Що таке миш'як характеристика, властивості і застосування
Миш'як - хімічний елемент групи азоту (група 15 таблиці Менделєєва). Це сіре з металевим блиском крихке речовина (α-миш'як) з ромбоедричної кристалічною решіткою. При нагріванні до 600 ° C As сублімує. При охолодженні парів виникає нова модифікація - жовтий миш'як. Вище 270 ° C всі форми As переходять в чорний миш'як.
Історія відкриття
Про те, що таке миш'як, було відомо задовго до визнання його хімічним елементом. У IV ст. до н. е. Аристотель згадував про речовину під назвою «сандарак», яке, як тепер вважають, було реальгаром, або сульфідом миш'яку. А в I столітті н. е. письменники Пліній старший і Педаний Діоскорид описували аурипігмент - барвник As2 S3. В XI ст. н. е. розрізнялися три різновиди «миш'яку»: білий (As4 O6), жовтий (As2 S3) і червоний (As4 S4). Сам елемент, ймовірно, вперше був виділений в XIII столітті Альбертом Великим, який відзначив появу металлоподобного речовини, коли арсеникум, інша назва As2 S3. був нагрітий з милом. Але впевненості в тому, що цей вчений-натураліст отримав чистий миш'як, немає. Перше справжнє свідоцтво про виділення чистого хімічного елемента датовано 1 649 роком. Німецький фармацевт Іоганн Шредер приготував миш'як, нагріваючи його оксид в присутності вугілля. Пізніше Нікола Лемері, французький лікар і хімік, спостерігав утворення цього хімічного елемента при нагріванні суміші його оксиду, мила і поташу. До початку XVIII століття миш'як вже був відомий і як унікальний напівметал.
поширеність
У земній корі концентрація миш'яку невелика і складає 1,5 проміле. Він зустрічається в грунті і мінералах і може потрапити в повітря, воду і грунт завдяки вітрової та водної ерозії. Крім того, елемент надходить в атмосферу з інших джерел. В результаті виверження вулканів в повітря виділяється близько 3 тис. Т миш'яку в рік, мікроорганізми утворюють 20 тис. Т летючого метіларсіна в рік, а в результаті спалювання викопного палива за той же період виділяється 80 тис. Т.
Незважаючи на те що As - смертельна отрута, він є важливою складовою харчування деяких тварин і, можливо, людини, хоча необхідна доза не перевищує 0,01 мг / добу.
Миш'як вкрай важко перевести в водорозчинне або летючий стан. Той факт, що він досить мобільний, означає, що великі концентрації речовини в якомусь одному місці з'явитися не можуть. З одного боку, це добре, але з іншого - легкість, з якою він поширюється, є причиною того, що забруднення миш'яком стає все більшою проблемою. Через діяльність людини, в основному за рахунок видобутку і плавки, зазвичай немобільний хімічний елемент мігрує, і зараз його можна знайти не тільки в місцях його природної концентрації.
Кількість миш'яку в земній корі становить близько 5 г на тонну. У космосі його концентрація оцінюється як 4 атома на мільйон атомів кремнію. Цей елемент широко поширений. Невелике його кількість присутній в самородному стані. Як правило, освіти миш'яку чистотою 90-98% зустрічаються разом з такими металами, як сурма і срібло. Велика його частина, проте, входить до складу більш ніж 150 різних мінералів - сульфідів, арсенидів, сульфоарсенідов і арсеніти. Арсенопірит FeAsS є одним з найпоширеніших As-містять мінералів. Інші поширені сполуки миш'яку - мінерали реальгар As4 S4, аурипігмент As2 S3, леллінгіт FeAs2 і енаргіт Cu3 AsS4. Також часто зустрічається оксид миш'яку. Велика частина цієї речовини є побічним продуктом виплавки мідних, свинцевих, кобальтових і золотих руд.
У природі існує тільки один стабільний ізотоп миш'яку - 75 As. Серед штучних радіоактивних ізотопів виділяється 76 As c періодом напіврозпаду 26,4 ч. Миш'як-72, -74 і -76 використовуються в медичній діагностиці.
Промислове виробництво та застосування
Металевий миш'як отримують при нагріванні арсенопіріта до 650-700 ° C без доступу повітря. Якщо ж арсенопірит і інші металеві руди нагрівати з киснем, то As легко вступає з ним у з'єднання, утворюючи легко переганяється As4 O6. також відомий як «білий миш'як». Пари оксиду збирають і конденсують, і пізніше очищають повторною сублімацією. Велика частина As проводиться шляхом його відновлення вуглецем з білого миш'яку, отриманого таким чином.
Світове споживання металевого миш'яку є відносно невеликим - всього кілька сотень тонн на рік. Велика частина того, що споживається, надходить зі Швеції. Він використовується в металургії через його металлоідних властивостей. Близько 1% миш'яку застосовується у виробництві свинцевого дробу, так як він покращує округлість розплавленої краплі. Властивості підшипникових сплавів на основі свинцю поліпшуються як по тепловим, так і по механічним характеристикам, коли вони містять близько 3% миш'яку. Наявність малої кількості цього хімічного елемента в свинцевих сплавах загартовує їх для використання в акумуляторних батареях і кабельної броні. Невеликі домішки миш'яку підвищують корозійну стійкість і теплові властивості міді та латуні. У чистому вигляді хімічний елементарний As використовується для нанесення бронзового покриття і в піротехніці. Високоочищений миш'як знаходить застосування в напівпровідниковій техніці, де він використовується з кремнієм і германієм, а також у формі арсеніду галію (GaAs) в діодах, лазерах і транзисторах.
з'єднання As
Так як валентність миш'яку дорівнює 3 і 5, і він має ряд ступенів окислення від -3 до +5, елемент може утворювати різні види з'єднань. Найбільш важливе комерційне значення мають його оксиди, основними формами яких є As4 O6 і As2 O5. Миш'яковистий оксид, широко відомий як білий миш'як, - це побічний продукт випалювання руд міді, свинцю і деяких інших металів, а також арсенопіріта і сульфідних руд. Він є вихідним матеріалом для більшості інших з'єднань. Крім того, він використовується в пестицидах, служить знебарвлюючий речовиною у виробництві скла і консервантом для шкір. Пятиокись миш'яку утворюється при впливі окислювача (наприклад, азотної кислоти) на білий миш'як. Він є основним інгредієнтом інсектицидів, гербіцидів і клею для металу.
Арсин (AsH3), безбарвний отруйний газ, що складається з миш'яку і водню, - це ще одне відоме речовина. Речовина, зване також миш'яковистим воднем, отримують шляхом гідролізу металевих арсенидів і відновлення металів з сполук миш'яку в розчинах кислот. Він знайшов застосування як легирующая добавка в напівпровідниках і бойової отруйний газ. У сільському господарстві велике значення мають ортоарсенатна кислота (H3 AsO4), арсенат свинцю (PbHAsO4) і арсенату кальцію [Са3 (AsO4) 2], які використовуються для стерилізації грунту і боротьби з шкідниками.
Миш'як - хімічний елемент, який утворює безліч органічних сполук. Какодін (СН 3) 2 As-As (СН 3) 2. наприклад, використовується при підготовці широко використовуваного десиканта (осушающего кошти) - какоділовой кислоти. Складні органічні сполуки елемента застосовуються в лікуванні деяких захворювань, наприклад, амебної дизентерії, викликаної мікроорганізмами.
Фізичні властивості
Що таке миш'як з точки зору його фізичних властивостей? У найбільш стабільному стані він представляє собою крихке тверда речовина сталевого сірого кольору з низькою теплової та електричної провідністю. Хоча деякі форми As є металоподібними, віднесення його до неметалів - це більш точна характеристика миш'яку. Є й інші види миш'яку, але вони не дуже добре вивчені, особливо жовта метастабільна форма, що складається з молекул As4. подібно білому фосфору Р4. Миш'як переганяється при температурі 613 ° C, і у вигляді пари він існує як молекули As4. що не дисоціюють до температури близько 800 ° C. Повна дисоціація на молекули As2 відбувається при 1700 ° С.
Будова атома і здатність утворювати зв'язку
Електронна формула миш'яку - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 3 - нагадує азот і фосфор в тому, що в зовнішній оболонці є п'ять електронів, але він відрізняється від них наявністю 18 електронів в передостанній оболонці замість двох або восьми. Додавання 10 позитивних зарядів в ядрі під час заповнення п'яти 3d-орбіталей часто викликає загальне зменшення електронної хмари і збільшення електронегативності елементів. Миш'як в таблиці Менделєєва можна порівняти з іншими групами, які наочно демонструють цю закономірність. Наприклад, загальновизнано, що цинк є більш електронегативний, ніж магній, а галій - чим алюміній. Однак в наступних групах ця різниця зменшується, і багато хто не згоден з тим, що германій електронний торгівельний кремнію, незважаючи на велику кількість хімічних доказів. Подібний перехід від 8- до 18-елементної оболонці від фосфору до миш'яку може збільшити електронний торгівельний, але це залишається спірним.
Подібність зовнішньої оболонки As і P говорить про те, вони можуть утворювати 3 ковалентні зв'язки на атом при наявності додаткової незв'язаної електронної пари. Ступінь окислення повинна, отже, бути +3 або -3, в залежності від відносної взаємної електронегативності. Будова миш'яку також говорить про можливість використання зовнішньої d-орбіталі для розширення октету, що дозволяє елементу утворювати 5 зв'язків. Вона реалізується тільки при реакції з фтором. Наявність вільної електронної пари для утворення комплексних з'єднань (через донорство електронів) в атомі As проявляється набагато менше, ніж у фосфору й азоту.
Миш'як стабільний в сухому повітрі, а й у вологому покривається чорним оксидом. Його пари легко згорають, утворюючи As2 O3. Що таке миш'як у вільному стані? Він практично не схильний до дії води, лугів і неокисляющих кислот, але окислюється азотною кислотою до стану +5. З миш'яком реагують галогени, сірка, а багато металів утворюють арсеніди.
аналітична хімія
Речовина миш'як якісно можна виявити у вигляді жовтого аурипігменту, що випадає в осад під дією 25% розчину соляної кислоти. Сліди As, як правило, визначаються шляхом його перетворення в арсин, який можна виявити за допомогою тесту Маршу. Арсин термічно розкладається, утворюючи чорне дзеркало з миш'яку всередині вузької трубки. За методом Гутцайта пробник, просочений хлоридом ртуті, під дією арсину темніє через виділення ртуті.
Токсикологічна характеристика миш'яку
Токсичність елемента і його похідних широко змінюється в значних межах, від надзвичайно отруйного арсину і його органічних похідних до просто As, який відносно інертний. Про те, що таке миш'як, каже застосування його органічних сполук в якості бойових отруйних речовин (люізіт), везіканта і дефоліанту ( «Агент блю» на основі водної суміші 5% какоділовой кислоти 26% її натрієвої солі).
В цілому похідні даного хімічного елемента подразнюють шкіру і викликають дерматит. Також рекомендується захист від вдихання миш'як-яка містить пилу, але більша частина отруєнь відбувається при його вживанні всередину. Гранично допустима концентрація As в пилу за восьмигодинний робочий день становить 0,5 мг / м 3. Для арсину доза знижується до 0,05 частини на мільйон. Крім використання з'єднань даного хімічного елемента в якості гербіцидів і пестицидів, застосування миш'яку в фармакології дозволило отримати сальварсан - перший успішний препарат проти сифілісу.
Вплив на здоров'я
Миш'як є одним з найбільш токсичних елементів. Неорганічні сполуки цієї хімічної речовини в природних умовах зустрічаються в невеликих кількостях. Люди можуть піддаватися впливу миш'яку через їжу, воду і повітря. Експозиція може також статися при контакті шкіри з зараженим грунтом або водою.
Впливу речовини також піддаються люди, які з ним працюють, живуть в будинках, побудованих з обробленої їм деревини, і на землях сільськогосподарського призначення, де в минулому застосовувалися пестициди.
Неорганічний миш'як може викликати різні наслідки для здоров'я людини, такі як подразнення шлунка і кишечника, зниження виробництва червоних і білих клітин крові, зміна шкіри і роздратування легенів. Передбачається, що поглинання значної кількості цієї речовини може збільшити шанси розвитку раку, особливо раку шкіри, легенів, печінки і лімфатичної системи.
Дуже високі концентрації неорганічного миш'яку є причиною безпліддя і викиднів у жінок, дерматитів, зниження опірності організму інфекціям, проблем з серцем і пошкоджень мозку. Крім того, цей хімічний елемент здатний пошкодити ДНК.
Смертельна доза білого миш'яку дорівнює 100 мг.
Органічні сполуки елемента ні раку, ні пошкоджень генетичного коду не викликають, але високі дози можуть завдати шкоди здоров'ю людини, наприклад викликати нервові розлади або болю в животі.
властивості As
Основні хіміко-фізичні властивості миш'яку наступні:
- Атомне число - 33.
- Атомний вагу - 74,9216.
- Температура плавлення сірої форми - 814 ° C при тиску 36 атмосфер.
- Щільність сірої форми - 5,73 г / см 3 при 14 ° C.
- Щільність жовтої форми - 2,03 г / см 3 при 18 ° C.
- Електронна формула миш'яку - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 3.
- Стану окислювання - -3, +3, +5.
- Валентність миш'яку - 3, 5.
