Arsenik nedir? Özellikleri, özellikleri ve uygulamaları

Arsenik azot grubunun bir kimyasal elementidir (periyodik tablonun 15. grubu). Bu, rhombohedral kristal kafesli gri, metalik, kırılgan, kırılgan bir maddedir (α-arsenik). 600 ° C'ye kadar ısıtıldığında As sublimes. Buhar soğutulduğunda, yeni bir değişiklik meydana gelir - sarı arsenik. 270 ° C'nin üzerindeki tüm As formları siyah arsenik içine girer.

Keşif öyküsü

Arsenik, kimyasal bir element olarak tanınmadan çok önce biliniyordu. IV yüzyılda. MÖ. e. Aristo, şu anda gerçek ya da arsenik bir sülfit olduğuna inanılan "sandarak" adlı bir maddeden bahsetti. Ve I. yüzyılda. e. Pliny the Elder ve Pedanius Dioscorides yazarları, auripigment'i As ₂ S ₃ boya olarak tanımladı. XI. Yüzyılda. n. e. Üç çeşit "arsenik" ayırt edildi: beyaz (As 4O ₆ ), sarı (As ₂ S ₃ ) ve kırmızı (As ₄ S ₄ ). Element muhtemelen 13. yüzyılda Albert the Great tarafından izole edildi ve metal benzeri bir maddenin ortaya çıkmasını kaydetti. Arsenicum, As ₂ S ₃ adı verilen sabunla ısıtıldığında. Ancak bu doğal bilimcinin saf arsenik aldığına dair kesin bir şey yoktur. Saf bir kimyasal elementin izolasyonunun ilk gerçek sertifikası 1649 tarihlidir. Alman eczacısı Johann Schröder, oksitini kömürün varlığında ısıtarak arsenik hazırladı. Daha sonra Fransız bir doktor ve kimyager olan Nikola Lemery, oksit, sabun ve potas karışımını ısıtarak bu kimyasal elementin oluşumunu gözlemledi. 18. yüzyılın başında, arsenik zaten eşsiz bir yarı metal olarak biliniyordu.

yaygınlık

Yer kabuğunda, arsenik konsantrasyonu küçüktür ve 1.5 ppm'dir. Toprak ve minerallerde bulunur ve rüzgar ve su erozyonuna bağlı olarak havaya, suya ve toprağa karışabilir. Buna ek olarak, eleman başka kaynaklardan atmosfere girer. Volkanik patlamalar sonucunda yılda havaya yaklaşık 3,000 ton arsenik salınmakta, mikroorganizmalar yılda 20,000 ton uçucu metillarin oluşturmaktadır ve aynı dönemde fosil yakıt yakma sonucu 80,000 ton salınmaktadır.

As ölümcül bir zehir olduğu gerçeğine rağmen, gerekli doz 0.01 mg / gün'yi geçmese de, bazı hayvanlara ve muhtemelen bir kişiye beslenmenin önemli bir bileşenidir.

Arsenik, suda çözünen veya uçucu halde bulunması son derece zordur. Oldukça hareketli olduğu gerçeği, tek bir yerde büyük konsantrasyon konsantrasyonlarının ortaya çıkamayacağı anlamına gelir. Bir yandan, bu iyi, ama öte yandan da - yayılması kolaylığı, arsenik kontaminasyonunun artan bir problem haline gelmesinin nedeni. İnsan faaliyeti nedeniyle, başta madencilik ve eritme nedeniyle, hareketsiz kimyasal element göç eder ve artık sadece doğal konsantrasyonlarının bulunduğu yerlerde değil.

Yer kabuğundaki arsenik miktarı ton başına yaklaşık 5 g'dır. Uzaydaki yoğunluğu, milyon silikon atomu başına 4 atom olarak tahmin edilir. Bu öğe yaygın olarak dağıtılır. Yerli devlette az miktarda var. Kural olarak, arsenik oluşumları% 90-98 saflıkta antimon ve gümüş gibi metallerle birlikte bulunur. Bununla birlikte, çoğu, sülfitler, arsenitler, sülfoarenidler ve arsenitler olmak üzere 150'den fazla farklı maddenin bir parçasıdır. Arsenopirit FeAsS en yaygın As içeren minerallerden biridir. Diğer yaygın arsenik bileşikleri As As ₄ S ₄ mineralleri _, As ₂ S ₃ auripigment _, FeAs ₂ nin listeriti ve Cu ₃ AsS ₄ enarjiti. Arsenik oksit de yaygındır. Bu maddenin çoğu bakır, kurşun, kobalt ve altın cevherlerinin eritilmesinin yan ürünüdür.

Doğada, yalnızca arsenik izotopu vardır - ⁷⁵ As. Yapay radyoaktif izotoplar arasında ⁷⁶ As yarı yarı ömrü 26.4 saattir ve arsenik-72, -74 ve -76 tıbbi teşhislerde kullanılır.

Endüstriyel üretim ve uygulama

Metalik arsenik, arsenopiriti hava girişi olmaksızın 650-700 ° C'ye ısıtarak üretilir. Arsenopirit ve diğer metalik cevherler oksijen ile ısıtılırsa, bileşiğe kolaylıkla girer ve "beyaz arsenik" olarak da bilinen kolaylıkla süblimleştirilen bir As ₄ O ₆ oluştururlar. Oksit buharı toplanır ve yoğunlaştırılır ve daha sonra yeniden damıtma ile saflaştırılır. As çoğu, bu şekilde elde edilen beyaz arsenikten karbon ile indirgediği için üretilir.

Dünyadaki metalik arsenik tüketimi nispeten azdır - yılda yalnızca birkaç yüz ton. Çoğu tüketilen İsveç'ten geliyor. Metalürjide metaloid özelliklerinden dolayı kullanılır. Erimiş damlacıkların yuvarlaklığını geliştirdiği için, arsenik yaklaşık% 1'i kurşun imalatında kullanılır. Kurşun esaslı rulman alaşımlarının özellikleri, arseniklerin yaklaşık% 3'ünü içerdiğinde termal ve mekanik özelliklerin her ikisini de geliştirir. Kurşun alaşımlarında bu kimyasal elementin az miktarda bulunması onları şarj edilebilir pillerde ve kablo zırhında sertleştirir. Arsenikli küçük katkılar bakır ve pirinçlerin korozyon direncini ve ısıl özelliklerini arttırır. Saf haliyle, kimyasal asal As, bronz ve pirotekniklerin kaplanması için kullanılır. Yüksek oranda arıtılmış arsenik, silisyum ve germanyum ile birlikte diodes, lazerler ve transistörlerde galyum arsenür (GaAs) şeklinde kullanılan yarı iletken teknolojide kullanılır.

Bileşikler As

Arsenik değerinin 3 ve 5 olması ve -3 ile +5 arasında bir derece oksidasyona sahip olması nedeniyle, element çeşitli bileşikler oluşturabilir. En önemli ticari değer, ana formları As ₄ O ₆ ve As ₂ O ₅ olan oksitleridir . Genellikle beyaz arsenik olarak bilinen artıjen oksit, arsenopirit ve sülfit cevherleri ile birlikte bakır, kurşun ve diğer bazı metallerin kavrulmasının bir yan ürünüdür. Çoğu diğer bileşiklerin başlangıç malzemesidir. Buna ek olarak, pestisitlerde kullanılır, cam üretiminde renk sökücü olarak kullanılır ve cilt için bir koruyucu madde olarak kullanılır. Arsenik pentoksit, bir oksitleyici maddenin (örneğin, nitrik asit) beyaz arsenik üzerindeki etkisi ile oluşur. Böcek öldürücülerin, herbisitlerin ve metal tutkalın temel bileşenidir.

Arsen (AsH ₃ ), arsenik ve hidrojenden oluşan renksiz zehirli bir gaz, bilinen bir diğer maddedir. Arsenik olarak da adlandırılan bir madde, metal arsenidlerin hidrolizi ve asit çözeltilerinde arsenik bileşiklerden metallerin indirgenmesi ile üretilir. Uygulamayı yarı iletkenlerde doping katkı maddesi ve bir savaş zehiri gazı olarak buldu. Tarımda toprak sterilizasyonu ve zararlı kontrolü için kullanılan arsenik asit (H ₃ AsO ₄ ), kurşun arsenat (PbHAsO ₄ ) ve kalsiyum arsenat [Ca ₃ (AsO ₄ ) ₂ ] çok önemlidir.

Arsenik, çeşitli organik bileşikler oluşturan kimyasal bir elementtir. Örneğin, yaygın olarak kullanılan kurutucu (kurutma maddesi) - kakodil asidin hazırlanmasında Kakodin (CH3) ₂ As-As (CH3) ₂ kullanılır. Elemanın kompleks organik bileşikleri, örneğin mikroorganizmaların neden olduğu amip dizanteri gibi bazı hastalıkların tedavisinde kullanılır.

Fiziksel özellikler

Fiziksel özellikleri açısından arsenik nedir? En kararlı durumda, düşük termal ve elektriksel iletkenliğe sahip kırılgan bir çelik gri katıdır. As'nın bazı biçimleri metal benzeri olsa da, metal olmayanları belirtmek, arsenik için daha doğru bir özelliktir. Diğer arsenik türleri de vardır, ancak özellikle As ₄ moleküllerinden oluşan sarı metastabil form, yani beyaz fosfor P ₄ gibi çok iyi incelenmemiştir. Arsenik, 613 ° C'lik bir sıcaklıkta süblime edilir ve buhar olarak yaklaşık 800 ° C'lik bir sıcaklığa ayrışmayan As ₄ molekülleri olarak bulunur. As ₂ moleküllerine komple çözülme 1700 ° C'de gerçekleşir.

Atomun yapısı ve bağ oluşturma kabiliyeti

Elektronik arsenik formülü - 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ^{3 -} azot ve fosforu andırır, çünkü dış kabukta beş elektron vardır, ancak onlardan iki veya iki yerine sondan bir önceki kabuğa 18 elektron varlığı ile farklılık gösterirler sekiz. Beş 3d orbitalinin doldurulması sırasında çekirdeğe 10 pozitif yük yüklenmesi sıklıkla elektron bulutunda genel bir azalmaya ve elementlerin elektronegatifliklerinde bir artışa neden olur. Periyodik tablodaki arsenik, bu paterni açıkça gösteren diğer gruplarla karşılaştırılabilir. Örneğin, genel olarak çinkonun magnezyumdan daha elektronegatif olduğu ve galyumun alüminyumdan daha fazla olduğu kabul edilir. Bununla birlikte, sonraki gruplarda bu fark azalmakta ve birçoğu, kimyasal kanıtların bolluğuna rağmen, germanyumun silikondan elektronegatif olduğunu kabul etmemektedir. 8'den 18'e kadar element zarına fosfordan arsenik'e böyle bir geçiş elektronegatifliği artırabilir, ancak bu tartışmalı olmaya devam etmektedir.

As ve P dış kabuğunun benzerliği, bağlı olmayan ek bir elektron çifti varlığında atom başına 3 kovalent bağ oluşturabileceğini düşündürmektedir. Bu nedenle, oksidasyon derecesi göreceli karşılıklı elektronegatifliğe bağlı olarak +3 veya -3 olmalıdır. Arsenik yapı, elemanın 5 bağ oluşturmasına izin veren, sekizliği genişletmek için harici bir d-orbitalleri kullanma imkânını da gösterir. Sadece flor ile reaksiyona girdiğinde gerçekleşir. As atomunda karmaşık bileşiklerin (elektron verimi yoluyla) oluşması için bir serbest elektron çifti varlığı kendini fosfor ve azottan çok daha az tezahür eder.

Arsenik kuru havada kararlıdır, ancak ıslak olarak siyah oksitle kaplıdır. Buhar kolayca yanar, As ₂ O _{3 oluşturur} . Serbest halde arsenik nedir? Pratik olarak su, alkaliler ve oksitleyici olmayan asitlerden etkilenmez, ancak nitrik asit +5'e okside olur. Arsenik halojenleri, sülfürü reaksiyona sokar ve birçok metal arsenatı oluşturur.

Analitik kimya

Arsenik madde nitrik olarak,% 25'lik hidroklorik asit çözeltisi ile çökeltilen sarı bir auripigment şeklinde tespit edilebilir. As izleri, kural olarak, Arsine dönüştürülerek saptanır ve Marsh testi ile tespit edilebilir. Arsin termal olarak ayrıştı ve dar bir tüp içinde arsenikten siyah bir ayna oluşturdu. Gutzait yöntemine göre, Arsin hareketi altında civa klorür emdirilmiş bir sonda cıva salınması nedeniyle kararıyor.

Arseniklerin toksikolojik özellikleri

Elemanın ve türevlerinin toksisitesi son derece zehirli arsin ve organik türevlerinden nispeten atıl olan As'ya kadar değişir. Arsenik, organik bileşiklerin savaş zehirli maddeleri (levisit), vesicant ve defoliant (sodyum tuzunun% 5 kakodil asidinin sulu bir karışımına dayanan "Agent blu") olarak kullanılması olarak söylenir.

Genel olarak, bu kimyasal elementin türevleri deriyi tahriş eder ve dermatite neden olur. Arsenik tozunun teneffüs edilmesine karşı korunması da önerilir, ancak çoğu zehirlenme yutulduğunda ortaya çıkar. Sekiz saatlik bir çalışma günü için As'da izin verilen As konsantrasyonu 0.5 mg / m ^{3 'dir} . Arsin için doz, milyonda 0.05 parçaya düşürülür. Bu kimyasal bileşiğin bileşiklerini herbisitler ve zirai ilaçlar olarak kullanmanın yanı sıra, arseniklerin farmakolojide kullanılması, sifilize karşı ilk başarılı ilaç olan salvarsanın elde edilmesini sağladı.

Sağlığa etkisi

Arsenik en toksik elementlerden biridir. Doğal koşullarda bu kimyasalın inorganik bileşikleri küçük miktarlarda bulunur. İnsanlar gıda, su ve hava yoluyla arsenike maruz kalabilirler. Maruz kalma, cilt kirlenmiş toprak veya su ile temas ettiğinde de meydana gelebilir.

Gıdadaki arsenik içeriği oldukça düşüktür. Bununla birlikte, balık ve deniz ürünlerindeki seviyeleri, bu kimyasal elementi yaşadıkları sudan emdiği için çok yüksek olabilir. Balıkta inorganik arsenik önemli miktarda insan sağlığı için tehlikeli olabilir.

Maddenin etkisi, onunla birlikte çalışan insanlardan, onlardan işlenmiş ahşaplardan inşa edilmiş evlerde yaşayan insanlardan ve geçmişte pestisitlerin kullanıldığı tarım arazilerinden etkilenir.

İnorganik arsenik, mide ve bağırsak tahrişleri, kırmızı ve beyaz kan hücrelerinin üretiminde azalma, cilt değişiklikleri ve akciğer tahrişi gibi insan sağlığına çeşitli etkilere neden olabilir. Bu maddenin önemli bir miktarının emiliminin, kanser, özellikle cilt, akciğerler, karaciğer ve lenfatik sistem kanseri geliştirme şansını artıracağı düşünülmektedir.

İnorganik arseniklerin çok yüksek konsantrasyonları kadınlarda kısırlığın ve düşüklerin, dermatitin nedenidir, vücudun enfeksiyonlara direncini, kalp sorunlarını ve beyin hasarını azaltmaktadır. Buna ek olarak, bu kimyasal element DNA'ya zarar verebilir.

Beyaz arsenik öldürücü dozu 100 mg'dır.

Elementin organik bileşikleri ne kanser ne de genetik koda zarar verir, fakat yüksek dozlar insan sağlığına zarar verebilir, örneğin sinir bozukluklarına veya karın ağrısına neden olabilir.

As'ın Özellikleri

Arseniklerin ana kimyasal-fiziksel özellikleri şöyledir:

• Atom numarası 33'tür.
• Atom ağırlığı 74.9216'dır.
• Gri formun erime noktası 36 atmosfer basıncında 814 ° C'dir.
• Gri formun yoğunluğu 5.73 g / cm3 14 ° C'de
• Sarı formun yoğunluğu 18 ° C'de 2.03 g / cm3'tür.
• Arsenikin elektronik formülü 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ³ _.
• Oksitlenme durumu -3, +3 ve +5'tir.
• Arsenik varlığı - 3, 5.