Какво е арсен? Определение, формула, свойства

Арсенът е химичен елемент от 5-та група от 4-ти период на периодичната таблица с атомно число 33. Той е чуплив полуметален цвят с зеленикав оттенък. Днес ще разгледаме по-отблизо какво представлява арсенът и ще се запознаем с основните свойства на този елемент.

Общи характеристики

Арсенът е уникален с това, че се намира буквално навсякъде - вътре скални образувания вода, минерали, почва, флора и фауна. Затова често се нарича никой друг освен вездесъщия елемент. Арсенът се разпространява свободно във всички географски райони на планетата Земя. Причината за това е летливостта и разтворимостта на неговите съединения.

Името на елемента е свързано с използването му за унищожаване на гризачи. Латинската дума Arsenicum (арсенова формула в периодичната таблица - As) произлиза от гръцкия Arsen, което означава "силен" или "мощен".

Тялото на средностатистическия възрастен съдържа около 15 mg от този елемент. Основно се концентрира в тънките черва, черния дроб, белите дробове и епитела. Абсорбцията на веществото се извършва от стомаха и червата. Арсеновите антагонисти са сяра, фосфор, селен, някои аминокиселини, както и витамини Е и С. Самият елемент влияе върху абсорбцията на цинк, селен, а също и витамини А, С, В9 и Е.

Подобно на много други вещества, арсенът може да бъде отрова и лекарство, всичко зависи от дозата.

Сред полезните функции на елемент като арсен, могат да бъдат идентифицирани:

1. Стимулиране на усвояването на азот и фосфор.
2. Подобряване на кръвообращението.
3. Взаимодействие с цистеин, протеини и липоева киселина.
4. Отслабването на окислителните процеси.

Дневното изискване за арсен за възрастен е между 30 и 100 микрограма.

Исторически фон

Един от етапите на човешкото развитие се нарича „бронз“, тъй като през този период хората сменяли каменни оръжия на бронзови. Този метал е сплав от калай и мед. Веднъж, при топене на бронз, майсторите случайно са използвали продуктите от атмосферни влияния на минерал от арсен-сулфид вместо медна руда. Получената сплав се отлива лесно и добре кована. В онези дни никой все още не знаеше какво е арсен, но залежите от минералите й се стремяли да произвеждат висококачествен бронз. С течение на времето тази технология беше изоставена, очевидно поради факта, че използването му често води до отравяне.

В древен Китай те използвали твърд минерал, наречен realgar (As ₄ S ₄ ). Използва се за каменна резба. Тъй като под въздействието на температурата и светлината, realgar се превърна в друго вещество - като ₂ S ₃ , то също беше скоро изоставено.

През 1-ви век пр.н.е. римският учен Плиний Старши заедно с ботаника и доктор Диоскорид описва минералния арсен, наречен орпимент. Името му се превежда от латински като "златна боя". Веществото се използва като жълто багрило.

През Средновековието алхимиците класифицират три елемента: жълто (As ₂ S ₃ сулфид), червено (As ₄ S ₄ сулфид) и бяло (As ₂ O ₃ оксид). През 13-ти век, когато загрява жълт арсен с сапун, алхимиците получават металоподобна субстанция. Най-вероятно това е първата проба от чистия елемент, получен изкуствено.

Какво е чист арсен, научено в началото на 17-ти век. Това се случи, когато Йохан Шрьодер, възстановявайки оксида с въглен, посочи този елемент. Няколко години по-късно френският химик Никола Лемери успява да получи веществото, като нагрява оксида си в смес със сапун и поташ. През следващия век арсеникът вече е известен със статуса на полуметал.

Химични свойства

В периодичната таблица химичният елемент арсен се намира в петата група и е включен в азотното семейство. В естествени условия тя е представена от един стабилен нуклид. Изкуствено получават повече от десет радиоактивни изотопа на материята. Диапазонът на стойностите на полуживота им е доста широк - от 2-3 минути до няколко месеца.

Въпреки че понякога арсенът се нарича метал, той най-вероятно се отнася до неметали. В комбинация с киселини, той не образува соли, а сам по себе си е вещество, образуващо киселина. Ето защо елементът се идентифицира като полуметал.

Арсенът, подобно на фосфора, може да бъде в различни алотропни конфигурации. Един от тях, сив арсен, е крехко вещество, което има метален блясък на почивката. Електрическата проводимост на този полуметал е 17 пъти по-ниска от тази на медта, но 3,6 пъти по-висока от тази на живака. С увеличаване на температурата, тя намалява, което е типично за типичните метали.

С бързото охлаждане на арсеновите пари до температурата на течния азот (-196 ° С) може да се получи меко жълтеникаво вещество, наподобяващо жълт фосфор. При нагряване и излагане на ултравиолетово жълт арсен веднага се превръща в сиво. Реакцията е придружена от топлина. Когато парите се кондензират в инертна атмосфера, се образува друга форма на вещество - аморфна. Ако се утаи парите на арсена, върху стъклото се появява огледален филм.

Външната електронна обвивка на това вещество има същата структура като фосфора и азота. Подобно на фосфора, арсенът образува три ковалентни връзки. Със сух въздух той има стабилна форма и с увеличаване на влажността той става тъп и се покрива с черен оксиден филм. Когато се запалят, пари на вещество изгарят със син пламък.

Тъй като арсенът е инертен, той не се влияе от вода, алкали и киселини, които нямат окислителни свойства. При контакт на вещество с разредено азотна киселина образува се орто-арсенова киселина и с концентрирана орто-арсенова киселина. Също така, арсенът реагира със сяра, за да образува сулфиди с различен състав.

Да бъдеш в природата

В естествени условия такъв химически елемент като арсен се среща често в съединения с мед, никел, кобалт и желязо.

Съставът на минералите, които образува веществото, се дължи на неговите полуметални свойства. Към днешна дата са известни повече от 200 минерала от този елемент. Тъй като арсенът може да бъде намерен в отрицателни и позитивни окислителни състояния, той лесно взаимодейства с много други вещества. При положителното окисление на арсена, той действа като метал (в сулфиди), а при отрицателен - неметален (в арсениди). Минералите, съдържащи този елемент, имат доста сложен състав. В кристалната решетка един полуметал може да замести атомите на сярата, антимона и металите.

От гледна точка на техния състав много съединения на метали с арсен са по-склонни да не принадлежат към арсениди, а към интерметални съединения. Някои от тях се различават по променливото съдържание на основния елемент. Няколко метала могат да присъстват едновременно в арсенидите, чиито атоми, с близък радиус на йони, могат да се заменят един друг. Всички минерали, които са класифицирани като арсениди, са снабдени с метален блясък, са непрозрачни, тежки и силни. Сред естествените арсениди (общо около 25) могат да се споменат следните минерали: скутерудит, рамелсбрггит, никелин, лелинтрит, клин-афлорит и др.

Химически интересни са тези минерали, в които арсенът присъства едновременно със сяра и играе ролята на метал. Те имат много сложна структура.

Естествените соли на арсенова киселина (арсенат) могат да имат различни цветове: еритритол-кобалт; simplesitis, annabergite и skorid - зелен и Rooseveltite, cattigit и хернезит - безцветни.

Според химичните си свойства арсенът е по-скоро инертен, затова може да бъде намерен в естествено състояние под формата на кубчета и игли. Съдържанието на примеси в самородците не надвишава 15%.

В почвата съдържанието на арсен се променя в диапазона от 0,1-40 mg / kg. В райони с вулкани и места, където се отлага арсенова руда, тази цифра може да достигне до 8 г / кг. Растенията на такива места умират и животните се разболяват. Подобен проблем е характерен за степите и пустините, където изтичането на елемент от почвата не се осъществява. Счита се, че глинените скали са обогатени, тъй като съдържанието на арсенни вещества в тях е четири пъти по-високо, отколкото в обикновените.

когато чисто вещество в процеса на биометилиране той се превръща в летливо съединение, може да се отстрани от почвата не само чрез вода, но и от вятър. В нормални райони концентрацията на арсен в въздуха е средно 0,01 µg / m ³ . В индустриални зони, където работят фабрики и електроцентрали, този показател може да достигне 1 µg / m ³ .

В състава на минералната вода може да се съдържа умерено количество арсенови вещества. В лечебните минерални води, съгласно общоприетите стандарти, концентрацията на арсен не трябва да надвишава 70 µg / l. Заслужава да се отбележи тук, че дори и при по-високи темпове, отравяне може да се случи само с редовна употреба на такава вода.

В естествените води елементът може да бъде в различни форми и съединения. Тривалентният арсен, например, е много по-токсичен от пентавалентен.

Получаване на арсен

Елементът се получава като страничен продукт при преработката на оловни, цинкови, медни и кобалтови руди, както и при добива на злато. Като част от някои полиметални руди, съдържанието на арсен може да достигне до 12%. Когато се загряват до 700 ° С, настъпва сублимация - преход на вещество от твърдо към газообразно състояние, заобикаляйки течността. Важно условие за осъществяването на този процес е липсата на въздух. Когато арсеновите руди се нагряват на въздух, се образува летлив окис, наречен "бял арсен". Подменяйки кондензацията с въглища, чистият арсен се намалява.

Формулата за получаване на елемент е следната:

• 2As2S3 + 9O2 = 6SO2 + 2As2O3;
• As2O3 + 3C = 2As + 3СО.

Добивът на арсен се отнася до опасно производство. Парадоксално е, че най-голямото замърсяване на околната среда от този елемент е не близо до предприятията, които го произвеждат, а около електроцентралите и заводите за цветна металургия.

Друг парадокс е, че производството на метален арсен превишава необходимостта от него. В областта на добива на метали е много рядко явление. Излишният арсен трябва да се изхвърли чрез изхвърляне на метални контейнери в стари мини.

Най-големите находища на арсенови руди са концентрирани в тези страни:

1. Мед-арсен - САЩ, Грузия, Япония, Швеция, Норвегия и държавите от Централна Азия.
2. Gold-arsenic - Франция и САЩ.
3. Арсен-кобалт - Канада и Нова Зеландия.
4. Арсен-калай - Англия и Боливия.

дефиниция

Лабораторното определяне на арсена се извършва чрез утаяване на жълти сулфиди от разтвори на солна киселина. Следите на елементите се определят по метода на Gutzeit или чрез реакция на Марш. През последния половин век са създадени всички видове чувствителни техники за анализ, които позволяват да се разкрие дори много малко количество от дадено вещество.

Някои арсенови съединения се анализират чрез селективен хибриден метод. Той включва възстановяването на аналита в летливия елемент арсин, който след това се замразява в резервоар, охладен с течен азот. Впоследствие, с бавно загряване на съдържанието на контейнера, различните арсини започват да се изпаряват отделно един от друг.

Промишлена употреба

Почти 98% от извлечения арсен не се използва в чист вид. Неговите съединения са широко използвани в различни индустрии. Стотици тонове арсен се добиват и обработват ежегодно. Тя се добавя към носещи сплави за подобряване на тяхното качество, се използва за увеличаване на твърдостта на кабели и оловно-кисели батерии, и се използва също в производството на полупроводникови устройства с германий или силиций. И това са само най-амбициозните области.

Като добавка, арсенът придава проводимост на някои "класически" полупроводници. Добавянето му към оловото значително повишава якостта на метала, а този на медта - течливост, твърдост и устойчивост на корозия. Арсенът понякога се добавя и към някои разновидности на бронз, месинг, бабит и типографски сплави. Въпреки това, металурзите често се опитват да избегнат употребата на това вещество, тъй като не е безопасно за здравето. За някои метали, големи количества арсен също са вредни, тъй като влошават свойствата на изходния материал.

Арсеновият оксид се използва в производството на стъкло като стъклен пречиствател. Древни стъклодувници го използваха в тази посока. Съединенията на арсена са силен антисептик, така че запазват козината, пълнените животни и кожи, както и създават противообрастващи бои за воден транспорт и импрегниране за дърво.

Поради биологичната активност на някои производни на арсена, веществото се използва в производството на стимуланти за растеж на растенията, както и в лекарства, включително антихелминтни средства за добитъка. Продуктите, съдържащи този елемент, се използват за борба с плевелите, гризачите и насекомите. По-рано, когато хората не мислеха дали арсенът може да се използва за производство на храни, елементът в селското стопанство се използваше по-широко. Въпреки това, след идентифициране на токсичните му свойства, веществото трябваше да намери заместител.

Важни области на приложение на този елемент са: производство на микросхеми, оптични влакна, полупроводници, филмова електроника, както и отглеждане на микрокристали за лазери. За тази цел се използват газообразни арсини. Производството на лазери, диоди и транзистори не е пълно без галий и индиеви арсениди.

медицина

В човешките тъкани и органи, елементът е представен главно в протеиновата фракция, в по-малка степен - в киселинно-разтворимата. Участва във ферментацията, гликолизата и окислително-редукционните реакции, а също така осигурява разграждането на сложни въглехидрати. В биохимията, съединенията от това вещество се използват като специфични ензимни инхибитори, които са необходими за изследване на метаболитни реакции. Арсенът е необходим за човешкото тяло като микроелемент.

Използването на елемента в медицината е по-малко екстензивно, отколкото в производството. Микроскопичните му дози се използват за диагностициране на всички видове заболявания и патологии, както и за лечение на стоматологични заболявания.

В стоматологията се използва арсен за отстраняване на пулпа. Малка част от пастата, съдържаща арсенова киселина, буквално един ден осигурява смъртта на зъба. Благодарение на неговото действие, отстраняването на пулпа е безболезнено и безпрепятствено.

Арсенът също така се използва широко при лечението на леки форми на левкемия. Тя ви позволява да намалите или дори да потиснете патологичното образуване на левкоцити, както и да стимулирате образуването на червена кръв и секрецията на червени кръвни клетки.

Арсен като отрова

Всички съединения на този елемент са отровни. Острото отравяне с арсен води до коремна болка, диария, гадене и депресия на централната нервна система. Симптомите на интоксикация с това вещество приличат на симптомите на холерата. Ето защо по-рано в съдебната практика често има случаи на умишлено отравяне с арсен. За престъпни цели елементът най-често се използва като триоксид.

Симптоми на интоксикация

На първо място, отравянето с арсен се проявява като метален вкус в устата, повръщане и коремна болка. Ако не се предприемат никакви действия, могат да започнат гърчове и дори парализа. В най-лошия случай отравянето може да бъде фатално.

Причината за отравяне може да бъде:

1. Вдишване на прах, съдържащ арсен. Обикновено се среща в инсталации за производство на арсен, в които не се спазват правилата за защита на труда.
2. Ядат отровена храна или вода.
3. Използването на някои лекарства.

Първа помощ

Млякото е най-широко разпространеният антидот за интоксикация с арсен. Казеиновият протеин в него образува неразтворими съединения с токсично вещество, което не може да се абсорбира в кръвта.

В случай на остро отравяне, жертвата трябва да получи бърза помощ. стомашна промивка. Хемодиализа, насочена към почистване на бъбреците, също се извършва в болница. От лекарствата, използвани универсален антидот - "Unitiol". Освен това могат да се използват антагонистични вещества: селен, цинк, сяра и фосфор. В бъдеще на пациента трябва да бъде предписан комплекс от аминокиселини и витамини.

Дефицит на арсен

Отговаряйки на въпроса: "Какво е арсен?", Заслужава да се отбележи, че в малки количества е необходимо за човешкото тяло. Елементът се счита за имунотоксичен, условно съществен. Той участва в почти всички най-важни биохимични процеси на човешкото тяло. Следните признаци могат да означават дефицит на това вещество: намаляване на концентрацията на триглицериди в кръвта, влошаване на развитието и растежа на организма.

Като правило, при липса на сериозни здравословни проблеми за липсата на арсен в храната не е необходимо да се притеснявате, защото елементът се съдържа в почти всички продукти от растителен и животински произход. Това вещество е особено богато на морски дарове, зърнени храни, грозде, сокове и питейна вода. През деня 34% от консумирания арсен се екскретира от тялото.

При анемия веществото се приема за повишаване на апетита, а в случай на отравяне със селен, той действа като ефективен антидот.