,2 kJ / mol

Oksidacijos būsenos

-3, +3, +5

Stabilumas

Elementinis arsenas yra stabilus sausame ore, tačiau veikiamas drėgno oro jis padengiamas bronzos geltonumo sluoksniu, kuris gali tapti juodu arseno oksido sluoksniu (As ₂ O ₃ ).

Skilimas

Kai arsenas kaitinamas iki skilimo, jis išskiria baltus As ₂ O ₃ dūmus . Procedūra yra pavojinga, nes taip pat gali išsiskirti arsinas, labai nuodingos dujos.

Savaiminis užsidegimas

180 ºC

Kietumas

3.5 pagal Moho kietumo skalę.

Reaktyvumas

Jis nėra užpultas šaltos sieros rūgšties ar koncentruotos druskos rūgšties. Reaguoja su karšta azoto arba sieros rūgštimi, sudarydamas arseno rūgštį ir arseno rūgštį.

Kai pilkasis arsenas garinamas kaitinant, o garai greitai aušinami, susidaro geltonasis arsenas. Po ultravioletinės šviesos grįžtama į pilkšvą pavidalą.

Programos

Lydiniai

Nedidelis arseno kiekis, pridedamas prie švino, sukietina jo lydinius pakankamai, kad juos būtų galima naudoti kabelių dangai ir automobilių akumuliatorių gamyboje.

Į žalvarį, vario ir cinko lydinį pridedant arseno, padidėja jo atsparumas korozijai. Kita vertus, tai pataiso arba sumažina žalvario cinko nuostolius, dėl ko pailgėja jo tarnavimo laikas.

elektronika

Išgrynintas arsenas naudojamas puslaidininkių technologijoje, kur jis naudojamas kartu su galiu ir germaniu, taip pat kaip galio arsenidas (GaAs), kuris yra antras plačiausiai naudojamas puslaidininkis.

GaAs turi tiesioginį juostos tarpą, kurį galima naudoti gaminant diodus, lazerius ir LED. Be galio arsenido, yra ir kitų arsenidų, tokių kaip indio arsenidas ir aliuminio arsenidas, kurie taip pat yra III-V puslaidininkiai.

Tuo tarpu kadmio arsenidas yra II-IV tipo puslaidininkis. Arsinas buvo naudojamas puslaidininkių dopingo darbe.

Žemės ūkis ir medienos išsaugojimas

Dauguma paraiškų buvo atiduotos į metalo laužą dėl didelio jų ir jų junginių toksiškumo. Kadangi ₂ O ₃ buvo naudojamas kaip pesticidas, o As ₂ O ₅ yra herbicidų ir insekticidų sudedamoji dalis.

Dirvožemiams sterilizuoti ir kenkėjams naikinti buvo naudojama arseno rūgštis (H ₃ AsO ₄ ) ir druskos, tokios kaip kalcio arsenatas ir švino arsenatas. Tai sukuria aplinkos užteršimo arsenu riziką.

Švino arsenatas buvo naudojamas kaip insekticidas vaismedžiams iki XX amžiaus pirmosios pusės. Bet dėl ​​toksiškumo jis buvo pakeistas natrio metilarsenatu, kuris dėl tos pačios priežasties nustojo būti vartojamas nuo 2013 m.

Vaistinis

Iki XX amžiaus keli jo junginiai buvo naudojami kaip vaistai. Pavyzdžiui, sifiliui ir trypanosomiozei gydyti buvo naudojami arsenaminas ir neolsalvarsanas.

2000 m. Buvo patvirtintas labai toksiško junginio As ₂ O ₃ naudojimas gydant ūminę promielocitinę leukemiją, atsparią all-trans-retinoinės rūgšties poveikiui. Neseniai naviko lokalizavimui buvo naudojamas radioaktyvusis izotopas ⁷⁴ As.

Izotopas sukuria gerus vaizdus, ​​aiškesnius nei gauti naudojant ¹²⁴ I, nes jodas nešiojamas į skydliaukę ir skleidžia triukšmą.

Kiti naudojimo būdai

Anksčiau arsenas buvo naudojamas kaip pašarų priedas auginant naminius paukščius ir kiaules.

Jis naudojamas kaip katalizatorius etileno oksido gamyboje. Jis taip pat naudojamas fejerverkams ir rauginant. Arseno oksidas naudojamas kaip dažiklis stiklo gamyboje.

Kur tai yra?

Arseno elementai yra nedideli, jo grynumas yra nedidelis. Jo yra daugelyje junginių, tokių kaip: sulfidai, arsenidai ir sulfoarseniidai.

Taip pat jo yra keliuose mineraluose, įskaitant: arsenopiritą (FeSAs), loellingitą (FeAs ₂ ), enargitą (Cu ₃ AsS ₄ ), orpimentą (As ₂ S ₃ ) ir realgarą (As ₄ S ₄ ).

Kaip jis gaunamas?

Arsenopiritas pašildomas iki 650–700ºC, nesant oro. Arsenas išgaruoja, palikdamas geležies sulfidą (FeS). Šio proceso metu arsenas jungiasi su deguonimi, sudarydamas As ₄ O ₆ , žinomą kaip „baltasis arsenas“.

Kaip ₄ O ₆ yra modifikuota forma, kaip ₂ O ₃ , kurio garai yra surenkami ir kondensuotas plytų kamerų rinkinys, išgryninimą sublimacija arseno.

Didžioji dalis arseno gaunama redukuojant susidariusias dulkes As ₂ O ₃ anglies dioksidu .

Nuorodos

1. Steponas R. Marsdenas. (2019 m. Balandžio 23 d.). Chemija arseno. Chemija „LibreTexts“. Atkurta iš: chem.libretexts.org
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018 m. Gruodžio 03 d.). Įdomūs faktai apie arseną. Atgauta iš: thinkco.com
3. Vikipedija. (2019 m.). Arsenas. Atkurta iš: en.wikipedia.org
4. Dr Dough Stewart. (2019 m.). Arseno elemento faktai. Chemikolas. Atkurta iš: chemicool.com
5. Karališkoji chemijos draugija. (2019 m.). Arsenas. Atkurta iš: rsc.or
6. Enciklopedijos „Britannica“ redaktoriai. (2019 m. Gegužės 03 d.). Arsenas. „Encyclopædia Britannica“. Atkurta iš: britannica.com