Was ist Arsen? Merkmale, Eigenschaften und Anwendungen

Arsen – chemisches Element Stickstoffgruppe (Gruppe 15 des Periodensystems). Dieser graue Metallglanz spröden Substanz (α-Arsen) mit einem rhomboedrischen Kristallgitter. Wenn sie als sublimiert auf 600 ° C erhitzt. Beim Abkühlen wird ein Dampf, eine neue Modifikation – Gelb Arsen. Oberhalb 270 ° C alle Wie bewegen sich in das schwarze Arsen.

Geschichte der Entdeckung

Die Tatsache, dass diese Arsen lange vor der Anerkennung ihrer chemischen Elemente bekannt war. Die IV c. BC. e. Aristoteles sprach von einer Substanz „Sandarak“ genannt, die jetzt zu haben gewesen realgar geglaubt wird, oder Arsensulfid. Und im I Jahrhundert vor Christus. e. Pliniy Starshy und Schriftsteller Pedany Dioskurides beschrieben auripigment – Farbstoff As ₂ S _3. In XI in. n. e. drei Sorten "Arsen" white unterschied (A ₄ O _6), Gelb (A ₂ S ₃₎ und Rot (A ₄ S _4). Der Artikel selbst wurde wahrscheinlich zuerst in dem XIII Jahrhundert isoliert, Albert den Große, der das Auftreten von metallartigen Substanz festgestellt , wenn Ars, auch bekannt als A ₂ S ₃ mit Seife und Wasser erhitzt wurde. Aber das Vertrauen in die Tatsache, dass der Naturwissenschaftler war reines Arsen, nein. Die erste echte Beweis für die Zuteilung von reinen chemischen Elements ist auf 1649 datiert. Deutsch Apotheker Iogann Shreder hergestellt Arsen, sie in Gegenwart von Kohlenmonoxid erhitzt werden. Später Nicolas Lemery, Französisch Arzt und Chemiker beobachteten die Bildung dieses chemischen Elements durch eine Mischung aus einem Oxid erhitzt wird, und Kali Seifen. Bis Anfang des XVIII Jahrhunderts, wurde Arsen bereits als einzigartiges Halbmetall bekannt.

Vorherrschen

Der Erdkruste und niedrig Arsenkonzentration 1,5 ppm betrug. Es wird in Boden und Mineralien gefunden und kann in die Luft, Wasser und Boden durch Wind und Wassererosion erhalten. Darüber hinaus tritt ein Element in die Atmosphäre aus anderen Quellen. Als Folge von Vulkanausbrüchen in der Luft etwa 3000 freigegeben. T Arsen pro Jahr, Mikroorganismen 20 Tausend bilden. T flüchtigen metilarsina im Jahr, und als Folge von fossilen Brennstoffen in der gleichen Zeit brennt 80000 zugeordnet. T.

Trotz der Tatsache, dass die A – ein tödliches Gift, es ist ein wichtiger Bestandteil der Leistung von einigen Tieren und möglicherweise von Menschen, obwohl die notwendige Dosis nicht 0,01 mg / Tag nicht überschreiten.

Arsen ist extrem schwierig, in einem wasserlöslichen oder flüchtigen Zustand zu übersetzen. Die Tatsache, dass es recht mobil ist, bedeutet, dass eine große Konzentration der Substanz in einem Ort nicht erscheinen kann. Auf der einen Seite ist dies gut, aber auf der anderen – die Leichtigkeit, mit der es sich ausbreitet, ist der Grund, dass die Arsenbelastung ein größeres Problem wird. Durch menschliche Aktivitäten, vor allem durch den Bergbau und Schmelzen, in der Regel unbeweglich chemischen Element wandert, und jetzt kann es nicht nur an den Orten seiner natürlichen Konzentration zu finden.

Die Menge an Arsen in der Erdkruste etwa 5 g pro Tonne. Im Raum ist es, wenn die Konzentration von 4 Atomen pro Million Si-Atom geschätzt. Dieses Element ist weit verbreitet. Eine kleine Menge vorhanden ist, im nativen Zustand. Typischerweise tritt die Bildung von 90-98% Reinheit Arsen zusammen mit Metallen, wie Antimon und Silber. Das meiste davon ist jedoch ein Teil von mehr als 150 verschiedenen Mineralien – Sulfide, Arsen-, sulphoarsenides und Arsenit. Arsenopyrit FeAsS ist eines der am häufigsten verwendeten Als haltigen Mineralien. Andere übliche Arsenverbindungen – Mineralien Realgar As ₄ S _4, auripigment As ₂ S _3, Löllingit FeAs und Enargit ₂ Cu ₃ AsS _4. Ebenfalls häufig Arsenoxid. Der größte Teil dieses Materials ist ein Nebenprodukt der Verhüttung von Kupfer, Blei, Kobalt und Golderzen.

In der Natur gibt es nur ein stabiles Isotop von Arsen – ⁷⁵ As. Unter künstlicher radioaktiver Isotope freigesetzt ⁷⁶ als C Halbwertszeit von 26,4 Stunden. Arsen-72, -74 und -76 sind in der medizinischen Diagnostik eingesetzt.

Die industrielle Produktion und Verwendung

Metall Arsen Arsenopyrit durch Erhitzen auf 650-700 ° C ohne Luftzutritt hergestellt. Wenn Arsenopyrit und andere Metallerze mit Sauerstoff erwärmt, reagiert das Wie leicht mit ihnen in Verbindung leicht sublimiert Form A ₄ O _6, die auch als „weißer Arsen“ bekannt. Oxid-Dämpfe wurden aufgefangen und kondensiert wird, und anschließend durch Sublimation erneut gereinigt. Die meisten Wie es von Kohlenstoff-Reduktion von weißen Arsen erzeugt wird somit erhalten.

Die weltweite Verbrauch von metallischem Arsen ist relativ klein – nur ein paar hundert Tonnen pro Jahr. Vieles von dem, was verbraucht wird, kommt aus Schweden. Es wird wegen seiner Metalloid Eigenschaften in der Metallurgie. Etwa 1% des Arsens wird bei der Herstellung von Bleischrot verwendet, da es die Rundheit der geschmolzenen Tröpfchen verbessert. Die Eigenschaften der Lagerlegierung auf Bleibasis verbessert wird sowohl in den thermischen und mechanischen Eigenschaften, wenn sie enthalten etwa 3% des Arsens. Das Vorhandensein von kleinen Mengen dieses chemischen Elements in Bleilegierungen mildert sie für den Einsatz in Batterien und die Kabelbewehrung. Kleine Verunreinigungen Arsen Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit und thermische Eigenschaften von Kupfer und Messing. Die reine elementare chemische Als Bronze für Aufbringen von Beschichtungen und in der Pyrotechnik eingesetzt. Highly findet Arsen Anwendung in der Halbleitertechnik, wo es sich mit Silizium und Germanium, sowie in Form von Galliumarsenid (GaAs) in den Dioden, Laser und Transistoren verwendet.

als Verbindungen

Da Arsen Valenz 3 und 5, und es mehrere Oxidationsstufen -3 bis +5 besitzt, kann das Element verschiedene Arten von Verbindungen bilden. Die wichtigsten kommerzielle Bedeutung ihrer Oxide, basisches Formen von denen die A ₄ O ₆ und A ₂ O _5. Arsenige Oxid, das allgemein als weiße Arsen bekannt, – ein Nebenprodukt Erzen von Kupfer, Blei und einige andere Metalle sowie Sulfiderzen und Arsenopyrit rösten. Er ist das Ausgangsmaterial für die Mehrheit der anderen Verbindungen. Darüber hinaus ist es in Schädlingsbekämpfungsmitteln verwendet, Entfärbungsmittel bei der Herstellung von Glas und Konservierungsmitteln für Leder verwendet. Arsenpentoxid wird, wenn zu dem Oxidationsmittel (beispielsweise Salpetersäure) bis weiß Arsen ausgesetzt gebildet. Es ist der Hauptbestandteil von Insektiziden, Herbiziden und der Klebstoff für Metall.

Arsin (AsH _3), toxisches farbloses Gas , bestehend aus Wasserstoff und Arsen, – ist ein andere bekannte Substanz. Die Substanz, die auch Wasserstoff arsenical genannt wird durch Hydrolyse von Metall Arsenide und Metallrückgewinnung von Arsenverbindungen in Säurelösungen hergestellt. Er hat Anwendung als Dotierung in Halbleitern und militärische Giftgas gefunden. In der Landwirtschaft große Bedeutung Arsensäure (H ₃ AsO _4), Blei Arsenat (PbHAsO ₄₎ und Calciumarsenat [Ca ₃ (AsO _{4) 2],} die den Boden und Schädlingsbekämpfung zu sterilisieren, verwendet.

Arsen – chemisches Element mit einer Vielzahl von organischen Verbindungen zu bilden. Kakodin (CH _{3) 2} As-A _{(CH 3) 2 verwendet,} beispielsweise, in der Herstellung eines weitgehend Trocknungsmittel (Trocknungsmittel) verwendet – Cacodylsäure. Komplexe organische Verbindung eines Elements in der Behandlung von bestimmten Krankheiten wie Amöbenruhr, die durch Mikroorganismen verwendet.

physikalische Eigenschaften

Was ist Arsen in Bezug auf ihre physikalischen Eigenschaften? In seiner stabilsten Zustand ist es ein spröder Feststoff Stahl grauer Farbe mit niedriger thermischer und elektrischer Leitfähigkeit. Obwohl einige Formen von As sind Metall-like, seine Zuordnung zu Nichtmetallen – eine genauere Charakterisierung von Arsen. Es gibt andere Arten von Arsen, aber sie sind nicht sehr gut untersucht, vor allem gelb metastabile Form, bestehend aus Molekülen als _4, wie weißen Phosphor P _4. Arsen sublimiert bei einer Temperatur von 613 ° C und als Dampf existiert es als Molekül als _4, die auf eine Temperatur nicht dissoziieren von etwa 800 ° C. Vollständige Dissoziation des Moleküls auf der A ₂ erfolgt bei 1700 ° C

Atomare Struktur und die Fähigkeit, Bindungen zu bilden,

Elektronische Arsen Formel – 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ^{3 –} wie Stickstoff und Phosphor , die fünf Elektronen in der Außenschale hat, aber es unterscheidet sich von ihnen in Gegenwart von 18 Elektronen in der vorletzten Schale anstelle von zwei oder acht. Zugabe von 10 positiven Ladungen in dem Kern während des Füllen fünf 3d-Orbitale führt häufig allgemeine Abnahme der Elektronenwolke und zunehmende Elektronegativität Elemente. Arsen im Periodensystem kann mit anderen Gruppen verglichen werden, die dieses Muster zeigen deutlich. Beispielsweise ist es allgemein anerkannt, dass Zink elektronegativer als Magnesium und Gallium – als Aluminium. Doch in der folgenden Gruppe, diese Differenz verringert sich, und viele nicht mit der Tatsache, dass Deutschland Elektronegativität von Silizium, trotz der Fülle von chemischen Beweise zustimmen. Dieser Übergang von 8- bis 18-Zellmembran von Phosphor zu Arsen kann die Elektronegativität erhöhen, aber es bleibt umstritten.

Ähnlichkeit als die Außenschale und P zeigt an, daß sie drei bilden können kovalente Bindungen pro Atom in Gegenwart zusätzlicher ungebundenes Elektronenpaar. Die Oxidation muß daher +3 oder -3, abhängig von der gegenseitigen relativen Elektronegativität. Die Struktur des Arsens schlägt auch die Möglichkeit der Verwendung einer externen d-Orbitale für die Expansion des Oktetts, dass das Element 5 ermöglicht eine Verbindung zu bilden. Es wird erkannt, nur in der Reaktion mit Fluor. Das Vorhandensein eines freien Elektronenpaar für die Bildung von Komplexverbindungen (via Elektronendonation) Wie in Atom erscheint viel kleiner als der Phosphor und Stickstoff.

Arsen ist stabil in trockenen Luft, sondern in feuchten mit schwarzem Oxid bedeckt. Seine Dämpfe sind As ₂ O ₃ leicht bilden _verbrannt. Was ist Arsen im freien Zustand? Es ist praktisch nicht mit Wasser, Alkalien ausgesetzt und nicht-oxidierende Säuren, aber wird mit Salpetersäure zu einem Zustand +5 oxidiert. Da Arsen reagieren Halogenen, Schwefel und viele Metalle Arseniden bilden.

analytische Chemie

Die Substanz kann qualitativ nachgewiesen werden Arsen als gelbes orpiment präzipitiert unter der Einwirkung von 25% iger Salzsäurelösung. Spuren von As, in der Regel durch ihre Umwandlung in Arsin bestimmt, die durch den März-Test nachgewiesen werden können. Arsine thermisch einen schwarzen Spiegel von Arsen in dem engen Rohr zu bilden, zerlegt. Durch das Verfahren Gutzeit Sonde mit imprägnierten Quecksilberchlorid unter Einwirkung von Arsin abgedunkelten aufgrund der Ausfällung von Quecksilber.

Arsen toxikologische Eigenschaften

Zelltoxizität und seine Derivate sind sehr unterschiedlich in einem weiten Bereich, von extrem toxischen Arsin und deren organische Derivate einfach als, das relativ inert ist. Das Arsen ist, wobei die Verwendung seiner organischen Verbindungen, die als chemische Kampfstoffe (Lewisite) und defoliant blister Mittel ( „Mittel-Blau“, basierend auf einer wässrigen Mischung aus 5% Kakodylsäure, 26% Natriumsalz davon).

Im Allgemeinen Derivate dieses chemischen Elements reizt die Haut und Dermatitis verursachen. Auch empfohlen Schutz vor Einatmen von arsenhaltigen Staub, aber die meisten Vergiftungen treten auf, wenn eingenommen. Maximal zulässige Konzentration von As in Staub pro Acht-Stunden – Tag beträgt 0,5 mg / m ^3. Für Arsin Dosis pro Million auf 0,05 Teile reduziert. Neben der Verwendung der Verbindungen des chemischen Elements als Herbizide und Pestizide, ergab Arsen Anwendung in der Pharmakologie Salvarsan – erste erfolgreiche Medikament gegen Syphilis.

Auswirkungen auf die Gesundheit

Arsen ist eine der giftigsten Elemente. Anorganische Verbindungen der chemischen natürlich in kleinen Mengen. Die Benutzer können auf Arsen durch Nahrung, Wasser und Luft ausgesetzt werden. Die Belichtung kann auch auftreten, bei Kontakt der Haut mit verunreinigtem Boden oder Wasser.

der Arsengehalt ist sehr gering in Lebensmitteln. Jedoch kann sein Niveau in Fisch und Krustentieren sehr hoch sein, da sie chemisch aktives Element des Wassers zu absorbieren, in dem sie leben. Eine beträchtliche Menge von anorganischem Arsen in Fischen kann eine Gefahr für die menschliche Gesundheit.

Die Wirkungen von Substanzen sind auch für die Menschen unterworfen, die mit ihnen arbeiten, leben in Häusern aus Holz mit ihnen behandelt gebaut und auf landwirtschaftliche Flächen, die in der Vergangenheit Pestizide eingesetzt.

Anorganisches Arsen können verschiedene Gesundheitsschäden wie Reizung des Magens und des Darmes führen, verminderte Produktion von roten und weißen Blutkörperchen, Hautveränderung und Lungenreizungen. Es wird angenommen, dass die Absorption von einer signifikanten Menge dieser Substanz, die Chancen der Entwicklung von Krebs erhöhen kann, insbesondere Hautkrebs, Lunge, Leber und Lymphsystem.

Sehr hohe Konzentrationen von anorganischem Arsen sind die Ursache für Unfruchtbarkeit und Fehlgeburten bei Frauen, Dermatitis, Senkung Resistenz gegen Infektionen, Herzprobleme und Hirnschäden. Darüber hinaus ist dieses chemische Element zu beschädigen DNA fähig ist.

Letaldosis weißen Arsen ist 100 mg.

Die organische Verbindung eines Element oder Krebs oder den genetischen Code nicht beschädigen verursachen, aber hohe Dosen können Schaden für die menschliche Gesundheit, wie Nervenstörungen oder Schmerzen im Unterleib verursachen.

als Eigenschaften

Grund chemischen und physikalischen Eigenschaften von Arsen folgenden:

• Ordnungszahl – 33.
• Atomgewicht – 74,9216.
• Schmelzpunkt Graufäule – 814 ° C bei einem Druck von 36 Atmosphären.
• Dichte Graufäule – 5,73 g / cm ³ bei 14 ° C
• Die Dichte der gelben Form – 2,03 g / cm ³ bei 18 ° C
• Elektronische Arsen- formula – 1s 2s ^{2 2 2 6} 2P 3s 3p ⁶ 3D – 4S ^{10 2 _{3 4p.}}
• Oxidationsstufe – -3, +3, +5.
• Valenz von Arsen – 3, 5.