АРСЕН: ИСТОРИЈА, СТРУКТУРА, СВОЈСТВА, УПОТРЕБЕ - ХЕМИЈА - 2025

Арсен је семиметал или семиметал припадају групи 15 или ВА периодног система. Представљен је хемијским симболом Ас, а његов атомски број је 33. Може се наћи у три алотропна облика: жута, црна и сива; потоњи је једини од индустријског значаја.

Сиви арсен је крхка, металик чврста супстанца стрме кристалне боје (слика на дну). Излагањем ваздуху губи сјај, формирајући арсенов оксид (Ас ₂ О ₃ ), који када се загрева испушта мирис белог лука. Са друге стране, њени жути и црни алотропи су молекуларни и аморфни.

Метални арсен. Извор: Хи-Рес слике хемијских елемената

Арсен се налази у земљиној кори која је повезана са бројним минералима. У матичном стању налази се само мали проценат, међутим повезан са антимоном и сребром.

Међу најчешћим минерала у коме се налазе, арсен су следећи: реалгар (Ас ₄ С ₄ ), орпимент (Ас ₂ С ₃ ), лоеллингите (ФЕАС ₂ ) и енаргите (Цу ₃ АсС ₄ ). Арсен се такође добија као нуспроизвод топљивих метала попут олова, бакра, кобалта и злата.

Арсен једињења су отровна, а нарочито арсин (АсХ ₃ ). Међутим, арсен има бројне индустријске примене, укључујући легирање оловом које се користи у производњи аутомобилских батерија и легирање галијумом са разним наменима у електроници.

Историја његовог открића

Назив 'арсен' долази од латинског арсеницум и грчког арсеникон, а односи се на жути орпимент, који је био главни облик употребе арсена од стране алхемичара.

Арсен, много пре него што је препознат као хемијски елемент, био је познат и коришћен у облику својих једињења. На пример, Аристотел је у ИВ веку пре нове ере писао о сандарацхеу, супстанци за коју се сада сматра да је арсенов сулфид.

Плиније Старији и Педаниус Дисцоридес, у 1. веку нове ере, описао орпимент, минерал који се састоји од Ас ₂ С ₃ . У 11. веку су препознате три врсте арсена: бела (Ас ₄ О ₄ ), жута (Ас ₂ С ₃ ) и црвена (Ас ₄ С ₄ ).

Арсен као чисти елемент први је приметио Албертус Магнус (1250). Магнус је загрејао арсенов сулфид сапуном, примећујући изглед материје која има карактеристику сличну сивкастом алотропу на слици. Међутим, први аутентични извештај о његовој изолацији објавио је 1649. године Јоханн Сцхроедер, немачки фармацеут.

Сцхроедер је припремио арсен загревањем оксида дрвеним угљеном. Касније је Ницолас Лемери успео да га произведе загревањем мешавине арсенијевог оксида, сапуна и калијевог порекла. У 18. веку овај елемент је коначно препознат као полу-метал.

Структура арсена

Арсен је изоморфан према антимону; то јест, они су структурално идентични и разликују се само у величини својих атома. Сваки арсен атом форме три Ас-Ас ковалентне, на такав начин да потичу "наборани или стрмо" шестоугаони Како ₆ јединица , од хибридизацијом АС атома сп ³ .

Тада се јединице Ас ₆ повезују, стварајући стрме слојеве арсена, који слабе једни са другима. Као резултат њихових интермолекуларних сила, пре свега зависних од њихових атомских маса, ромбоедарски сиви кристали арсена дају чврстој супстанци крхку и крхку текстуру.

Вероватно због одбијања арсеновог слободног пара електрона, јединице Ас ₆ формиране између паралелних слојева не дефинишу савршени, већ искривљени октаедар:

Кристална структура сивог арсена. Извор: Габриел Боливар.

Имајте на уму да црне сфере цртају искривљену равнину у размаку између два стрма слоја. Исто тако, у доњем слоју се налазе плавичасте сфере које заједно са црном сфером чине јединицу Ас ₆ која је споменута на почетку одељка.

Структура изгледа уредно, редови се пењу према горе и доле и зато је кристална. Међутим, може постати аморфан, са сферама притиснутим на различите начине. Кад сивкаст арсен постане аморфан, постаје полуводич.

Жути арсен

Жути арсен, најотровнији алотроп овог елемента, је чисто молекуларна чврста супстанца. Састоји се од Ас молекула ₄ јединице због слабих дисперзијских сила, које их не спречавају да се хлапе.

Црни арсен

Црни арсен је аморфан; али не и како сивкаст алотроп може бити. Његова структура је мало слична управо описаној, с разликом што његове равни од ₆ јединица имају веће површине и различите обрасце нереда.

Електронска конфигурација

3д ¹⁰ 4с ² 4п ³

Има испуњене све орбитале нивоа 3. Он формира везе користећи 4с и 4п орбитале (као и 4д) кроз различите хемијске хибридизације.

Својства

Молекуларна тежина

74.922 г / мол

Физички опис

Сиви арсен је сивкаста чврста супстанца с металним изгледом и крхком конзистенцијом.

Боја

Три алотропна облика, жута (алфа), црна (бета) и сива (гама).

Мирис

Тоалет

Укус

Без укуса

Тачка топљења

1,090 К при 35,8 атм (трострука тачка арсена).

При нормалном притиску нема талиште, јер се сублимира на 887 К.

Густина

-Граи арсеник: 5.73 г / цм ³ .

Жуте арсеник: 1,97 г / цм ³ .

Растворљивост у води

Нерастворљиво

Атомски радио

139 пм

Атомска запремина

13,1 цм ³ / мол

Ковалентни радијус

120 пм

Специфична топлота

0,328 Ј / гмол на 20 ° Ц

Топлина испаравања

32,4 кЈ / мол

Електронегативност

2.18 на Паулинг-овој скали

Енергија јонизације

Прва енергија јонизације 946,2 кЈ / мол

Оксидациона стања

-3, +3, +5

Стабилност

Елементарни арсен је стабилан на сувом ваздуху, али када је изложен влажном ваздуху, прекривен је брончано-жутим слојем који може постати црни слој арсеновог оксида (Ас ₂ О ₃ ).

Декомпозиција

Када арсена загревана до распадања, емитује белу дим Ас ₂ О ₃ . Процедура је опасна јер се може ослобађати и арзин, веома отровни гас.

Аутоматско паљење

180 ºЦ

Тврдоћа

3,5 на Мохсовој скали тврдоће.

Реактивност

Не напада га хладна сумпорна киселина или концентрована хлороводонична киселина. Реагира врућом азотном или сумпорном киселином, формирајући арсен и арсенска киселина.

Када се сивим арсеном загревањем загрева, а паре брзо хладе, формира се жути арсен. Ово се враћа у сивкаст облик, подвргнут ултраљубичастој светлости.

Апликације

Легуре

Мала количина арсена додата олову очврсне његове легуре довољно да их користи у превлачењу каблова и производњи аутомобилских акумулатора.

Додавање арсена у месинг, легуре бакра и цинка, повећава његову отпорност на корозију. С друге стране, он исправља или смањује губитак цинка у месингу, што узрокује повећање његовог корисног века.

електроника

Пречишћени арсен се користи у полуводичкој технологији, где се користи у комбинацији са галијумом и германијумом, као и у облику арсејида галијума (ГаАс), који је други најраширенији полупроводник.

ГаА имају директан размак појаса, који се може користити у производњи диода, ласера ​​и ЛЕД-а. Поред галијевог арсенида постоје и други арсенииди, попут индијум арсенида и алуминијум арсенида, који су такође ИИИ-В полуводичи.

У међувремену, кадмијум-арсенид је полуводич типа ИИ-ИВ. Арсин се користио у полупреводничком допингу.

Пољопривреда и очување дрвета

Већина примена је смештена због велике токсичности и једињења. Ас ₂ О _{3, се} користи као пестицид, а као ₂ О ₅ представља састојак хербицида и инсектицида.

Арсениц ацид (Х ₃ АсО ₄ ) и соли као што су калцијум арсенат и олова арсенат се користе за стерилизацију земљишта и контролу штеточина. То ствара ризик од контаминације животињске средине арсеном.

Оловни арсенат користио се као инсектицид на воћкама до прве половине 20. века. Али због своје токсичности, замењен је натријум метиларсенатом, који је из истог разлога престао да се користи од 2013. године.

Лековите

Све до 20. века, неколико његових једињења користило се као лекови. На пример, аршфенамин и неолсалварсан коришћени су у лечењу сифилиса и трипаносомијазе.

У 2000., употреба Ас ₂ О ₃ , веома токсичне материје , усвојен у лечењу акутне промијелоцитне леукемије отпорне на све-транс ретиноинском киселине. Недавно је радиоактивни изотоп ⁷⁴ Ас коришћен за локализацију тумора.

Изотоп ствара добре слике, јасније од оних добијених помоћу ¹²⁴ И, јер се јод преноси у штитњачу и ствара шум у сигналу.

Друге намене

Арсен је у прошлости кориштен као додатак храни у перади и свињи.

Користи се као катализатор у производњи етилен оксида. Такође се користи у ватромету и штављењу. Арсенов оксид користи се као средство за уклањање боје у производњи стакла.

Где се налази?

Арсен се може наћи у малим количинама у елементарном стању, са високим степеном чистоће. Присутан је у бројним једињењима, као што су: сулфиди, арсенииди и сулфоарсениди.

Такође се налази у неколико минерала, укључујући: арсенопирит (ФеСА), лоеллингит (ФеАс ₂ ), енаргит (Цу ₃ АсС ₄ ), орпимент (Ас ₂ С ₃ ) и реалгар (Ас ₄ С ₄ ).

Како се добија?

Арсенопирит се загрева на 650-700ºЦ, у недостатку ваздуха. Арсен испарава, остављајући жељезни сулфид (ФеС) као остатак. Током овог процеса, арсен се веже за кисеоник да би формирао Ас ₄ О ₆ , познат као "бели арсен".

Ас ₄ О ₆ је модификовати да формира као ₂ О ₃ , испарења чији су сакупљене и кондензује у сету опеке комора пречишћавања арсеник сублимацијом.

Већи део арсена се произведен редукцијом угљеника формираног праха Ас ₂ О ₃ .

Референце

1. Степхен Р. Марсден (23. априла 2019). Хемија арсена. Цхемистри ЛибреТектс. Опоравак од: цхем.либретектс.орг
2. Хелменстине, др Анне Марие (03. децембра 2018.). Занимљиве чињенице о арсену. Опоравак од: тхинкцо.цом
3. Википедиа. (2019). Арсен. Опоравак од: ен.википедиа.орг
4. Др Доугх Стеварт. (2019). Чињенице о арсенском елементу. Цхемицоол. Опоравак од: цхемицоол.цом
5. Краљевско хемијско друштво. (2019). Арсен. Опоравак од: рсц.ор
6. Уредници Енцицлопаедиа Британница. (03. мај 2019.) Арсен. Енцицлопӕдиа Британница. Опоравак од: британница.цом