Az arzén veszélyes, de szükséges anyag. Mi az arzén? Jellemzők, tulajdonságok és alkalmazás Az arzén melyik családba tartozik

Arzén- ásvány a natív elemek osztályából, félfém, kémiai képlet As. Gyakori szennyeződések az Sb, S, Fe, Ag, Ni; ritkábban Bi és V. A natív arzén As-tartalma eléri a 98%-ot. A periódusos rendszer negyedik periódusának 15. csoportjának kémiai eleme (az elavult osztályozás szerint - az ötödik csoport fő alcsoportja); rendszáma 33. Az arzén (nyers arzén) természetes arzenopiritekből kivont szilárd anyag. Két fő formában létezik: közönséges, úgynevezett "fémes" arzén, fényes acél színű kristályok formájában, törékeny, vízben oldhatatlan, és sárga arzén, kristályos, meglehetősen instabil. Az arzént arzén-diszulfid, durva sörét, keménybronz és különféle egyéb ötvözetek (ón, réz stb.) előállítására használják.

Lásd még:

SZERKEZET

Az arzénnek számos allotróp módosulatát állapították meg. Normál körülmények között a fémes vagy szürke arzén (alfa-arzén) stabil. A szürke arzén kristályrácsa romboéderes, réteges, periódusa a = 4,123 A, szöge a = 54° 10'. Sűrűség (20 ° C hőmérsékleten) 5,72 g / cm 3; hőmérsékleti együttható. lineáris tágulás 3,36 10 fok; fajlagos elektromos ellenállás (hőmérséklet 0 ° C) 35 10 -6 ohm cm; HB = w 147; együttható összenyomhatóság (30 ° C hőmérsékleten) 4,5 x 10 -6 cm 2 / kg. Az alfa-arzén olvadáspontja 816 ° C 36 atmoszféra nyomáson.

ATM alatt. nyomás alatt az arzén 615 °C hőmérsékleten olvadás nélkül szublimál. A szublimációs hő 102 cal/g. Az arzén gőzei színtelenek, 800 ° C hőmérsékletig As 4 molekulából állnak, 800 és 1700 ° C között - As 4 és As 2 keverékéből, 1700 ° C felett - csak As 2-ből. Az arzéngőz gyors kondenzációjával a folyékony levegővel hűtött felületen sárga arzén képződik - a köbös rendszer átlátszó lágy kristályai, amelyek sűrűsége 1,97 g / cm 3. Az arzén egyéb metastabil módosításai is ismertek: béta-arzén - amorf üveges, gamma-arzén - sárga-barna és delta-arzén - barna amorf, 4,73 sűrűséggel; 4,97 és 5,10 g/cm3. 270°C felett ezek a módosítások szürke arzénné alakulnak.

TULAJDONSÁGOK

Friss törésen a szín cinkfehér, ónfehértől világosszürkig terjed, gyorsan elhalványul a sötétszürke árnyalat kialakulása miatt; mállott felületen fekete. Mohs keménység 3-3,5. Sűrűség 5,63-5,8 g/cm3. Törékeny. Becsapódáskor a fokhagyma jellegzetes illata diagnosztizálja. A hasítás tökéletes a (0001) szerint és kevésbé tökéletes a (0112) szerint. A törés szemcsés. Oud. súlya 5,63-5,78. A kötőjel szürke, ónfehér. Fémes fényű, erős (friss törésben), gyorsan elhalványul és idővel matttá válik az oxidált, megfeketedett felületen. Diamágneses.

MORFOLÓGIA

EREDET

Az arzén a hidrotermikus lerakódásokban metakolloid képződményekként fordul elő üregekben, amelyek nyilvánvalóan a hidrotermikus aktivitás utolsó pillanataiban keletkeznek. Ezzel kapcsolatban előfordulhatnak különféle összetételű arzén, antimon, ritkábban kénvegyületek, nikkel, kobalt, ezüst, ólom stb., valamint nemfémes ásványok.

A szakirodalomban vannak utalások az arzén másodlagos eredetére az arzénércek lelőhelyeinek mállási zónáiban, ami általában véve nem valószínű, mivel ilyen körülmények között nagyon instabil, és gyorsan oxidálva teljesen lebomlik. A fekete kéreg arzén és arzenolit (As 2 O 3) finom keverékéből áll. A végén tiszta arzenolit képződik.

A földkéregben az arzén koncentrációja alacsony, 1,5 ppm. 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 a levegőbe. ugyanaz az időszak.

A Szovjetunió területén natív arzént számos lelőhelyen találtak. Ezek közül kiemeljük a szadoni hidrotermikus ólom-cink lelőhelyet, ahol többször is megfigyelték reniform tömegek formájában galenával és szfalerittel ellátott kristályos kalciton. A folyó bal partján nagy, vese alakú, koncentrikus héjszerkezetű őshonos arzénfelhalmozódásokat találtak. Chikoya (Transzbaikália). A vele való paragenézisben csak kalcit figyelhető meg perem formájában az ősi kristálypalákat metsző vékony erek falán. Töredékek formájában (76. ábra) arzént is találtak a St. Dzhalinda, Amur vasút stb és más helyeken.

Számos szászországi lelőhelyen (Freiberg, Schneeberg, Annaberg stb.) az őshonos arzént kobalt, nikkel, ezüst, őshonos bizmut stb. arzénvegyületeivel összefüggésben figyelték meg. Mindezek és más leletek ennek az ásványnak gyakorlati jelentősége.

ALKALMAZÁS

Az arzén-szulfid vegyületeket - orpiment és realgar - a festészetben festékként, a bőriparban pedig a bőr szőrtelenítésére használják. A pirotechnikában a realgart "görög" vagy "indiai" tűz előállítására használják, amely akkor keletkezik, amikor a realgar kénnel és nitráttal keveréke ég (égetéskor fényes fehér lángot képez).
Az arzén egyes organoelem-vegyületei kémiai harci anyagok, például a lewisit.

A 20. század elején a szifilisz kezelésére használtak egyes kakodilszármazékokat, például a salvarsant, majd idővel ezeket a gyógyszereket más, kevésbé mérgező és hatékonyabb, arzénmentes gyógyszerekkel kiszorították a szifilisz gyógyászati ​​felhasználásából. előkészületek.

Az arzénvegyületek közül sokat nagyon kis adagokban vérszegénység és számos más súlyos betegség leküzdésére használnak, mivel klinikailag észrevehető serkentő hatásuk van számos specifikus testfunkcióra, különösen a vérképzésre. Az arzén szervetlen vegyületei közül az arzén-anhidrid felhasználható a gyógyászatban pirulák készítésére és a fogorvosi gyakorlatban paszta formájában elhalást okozó szerként. Ezt a gyógyszert a köznyelvben és szlengben "arzénnek" hívták, és a fogászatban a fogideg helyi nekrózisára használták. Jelenleg az arzénkészítményeket toxicitásuk miatt ritkán használják a fogorvosi gyakorlatban. Most más módszereket fejlesztettek ki és alkalmaznak a fog idegének fájdalommentes nekrózisára helyi érzéstelenítés alatt.

Arzén – As

OSZTÁLYOZÁS

Történetünk egy nem túl gyakori, de széles körben ismert elemről szól; olyan elemről, amelynek tulajdonságai az összeférhetetlenségig ellentmondásosak. Nehéz összeegyeztetni azt a szerepet is, amelyet ez az elem játszott és játszik az emberiség életében. Különböző időpontokban, különböző körülmények között, más-más formában méregként és gyógyító szerként, káros és veszélyes salakanyagként, a leghasznosabb, pótolhatatlan anyagok összetevőjeként hat. Tehát a 33-as rendszámú elem.

Történelem absztraktban

Mivel az arzén egyike azoknak az elemeknek, amelyek felfedezésének pontos dátumát nem állapították meg, csak néhány megbízható tény megállapítására szorítkozunk:

az arzén ősidők óta ismert;

Dioscorides (Kr. u. 1. század) írásaiban egy olyan anyag kalcinálását említik, amelyet ma arzén-szulfidnak neveznek;

a 3-4. században a Zozymosnak tulajdonított töredékes feljegyzések említik a fémes arzént; a görög író, Olympiodorus (i.sz. 5. század) leírja a fehér arzén előállítását szulfid pörkölésével;

a 8. században Geber arab alkimista arzén-trioxidot szerzett;

a középkorban az emberek az arzéntartalmú ércek feldolgozásakor találkoztak az arzén-trioxiddal, a gáznemű As2O3 fehér füstjét pedig ércfüstnek nevezték;

a szabad fémarzén előállítását Albert von Bolstedt német alkimistának tulajdonítják, és körülbelül 1250-nek tulajdonítják, bár a görög és arab alkimisták kétségtelenül Bolstedt előtt kapták az arzént (trioxidjának szerves anyagokkal való hevítésével);

1733-ban bebizonyosodott, hogy a fehér arzén a fémarzén oxidja;

1760-ban a francia Louis Claude Cadé megszerezte az arzén első szerves vegyületét, a Cadé folyadékot vagy "cacodil"-oxidot; ennek az anyagnak a képlete [(CH3)2A]2O;

1775-ben Carl Wilhelm Scheele arzénsavat és arzénhidrogént nyert;

1789-ben Antoine Laurent Lavoisier ismerte el az arzént független kémiai elemként.

Az elemi arzén ezüstszürke vagy ónfehér anyag, friss törésben

fémes fényű. De gyorsan elhalványul a levegőben. 600 °C fölé hevítve az arzén olvadás nélkül szublimál, és 37 atm nyomáson 818 °C-on megolvad. Az arzén az egyetlen fém, amelynek forráspontja normál nyomáson az olvadáspont alatt van.

Az arzén méreg

Sokak fejében a "méreg" és az "arzén" szavak azonosak. Történelmileg így történt. Vannak történetek Kleopátra mérgeiről. A Locusta mérgei híresek voltak Rómában. A méreg a középkori olasz köztársaságokban is gyakori eszköz volt a politikai és egyéb ellenfelek kiiktatására. Velencében például mérgezési szakértőket tartottak a bíróságon. És szinte minden méreg fő összetevője az arzén volt.

Oroszországban a „vitriol és borostyánolaj, erős vodka, arzén és tsilibukha” magánszemélyek számára történő értékesítését tiltó törvényt Anna Ioannovna uralkodása idején – 1733 januárjában – adták ki. A törvény rendkívül szigorú volt, és így szólt: „Aki ezentúl azzal a fent említett arzénnel és egyéb anyagokkal kereskedik, és ezzel elkapják, vagy akit feljelentenek, azt szigorúan megbüntetik és minden kegyelem nélkül száműzetik, ugyanaz sújtják azokat, akik elmennek a gyógyszertárak és a városházák mellett, akiktől vásárolni fognak. És ha valaki ilyen mérgező anyagokat vásárolva helyreállítja az emberben okozott károkat, a keresetteket nemcsak megkínozzák, hanem halállal is kivégzik, a dolog fontosságától függően változatlanul.

Az arzénvegyületek évszázadok óta felkeltették (és továbbra is vonzzák) a gyógyszerészek, toxikológusok és igazságügyi szakértők figyelmét.

A kriminalisták megtanulták félreérthetetlenül felismerni az arzénmérgezést. Ha fehér porcelánszerű szemcséket találnak a mérgezett gyomrában, akkor először az As2O3 arzén-anhidridre kell gyanakodni. Ezeket a szemeket a széndarabokkal együtt üvegcsőbe helyezik, lezárják és felmelegítik. Ha As2O3 van a csőben, akkor a cső hideg részein szürkés-fekete fényes fémes arzéngyűrű jelenik meg.

Lehűlés után a cső végét letörjük, a szenet eltávolítjuk, a szürkésfekete gyűrűt felmelegítjük. Ebben az esetben a gyűrűt a cső szabad végére desztillálják, így fehér arzén-anhidrid bevonatot kapnak. A reakciók itt a következők:

As2O3 + 3S == As2 + 3SO

vagy

2As2O3 + 3S = 2AS2 + 3CO2;

2As2+3O2==2As2O3.

A keletkező fehér lepedéket mikroszkóp alá helyezzük: még kis nagyításnál is láthatóak jellegzetes fényes kristályok oktaéderek formájában.

Az arzén képes hosszú ideig egy helyen maradni. Ezért az igazságügyi kémiai kutatások során egy megmérgezhetett személy temetkezési helye közelében hat helyről vett földmintákat, valamint ruházati részeit, ékszereit, koporsódeszkáját szállítják a laboratóriumba.

Az arzénmérgezés tünetei fémes íz a szájban, hányás, erős hasi fájdalom. Később görcsök, bénulás, halál. Az arzénmérgezés leghíresebb és legszélesebb körben elérhető ellenszere a tej, pontosabban a fő tejfehérje kazein, amely az arzénnal oldhatatlan vegyületet képez, amely nem szívódik fel a vérbe.

A szervetlen készítmények formájában lévő arzén 0,05-0,1 g-os dózisban halálos, ennek ellenére az arzén minden növényi és állati szervezetben jelen van. (Ezt Orfila francia tudós igazolta még 1838-ban.) A tengeri növényi és állati szervezetek átlagosan több százezer, az édesvízi és szárazföldi - pedig milliomod százaléknyi arzént tartalmaznak. Az arzén mikrorészecskéit az emberi test sejtjei is felszívják, a 33-as számú elem megtalálható a vérben, a szövetekben és a szervekben; különösen sok a májban - 2-12 mg / 1 kg. A tudósok azt sugallják, hogy az arzén mikrodózisai növelik a szervezet ellenálló képességét a káros mikrobák hatásával szemben.

Az arzén gyógyszer

Az orvosok szerint a fogszuvasodás korunk leggyakoribb betegsége. Nehéz olyan embert találni, akinek nincs legalább egy tömött foga. A betegség a fogzománc meszes sóinak elpusztulásával kezdődik, majd a kórokozó mikrobák kezdik csúnya dolgukat. A fog legyengült páncélján áthatolva megtámadják annak lágyabb belsejét. Kialakul egy „szuvas üreg”, és ha ebben a szakaszban van szerencsénk a fogorvoshoz, akkor viszonylag könnyen le lehet szállni: a szuvas üreg megtisztul és tömőanyaggal feltöltődik, a fog pedig életben marad. De ha nem fordul időben orvoshoz, a szuvas üreg eléri a pulpát, az idegeket, vért és nyirokereket tartalmazó szövetet. Megkezdődik a gyulladása, majd az orvos a legrosszabb elkerülése érdekében úgy dönt, hogy megöli az ideget. Kiadják a parancsot: „arzén!”, És egy gombostűfejnyi pasztaszemet helyeznek a műszer által feltárt pépre. Az arzénsav, amely ennek a pasztának a részét képezi, gyorsan bediffundál a pépbe (az egyidejűleg érzett fájdalom nem más, mint a haldokló pép „utolsó kiáltása”), és 24-48 óra múlva minden elmúlik. a fog elhalt. Most az orvos fájdalommentesen eltávolíthatja a pépet, és feltöltheti a pulpakamrát és a gyökércsatornákat antiszeptikus pasztával, és lezárhatja a „lyukat”.

Az arzént és vegyületeit nem csak a fogászatban használják. Világhírre tett szert a Salvarsan, Paul Ehrlich német orvos 606. készítménye, aki a 20. század elején fedezte fel a lues elleni küzdelem első hatékony eszközét. Valóban ez volt a 606. az Ehrlich által tesztelt arzénkészítmények közül. Eredetileg ezt a sárga amorf port kapta a képlet

M. Ya. Kraft szovjet tudós csak az 50-es években, amikor a salvarsant már nem használták a lues, a malária és a visszaeső láz elleni gyógyszerként, megállapította a valódi képletet. Kiderült, hogy a salvarsan polimer szerkezetű

Érték P a beszerzés módjától függően 8 és 40 között változhat.

A Salvarsant más arzéntartalmú gyógyszerek váltották fel, amelyek hatékonyabbak és kevésbé mérgezőek, különösen annak származékai: novarsenol, miarsenol stb.

Néhány szervetlen arzénvegyületet az orvosi gyakorlatban is használnak. Arzén-anhidrid As2O3, kálium-arzenit KAsO2, nátrium-hidrogén-arzenát Na2HAsO4. A 7H2O (természetesen minimális dózisban) gátolja a szervezet oxidatív folyamatait, fokozza a vérképzést. Bizonyos bőrbetegségekre ugyanazokat az anyagokat írják fel, mint a külsőleg. Ugyanis az arzénnek és vegyületeinek tulajdonítják egyes ásványvizek gyógyító hatását.

Úgy gondoljuk, hogy a fenti példák elegendőek a fejezet címében megfogalmazott tézis megerősítéséhez.

Az arzén a pusztító fegyver

Ismét vissza kell térnünk a 33. számú elem halálos tulajdonságaihoz. Nem titok, hogy széles körben használták, és valószínűleg még mindig használják vegyi fegyverek gyártásában, amelyek nem kevésbé bűnösek, mint a nukleáris fegyverek. Ezt bizonyítják az első világháború tapasztalatai. Ugyanerről beszélnek a sajtóba kiszivárgott információk az imperialista államok Abesszíniában (Olaszország), Kínában (Japánban), Koreában és Dél-Vietnamban (USA) használt csapatai mérgező anyagokról.

Az arzénvegyületek az ismert vegyi harci szerek (0V) összes fő csoportjába tartoznak. Az általános mérgező hatású 0V-osok közé tartozik az arzin, az arzén-hidrogén AsH3 (mellékesen megjegyezzük, hogy a háromértékű arzén vegyületei mérgezőbbek, amelyekben az arzén ötértékű). Az összes arzénvegyület közül ez a legmérgezőbb, elég fél órán át levegőt lélegezni, amiből egy liter 0,00005 g AsH3-t tartalmaz, hogy néhány napon belül a következő világba kerüljön. AsH3 koncentráció 0,005g/l azonnal megöl. Úgy gondolják, hogy az AsH3 biokémiai hatásmechanizmusa az, hogy molekulái "blokkolják" az eritrociták enzimének - kataláznak - molekuláit; emiatt a hidrogén-peroxid felhalmozódik a vérben, tönkretéve a vért. Az aktív szén gyengén szívja fel az arzint, ezért egy közönséges gázálarc nem véd az arzin ellen.

Az első világháború alatt próbálkoztak az arzin felhasználásával, de ennek az anyagnak az illékonysága és instabilitása segített elkerülni tömeges felhasználását. Most sajnos megvannak a technikai lehetőségek a terület hosszú távú arzinnal való szennyezésére. Egyes fémarzenidek vízzel való reakciójával jön létre. És maguk az arzenidek veszélyesek az emberekre és az állatokra, ezt a vietnami amerikai csapatok bebizonyították. . . Számos fém arzenidjeit is az általános hatású szerek közé kell sorolni.

A mérgező anyagok másik nagy csoportja – az irritáló anyagok – szinte teljes egészében arzénvegyületekből áll. Tipikus képviselői a difenil-klór-arzin (C6H5)2AsCl és a difenil-cianoarzin (C6H5)2AsCN.

Az ebbe a csoportba tartozó anyagok szelektíven hatnak a nyálkahártyák idegvégződéseire - elsősorban a felső légúti membránokra. Ez a test reflexreakcióját váltja ki, hogy tüsszögéssel vagy köhögéssel megszabaduljon az irritáló anyagtól. A könnyezőszerekkel ellentétben ezek az anyagok még enyhe mérgezés esetén is hatnak azután is, hogy az érintett személy kikerült a mérgezett légkörből. Néhány órán belül a személy gyötrelmes köhögésben remeg, fájdalom jelentkezik a mellkasban és a fejben, önkéntelenül is folyni kezdenek a könnyek. Ráadásul hányás, légszomj, félelemérzet; mindez teljes kimerültséghez vezet. Ráadásul ezek az anyagok a szervezet általános mérgezését okozzák.

A hólyagos hatású mérgező anyagok közé tartozik a lewisit, amely reakcióba lép az enzimek szulfohidril-SH-csoportjaival, és megzavarja számos biokémiai folyamat lefolyását. A bőrön keresztül felszívódva a lewisit a szervezet általános mérgezését okozza. Ez a körülmény egy időben okot adott az amerikaiaknak, hogy "halálharmat" néven reklámozzák a lewisit.

De elég erről. Az emberiség abban a reményben él, hogy azokat a mérgező anyagokat, amelyekről beszéltünk (és még sok hasonlót), soha többé nem használják fel.

Arzén - a technológiai fejlődés serkentője

Az arzén legígéretesebb felhasználási területe kétségtelenül a félvezető technológia. Különös jelentőségre tettek szert benne a gallium-arzenidek a GaAs és az indium-arzenidek az InAs. A gallium-arzenid fontos szerepet játszik az elektronikai technológia új irányában - az optoelektronikában, amely 1963-1965-ben jelent meg a szilárdtestfizika, az optika és az elektronika találkozásánál. Ugyanez az anyag segített létrehozni az első félvezető lézereket.

Miért bizonyultak az arzenidek ígéretesnek a félvezető technológia számára? A kérdés megválaszolásához emlékezzünk meg röviden a félvezetőfizika néhány alapfogalmáról: „valenciasáv”, „tiltott sáv” és „vezetési sáv”.

A szabad elektronoktól eltérően, amelyeknek bármilyen energiája lehet, az atomba zárt elektronnak csak bizonyos, jól meghatározott energiaértékei lehetnek. Az atomban lévő elektronok energiájának lehetséges értékeiből energiasávokat adunk hozzá. A jól ismert Pauli-elv értelmében az egyes zónákban lévő elektronok száma nem haladhat meg egy bizonyos maximumot. Ha a sáv üres, akkor természetesen nem tud részt venni a vezetőképesség megteremtésében. A teljesen kitöltött sáv elektronjai sem vesznek részt a vezetésben: mivel nincsenek szabad szintek, a külső elektromos tér nem képes az elektronok újraeloszlását előidézni, és ezáltal elektromos áramot létrehozni. A vezetőképesség csak részben kitöltött zónában lehetséges. Ezért a részben kitöltött sávú testeket fémeknek, az elektronikus állapot energiaspektrumát töltött és üres sávokból álló testeket pedig dielektrikumoknak vagy félvezetőknek nevezzük.

Emlékezzünk arra is, hogy a kristályokban a teljesen kitöltött sávokat vegyértéksávoknak, a részben kitöltött és üres sávokat vezetési sávoknak, a köztük lévő energiaintervallumot (vagy gátat) pedig sávrésnek nevezzük.

A fő különbség a dielektrikumok és a félvezetők között pontosan a sávszélességben rejlik: ha leküzdéséhez 3 elektronvoltnál nagyobb energiára van szükség, akkor a kristályt dielektrikumnak, ha pedig kevesebbet, akkor félvezetőnek nevezik.

A klasszikus IV. csoportú félvezetőkkel, germániummal és szilíciummal összehasonlítva a III. csoportú arzenideknek két előnye van. A sávköz és a bennük lévő töltéshordozók mobilitása szélesebb tartományban változtatható. És minél mozgékonyabbak a töltéshordozók, annál magasabb frekvencián tud működni a félvezető eszköz. A sávszélességet az eszköz rendeltetésétől függően választjuk meg. Tehát az emelt hőmérsékleten történő működésre tervezett egyenirányítókhoz és erősítőkhöz nagy sávszélességű anyagot, a hűtött infravörös sugárvevőkhöz pedig kis sávszélességű anyagot használnak.

A gallium-arzenid különösen népszerűvé vált, mivel jó elektromos jellemzői vannak, amelyeket széles hőmérsékleti tartományban - mínusztól plusz 500 ° C-ig - megtart. Összehasonlításképpen megjegyezzük, hogy az indium-arzenid, amely elektromos tulajdonságaiban nem rosszabb, mint a GaA, szobahőmérsékleten kezdi elveszíteni őket.hőmérsékleten a germániumvegyületeket - 70-80 °C-on, a szilíciumot - 150-200 °C-on.

Az arzént dópolóanyagként is használják, ami a "klasszikus" félvezetőknek (Si, Ge) egy bizonyos típusú vezetőképességet biztosít (lásd a "Germánium" cikket). Ebben az esetben a félvezetőben úgynevezett átmeneti réteget hoznak létre, amelyet a kristály rendeltetésétől függően úgy adalékolnak, hogy különböző mélységű réteget kapjanak. A diódák gyártására szánt kristályokban mélyebbre „rejtve” van; ha a napelemek félvezető kristályokból készülnek, akkor az átmeneti réteg mélysége legfeljebb egy mikron.

Az arzén értékes adalékanyagként a színesfémkohászatban használatos. Így 0,2-1% As ólom hozzáadása jelentősen növeli a keménységét. A sörét például mindig arzénnel ötvözött ólomból készül - különben nem lesz szigorúan gömb alakú sörét.

0,15-0,45% arzén hozzáadása a rézhez növeli annak szakítószilárdságát, keménységét és korrózióállóságát, ha gázos környezetben dolgozik. Ezenkívül az arzén növeli a réz folyékonyságát az öntés során, megkönnyíti a huzalhúzás folyamatát.

Az arzént bizonyos típusú bronzokhoz, sárgarézekhez, babbitokhoz és nyomóötvözetekhez adják.

Ugyanakkor az arzén nagyon gyakran károsítja a kohászokat. Az acél és sok színesfém gyártása során szándékosan bonyolítják a folyamatot - már csak azért is, hogy eltávolítsák az összes arzént a fémből. Az arzén jelenléte az ércben károsítja a termelést. Kétszer is káros:

egyrészt az emberi egészségre, másrészt a fémre - az arzén jelentős szennyeződései rontják szinte minden fém és ötvözet tulajdonságait.

Ez a 33-as elem, amely rossz hírnevet érdemel, és mégis sok esetben nagyon hasznos.

* A vezetőképesség két típusát részletesen a „Germánium” cikk ismerteti.

A cikk tartalma

ARZÉN- a periódusos rendszer V. csoportjába tartozó kémiai elem, a nitrogéncsaládba tartozik. Relatív atomtömeg 74,9216. A természetben az arzént csak egy stabil nuklid képviseli, a 75 As. Több perctől több hónapig terjedő felezési idejű radioaktív izotópjai közül több mint tízet mesterségesen is előállítottak. A vegyületek tipikus oxidációs állapota –3, +3, +5. Az arzén orosz nyelvű elnevezése vegyületeinek egerek és patkányok irtására való felhasználásával kapcsolatos; A latin Arsenicum név a görög "Arsen" szóból származik - erős, erős.

Történelmi információk.

Az arzén a középkorban felfedezett öt "alkémiai" elem közé tartozik (meglepő módon közülük négy - As, Sb, Bi és P - a periódusos rendszer azonos csoportjába tartozik - az ötödik). Ugyanakkor az arzénvegyületek ősidők óta ismertek, festékek és gyógyszerek előállításához használták őket. Különösen érdekes az arzén alkalmazása a kohászatban.

Több évezreddel ezelőtt a kőkorszak átadta helyét a bronzkornak. A bronz réz és ón ötvözete. A történészek úgy vélik, hogy az első bronzot a Tigris és az Eufrátesz völgyében öntötték, valamikor a 30. és a 25. század között. IDŐSZÁMÍTÁSUNK ELŐTT. Egyes vidékeken a bronzot különösen értékes tulajdonságokkal olvasztották – jobban öntötték és könnyebben kovácsolták. A modern tudósok rájöttek, hogy ez egy rézötvözet volt, amely 1-7% arzént és legfeljebb 3% ónt tartalmazott. Valószínűleg eleinte, olvasztása során a gazdag rézérc-malachitot összekeverték néhány szintén zöld szulfidos réz-arzén ásvány mállási termékével. Az ötvözet figyelemre méltó tulajdonságait értékelve az ókori kézművesek kifejezetten az arzén ásványokat keresték. A kereséshez az ilyen ásványok azon tulajdonságát használták fel, hogy hevítéskor sajátos fokhagyma szagot adnak. Idővel azonban az arzénbronz olvasztása megszűnt. Valószínűleg ez az arzéntartalmú ásványok égetése során történt gyakori mérgezés miatt történt.

Természetesen az arzén a távoli múltban csak ásványi anyag formájában volt ismert. Tehát az ókori Kínában a szilárd ásványi realgart (szulfidösszetétel: 4 S 4, realgar arabul „bányapor”) használták kőfaragáshoz, de hevítés vagy fény hatására „megromlott”, ahogy forog. As 2 S 3-ba. A 4. sz. IDŐSZÁMÍTÁSUNK ELŐTT. Arisztotelész "sandarak" néven írta le ezt az ásványt. 1. században HIRDETÉS a római író és tudós Idősebb Plinius, valamint Dioscorides római orvos és botanikus leírta az ásványi orpimentumot (arzén-szulfid mint 2 S 3). Az ásvány neve latinból fordítva "aranyfestéket" jelent: sárga festékként használták. A 11. században Az alkimisták az arzénnek három "fajtáját" különböztették meg: az úgynevezett fehér arzént (oxid As 2 O 3), a sárga arzént (szulfid As 2 S 3) és a vörös arzént (szulfid As 4 S 4). A fehér arzént az ezt az elemet tartalmazó rézércek pörkölése során az arzénszennyeződések szublimációjával nyerték. A gázfázisból kondenzálva arzén-oxid csapódik ki fehér üledék formájában. A fehér arzént ősidők óta használják kártevők irtására, valamint...

A 13. században Albert von Bolstedt (Nagy Albert) sárga arzén szappannal való melegítésével fémszerű anyagot nyert; ez lehetett az első mesterségesen előállított, egyszerű anyag formájú arzénminta. De ez az anyag megszakította a hét ismert fém misztikus "kapcsolatát" a hét bolygóval; valószínűleg ezért tartották az alkimisták az arzént "illegitim fémnek". Ugyanakkor felfedezték a réz fehér színt adó tulajdonságát, ami okot adott arra, hogy "a Vénuszt (vagyis a rézt) fehérítő eszköznek" nevezzék.

Az arzént egyértelműen egyedi anyagként azonosították a 17. század közepén, amikor Johann Schroeder német gyógyszerész az oxid szénnel való redukálásával viszonylag tiszta formában jutott hozzá. Később Nicolas Lemery francia kémikus és orvos arzént nyert úgy, hogy oxidjának keverékét szappannal és hamuzsírral hevítette. A 18. században Az arzén már jól ismert volt, mint szokatlan "félfém". 1775-ben a svéd vegyész, K. V. Scheele arzénsavat és gáznemű arzénhidrogént nyert, 1789-ben pedig A. L. Lavoisier végül felismerte az arzént független kémiai elemként. A 19. században arzéntartalmú szerves vegyületeket fedeztek fel.

Arzén a természetben.

Kevés arzén van a földkéregben - körülbelül 5 10 -4% (azaz 5 g/tonna), körülbelül annyi, mint a germánium, ón, molibdén, volfrám vagy bróm. Az ásványi anyagokban található arzén gyakran vassal, rézzel, kobalttal, nikkellel együtt fordul elő.

Az arzén által alkotott ásványok összetétele (és körülbelül 200 darab van) ennek az elemnek a "félfémes" tulajdonságait tükrözi, amely pozitív és negatív oxidációs állapotban is lehet, és számos elemmel kombinálható; az első esetben az arzén fém szerepet játszhat (például szulfidokban), a másodikban nem fém (például arzenidekben). Számos arzénásvány összetett összetétele azt tükrözi, hogy egyrészt képes részben helyettesíteni a kén- és antimonatomokat a kristályrácsban (az S -2, Sb -3 és As -3 ionsugár közel van, és 0,182 , 0,208 és 0,191 nm), másrészt fématomok. Az első esetben az arzénatomok inkább negatív oxidációs állapotúak, a másodikban pozitív.

Az arzén elektronegativitása (2,0) alacsony, de magasabb, mint az antimoné (1,9) és a legtöbb fémé, ezért az arzén esetében –3-as oxidációs állapot csak a fémarzenidekben, valamint az SbAs stibarsenben és ennek az ásványnak a köznövéseiben figyelhető meg. tiszta kristályokkal.antimon vagy arzén (az allemontit ásvány). Az arzén és a fémek sok vegyülete, összetételükből ítélve, inkább az intermetallikus vegyületekhez kapcsolódik, mint az arzenidekhez; némelyiküket változó arzéntartalom jellemzi. Az arzenidekben egyidejűleg több fém is jelen lehet, amelyek atomjai közel ionsugárral tetszőleges arányban helyettesítik egymást a kristályrácsban; ilyenkor az ásványi képletben az elemek szimbólumait vesszővel elválasztva soroljuk fel. Minden arzenid fémes fényű, átlátszatlan, nehéz ásványi anyag, keménységük alacsony.

A természetes arzenidekre példa (kb. 25 ismert) a löllingit FeAs 2 (a pirit FeS 2 analógja), a skutterudit CoAs 2–3 és a nikkelskutterudit NiAs 2–3, a nikkelin (vörös nikkel-pirit) a NiAs, a rammelsbergit ( fehér nikkel-pirit) NiAs 2, szafflorit (speis kobalt) CoAs 2 és klinózafflorit (Co,Fe,Ni)As 2, langizit (Co,Ni)As, sperrylit PtAs 2, maucherit Ni 11 As 8, oregonit Ni2, 2 algodonit Cu 6 As. Nagy sűrűségük (több mint 7 g/cm3) miatt a geológusok sokukat a „szupernehéz” ásványok csoportjába sorolják.

A leggyakoribb arzénásvány az arzénpirit (arzén-pirit). A FeAsS a piritben lévő FeS 2 kén arzénatomokkal történő helyettesítésének termékeként tekinthető (a közönséges pirit is mindig tartalmaz arzént). Az ilyen vegyületeket szulfosóknak nevezzük. Az ásványok kobaltin (kobaltfény) CoAsS, glaukodot (Co,Fe)AsS, gersdorfit (nikkelfény) NiAsS, enargit és luzonit azonos összetételű, de eltérő szerkezetű Cu 3 AsS 4, prousztit Ag 3 AsS 3 - fontos ezüstérc , hasonlóan alakultak ki, élénkvörös színe miatt néha "rubinezüstnek" is nevezik, gyakran az ezüst erek felső rétegeiben található, ahol ennek az ásványnak a csodálatos nagy kristályai találhatók. A szulfosók a platinacsoporthoz tartozó nemesfémeket is tartalmazhatnak; ezek az ásványok: osarsit (Os,Ru)AsS, ruarsit RuAsS, irarsit (Ir,Ru,Rh,Pt)AsS, platarsit (Pt,Rh,Ru)AsS, hollingworthit (Rd,Pt,Pd)AsS. Néha az ilyen kettős arzenidekben a kénatomok szerepét az antimon atomok játsszák, például a seinjayokiteban (Fe,Ni)(Sb,As) 2, az arsenopalladinitben Pd 8 (As,Sb) 3, az arzén-polibazitban (Ag,Cu) 16 (Ar,Sb) 2 S 11 .

Érdekes az ásványok szerkezete, amelyben az arzén a kénnel egyidejűleg van jelen, de inkább fém szerepét tölti be, csoportosulva más fémekkel. Ezek az ásványok arzenoszulfanit Cu 3 (As, V) S 4, arsenohauchecornit Ni 9 BiAsS 8, freibergit (Ag, Cu, Fe) 12 (Sb, As) 4 S 13, tennantit (Cu, Fe) 12 As 4 S 13 , argentotennantit (Ag,Cu) 10 (Zn,Fe) 2 (As,Sb) 4 S 13, goldfieldit Cu 12 (Te,Sb,As) 4 S 13, girodit (Cu,Zn,Ag) 12 (As,Sb) ) 4 (Se,S) 13 . El lehet képzelni, milyen összetett szerkezetű mindezen ásványok kristályrácsa.

Az arzén egyedülállóan pozitív oxidációs állapotú természetes szulfidokban - sárga orpimentum As 2 S 3, narancssárga dimorfit As 4 S 3, narancsvörös realgar As 4 S 4, kárminvörös getchellit AsSbS 3, valamint színtelen oxid As 2 O 3, amely eltérő kristályszerkezetű arzenolit és klaudetit ásványként fordul elő (más arzénásványok mállása következtében keletkeznek). Ezek az ásványok általában kis zárványként fordulnak elő. De a 20. század 30-as éveiben. a Verhojanszki gerinc déli részén hatalmas, legfeljebb 60 cm méretű és 30 kg tömegű orpimentum kristályokat találtak.

Az arzénsav természetes sóiban H 3 AsO 4 - arzenátok (kb. 90 ismert), az arzén oxidációs állapota +5; például élénk rózsaszín eritrin (kobalt színű) Co 3 (AsO 4) 2 8H 2 O, zöld annabergit Ni 3 (AsO 4) 2 8H 2 O, skorodit Fe III AsO 4 2H 2 O és egyszerű Fe II 3 (AsO 4) 2 8H 2 O, barna-vörös gasparit (Ce, La, Nd) ArO 4, színtelen gernezit Mg 3 (AsO 4) 2 8H 2 O, rooseveltit BiAsO 4 és kettigit Zn 3 (AsO 4) 2 8H 2 O, valamint annyi bázikus só, például olivenit Cu 2 AsO 4 (OH), arzenobizmit Bi 2 (AsO 4) (OH) 3. De a természetes arzenitek - a H 3 AsO 3 arzénsav származékai nagyon ritkák.

Közép-Svédországban található a híres Langban vas-mangán kőbányák, ahol több mint 50 mintát találtak és írtak le az arzenátot képviselő ásványokból. Némelyikük máshol nem található. Valaha arzénsav H 3 AsO 4 és pirokroit Mn (OH) 2 nem túl magas hőmérsékleten történő reakciója eredményeként keletkeztek. Az arzenátok általában szulfidércek oxidációjának termékei. Általában nincs ipari alkalmazásuk, de néhány nagyon szép és ásványtani gyűjteményt díszít.

Számos arzénásvány nevében találhatók helynevek (Lölling Ausztriában, Freiberg Szászországban, Seinäjoki Finnországban, Skutterud Norvégiában, Allemon Franciaországban, Kanada Langis bányája és Getchell bánya Nevadában, Oregon az USA-ban stb. ), geológusok, vegyészek, politikusok stb. (Karl Rammelsberg német kémikus, William Maucher müncheni ásványkereskedő, Johann von Gersdorff bányatulajdonos, F. Claude francia kémikus, John Proust és Smithson Tennant angol kémikus, F. L. Sperry kanadai kémikus, Roosevelt amerikai elnök stb.), növénynevek (pl. , a sáfrány ásvány neve a sáfrányból származik), az elemek nevének kezdőbetűi - arzén, ozmium, ruténium, irídium, palládium, platina, görög gyökerek ("erythros" - piros, "enargon" - látható, " lithos" - kő) stb. stb.

A nikkelin ásvány (NiAs) érdekes ősi neve kupfernickel. A középkori német bányászok a nikkelt gonosz hegyi szellemnek, a Kupfernickelt (Kupfernickel, a német Kupfer - réz) pedig "átkozott réznek", "hamis réznek" nevezték. Ennek az ércnek a rézvörös kristályai nagyon hasonlítottak a rézérchez; az üveggyártásban használták az üveg zöldre színezésére. De rezet senki nem tudott belőle szerezni. Ezt az ércet Axel Kronstedt svéd ásványkutató tanulmányozta 1751-ben, és új fémet izolált belőle, nikkelnek nevezve.

Mivel az arzén kémiailag meglehetősen közömbös, eredeti állapotában is megtalálható - összeolvadt tűk vagy kockák formájában. Az ilyen arzén általában 2-16% szennyeződést tartalmaz - leggyakrabban Sb, Bi, Ag, Fe, Ni, Co. Könnyen porrá őrölhető. Oroszországban őshonos arzént találtak a geológusok Transbajkáliában, az Amur régióban, és más országokban is megtalálható.

Az arzén egyedülálló abban, hogy mindenhol megtalálható - ásványokban, kőzetekben, talajban, vízben, növényekben és állatokban, nem véletlenül nevezik "mindenütt jelenlévőnek". Az arzén eloszlását a földgömb különböző régióiban a litoszféra képződési folyamataiban nagymértékben meghatározta vegyületeinek magas hőmérsékleten való illékonysága, valamint a talajban és üledékes kőzetekben zajló szorpciós és deszorpciós folyamatok. Az arzén könnyen vándorol, amit elősegít, hogy egyes vegyületei igen jól oldódnak vízben. Nedves éghajlaton az arzén kimosódik a talajból, és a talajvíz, majd a folyók elszállítják. Az átlagos arzéntartalom a folyókban 3 µg/l, a felszíni vizekben - körülbelül 10 µg/l, a tengerek és óceánok vizében - csak körülbelül 1 µg/l. Ez annak köszönhető, hogy vegyületei viszonylag gyorsan kicsapódnak a vízből, és a fenéküledékekben, például ferromangán csomókban halmozódnak fel.

A talajban az arzéntartalom általában 0,1 és 40 mg/kg között van. De az arzénércek előfordulási területén, valamint a vulkáni régiókban a talaj sok arzént tartalmazhat - akár 8 g / kg-ot, mint Svájc és Új-Zéland egyes területein. Ilyen helyeken a növényzet elpusztul, az állatok megbetegednek. Ez jellemző a sztyeppekre és sivatagokra, ahol az arzén nem mosódik ki a talajból. Az agyagos kőzetek az átlagos tartalomhoz képest is dúsabbak - az átlagosnál négyszer több arzént tartalmaznak. Hazánkban a megengedett legnagyobb arzénkoncentráció a talajban 2 mg/kg.

Az arzén nem csak vízzel, hanem széllel is eltávolítható a talajból. Ehhez azonban először illékony szerves arzénvegyületekké kell alakulnia. Ez az átalakulás az úgynevezett biometiláció eredményeként megy végbe - egy metilcsoport hozzáadása egy C–As kötés kialakulásával; ez az enzimatikus folyamat (higanyvegyületekről jól ismert) a metilkobalamin koenzim, a B 12-vitamin metilezett származéka (az emberi szervezetben is megtalálható) részvételével megy végbe. Az arzén biometilezése édes- és tengervízben is megtörténik, és szerves arzénvegyületek képződéséhez vezet - metil-arzénsav CH 3 AsO (OH) 2, dimetilarzin (dimetilarzén vagy kakodil) sav (CH 3) 2 As (O)OH, trimetilarzin ( CH 3) 3 As és oxidja (CH 3) 3 As = O, amelyek a természetben is megtalálhatók. 14 C-vel jelölt metilkobalamin és 74 As-jelzett nátrium-hidrogén-arzenát Na 2 HAsO 4 felhasználásával kimutatták, hogy az egyik metanobaktérium-törzs ezt a sót illékony dimetil-arzinná redukálja és metilálja. Ennek eredményeként a vidéki területek levegője átlagosan 0,001 - 0,01 μg / m 3 arzént tartalmaz, azokban a városokban, ahol nincs specifikus szennyezés - akár 0,03 μg / m 3 , és szennyezőforrások közelében (színesfém-kohó) üzemek, erőművek, magas arzéntartalmú szénen dolgozó üzemek stb.) az arzén koncentrációja a levegőben meghaladhatja az 1 µg/m 3 értéket. Az ipari központok területén az arzénkihullás intenzitása évi 40 kg/km 2.

Az arzén illékony vegyületeinek képződését (a trimetilarzin például csak 51 °C-on forr) a XIX. számos mérgezés, mivel arzén volt a vakolatban, sőt a zöld tapétafestékben is. Festék formájában korábban Scheele Greens Cu 3 (AsO 3) 2-t használtak. n H 2 O és párizsi vagy schweifurti zöldek Cu 4 (AsO 2) 6 (CH 3 COO) 2. Magas páratartalom és penészképződés esetén az ilyen festékekből illékony szerves arzénszármazékok képződnek. Úgy tartják, hogy ez a folyamat lehet az oka Napóleon lassú megmérgezésének élete utolsó éveiben (mint ismeretes, Napóleon hajában másfél évszázaddal halála után arzént találtak).

Az arzén jelentős mennyiségben található egyes ásványvizekben. Az orosz szabványok előírják, hogy az ásványvizekben az arzéntartalom nem haladhatja meg a 700 µg/l-t. BAN BEN Jermuk többszöröse lehet. Egy-két pohár „arzénes” ásványvíz fogyasztása nem okoz kárt az embernek: ahhoz, hogy halálos mérgezést szenvedjen, háromszáz litert kell meginnia egyszerre ... De nyilvánvaló, hogy nem ihat ilyen vizet. a közönséges víz helyett.

A vegyészek azt találták, hogy az arzén a természetes vizekben különböző formákban található meg, ami az elemzése, a migrációs módszerei és e vegyületek eltérő toxicitása szempontjából jelentős; így a háromértékű arzénvegyületek 25-60-szor mérgezőbbek, mint az ötértékűek. Az as(III)-vegyületek a vízben általában gyenge arzénsav H 3 AsO 3 ( RK a = 9,22), míg az As(V) vegyületek sokkal erősebb arzénsav H 3 AsO 4 ( RK a = 2,20) és deprotonált anionjai H 2 AsO 4 – és HAsO 4 2–.

Az arzén élőanyaga átlagosan 6 10 -6%, azaz 6 μg/kg-ot tartalmaz. Egyes hínárok olyan mértékben képesek koncentrálni az arzént, hogy veszélyessé válnak az emberre. Ezenkívül ezek az algák tiszta arzénsavoldatokban növekedhetnek és szaporodhatnak. Az ilyen algákat egyes ázsiai országokban patkányok elleni gyógyszerként használják. Az algák még a norvég fjordok tiszta vizében is akár 0,1 g/kg arzént is tartalmazhatnak. Az emberben az arzén az agyszövetben és az izmokban található, felhalmozódik a hajban és a körmökben.

Az arzén tulajdonságai.

Bár megjelenésében az arzén fémhez hasonlít, mégis inkább nemfém: nem képez sókat például a kénsavval, hanem maga is savképző elem. Ezért ezt az elemet gyakran félfémnek nevezik. Az arzén többféle allotróp formában létezik, és ebből a szempontból nagyon hasonlít a foszforra. A legstabilabb közülük a szürke arzén, egy nagyon törékeny anyag, amely frissen törve fémes fényt ad (innen ered a "fémes arzén" elnevezés); sűrűsége 5,78 g/cm 3. Erős melegítéssel (615 ° C-ig) olvadás nélkül szublimál (ugyanez a viselkedés jellemző a jódra). 3,7 MPa (37 atm) nyomáson az arzén 817°C-on megolvad, ami jóval magasabb, mint a szublimációs hőmérséklet. A szürke arzén elektromos vezetőképessége 17-szer kisebb, mint a rézé, de 3,6-szor nagyobb, mint a higané. A hőmérséklet emelkedésével elektromos vezetőképessége, a tipikus fémekhez hasonlóan, csökken - körülbelül olyan mértékben, mint a rézé.

Ha az arzéngőzt nagyon gyorsan lehűtik a folyékony nitrogén hőmérsékletére (-196 ° C), átlátszó, lágy sárga anyagot kapunk, amely sárga foszforhoz hasonlít, sűrűsége (2,03 g / cm 3) sokkal alacsonyabb, mint a szürke arzéné. Az arzén és a sárga arzén párja 4 As 4 molekulából áll, amelyek tetraéder alakúak - és itt a foszfor analógia. 800°C-on a gőz észrevehető disszociációja kezdődik As 2 dimerek képződésével, míg 1700°C-on már csak As 2 molekula marad. Melegítéskor és ultraibolya sugárzás hatására a sárga arzén hőkibocsátással gyorsan szürkévé válik. Amikor az arzéngőz inert atmoszférában lecsapódik, ennek az elemnek egy másik amorf fekete formája képződik. Ha arzéngőz kerül az üvegre, tükörfilm képződik.

Az arzén külső elektronhéjának szerkezete megegyezik a nitrogénnel és a foszforral, de tőlük eltérően az utolsó előtti héjban 18 elektron van. A foszforhoz hasonlóan három kovalens kötést tud kialakítani (4s 2 4p 3 konfiguráció), így az As atomon egy magányos pár marad. A kovalens kötéssel rendelkező vegyületek As atomjának töltésének előjele a szomszédos atomok elektronegativitásától függ. A magányos párnak a komplexképzésben való részvétele sokkal nehezebb az arzénnek, mint a nitrogénnek és a foszfornak.

Ha d pályák vesznek részt az As atomban, akkor a 4s elektronok elpárologhatnak, és öt kovalens kötés jön létre. Ez a lehetőség gyakorlatilag csak fluorral kombinálva valósul meg - pentafluorid AsF 5-ben (a pentachloril AsCl 5 is ismert, de rendkívül instabil, és még –50 °C-on is gyorsan lebomlik).

Száraz levegőben az arzén stabil, nedves levegőn viszont elhomályosodik és fekete oxiddal borítja be. A szublimáció során az arzéngőz könnyen ég a levegőben kék lánggal, és nehéz, fehér arzén-anhidrid As 2 O 3 gőzöket képez. Ez az oxid az egyik leggyakoribb arzéntartalmú reagens. Amfoter tulajdonságokkal rendelkezik:

mint 2 O 3 + 6HCl ® 2AsCl 3 + 3H 2 O,

2 O 3 + 6NH 4 OH ® 2 (NH 4) 3 AsO 3 + 3H 2 O.

Amikor As 2 O 3 oxidálódik, savas oxid képződik - arzén-anhidrid:

Mint 2 O 3 + 2HNO 3 ® As 2 O 5 + H 2 O + NO 2 + NO.

Ha kölcsönhatásba lép a szódával, nátrium-hidrogén-arzenátot kapnak, amelyet az orvostudományban használnak:

Mint 2 O 3 + 2Na 2 CO 3 + H 2 O ® 2Na 2 HAsO 4 + 2CO 2.

A tiszta arzén meglehetősen inert; oxidáló tulajdonságokkal nem rendelkező víz, lúgok és savak nem hatnak rá. A híg salétromsav orto-arzénsavvá H 3 AsO 3 oxidálja, a koncentrált pedig orto-arzénné H 3 AsO 4:

3As + 5HNO3 + 2H2O® 3H3AsO4 + 5NO.

Az arzén(III)-oxid hasonlóan reagál:

3As 2 O 3 + 4HNO 3 + 7H 2 O® 6H 3 AsO 4 + 4NO.

Az arzénsav közepes erősségű sav, valamivel gyengébb, mint a foszforsav. Ezzel szemben az arzénsav nagyon gyenge, erőssége a H 3 BO 3 bórsavnak felel meg. Oldataiban egyensúlyi H 3 AsO 3 HAsO 2 + H 2 O van. Az arzénsav és sói (arzenitjei) erős redukálószerek:

HAsO 2 + I 2 + 2H 2 O® H 3 AsO 4 + 2HI.

Az arzén reagál halogénekkel és kénnel. Az AsCl 3 -klorid színtelen olajos folyadék, amely a levegőben füstölög; vízzel hidrolizál: AsCl 3 + 2H 2 O ® HAsO 2 + 3HCl. Ismeretes a bromid AsBr 3 és a jodid AsI 3, amelyeket a víz szintén lebont. Az arzén és a kén reakciói során különböző összetételű szulfidok képződnek - Ar 2 S 5-ig. Az arzén-szulfidok lúgokban, ammónium-szulfid oldatban és tömény salétromsavban oldódnak, például:

As 2S 3 + 6KOH ® K 3 AsO 3 + K 3 AsS 3 + 3H 2 O,

2 S 3 + 3 (NH 4) 2 S ® 2 (NH 4) 3 AsS 3,

2S5+3(NH4)2S®2(NH4)3AsS4,

Mint 2S 5 + 40HNO 3 + 4H 2 O ® 6H 2 AsO 4 + 15H 2 SO 4 + 40 NO.

Ezekben a reakciókban tioarzenitek és tioarzenátok képződnek - a megfelelő tiosavak sói (hasonlóan a tiokénsavhoz).

Az arzén és az aktív fémek reakciójában sószerű arzenidek keletkeznek, melyeket víz hidrolizál, a reakció különösen gyorsan megy végbe savas közegben arzin képződéssel: Ca 3 As 2 + 6HCl ® 3CaCl 2 + 2AsH 3. Az alacsony aktivitású fémek arzenidjei - GaAs, InAs stb. gyémántszerű atomrácsot tartalmaznak. Az arzin színtelen, szagtalan, erősen mérgező gáz, de a szennyeződések miatt fokhagyma illata van. Az arzin már szobahőmérsékleten lassan, hevítésre pedig gyorsan elemekre bomlik.

Az arzén számos szerves arzénvegyületet képez, például tetrametil-diarzin (CH 3) 2 As–As(CH 3) 2 . A Servian porcelángyár igazgatója, Louis Claude Cade de Gassicourt már 1760-ban a kálium-acetátot arzén(III)-oxiddal desztillálva váratlanul hozzájutott egy undorító szagú arzéntartalmú füstölő folyadékhoz, amelyet alarsinnak, vagyis Cade-folyadéknak neveztek. Mint később kiderült, ez a folyadék tartalmazta az arzén elsőként nyert szerves származékait: az úgynevezett kakodil-oxidot, amely a reakció eredményeként keletkezett.

4CH 3 COOK + As 2 O 3 ® (CH 3) 2 As–O–As(CH 3) 2 + 2K 2 CO 3 + 2CO 2, és dikakodil (CH 3) 2 As–As(CH 3) 2. A kakodil (a görög "kakos" szóból rossz) volt az egyik első gyök, amelyet szerves vegyületekben fedeztek fel.

1854-ben Auguste Kaur párizsi kémiaprofesszor metil-jodid és nátrium-arzenid hatására trimetil-arzint állított elő: 3CH 3 I + AsNa 3 ® (CH 3) 3 As + 3NaI.

Ezt követően arzén-trikloridot használtak szintézisekhez, pl.

(CH3)2Zn + 2AsCl3® 2(CH3)3As + 3ZnCl2.

1882-ben aromás arzinokat kaptak fémes nátrium hatására aril-halogenidek és arzén-triklorid keverékén: 3C 6 H 5 Cl + AsCl 3 + 6Na ® (C 6 H 5) 3 As + 6NaCl. Az arzén szerves származékainak kémiája a 20. század 20-as éveiben fejlődött legintenzívebben, amikor ezek egy része antimikrobiális, valamint irritáló és hólyagosító hatású volt. Jelenleg több tízezer szerves arzénvegyületet állítottak elő.

Arzén beszerzése.

Az arzén főként réz-, ólom-, cink- és kobaltércek feldolgozásának, valamint aranybányászatának melléktermékeként nyerhető. Egyes polifémes ércek akár 12% arzént is tartalmaznak. Amikor az ilyen érceket levegő hiányában 650–700 °C-ra hevítik, az arzén szublimál, levegőn hevítve pedig illékony oxid As 2 O 3, „fehér arzén” képződik. Kondenzálják és szénnel hevítik, az arzén redukálódik. Az arzén beszerzése káros termelés. Korábban, amikor az "ökológia" szót csak szűk szakemberek ismerték, "fehér arzén" került a légkörbe, és megtelepedett a szomszédos mezőkön és erdőkben. Az arzéngyárak kipufogógázai 20-250 mg/m 3 As 2 O 3 -ot tartalmaznak, míg a levegő általában körülbelül 0,00001 mg/m 3 -et tartalmaz. Az átlagos napi megengedett arzénkoncentráció a levegőben csak 0,003 mg / m 3. Paradox módon még most sem az előállításukra szolgáló üzemek szennyezik arzénnal a környezetet, hanem a színesfémkohászati ​​vállalkozások, erőművek szenet égetnek. A rézkohók közelében lévő fenéküledékek hatalmas mennyiségű arzént tartalmaznak - akár 10 g/kg-ot is. Az arzén foszfátműtrágyákkal is bekerülhet a talajba.

És még egy paradoxon: a kelleténél több arzént kapnak; ez elég ritka eset. Svédországban a "felesleges" arzént még a mélyben, elhagyott bányákban lévő vasbeton konténerekbe is kényszerítették.

Az arzén fő ipari ásványa az arzenopirit FeAsS. Nagy réz-arzén lelőhelyek vannak Grúziában, Közép-Ázsiában és Kazahsztánban, az USA-ban, Svédországban, Norvégiában és Japánban, arzén-kobalt lelőhelyek Kanadában, arzén-ón lelőhelyek Bolíviában és Angliában. Emellett az USA-ban és Franciaországban is ismertek arany-arzén lelőhelyek. Oroszországnak számos arzénlelőhelye van Jakutföldön, az Urálban, Szibériában, Transbajkáliában és Chukotkában.

Az arzén definíciója.

Az arzénre adott kvalitatív reakció a sárga szulfid As 2 S 3 kicsapása sósavoldatokból. A nyomokat a Marsh-reakció vagy a Gutzeit-módszer határozza meg: a HgCl 2 -vel megnedvesített papírcsíkok arzin jelenlétében sötétednek, ami a szublimátumot higanygá redukálja.

Az elmúlt évtizedekben különféle érzékeny elemzési módszereket fejlesztettek ki, amelyekkel például a természetes vizekben elhanyagolható mennyiségű arzén koncentrációt lehet számszerűsíteni. Ide tartozik a láng atomabszorpciós spektrometria, atomemissziós spektrometria, tömegspektrometria, atomfluoreszcencia-spektrometria, neutronaktivációs analízis... Ha nagyon kevés arzén van a vízben, szükség lehet a minták előzetes koncentrálására. Ennek a koncentrációnak a felhasználásával az Ukrán Nemzeti Tudományos Akadémia harkovi tudósainak egy csoportja 1999-ben kifejlesztett egy röntgensugaras extrakciós módszert az ivóvízben található arzén (valamint a szelén) meghatározására, amelynek érzékenysége 2,5–5 µg. /l.

Az As(III) és As(V) vegyületek külön-külön történő meghatározásához először jól ismert extrakciós és kromatográfiás módszerekkel, valamint szelektív hidrogénezéssel választják el őket egymástól. Az extrakciót általában nátrium-ditiokarbamáttal vagy ammónium-pirrolidin-ditiokarbamáttal végezzük. Ezek a vegyületek az As(III)-mal vízben oldhatatlan komplexeket képeznek, amelyek kloroformmal extrahálhatók. Az arzén ezután salétromsavval történő oxidációval visszavezethető a vizes fázisba. A második mintában az arzenátot redukálószer segítségével arzenitté alakítják, majd hasonló extrakciót végeznek. Így kerül meghatározásra az „összes arzén”, majd az As (III) és az As (V) meghatározása külön-külön úgy, hogy az első eredményt kivonjuk a másodikból. Ha a vízben szerves arzénvegyületek vannak, akkor általában metil-diodarzin CH 3 AsI 2 vagy dimetil-jodarzin (CH 3) 2 AsI alakul át, amelyeket egyik vagy másik kromatográfiás módszerrel határoznak meg. Így egy anyag nanogramm mennyisége nagy teljesítményű folyadékkromatográfiával meghatározható.

Számos arzénvegyület elemezhető úgynevezett hidrid módszerrel. Ez az analit illékony arzinná történő szelektív redukálásából áll. Tehát a szervetlen arzenit AsH 3 -ra redukálódik 5-7 pH-n és pH-n

A neutronaktiválási módszer is érzékeny. Ez abból áll, hogy a mintát neutronokkal sugározzák be, míg a 75 As atommagok befogják a neutronokat és 76 As radionukliddá alakulnak, amelyet jellegzetes radioaktivitás mutat ki 26 órás felezési idővel. Ily módon egy mintában akár 10-10% arzén is kimutatható, pl. 1 mg/1000 tonna anyag

Az arzén használata.

A bányászott arzén mintegy 97%-át vegyületei formájában használják fel. Tiszta arzént ritkán használnak. Évente mindössze néhány száz tonna fémarzént állítanak elő és használnak fel világszerte. 3% arzén mennyiségben javítja a csapágyötvözetek minőségét. Az ólom arzén adalékai jelentősen növelik az ólom keménységét, amelyet az ólom akkumulátorok és kábelek előállításához használnak. Kis mennyiségű arzén növeli a réz és a sárgaréz korrózióállóságát és javítja a termikus tulajdonságait. A nagy tisztaságú arzént félvezető eszközök gyártásához használják, amelyekben szilíciummal vagy germániummal ötvözik. Az arzént adalékanyagként is használják, ami a "klasszikus" félvezetőknek (Si, Ge) egy bizonyos típusú vezetőképességet biztosít.

Az arzén értékes adalékanyagként a színesfémkohászatban is használatos. Így 0,2 ... 1% ólom hozzáadása jelentősen megnöveli annak keménységét. Régóta észrevették, hogy ha egy kis arzént adnak az olvadt ólomhoz, akkor a sörét öntésekor megfelelő gömb alakú golyókat kapunk. 0,15 ... 0,45% arzén hozzáadása a rézhez növeli annak szakítószilárdságát, keménységét és korrózióállóságát, ha gázos környezetben dolgozik. Ezenkívül az arzén növeli a réz folyékonyságát az öntés során, megkönnyíti a huzalhúzás folyamatát. Az arzént bizonyos típusú bronzokhoz, sárgarézekhez, babbitokhoz és nyomóötvözetekhez adják. Ugyanakkor az arzén nagyon gyakran károsítja a kohászokat. Az acél és sok színesfém gyártása során szándékosan a folyamat bonyolításához vezetnek - csak azért, hogy eltávolítsák az összes arzént a fémből. Az arzén jelenléte az ércben károsítja a termelést. Kétszer is káros: először is az emberek egészségére; másodszor, egy fém esetében az arzén jelentős szennyeződései rontják szinte minden fém és ötvözet tulajdonságait.

A különféle arzénvegyületek, amelyeket évente több tízezer tonna mennyiségben állítanak elő, szélesebb körben alkalmazhatók. Az Oxide As 2 O 3-ot az üveggyártásban üvegtisztítóként használják. Már az ókori üvegkészítők is tudták, hogy a fehér arzén "süketté" teszi az üveget, i.e. áttetsző. Ennek az anyagnak a kis kiegészítései azonban éppen ellenkezőleg, megkönnyítik az üveget. Az arzén még mindig megtalálható egyes poharak összetételében, például a "bécsi" üveg hőmérőhöz.

Az arzénvegyületeket fertőtlenítőszerként használják a romlás elleni védelemre és a bőrök, prémek és plüssállatok konzerválására, a fa impregnálására, valamint a hajók fenekére kirakásgátló festékek összetevőjeként. Ebben a minőségben az arzén és az arzénsav sóit használják fel: Na 2 HAsO 4, PbHAsO 4, Ca 3 (AsO 3) 2 stb. Az arzénszármazékok biológiai aktivitása érdekelte az állatorvosokat, agronómusokat, valamint egészségügyi és járványügyi szakembereket. szolgáltatás. Ennek eredményeként megjelentek az arzén tartalmú, az állatállomány növekedését és termelékenységét serkentő szerek, antihelmintikumok, valamint a fiatal állatok betegségeinek megelőzésére szolgáló gyógyszerek az állattartó telepeken. Az arzénvegyületeket (As 2 O 3, Ca 3 As 2, Na 3 As, párizsi zöldek) rovarok, rágcsálók és gyomok irtására használják. Korábban az ilyen felhasználás elterjedt volt, különösen a gyümölcsfák, dohány- és gyapotültetvények termesztésében, az állatok tetvek és bolhák megszabadítására, a baromfi- és sertéstermelés növekedésének serkentésére, valamint a gyapot betakarítás előtti szárítására. Még az ókori Kínában is arzén-oxiddal kezelték a rizst, hogy megvédjék őket a patkányoktól és a gombás betegségektől, és így növeljék a hozamot. Dél-Vietnamban pedig az amerikai csapatok kakodilsavat (Agent Blue) használtak lombtalanítóként. Jelenleg az arzénvegyületek toxicitása miatt a mezőgazdaságban való felhasználásuk korlátozott.

Az arzénvegyületek fontos felhasználási területei a félvezető anyagok és mikroáramkörök gyártása, a száloptika, a lézeres egykristályok termesztése, valamint a filmelektronika. Ennek az elemnek kis, szigorúan mért mennyiségének félvezetőkbe történő bevezetéséhez gáznemű arzint használnak. A gallium-arzenideket, a GaA-kat és az indium InA-kat diódák, tranzisztorok és lézerek gyártásához használják.

Az arzén az orvostudományban is korlátozottan használható. . A kutatáshoz kényelmes felezési idejű (26 óra, 17,8 nap, illetve 26,3 óra) arzén izotópokat 72 As, 74 As és 76 As használnak különböző betegségek diagnosztizálására.

Ilja Leenson

Az arzén (a név az egér szóból származik, egerek üldözésére használják) a periódusos rendszer harmincharmadik eleme. Félfémekre utal. Savval kombinálva nem képez sókat, mivel savképző anyag. Allotróp módosulatokat képezhet. Az arzénnek három jelenleg ismert kristályrácsszerkezete van. A sárga arzén egy tipikus nemfém, amorf - fekete és a legstabilabb fémes, szürke tulajdonságait mutatja. A természetben leggyakrabban vegyületek formájában, ritkábban szabad állapotban található meg. A legelterjedtebbek az arzén fémekkel alkotott vegyületei (arzenidek), mint például: arzénvas (arzenopirit, mérgező piritek), nikkelin (kupfernikkel, a rézérchez való hasonlósága miatt nevezték el). Az arzén inaktív elem, vízben nem oldódik, vegyületei rosszul oldódó anyagok. Az arzén oxidációja melegítés közben megy végbe, szobahőmérsékleten ez a reakció nagyon lassan megy végbe.

Minden arzénvegyület nagyon erős méreganyag, amely nemcsak a gyomor-bélrendszerre, hanem az idegrendszerre is negatív hatással van. A történelem számos szenzációs esetet tud az arzénnel és származékaival történt mérgezésről. Az arzénvegyületeket méregként nemcsak a középkori Franciaországban használták, hanem az ókori Rómában és Görögországban is ismerték. Az arzén, mint erős méreg népszerűsége azzal magyarázható, hogy szinte lehetetlen kimutatni az élelmiszerekben, nincs se szaga, se íze. Melegítéskor arzén-oxiddá alakul. Az arzénmérgezés diagnosztizálása meglehetősen nehéz, mivel különböző betegségekhez hasonló tünetekkel jár. Leggyakrabban az arzénmérgezést összekeverik a kolerával.

Hol használják az arzént?

Mérgező hatásuk ellenére az arzénszármazékokat nem csak egerek és patkányok csalogatására használják. Mivel a tiszta arzén nagy elektromos vezetőképességgel rendelkezik, adalékanyagként használják, ami a félvezetőknek, például germániumnak, szilíciumnak adja meg a kívánt típusú vezetőképességet. A színesfémkohászatban az arzént olyan adalékanyagként használják, amely szilárdságot, keménységet és korrózióállóságot biztosít az ötvözeteknek gáznemű környezetben. Az üveggyártásban kis mennyiségben adják hozzá az üveg világosításához, ráadásul a híres "bécsi üveg" része. A nikkelint az üveg zöldre színezésére használják. A bőrüzletágban az arzén szulfátvegyületeit használják a bőrök feldolgozása során a szőrszálak eltávolítására. Az arzén lakkokban és festékekben található. A fafeldolgozó iparban az arzént antiszeptikumként használják. A pirotechnikában a „görög tüzet” arzén-szulfidvegyületekből készítik, és gyufák gyártására használják. Egyes arzénvegyületeket vegyi harci szerként használnak. Az arzén mérgező tulajdonságait a fogorvosi gyakorlatban a fogpép elpusztítására használják. Az orvostudományban az arzénkészítményeket olyan gyógyszerként használják, amely növeli a test általános tónusát, és serkenti a vörösvértestek számának növekedését. Az arzén gátló hatással van a leukociták képződésére, ezért a leukémia bizonyos formáinak kezelésére használják. Nagyon sok arzénalapú gyógyszer ismert, de az utóbbi időben fokozatosan felváltották őket kevésbé mérgező gyógyszerek.

Mérgező hatása ellenére az arzén az egyik legfontosabb elem. A vegyületeivel végzett munka során be kell tartani a biztonsági előírásokat, amelyek segítenek elkerülni a nemkívánatos következményeket.

Az arzénvegyületek (angol és francia Arsenic, német Arsen) nagyon régóta ismertek. A Kr.e. III-II. évezredben. e. már tudták, hogyan lehet 4-5% arzéntartalmú rézötvözeteket előállítani. Arisztotelész tanítványa, Theophrastus (Kr. e. IV-III. század) a természetben előforduló vörös arzén-szulfidot realgarnak hívják; Plinius a sárga arzén-szulfidot As 2 S 3 orpimentnek (Auripigmentum) nevezi - arany színűre festették, később orpimentnek (orpiment) nevezték. Az ógörög arsenicon szó, valamint a sandarak főként kénvegyületekre utal. 1. században Dioscorides leírta az orpiment elégetését és a keletkező terméket - fehér arzént (As 2 O 3). A kémia fejlődésének alkímiai időszakában vitathatatlannak tartották, hogy az arzenik (Arsenik) kénes természetű, és mivel a ként (Sulphur) a "fémek atyjaként" tisztelték, az arzeniknek férfias tulajdonságokat tulajdonítottak. Nem ismert, hogy pontosan mikor szerezték be először a fémarzént. Általában ezt a felfedezést Nagy Albertnek (XIII. század) tulajdonítják. A réz színezését arzén hozzáadásával fehér ezüstös színre az alkimisták a réz ezüstté való átalakulásának tekintették, és az ilyen "transzmutációt" az arzén erőteljes erejének tulajdonították. A középkorban és az újkor első századaiban vált ismertté az arzén mérgező tulajdonságai. Azonban még Dioscorides (Iv.) is azt javasolta, hogy az asztmás betegek lélegezzék be a realgar gyantával való melegítésével nyert termék gőzeit. Paracelsus már széles körben használta a fehér arzént és más arzénvegyületeket kezelésre. Vegyészek és bányászok a 15-17. században. tudta, hogy az arzén képes szublimálni és sajátos szagú, mérgező tulajdonságú gőztermékeket képezni.Vaszilij Valentin említést tesz a 16. század ismert kohászairól. nagyolvasztó füstje (Huttenrauch) és sajátos szaga. Az arzén görög (és latin) elnevezése, amely az arzén-szulfidokra utal, a görög hímnemű szóból származik. Ennek a névnek az eredetére más magyarázatok is vannak, például az arsa paki, azaz "a testbe mélyen behatoló méreg" szóból; valószínűleg az arabok kölcsönözték ezt a nevet a görögöktől. Az orosz arzén név már régóta ismert. Lomonoszov kora óta jelent meg az irodalomban, aki az arzént félfémnek tartotta. Ezzel a névvel együtt a ХМVIII században. az arzén szót használták, az arzént pedig As 2 O 3-nak nevezték. Zakharov (1810) javasolta az arzén nevet, de ez nem honosodott meg. Az arzén szót valószínűleg orosz kézművesek kölcsönözték a török ​​népektől. Az azerbajdzsáni, üzbég, perzsa és más keleti nyelvekben az arzént margumush-nak (mar - kill, mush - egér) nevezték; Orosz arzén, valószínűleg torz egérméreg, vagy egérméreg.