Satura rādītājs:
Ķīmija 11 20 st ŪDEŅRADIS (Maijs 2024)
Arsēns (As), ķīmisks elements slāpekļa grupā (periodiskās tabulas 15. grupa [Va]), kas pastāv gan pelēkā, gan dzeltenā kristāliskā formā.
Elementa īpašības
| atomu skaitlis | 33 |
|---|---|
| atomsvars | 74.9216 |
| kušanas punkts | |
| (pelēkā forma) | 814 ° C (1,497 ° F) pie 36 atmosfēras spiediena |
| blīvums | |
| (pelēkā forma) | 5,73 g / cm 3 pie 14 ° C (57 ° F) |
| (dzeltena forma) | 2,03 g / cm 3 pie 18 ° C (64 ° F) |
| oksidācijas stāvokļi | -3, +3, +5 |
| elektronu konfigur. | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 3 |
Vēsture
Arsēns bija zināms dažu tā savienojumu veidā jau ilgi pirms tā tika skaidri atzīts par ķīmisku elementu. Aristotelis 4. gadsimtā rakstīja par vielu, ko sauc par sandarašu, un tagad tiek uzskatīts, ka tas ir minerālu realgars, arsēna sulfīds. Tad 1. gadsimtā gan rakstnieki Plīnijs Vecais, gan Pedanius Dioscorides aprakstīja auripigmentum - vielu, kas, domājams, bija krāsvielu orppekts - As 2 S 3. Līdz 11. gadsimtam ce tika atzītas trīs “arsēna” sugas: baltā (As 4 O 6), dzeltenā (As 2 S 3) un sarkanā (As 4 S 4). Pats elements, iespējams, pirmo reizi tika novērots 13. gadsimtā Albertus Magnus, kurš atzīmēja metālam līdzīgas vielas izskatu, kad arsenicum, kas ir vēl viens nosaukums As 2 S 3, tiek sildīts ar ziepēm. Tomēr nav skaidrs, vai šis dabaszinātnieks un zinātnieks faktiski novēroja brīvo elementu. Pirmo skaidri autentisko ziņojumu par brīvo vielu 1649. gadā sastādīja vācu farmaceits Johans Šrēders, kurš sagatavoja arsēnu, karsējot tā oksīdu ar kokogli. Vēlāk franču ārsts un ķīmiķis Nikolā Lemerijs novēroja arsēna veidošanos, sildot oksīda, ziepju un potaša maisījumu. Līdz 18. gadsimtam arsēns bija labi pazīstams kā unikāls pusmetāls.
Rašanās un izplatība
Arsēna pārpilnība Zemes garozā ir aptuveni pieci grami uz tonnu; kosmiskais pārpalikums tiek lēsts kā aptuveni četri atomi uz miljonu silīcija atomu. Elements ir plaši izplatīts. Neliels daudzums dzimtajā valstī ir ar 90–98 procentu tīrību, parasti saistībā ar tādiem metāliem kā antimons un sudrabs. Tomēr lielāko daļu apvieno vairāk nekā 150 dažādos minerālos, piemēram, sulfīdos, arsenīdos, sulfoarsenīdos un arsenītos. Mispickel jeb arsenopyrite FeAsS ir viens no visizplatītākajiem arsēnu saturošajiem minerāliem; citi ir reāli, As 4 S 4; orppekts, As 2 S 3; loelīts, FeAs 2; un enargīts, Cu 3 AsS 4. Izplatīts ir arī arsēna oksīds. Lielākā daļa arsēna tiek reģenerēti kā vara, svina, kobalta un zelta rūdu kausēšanas blakusprodukts.
Dabā ir sastopams tikai viens stabils arsēna izotops - masas 75. Starp mākslīgajiem radioaktīvajiem izotopiem ir viens no masas 76, kura pussabrukšanas periods ir 26,4 stundas. Arsēns-72, -74 un -76 ir izmantoti medicīniskās diagnostikas procedūrās.
Ražošana un izmantošana komerciālos nolūkos
Metālisks arsēns veidojas, kad arsenopirītu karsē 650–700 ° C temperatūrā, ja nav gaisa. Arsēns arsenopirītā un arsēna piemaisījumi citu metālu rūdās gaisā karsējot viegli apvienojas ar skābekli, veidojot viegli sublimētu oksīdu As 4 O 6, kas pazīstams arī kā “baltais arsēns”. Oksīda tvaikus savāc un kondensē virknē ķieģeļu kameru un vēlāk attīra ar resublimāciju. Lielāko arsēna daudzumu sagatavo, reducējot šādi savākto arsenisko oksīdu putekļu oglekli.
Metāliskā arsēna patēriņš pasaulē ir salīdzinoši mazs - tikai daži simti tonnu gadā. Lielākā daļa no patērētā nāk no Zviedrijas. Tā metalloīdu īpašību dēļ to izmanto metalurģijā. Aptuveni viena procenta arsēna saturs ir vēlams, piemēram, svina šāvienu ražošanā, jo tas uzlabo izkusušo pilienu apaļumu. Gultņu sakausējumiem, kuru pamatā ir svins, ir uzlabotas gan termiskās, gan mehāniskās īpašības, ja tie satur apmēram 3 procentus arsēna. Neliels arsēna daudzums svina sakausējumos tos sacietē lietošanai baterijās un kabeļu apvalkos. Nelielas arsēna koncentrācijas uzlabo vara un misiņa korozijizturību un termiskās īpašības. Elementāru arsēnu izmanto arī bronzēšanā un pirotehnikā.Ļoti augsti attīrīts arsēns atrod pielietojumu pusvadītāju tehnoloģijā, kur to lieto kopā ar silīciju un germāniju, kā arī galija arsenīda, GaAs formā diodēm, lāzeriem un tranzistoriem.
Tā kā arsēnam ir virkne oksidācijas stāvokļu no -3 līdz +5, tas var veidot daudz dažādu veidu savienojumus. Starp svarīgākajiem komerciālajiem savienojumiem ir oksīdi, kuru galvenās formas ir arsēns oksīds (As 4 O 6) un arsēna pentoksīds (As 2 O 5). Arsēno oksīdu, ko parasti sauc par balto arsēnu, iegūst kā blakusproduktu, apdedzinot vara, svina un atsevišķu citu metālu rūdas, kā arī apdedzinot arsenopirītu un arsēna sulfīda rūdas. Arseniskais oksīds nodrošina izejvielu lielākajai daļai citu arsēna savienojumu. To izmanto arī pesticīdos un kalpo kā atkrāsošanas līdzeklis stikla ražošanā un kā ādu konservējošs līdzeklis. Arsēna pentoksīds veidojas, oksidētājam (piemēram, slāpekļskābei) iedarbojoties uz arsenisko oksīdu. Tas satur galveno insekticīdu, herbicīdu un metāla līmju sastāvdaļu.
Arsīns (AsH 3), bezkrāsaina indīga gāze, kas sastāv no arsēna un ūdeņraža, ir vēl viens pazīstams arsēna savienojums. Gāzi, ko sauc arī par arsēna hidrīdu, iegūst, hidrolizējot metāla arsenīdus un ar metāliem reducējot arsēna savienojumus skābos šķīdumos. To izmantoja kā pusvadītāju dopinga līdzekli un kā militāru indes gāzi. Arsēna savienojumi ar īpašu nozīmi lauksaimniecībā ir arsēnskābe (H 3 AsO 4) un tādi sāļi kā svina arsenāts (PbHAsO 4) un kalcija arsenāts [Ca 3 (AsO 4) 2], kas ir noderīgi attiecīgi augsnes sterilizēšanai un kaitēkļu apkarošanai..
Arsēns veido arī daudzus organiskus savienojumus, piemēram, tetrametil diarsīnu, (CH 3) 2 As ― As (CH 3) 2, ko izmanto kopīgās desikanta kakodilīnskābes pagatavošanā. Atsevišķu mikroorganismu izraisītu slimību, piemēram, amebiskās dizentērijas, ārstēšanā ir izmantoti vairāki sarežģīti arsēna organiskie savienojumi.
