Az arzén a nitrogéncsoport kémiai eleme (a periódusos rendszer 15. csoportja). Ez egy törékeny anyag (α-arzén) szürke, fémes fényű, romboéderes kristályrácstal. 600°C-ra melegítve szublimál. Amikor a gőz lehűl, egy új módosítás jelenik meg - sárga arzén. 270°C felett minden As forma fekete arzénné válik.
Felfedezési előzmények
Az arzén jóval azelőtt ismert volt, hogy kémiai elemként ismerték volna fel. A IV században. időszámításunk előtt e. Arisztotelész megemlítette a sandarak nevű anyagot, amelyet ma realgarnak vagy arzén-szulfidnak tartanak. Az i.sz. 1. században pedig e. Idősebb Plinius és Pedanius Dioscorides írták le az orpimentumot - az As2S3 festéket. A XI században. n. e. az "arzén" három fajtáját különböztették meg: fehér (As4O6), sárga (As2 S 3) és piros (As4S4). Magát az elemet valószínűleg először Nagy Albert izolálta a 13. században, aki észrevette fémszerű anyag megjelenését az arzén, más néven As2S3 , szappannal melegítették. De nem biztos, hogy ez a természettudós tiszta arzént kapott. Az első hiteles bizonyíték egy tiszta kémiai elem izolálására1649-ben kelt. Johann Schroeder 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, és eléri a 1,5 ppm-et. A talajban és ásványi anyagokban fordul elő, 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 ki ugyanebben az időszakban..
Annak ellenére, hogy az As egy halálos méreg, egyes állatok és esetleg emberek étrendjének fontos része, 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 egyetlen helyen sem jelenhet meg. Ez egyrészt jó, másrészt a terjedésének könnyedsége az oka annak, hogy az arzénszennyezés egyre nagyobb problémává válik. Az emberi tevékenység következtében, főként a bányászat és olvasztás révén, egy normálisan mozdulatlan kémiai elem vándorol, és ma már nem csak helyenként megtalálható.természetes koncentrációja.
A földkéregben lévő arzén mennyisége körülbelül 5 g/tonna. Az űrben koncentrációját 4 atomra becsülik millió szilíciumatomonként. 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. A legtöbb azonban több mint 150 különböző ásványi anyag összetételében szerepel - szulfidok, arzenidek, szulfoarzenidek és arzenitek. Az arsenopirit FeAsS az egyik leggyakoribb As-tartalmú ásvány. Egyéb gyakori arzénvegyületek a realgar ásványok As4S4, orpiment As2S 3, lellingite FeAs2 és enargit Cu3AsS4. Az arzén-oxid is gyakori. Ennek az anyagnak a nagy része a réz, ólom, kob alt és aranyérc olvasztásának mellékterméke.
A természetben az arzénnek egyetlen stabil izotópja van - 75As. A mesterséges radioaktív izotópok közül kiemelkedik 76As 26,4 órás felezési idővel. Az arzén-72, -74 és -76 az orvosi diagnosztikában használatos.
Ipari gyártás és alkalmazás
A fémarzént úgy nyerik, hogy az arzenopiritet levegő nélkül 650-700 °C-ra hevítik. Ha az arzenopiritet és más fémérceket oxigénnel hevítik, akkor az As könnyen keveredik vele, könnyen szublimálódó As4O6, más néven As
4O6 mint a "fehérarzén". Az oxidgőzt összegyűjtik és kondenzálják, majd később újraszublimálással tisztítják. A legtöbb As-t az így kapott fehér arzénból szén-redukcióval állítják elő.
A fémarzén világfogyasztása viszonylag kicsi – mindössze néhány száz tonna évente. A legtöbb elfogyasztott mennyiség Svédországból származik. Metalloid tulajdonságai miatt a kohászatban használják. Körülbelül 1% arzént használnak fel 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 az ólomötvözetekben megkeményedik az akkumulátorokban és a kábelpáncélokban való használatra. Az arzén kis szennyeződései növelik a réz és a sárgaréz korrózióállóságát és termikus tulajdonságait. A kémiai elemi As tiszta formájában bronzbevonatokhoz és pirotechnikában használatos. A nagy tisztaságú arzént a félvezető technológiában használják, ahol szilíciummal és germániummal együtt, valamint gallium-arzenid (GaAs) formájában diódákban, lézerekben és tranzisztorokban használják.
Kapcsolatok mint
Mivel az arzén vegyértéke 3 és 5, és számos oxidációs állapota van -3 és +5 között, az elem különféle vegyületeket képezhet. Kereskedelmi szempontból a legfontosabbak az oxidjai, amelyek fő formái az As4O6 ésAs2O5. Az arzén-oxid, más néven fehér arzén, a réz, ólom és néhány más fém, valamint arzenopirit és szulfidércek pörkölésének mellékterméke. Ez a legtöbb más vegyület kiindulási anyaga. Ezen kívül növényvédő szerekben, üveggyártásban fehérítőszerként, bőrök tartósítószereként használják. Az arzén-pentoxid oxidálószer (pl. salétromsav) fehér arzén hatására képződik. Ez a rovarirtó szerek, gyomirtó szerek és fémragasztók fő összetevője.
Az arzén (AsH3), színtelen mérgező gáz, amely arzénból és hidrogénből áll, egy másik ismert anyag. Az arzénhidrogénnek is nevezett anyagot fémarzenidek hidrolízisével és a fémek arzénvegyületekből savas oldatokban történő redukciójával nyerik. Félvezetők dópolójaként és katonai mérgező gázként alkalmazták. A mezőgazdaságban arzénsav (H3AsO4), ólom-arzenát (PbHAsO44 4 ) és kalcium-arzenát [Ca3(AsO4)2
], amelyeket a talaj sterilizálására és a kártevők elleni védekezésre használnak.
Az arzén egy kémiai elem, amely számos szerves vegyületet képez. HowOne (CH3)2As−As(CH3)2 A például egy széles körben használt szárítószer (szárítószer) - kakodilsav - előállításához használatos. Az elem összetett szerves vegyületeit bizonyos betegségek, például amőb vérhas,mikroorganizmusok okozzák.
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 más típusú arzén is, de ezeket nem vizsgálták alaposan, különösen a sárga metastabil formát, amely As4 molekulákból áll, hasonlóan a fehér foszforhoz P4. Az arzén 613 °C-on szublimál, és gőz formájában As4 molekulák formájában létezik, amelyek körülbelül 800 °C-ig nem disszociálnak. A teljes disszociáció As2 molekulákká 1700 °C-on megy végbe.
Az atom szerkezete és kötésképző képessége
Az arzén elektronikus képlete 1s22s22p63s23p63d104s24p 3 - a nitrogénre és a foszforra hasonlít abban, hogy öt elektronja van a külső héjban, de abban különbözik tőlük, hogy az utolsó előtti héjban 18 elektron van kettő vagy nyolc helyett. 10 pozitív töltés hozzáadása az atommagban 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 azelektronegatívabb, mint a magnézium és a gallium, mint az alumínium. A következő csoportokban azonban ez a különbség leszűkül, és sokan nem értenek egyet azzal, hogy a germánium elektronegatívabb, mint a szilícium, a rengeteg kémiai bizonyíték ellenére. A 8-18 elemű héjról a foszforról az arzénre történő hasonló átmenet növelheti az elektronegativitást, de ez továbbra is vitatott.
Az As és P külső héjának hasonlósága azt sugallja, hogy atomonként 3 kovalens kötést tudnak kialakítani egy további kötetlen elektronpár jelenlétében. Az oxidációs állapot ezért +3 vagy -3 kell, hogy legyen, a relatív kölcsönös elektronegativitástól függően. Az arzén szerkezete is beszél annak lehetőségéről, hogy a külső d-pályát az oktett kiterjesztésére használják, ami lehetővé teszi, hogy az elem 5 kötést képezzen. Csak fluorral való reakcióval 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-oxiddal borítja. Gőze könnyen ég, így As2O3 keletkezik. Mi az a szabad arzén? Víz, lúgok és nem oxidáló savak gyakorlatilag nem befolyásolják, salétromsav viszont +5-ös állapotig oxidálja. A halogének, a kén reakcióba lép az arzénnel, és sok fém arzenideket képez.
Analitikai kémia
Az arzén anyag minőségileg kimutatható sárga színben, amely 25% hatása alatt kicsapódik.sósav oldat. 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 a higany-kloriddal impregnált szonda arzin hatására a higany kibocsátása miatt elsötétül.
Az arzén toxikológiai jellemzői
Az elem és származékai toxicitása széles tartományban változik, a rendkívül mérgező arzintól és szerves származékaitól az egyszerű As-ig, amely viszonylag inert. Szerves vegyületeinek vegyi harci anyagként (lewizit), hólyagosítóként és lombtalanítóként való felhasználása (5% kakodilsav és 26% nátriumsójának vizes keverékén alapuló Agent Blue) megmondja, mi az arzén.
Általában ennek a kémiai elemnek a származékai irritálják a bőrt és bőrgyulladást okoznak. Az arzéntartalmú por elleni belégzési védelem is javasolt, de a legtöbb mérgezés lenyelése esetén következik be. Az As legnagyobb megengedett koncentrációja a porban egy nyolcórás munkanapon 0,5 mg/m3. Az arzin esetében az adagot 0,05 ppm-re csökkentik. E kémiai elem vegyületeinek gyomirtó- és peszticidként való felhasználása mellett az arzén farmakológiai felhasználása lehetővé tette a salvarzan, az első sikeres szifilisz elleni gyógyszer előállítását.
Egészségügyi hatások
Az arzén az egyik legmérgezőbb elem. Egy adott vegyi anyag szervetlen vegyületeiAz anyagok a természetben kis mennyiségben fordulnak elő. Az ember élelmiszerrel, vízzel és levegővel érintkezhet arzénnal. Az expozíció akkor is előfordulhat, ha bőrrel érintkezik szennyezett talajjal vagy vízzel.
Az élelmiszerek arzéntartalma meglehetősen alacsony. A halak és a tenger gyümölcseinek szintje azonban nagyon magas lehet, mivel felszívják a vegyszert a vízből, amelyben élnek. A halakban lévő jelentős mennyiségű szervetlen arzén veszélyt jelenthet az emberi egészségre.
Az anyaggal dolgozó, azzal kezelt fából épült házakban, illetve olyan mezőgazdasági területeken élők is ki vannak téve az anyagnak, akik az anyaggal dolgoznak.
A szervetlen arzén különféle egészségügyi hatásokat okozhat az emberekben, például gyomor- és bélirritációt, csökkent vörös- és fehérvérsejtek termelődését, bőrelváltozásokat és tüdőirritációt. Úgy gondolják, hogy ennek az anyagnak jelentős mennyiségben történő lenyelése növelheti a rák, különösen a bőr-, tüdő-, máj- és nyirokrendszeri daganatok kialakulásának esélyét.
A szervetlen arzén nagyon magas koncentrációja meddőséget és vetélést, bőrgyulladást, fertőzésekkel szembeni ellenállás 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 vagy károsítják a genetikai kódot, de nagy dózisokkárosíthatja az emberi egészséget, például idegi rendellenességeket vagy hasi fájdalmat okozhat.
Tulajdonságok mint
Az arzén fő kémiai és fizikai tulajdonságai a következők:
- Atomszám - 33.
- Az atomtömeg 74,9216.
- A szürke penész olvadáspontja 814 °C 36 atmoszféra nyomáson.
- Szürke sűrűség 5,73 g/cm3 14°C-on.
- Sárga penészsűrűség 2,03 g/cm3 18°C-on.
- Az arzén elektronikus képlete 1s22s22p63s23p63d104s24p 3 .
- Oxidációs állapotok – -3, +3, +5.
- Az arzén vegyértéke 3, 5.
