Какво е арсен? Характеристики, свойства и приложение. Арсенът е опасно, но необходимо вещество Атомен номер на арсена.

Арсенът е химичен елемент от групата на азота (група 15 от периодичната таблица). Това е сиво, метално, крехко вещество (α-арсен) с ромбоедрична кристална решетка. При нагряване до 600°C As сублимира. Когато парата се охлади, се появява нова модификация - жълт арсен. Над 270°C всички форми на As се превръщат в черен арсен.

История на откритието

Какво е арсенът е известно много преди да бъде признат за химичен елемент. През 4 век. пр.н.е д. Аристотел споменава вещество, наречено сандарак, за което сега се смята, че е било реалгар или арсенов сулфид. И през 1 век от н.е. д. писателите Плиний Стари и Педаний Диоскорид описват орпимент - багрилото As 2 S 3. През 11 век н. д. Имаше три разновидности на „арсен“: бял (As 4 O 6), жълт (As 2 S 3) и червен (As 4 S 4). Самият елемент вероятно е изолиран за първи път през 13-ти век от Албертус Магнус, който забелязва появата на металоподобно вещество, когато арсеник, друго име за As 2 S 3, се нагрява със сапун. Но няма сигурност, че този естествен учен е получил чист арсен. Първите автентични доказателства за чиста изолация датират от 1649 г. Германският фармацевт Йохан Шрьодер приготвя арсен чрез нагряване на неговия оксид в присъствието на въглища. По-късно Никола Лемери, френски лекар и химик, наблюдава образуването на този химичен елемент чрез нагряване на смес от неговия оксид, сапун и поташ. В началото на 18 век арсенът вече е известен като уникален полуметал.

Разпространение

В земната кора концентрацията на арсен е ниска и възлиза на 1,5 ppm. Намира се в почвата и минералите и може да бъде изпуснат във въздуха, водата и почвата чрез вятърна и водна ерозия. Освен това елементът навлиза в атмосферата от други източници. В резултат на вулканични изригвания във въздуха се отделят около 3 хиляди тона арсен годишно, микроорганизмите произвеждат 20 хиляди тона летлив метиларзин годишно, а в резултат на изгарянето на изкопаеми горива се отделят 80 хиляди тона над същия период.

Въпреки факта, че As е смъртоносна отрова, той е важен компонент в диетата на някои животни и вероятно хора, въпреки че необходимата доза не надвишава 0,01 mg / ден.

Арсенът е изключително трудно да се превърне във водоразтворимо или летливо състояние. Фактът, че е доста подвижен, означава, че големи концентрации от веществото не могат да се появят на нито едно място. От една страна, това е нещо добро, но от друга страна, лекотата, с която се разпространява, е причината замърсяването с арсен да се превръща в по-голям проблем. Поради човешката дейност, главно чрез добив и топене, обикновено неподвижният химичен елемент мигрира и сега може да бъде намерен на места, различни от естествената му концентрация.

Количеството арсен в земната кора е около 5 g на тон. В космоса концентрацията му се оценява на 4 атома на милион силициеви атома. Този елемент е широко разпространен. Малко количество от него присъства в родното състояние. По правило арсеновите образувания с чистота 90-98% се срещат заедно с метали като антимон и сребро. По-голямата част от него обаче е включена в повече от 150 различни минерала – сулфиди, арсениди, сулфоарсениди и арсенити. Арсенопирит FeAsS е един от най-разпространените As-съдържащи минерали. Други често срещани съединения на арсена са минералите реалгар As 4 S 4, орпимент As 2 S 3, лелингит FeAs 2 и енаргит Cu 3 AsS 4. Арсеновият оксид също е често срещан. Повечето от това вещество е страничен продукт от топенето на медни, оловни, кобалтови и златни руди.

В природата има само един стабилен изотоп на арсена - 75 As. Сред изкуствените радиоактивни изотопи се откроява 76 As с период на полуразпад 26,4 ч. Арсен-72, -74 и -76 се използват в медицинската диагностика.

Промишлено производство и приложение

Металният арсен се получава чрез нагряване на арсенопирит до 650-700 °C без достъп на въздух. Ако арсенопиритът и други метални руди се нагреят с кислород, тогава As лесно се свързва с него, образувайки лесно сублимиран As 4 O 6, известен също като „бял арсен“. Оксидните пари се събират и кондензират и по-късно се пречистват чрез повтаряща се сублимация. По-голямата част от As се получава чрез редукция с въглерод от така получения бял арсен.

Световното потребление на метален арсен е сравнително малко - само няколкостотин тона годишно. Повечето от това, което се консумира, идва от Швеция. Използва се в металургията поради металоидните си свойства. При производството на оловни сачми се използва около 1% арсен, тъй като подобрява заоблеността на разтопената капка. Свойствата на лагерните сплави на основата на олово се подобряват както термично, така и механично, когато съдържат около 3% арсен. Наличието на малки количества от този химичен елемент в оловните сплави ги втвърдява за използване в батерии и кабелна броня. Малките примеси на арсен повишават устойчивостта на корозия и топлинните свойства на медта и месинга. В чист вид химическият елемент As се използва за бронзиране и в пиротехниката. Високо пречистеният арсен има приложения в полупроводниковата технология, където се използва със силиций и германий и под формата на галиев арсенид (GaAs) в диоди, лазери и транзистори.

Като връзки

Тъй като валентността на арсена е 3 и 5 и има диапазон от степени на окисление от -3 до +5, елементът може да образува различни видове съединения. Неговите най-важни търговски важни форми са As 4 O 6 и As 2 O 5 . Арсеновият оксид, известен като бял арсен, е страничен продукт от печене на медни, оловни и някои други метали, както и арсенопиритни и сулфидни руди. Той е изходният материал за повечето други съединения. Използва се и в пестицидите, като обезцветяващ агент в производството на стъкло и като консервант за кожи. Арсенов пентоксид се образува, когато бял арсен е изложен на окислител (като азотна киселина). Той е основната съставка на инсектициди, хербициди и лепила за метал.

Арсинът (AsH 3), безцветен отровен газ, съставен от арсен и водород, е друго известно вещество. Веществото, наричано още арсенов водород, се получава чрез хидролиза на метални арсениди и редукция на метали от арсенови съединения в киселинни разтвори. Той е намерил приложение като добавка в полупроводници и като химически боен агент. В селското стопанство арсеновата киселина (H 3 AsO 4), оловният арсенат (PbHAsO 4) и калциевият арсенат [Ca 3 (AsO 4) 2], които се използват за стерилизация на почвата и контрол на вредителите, са от голямо значение.

Арсенът е химичен елемент, който образува много органични съединения. Какодин (CH 3) 2 As−As(CH 3) 2, например, се използва при получаването на широко използвания десикант (изсушаващ агент) какодилова киселина. Комплексните органични съединения на елемента се използват при лечението на някои заболявания, например амебна дизентерия, причинена от микроорганизми.

Физични свойства

Какво представлява арсенът по отношение на неговите физични свойства? В най-стабилното си състояние той е крехко, стоманеносиво твърдо вещество с ниска термична и електрическа проводимост. Въпреки че някои форми на As са подобни на метал, класифицирането му като неметал е по-точна характеристика на арсена. Има и други форми на арсен, но те не са много добре проучени, особено жълтата метастабилна форма, състояща се от As 4 молекули, като белия фосфор P 4 . Арсенът сублимира при температура от 613 °C и под формата на пара съществува като As 4 молекули, които не се дисоциират до температура от около 800 °C. Пълната дисоциация на As 2 молекули настъпва при 1700 °C.

Атомна структура и способност за образуване на връзки

Електронната формула на арсена - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 3 - наподобява азота и фосфора по това, че във външната обвивка има пет електрона, но се различава от тях по това, че има 18 електрона в предпоследната черупка вместо две или осем. Добавянето на 10 положителни заряда към ядрото при запълване на петте 3d орбитали често води до общо намаляване на електронния облак и увеличаване на електроотрицателността на елементите. Арсенът в периодичната таблица може да се сравни с други групи, които ясно демонстрират този модел. Например, общоприето е, че цинкът е по-електроотрицателен от магнезия, а галият от алуминия. Въпреки това, в следващите групи тази разлика намалява и мнозина не са съгласни, че германият е по-електроотрицателен от силиция, въпреки изобилието от химически доказателства. Подобен преход от 8- към 18-елементна обвивка от фосфор към арсен може да увеличи електроотрицателността, но това остава спорно.

Сходството на външната обвивка на As и P предполага, че те могат да образуват 3 на атом в присъствието на допълнителна несвързана електронна двойка. Следователно степента на окисление трябва да бъде +3 или -3, в зависимост от относителната взаимна електроотрицателност. Структурата на арсена също предполага възможността за използване на външната d-орбитала за разширяване на октета, което позволява на елемента да образува 5 връзки. Реализира се само при взаимодействие с флуор. Наличието на свободна електронна двойка за образуване на комплексни съединения (чрез донорство на електрони) в атома As е много по-слабо изразено, отколкото при фосфора и азота.

Арсенът е стабилен в сух въздух, но се превръща в черен оксид във влажен въздух. Неговите пари лесно горят, образувайки As 2 O 3. Какво е свободен арсен? Практически не се влияе от вода, основи и неокисляващи киселини, но се окислява от азотна киселина до състояние +5. Халогените и сярата реагират с арсен и много метали образуват арсениди.

Аналитична химия

Веществото арсен може да се открие качествено под формата на жълт орпимент, който се утаява под въздействието на 25% разтвор на солна киселина. Следите от As обикновено се определят чрез превръщането му в арсин, който може да бъде открит с помощта на теста на Марш. Арсинът се разлага термично, за да образува черно огледало от арсен в тясна тръба. Според метода на Gutzeit проба, импрегнирана с арсин, потъмнява поради отделянето на живак.

Токсикологични характеристики на арсена

Токсичността на елемента и неговите производни варира в широки граници, от изключително токсичния арсин и неговите органични производни до просто As, който е относително инертен. Какво представлява арсенът се доказва от използването на неговите органични съединения като химически бойни агенти (люизит), везикант и дефолиант (Agent Blue на базата на водна смес от 5% какодилова киселина и 26% нейна натриева сол).

По принцип производните на този химичен елемент дразнят кожата и причиняват дерматит. Препоръчва се също защита от вдишване на прах, съдържащ арсен, но повечето отравяния възникват чрез поглъщане. Максимално допустимата концентрация на As в прах при осемчасов работен ден е 0,5 mg/m 3 . За арсин дозата се намалява до 0,05 ppm. В допълнение към използването на съединения на този химичен елемент като хербициди и пестициди, използването на арсен във фармакологията направи възможно получаването на салварсан, първото успешно лекарство срещу сифилис.

Ефекти върху здравето

Арсенът е един от най-токсичните елементи. Неорганичните съединения на този химикал се срещат естествено в малки количества. Хората могат да бъдат изложени на арсен чрез храна, вода и въздух. Експозицията може да възникне и при контакт на кожата със замърсена почва или вода.

Хората, които работят с него, живеят в домове, построени от дърво, обработено с него, и върху земеделски земи, където в миналото са били използвани пестициди, също са податливи на експозиция.

Неорганичният арсен може да причини различни здравни ефекти при хората, като дразнене на стомаха и червата, намалено производство на червени и бели кръвни клетки, кожни промени и дразнене на белите дробове. Подозира се, че поглъщането на значителни количества от това вещество може да увеличи шансовете за развитие на рак, особено рак на кожата, белите дробове, черния дроб и лимфната система.

Много високите концентрации на неорганичен арсен причиняват безплодие и спонтанни аборти при жените, дерматит, намалена устойчивост на организма към инфекции, сърдечни проблеми и увреждане на мозъка. Освен това този химически елемент може да увреди ДНК.

Смъртоносната доза бял арсен е 100 mg.

Органичните съединения на елемента не причиняват рак или увреждане на генетичния код, но високите дози могат да навредят на човешкото здраве, например да причинят нервни разстройства или болки в корема.

Имоти As

Основните химични и физични свойства на арсена са както следва:

Атомният номер е 33.
Атомно тегло - 74.9216.
Точката на топене на сивата форма е 814 °C при налягане от 36 атмосфери.
Плътността на сивата форма е 5,73 g/cm 3 при 14 °C.
Плътността на жълтата форма е 2,03 g/cm 3 при 18 °C.
Електронната формула на арсена е 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 3.
Степени на окисление - -3, +3, +5.
Валентността на арсена е 3,5.

Арсен- минерал от класа на самородните елементи, полуметал, химична формула As. Често срещани примеси са Sb, S, Fe, Ag, Ni; по-рядко Bi и V. Съдържанието на As в естествения арсен достига 98%. Химически елемент от 15-та група (според остарялата класификация - основната подгрупа на петата група) от четвъртия период на периодичната система; има атомен номер 33. Арсенът (суровият арсен) е твърдо вещество, извлечено от естествени арсенопирити. Съществува в две основни форми: обикновен, така нареченият „метален” арсен, под формата на лъскави кристали с цвят на стомана, крехък, неразтворим във вода, и жълт арсен, кристален, доста нестабилен. Арсенът се използва в производството на арсенов дисулфид, изстрел, твърд бронз и различни други сплави (калай, мед и др.)

Вижте също:

СТРУКТУРА

Кристалната структура на арсена е дитригонално-скаленоедрична симетрия. Тригонална сингония, c. с. L633L23PC. Кристалите са изключително редки и имат ромбоедричен или псевдокубичен хабитус.

Идентифицирани са няколко алотропни модификации на арсена. При нормални условия металният или сив арсен (алфа арсен) е стабилен. Кристалната решетка на сивия арсен е ромбоедрична, слоеста, с период a = 4,123 A, ъгъл a = 54° 10′. Плътност (при температура 20° C) 5,72 g/cm 3 ; температурен коефициент линейно разширение 3,36 10 градуса; специфично електрическо съпротивление (температура 0° C) 35 10 -6 ohm cm; NV = f 147; коефициент свиваемост (при температура 30° С) 4,5 х 10 -6 cm 2 /kg. Точката на топене на алфа-арсена е 816 ° C при налягане от 36 атмосфери.

Под атм. Арсенът сублимира под налягане при температура от 615°C, без да се топи. Топлина на сублимация 102 cal/g. Парите на арсена са безцветни, до температура 800°C те се състоят от молекули As 4, от 800 до 1700°C - от смес от As 4 и As 2, над температура 1700°C - само от As 2. При бързата кондензация на арсенови пари върху повърхност, охлаждана от течен въздух, се образува жълт арсен - прозрачни меки кристали от кубична система с плътност 1,97 g/cm 3 . Известни са и други метастабилни модификации на арсен: бета-арсен - аморфен стъкловиден, гама-арсен - жълто-кафяв и делта-арсен - кафяв аморфен с плътност съответно 4,73; 4,97 и 5,10 g/cm3. При температура над 270°C тези модификации се превръщат в сив арсен.

ИМОТИ

Цветът на прясна фрактура е цинково-бял, калаено-бял до светлосив, бързо избледнява поради образуването на тъмно сиво петно; черно върху изветряла повърхност. Твърдост по скалата на Моос 3 - 3,5. Плътност 5,63 - 5,8 g/cm3. Чуплив. Диагностицира се по характерната миризма на чесън при удар. Разцепването е перфектно според (0001) и по-малко перфектно според (0112). Счупването е зърнесто. Ud. тегло 5,63-5,78. Линията е сива, калаено-бяла. Блясъкът е метален, силен (при прясно счупване), бързо избледнява и става матов върху окислена повърхност, почерняла с времето. Диамагнетичен е.

МОРФОЛОГИЯ

Арсенът обикновено се наблюдава под формата на кори със синтерована бъбрековидна повърхност, сталактити, черупковидни образувания, които при счупване разкриват кристално-зърнеста структура. Природният арсен се разпознава доста лесно по формата на отлаганията, почернялата повърхност, значителното специфично тегло, силния метален блясък в прясна фрактура и идеалното разцепване. Под духалката се изпарява, без да се топи (при температура около 360°), излъчвайки характерна миризма на чесън и образувайки бяло покритие от As 2 O 3 върху въглищата. Преминава в течно състояние само при повишено външно налягане. В затворена тръба образува огледало от арсен. При рязък удар с чук издава миризма на чесън.

ПРОИЗХОД

Арсенът се среща в хидротермалните отлагания като метаколоидни образувания в кухини, очевидно образувани през последните моменти на хидротермална активност. Във връзка с него се срещат различни по състав арсенови, антимонови и по-рядко серни съединения на никел, кобалт, сребро, олово и др., както и неметални минерали.

В литературата има индикации за вторичния произход на арсена в зоните на изветряне на находища на арсенова руда, което, общо казано, е малко вероятно, като се има предвид, че при тези условия той е много нестабилен и, бързо се окислява, се разлага напълно. Черните корички се състоят от фина смес от арсен и арсенолит (As 2 O 3). В крайна сметка се образува чист арсенолит.

На територията на СССР местният арсен е открит в няколко находища. От тях отбелязваме хидротермалното оловно-цинково находище Садон, където многократно се наблюдава под формата на бъбрековидни маси върху кристален калцит с галенит и сфалерит. По левия бряг на реката са открити големи бъбрековидни натрупвания на самороден арсен с концентрична раковина. Чикоя (Трансбайкалия). В парагенезата с него се наблюдава само калцит под формата на ръбове по стените на тънки жилки, пресичащи древни кристални шисти. Под формата на фрагменти (фиг. 76) арсенът е открит и в района на ул. Джалинда, Амурска железница и на други места.

В редица находища в Саксония (Фрайберг, Шнееберг, Анаберг и др.) е наблюдаван естествен арсен във връзка с арсенови съединения на кобалт, никел, сребро, самороден бисмут и др. Всички тези и други находки на този минерал не са от практическо значение.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Арсенът се използва за легиране на оловни сплави, използвани за приготвяне на изстрел, тъй като когато изстрелът се отлива по метода на кулата, капките от сплавта арсен-олово придобиват строго сферична форма и в допълнение силата и твърдостта на оловото се увеличават значително. Арсенът със специална чистота (99,9999%) се използва за синтеза на редица полезни и важни полупроводникови материали - арсениди (например галиев арсенид) и други полупроводникови материали с кристална решетка като цинкова смес.

Арсеновите сулфидни съединения - орпимент и реалгар - се използват в живописта като бои и в кожарската промишленост като средство за премахване на космите от кожата. В пиротехниката реалгарът се използва за произвеждане на „гръцки“ или „индийски“ огън, който се получава при изгаряне на смес от реалгар със сяра и нитрат (при изгаряне образува ярък бял пламък).
Някои органоелементни съединения на арсена са химически бойни агенти, например люизит.

В началото на 20 век някои производни на какодил, например салварсан, се използват за лечение на сифилис; с течение на времето тези лекарства са изместени от медицинската употреба за лечение на сифилис от други, по-малко токсични и по-ефективни фармацевтични лекарства, които не съдържат арсен.

Много от съединенията на арсена в много малки дози се използват като лекарства за борба с анемията и редица други сериозни заболявания, тъй като имат клинично забележим стимулиращ ефект върху редица специфични функции на тялото, по-специално върху хемопоезата. От неорганичните съединения на арсен арсеновият анхидрид може да се използва в медицината за приготвяне на хапчета и в стоматологичната практика под формата на паста като некротизиращо лекарство. Това лекарство е разговорно и разговорно наричано "арсен" и се използва в стоматологията за локална некроза на зъбния нерв. Понастоящем препаратите с арсен рядко се използват в денталната практика поради тяхната токсичност. Сега са разработени и се използват други методи за безболезнена некроза на зъбния нерв под локална анестезия.

Арсен - Ас

КЛАСИФИКАЦИЯ

Strunz (8-мо издание)	1/Б.01-10
Nickel-Strunz (10-то издание)	1.CA.05
Дана (7-мо издание)	1.3.1.1
Дана (8-мо издание)	1.3.1.1
Хей, CIM Ref.	1.33

МИНИСТЕРСТВО НА ОБРАЗОВАНИЕТО И НАУКАТА НА РУСКАТА ФЕДЕРАЦИЯ

FSBEI HPE TYUMEN ДЪРЖАВЕН АРХИТЕКТУРЕН И СТРОИТЕЛЕН УНИВЕРСИТЕТ

РЕЗЮМЕ

Дисциплина: "Строителни материали"

По темата: „Арсенът е елемент от периодичната таблица“

Изпълнил: студент 1 курс, гр. S12-1

Записна книга номер 008

Долгий П.В.

Проверен от: Тенкачев Ш.З.

ВЪВЕДЕНИЕ

Арсенът е елемент, който не е много разпространен, но доста широко известен, елемент, чиито свойства са несъвместими противоречиви. Също така е трудно да се съвместят ролите, които този елемент е играл и продължава да играе в живота на човечеството.

Уникалното при арсена е, че може да се намери навсякъде – в скали, минерали, вода, почва, животни и растения. Наричат го дори вездесъщия елемент. Арсенът е разпространен в различни географски региони на Земята поради летливостта на неговите съединения и високата им разтворимост във вода. Ако климатът на региона е влажен, елементът се измива от земята и след това се отнася от подземните води. Повърхностните води и дълбините на реките съдържат от 3 µg/l до 10 µg/l от веществото, а морската и океанската вода съдържат много по-малко, около 1 µg/l. Арсенът се среща в тялото на възрастен човек в количества от приблизително 15 mg. По-голямата част от него се намира в черния дроб, белите дробове, тънките черва и епитела. Абсорбцията на веществото се извършва в стомаха и червата. Антагонистите на веществото са фосфор, сяра, селен, витамини Е, С, както и някои аминокиселини. От своя страна веществото нарушава усвояването от организма на селен, цинк, витамини А, Е, С и фолиева киселина. Тайната на ползите му е в количеството: в малка доза изпълнява редица полезни функции; а при големите е мощна отрова.

Така в различно време, при различни обстоятелства, под различни форми той действа като отрова и като лечебно средство, като вреден и опасен производствен отпадък и като съставна част на най-полезните, незаменими вещества.

Цел на работата: Целта на работата беше да се проучи ефектът на арсена и препаратите на негова основа върху човешкото тяло и околната среда, както и използването му в производството.

За постигането на тази цел бяха решени следните задачи:

1. Дава се общо описание на арсена;

2. Разглеждат се физикохимичните свойства, токсичните свойства и механизмът на токсичното действие на арсена;

3. Разгледани са методите и видовете използване на арсена;

4. Прави се заключение за свършената работа.

ГЛАВА 1. ХАРАКТЕРИСТИКИ НА ЕЛЕМЕНТА

Арсен (лат. Arsenicum), As, химичен елемент от V група на периодичната система на Менделеев, атомен номер 33, атомна маса 74.9216; стоманеносиви кристали. Зеленикав полуметал.

Елементът се състои от един стабилен изотоп 75 As. Смята се, че руското име идва от думата „мишка“ (след използването на арсенови препарати за унищожаване на мишки и плъхове). На Алберт Магнус се приписва получаването на арсен в свободно състояние около 1250 г. През 1789 г. А. Лавоазие включва арсена в списъка на химичните елементи.

Съдържанието на арсен в земната кора е само 0,0005%, но този елемент е доста активен и затова има над 120 минерала, които съдържат арсен.Основният промишлен минерал на арсена е арсенопиритът FeAsS. Има големи медно-арсенови находища в САЩ, Швеция, Норвегия и Япония, арсено-кобалтови находища в Канада и арсеново-калаени находища в Боливия и Англия. Освен това златно-арсенови находища са известни в САЩ и Франция. Многобройни находища на арсен се намират в Якутия и Кавказ, в Централна Азия и Урал, в Сибир и Чукотка, в Казахстан и Забайкалия. Арсенът е един от малкото елементи, чието търсене е по-малко от способността да се произвеждат.

Тъй като съединенията на арсена са летливи при високи температури, елементът не се натрупва по време на магматични процеси; той се концентрира, утаявайки се от горещи дълбоки води (заедно със S, Se, Sb, Fe, Co, Ni, Cu и други елементи). По време на вулканични изригвания арсенът навлиза в атмосферата под формата на своите летливи съединения. Тъй като арсенът е многовалентен, неговата миграция е силно повлияна от редокс средата. При окислителни условия на земната повърхност се образуват арсенати (As 5+) и арсенити (As 3+). Това са редки минерали, които се срещат само в райони с находища на арсен. Природният арсен и минералите As 2+ са дори по-рядко срещани. От многобройните арсенови минерали (около 180), само арсенопиритът FeAsS е от основно индустриално значение.

Малки количества арсен са необходими за живота. Въпреки това, в райони с находища на арсен и активността на млади вулкани, почвите на някои места съдържат до 1% арсен, което се свързва с болести по добитъка и смърт на растителността. Натрупването на арсен е особено характерно за ландшафти на степи и пустини, в почвите на които арсенът е неактивен. При влажен климат арсенът лесно се измива от почвата.

В живата материя има средно 3·10 -5% арсен, в реките 3·10 -7%. Арсенът, пренесен от реките в океана, се утаява относително бързо. В морската вода има само 1·10 -7% арсен, но в глините и шистите е 6,6·10 -4%. Седиментните железни руди и феромангановите конкреции често са обогатени с арсен.

В съзнанието на мнозина думите „отрова“ и „арсен“ са идентични. Това вече се е случило исторически. Има истории за отровите на Клеопатра. Отровите на Locusta били известни в Рим. Отровата също е била обичайно оръжие за елиминиране на политически и други противници в средновековните италиански републики. Във Венеция, например, специалисти отровители са държани в съда. И основният компонент на почти всички отрови беше арсенът.

В Русия по време на царуването на Анна Йоановна - през януари 1733 г., е издаден закон, забраняващ продажбата на частни лица на "витриол и кехлибарено масло, силна водка, арсен и цилибуча". Законът е изключително строг и гласи: "Кой отсега нататък използват арсен и други гореспоменати Те ще започнат да продават материали и ще бъдат хванати с това, или всеки, който бъде осъден, ще бъде подложен на сурово наказание и изпратен в изгнание без никаква милост, а тези, които ще купуват от някого покрай аптеките и кметствата, ще също да бъдат преподавани. И ако някой, закупил такива отровни материали, причини вреда на хората, търсените не само ще бъдат измъчвани, но и ще бъдат екзекутирани със смърт, в зависимост от важността на въпроса.

Векове наред съединенията на арсена са привличали (и все още продължават да привличат) вниманието на фармацевти, токсиколози и криминалисти.

Но не само арсенът е отрова, арсенът е и лекарство. Учените предполагат, че микродозите арсен повишават устойчивостта на организма към вредните микроби.

Лекарите твърдят, че зъбният кариес е най-често срещаното заболяване в наше време. В днешно време е трудно да се намери човек, който да няма поне един пломбиран зъб. Заболяването започва с унищожаването на варовити соли на зъбния емайл, а след това патогенните микроби започват неприятния си бизнес. Започва възпалението му и тогава лекарят, за да избегне най-лошото, решава да умъртви нерва. Подава се команда: „арсен!“ и върху пулпата, открита от инструмента, се поставя зрънце паста с размер на глава на карфица. Арсеновата киселина, която е част от тази паста, бързо дифундира в пулпата (болката, която се усеща, не е нищо повече от „последния вик” на умиращата пулпа) и след 24...48 часа всичко свършва – зъбът е мъртъв. Сега лекарят може безболезнено да отстрани пулпата и да запълни пулпната камера и кореновите канали с антисептична паста и да запълни „дупката“.

Арсенът и неговите съединения се използват не само в стоматологията. Салварсан, 606-ото лекарство на Паул Ерлих, немски лекар, открил в началото на 20 век, придоби световна известност. първото ефикасно средство за борба с луис.

Салварсан беше заменен от други лекарства с арсен, по-ефективни и по-малко токсични, по-специално неговите производни: новарсенол, миарсенол и др.

В медицинската практика се използват и някои неорганични арсенови съединения. Арсеновият анхидрид As 2 O 3, калиевият арсенит KAsO 2, натриевият хидроарсенат Na2HAsO 4 · 7H 2 O (в минимални дози, разбира се) инхибират окислителните процеси в организма и подобряват хемопоезата. Същите вещества – като външни – се предписват при някои кожни заболявания. Именно на арсена и неговите съединения се приписва лечебното действие на някои минерални води.

Освен всичко друго, арсенът е оръжие за унищожение.

Не е тайна, че арсенът беше широко използван и може би все още се използва в производството на химически оръжия, не по-малко престъпни от ядрените оръжия.

Съединенията на арсена са включени във всички основни групи известни бойни отровни вещества (CWA). Сред общо токсичните ефекти са арсинът, арсеновият водород AsH 3. Това е най-отровното от всички арсенови съединения: достатъчно е да дишате въздух в продължение на половин час, един литър от който съдържа 0,00005 g AsH 3, за да отидете в следващия свят след няколко дни. Концентрация на AsH 3 от 0,005 g/l убива незабавно. Смята се, че биохимичният механизъм на действие на AsH 3 е, че неговите молекули "блокират" молекулите на еритроцитния ензим - каталаза; Поради това водородният пероксид се натрупва в кръвта, унищожавайки кръвта. Активният въглен слабо сорбира арсин, така че обикновената газова маска не е защитник срещу арсин.

Друга голяма група от токсични вещества - дразнителите - се състои почти изцяло от арсенови съединения. Типични негови представители са дифенилхлороарзин (C b H 5) 2 AsCl и дифенилцианарзин (C 6 H 5) 2 AsCN.

Веществата от тази група селективно действат върху нервните окончания на лигавиците - главно мембраните на горните дихателни пътища.

Сред токсичните вещества с блистерно действие е люизитът, който реагира със сулфоптдрилни SH групи ензими и нарушава хода на много биохимични процеси. Абсорбиран през кожата, люизитът причинява общо отравяне на организма. Това обстоятелство по едно време даде повод на американците да рекламират люизит под името „роса на смъртта“.

1.1. Физични свойства на арсена

Арсенът има няколко алотропни модификации. При нормални условия най-стабилен е така нареченият метален или сив арсен (α-As) - сиво-стоманена крехка кристална маса; когато е прясно счупен, има метален блясък, на въздух бързо става матов, тъй като е покрит с тънък слой от As 2 O 3 . Кристалната решетка на сивия арсен е ромбоедрична (a = 4.123Å, ъгъл α = 54°10", x == 0.226), слоеста. Плътност 5.72 g/cm 3 (при 20 °C), електрическо съпротивление 35·10 -8 ohm m, или 35 10 -6 ohm cm, температурен коефициент на електрическо съпротивление 3,9 10 -3 (0°-100 °C), твърдост по Бринел 1470 MN/m 2 или 147 kgf/mm 2 (3 -4 според Moocy ); Арсенът е диамагнитен. При атмосферно налягане арсенът сублимира при 615 °C, без да се топи, тъй като тройната точка α-As се намира при 816 °C и налягане от 36 at. Арсеновите пари се състоят от до 800 °C As 4 молекули , над 1700 °C - само от As 2. При кондензация на арсенови пари върху повърхност, охлаждана от течен въздух, се образува жълт арсен - прозрачни, меки като восъчни кристали, с плътност 1,97 g/cm 3, подобни по свойства на белия фосфор.светъл или при слабо нагряване се превръща в сив арсен.Известни са и стъклено-аморфни модификации: черен арсен и кафяв арсен, които при нагряване над 270 ° C се превръщат в сив арсен.

1.2. Химични свойства на арсена

Конфигурацията на външните електрони на атома Арсен е 3d 10 4s 2 4p 3. В съединения арсенът има степени на окисление +5, +3 и -3. Сивият арсен е много по-малко химически активен от фосфора. При нагряване на въздух над 400 °C арсенът изгаря, образувайки As 2 O 3. Арсенът се свързва директно с халогени; при нормални условия AsF 5 е газ; AsF 3, AsCl 3, AsBr 3 - безцветни, силно летливи течности; AsI 3 и As 2 I 4 са червени кристали. При нагряване на арсен със сяра се получават сулфиди: оранжево-червен As 4 S 4 и лимонено-жълт As 2 S 3. Бледожълтият сулфид As 2 S 5 се утаява чрез преминаване на H 2 S в охладен с лед разтвор на арсенова киселина (или нейните соли) в димяща солна киселина:

2H 3 AsO 4 + 5H 2 S = As 2 S 5 + 8H 2 O;

При около 500 °C се разлага на As 2 S 3 и сяра. Всички арсенови сулфиди са неразтворими във вода и разредени киселини. Силните окислители (смеси от HNO 3 + HCl, HCl + KClO 3) ги превръщат в смес от H 3 AsO 4 и H 2 SO 4. Тъй като 2 S 3 сулфидът лесно се разтваря в сулфиди и полисулфиди на амониеви и алкални метали, образувайки соли на киселини - тиоарсен H 3 AsS 3 и тиоарсен H 3 AsS 4 . С кислорода арсенът произвежда оксиди: арсенов (III) оксид As 2 O 3 - арсенов анхидрид и арсенов (V) оксид As 2 O 5 - арсенов анхидрид. Първият от тях се образува от действието на кислорода върху арсена или неговите сулфиди, например 2As 2 S 3 + 9O 2 = 2As 2 O 3 + 6SO 2. Тъй като парите на 2 O 3 се кондензират в безцветна стъкловидна маса, която с течение на времето става непрозрачна поради образуването на малки кубични кристали, плътност 3,865 g/cm 3 . Плътността на парите съответства на формулата As 4 O 6; над 1800 °C парата се състои от As 2 O 3. 2,1 g As 2 O 3 се разтварят в 100 g вода (при 25 °C). Арсеновият (III) оксид е амфотерно съединение с преобладаващи киселинни свойства. Известни са соли (арсенити), съответстващи на ортоарсенови киселини H 3 AsO 3 и метаарсен HAsO 2; самите киселини не са получени. Само алкални метали и амониеви арсенити са разтворими във вода. As 2 O 3 и арсенитите обикновено са редуциращи агенти (например As 2 O 3 + 2I 2 + 5H 2 O = 4HI + 2H 3 AsO 4), но могат да бъдат и окислители (например As2O3 + 3C = 2As + 3CO).

Арсеновият (V) оксид се получава чрез нагряване на арсенова киселина H3AsO4 (около 200 °C). Той е безцветен и се разлага на As2O3 и O2 при около 500 °C. Арсеновата киселина се получава чрез действието на концентрирана HNO3 върху As или As2O3. Солите на арсеновата киселина (арсенати) са неразтворими във вода, с изключение на соли на алкални метали и амониеви соли. Известни са соли, които съответстват на киселините ортоарсен H3AsO4, метаарсен HAsO3 и пироарсен H4As2O7; последните две киселини не са получени в свободно състояние. Когато се сплави с метали, арсенът образува предимно съединения (арсениди).

1.3. Получаване на арсен

Арсенът се произвежда промишлено чрез нагряване на арсенов пирит:

FeAsS = FeS + As

или (по-рядко) редукция на As2O3 с въглища. И двата процеса се извършват в реторти от огнеупорна глина, свързани с приемник за кондензация на арсенови пари. Арсеновият анхидрид се получава чрез окислително печене на арсенови руди или като страничен продукт от печене на полиметални руди, които почти винаги съдържат арсен. По време на окислителното печене се образуват пари As2O3, които кондензират в събирателните камери. Суровият As2O3 се пречиства чрез сублимация при 500-600 °C. Пречистен As2O3 се използва за производството на арсен и неговите препарати.

ГЛАВА 2. ИЗПОЛЗВАНЕ НА АРСЕН

2.1. Индустриално приложение

Около 98% от целия добит арсен не се използва в чиста форма. Но съединенията му придобиха популярност и се използват в различни индустрии. Годишно се добиват и използват стотици тонове от веществото. Добавя се към лагерни сплави за подобряване на качеството, използва се при създаването на кабели и оловни батерии за увеличаване на твърдостта и се използва в сплави с германий или силиций при производството на полупроводникови устройства. Арсенът се използва като добавка, която придава определен тип проводимост на „класическите“ полупроводници. Арсенът е ценен материал в цветната металургия. При добавяне на олово в количество от 1% твърдостта на сплавта се увеличава. Ако добавите малко арсен към разтопено олово, тогава в процеса на леене на изстрела излизат сферични топки с правилна форма. Добавките към медта повишават нейната здравина, устойчивост на корозия и твърдост. Благодарение на тази добавка течливостта на медта се увеличава, което улеснява процеса на изтегляне на тел. Както се добавя към някои видове месинг, бронз, печатарски сплави и бабити. Но все пак металурзите се опитват да изключат тази добавка от производствения процес, тъй като е много вредна за хората. Освен това той е вреден и за металите, тъй като наличието на арсен в големи количества влошава свойствата на много сплави и метали.

Арсеновите съединения се използват като антисептик за защита срещу разваляне, както и за запазване на кожи, кожи, препарирани животни; за създаване на противообрастващи бои за воден транспорт; за импрегниране на дърво. Биологичната активност на някои производни на As заинтересува агрономи, служители на санитарно-епидемиологичните служби и ветеринарни лекари. В резултат на това бяха създадени лекарства, съдържащи арсен, които бяха стимуланти на производителността и растежа; лекарства за профилактика на болести по добитъка; антихелминтни средства. Продуктите, съдържащи арсен, се използват за борба с гризачи, плевели и насекоми. Преди това те са били активно използвани за обработка на памучни и тютюневи насаждения, овощни дървета; за избавяне на добитъка от бълхи и въшки; за сушене на памукови насаждения преди прибиране на реколтата; за стимулиране на растежа в свиневъдството и птицевъдството. Собствениците на земя в древен Китай са третирали оризовите култури с арсенов оксид, за да ги предпазят от гъбични заболявания и плъхове и по този начин да защитят реколтата. Сега, поради токсичността на веществата, съдържащи арсен, използването им в селското стопанство е ограничено. Най-важните области на използване на вещества, съдържащи арсен, са производството на микросхеми, полупроводникови материали и оптични влакна, филмова електроника, както и отглеждането на специални монокристали за лазери. В тези случаи по правило се използва газообразен арсин. Арсенидите на индий и галий се използват в производството на диоди, транзистори и лазери. В тъканите и органите елементът се намира главно в протеиновата фракция, много по-малко от него е в киселинноразтворимата фракция и само малка част от него е в липидната фракция. Той е участник в редокс реакции, без него е невъзможно окислителното разграждане на сложните въглехидрати. Той участва във ферментацията и гликолизата. Съединенията на това вещество се използват в биохимията като специфични ензимни инхибитори, които са необходими за изследване на метаболитни реакции. Необходим е за човешкото тяло като микроелемент. В медицината употребата на арсен е много по-малко, отколкото в производството. Въпреки това, диагностицирането на различни патологии и заболявания, както и лечението на зъбни заболявания, се извършва с помощта на микроскопични дози арсен. Най-важното нещо за арсена е неговата токсичност за човешкото здраве. Тъй като има отрицателно въздействие върху здравето, медицинската област на науката се занимава с задълбочено изследване на свойствата му, която търси методи за защита на човек от интоксикация с арсен или минимизиране на последствията от него.

2.2. Приложение в строителството

Дори древните производители на стъкло са знаели, че арсеновият триоксид прави стъклото „матово“, тоест непрозрачно. Малките добавки от това вещество обаче, напротив, изсветляват стъклото. През 1612 г. във Флоренция е публикуван първият научен труд в областта на стъкларството - книга на монаха А. Нери. Говори се за използването на арсенов оксид за отстраняване на въздушни мехурчета от стъкло. За тази цел днес понякога се използват арсенови оксиди. Арсенът е компонент на някои промишлени стъкла, като полукристал (0,5%) и термометрично стъкло, като Jena (0,2%). В инфрачервената технология се използва стъкло на основа As2S3. Коефициентът на топлинно разширение на такова стъкло е почти същият като този на алуминия. Пропуска добре радиация с дължини на вълните от 1 до 12 микрона. А стъклото, съдържащо съединение от арсен и селен, въпреки че пропуска добре инфрачервеното лъчение, е непрозрачно за видимата светлина.

Арсенът се използва и при консервиращо третиране на дърво (основната област на потребление на арсен в Съединените щати през 2001-2002 г.) Но поради затягането на контрола върху околната среда, насочен към защита на човешкото здраве, беше решено да се спре използването на арсен за третиране дървен материал, предназначен за подови настилки и външни облицовки на жилищни сгради.

2.3. Арсенът – стимулатор на техническия прогрес

Арсенът се използва и днес, въпреки че наред с отдавна познатите му съединения (и по-често вместо тях) се използват сравнително нови. На първо място, това са галиеви и индиеви арсениди GaAs и InAs, както и твърди разтвори на тези съединения с галиеви и индиеви фосфиди.
През 2012 г. пазарът на полупроводници от галиев арсенид (GaAs) продължи да се развива, увеличавайки търсенето на арсен. Сега значителното търсене на такива полупроводници идва не само от пазара на мобилни телефони и други високоскоростни безжични устройства, но и от пазара на смартфони. Китай е най-големият производител на арсен, доставяйки 56,8% от този метал. Чили е на второ място с 22,7% пазарен дял.

В допълнение, тъмносив с виолетов оттенък и метален блясък, галиевият арсенид е един от основните полупроводникови материали за интегрални схеми, фотодетектори, слънчеви клетки и лазерни части. Индиевият арсенид има не по-малко подобни области на приложение.

InAs се използва като материал при създаването на електронни устройства за силнотокова електроника, микровълнова електроника, оптични приемници и инфрачервени излъчватели. Той има предимства пред силиций и галиев арсенид поради по-голямата подвижност на носителите на заряд.

Чрез промяна на състава на InAs е възможно да се оптимизират емисионните спектри и чувствителността на близките инфрачервени приемници, които се използват във влакнесто-оптични технологии за предаване на данни, използващи инфрачервено лъчение с дължини на вълните от 1300 и 1550 nm.

На базата на този материал са направени микровълнови транзистори.

GaInAs заменя германия като материал за детектори в близката инфрачервена област, тъй като има значително по-нисък тъмен ток и се използва в някои камери в близката инфрачервена област.

InGaAs също има по-нисък лавинен шум в сравнение с германия в лавинните фотодиоди, където се използва като лавинен слой.

Използването на GaInAs като работна среда за полупроводникови лазери, работещи при дължини на вълните 905 nm, 980 nm, 1060 nm и 1300 nm, е обещаващо.

GaInAs квантовите точки в GaAs матрица са изследвани за приложения в лазери.

Съединението Ga 0,47 In 0,53 As може да се използва като междинен слой с по-голяма ширина на лентата в многослойни фотоволтаични клетки, тъй като поради отличното му съвпадение на константата на решетката с германий, плътността на дислокациите е намалена и по този начин ефективността на клетката се увеличава.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

И така, какво знаем за историята на арсена? Познат е от древността и е споменат още от Аристотел. Използването на арсенови сулфиди от пациенти е описано от Плиний и Хипократ. Токсичните свойства на арсена са били познати на лечителите дори в предалхимичния период. Някои изследователи смятат, че руското му име е свързано с отровата за мишки. В. И. Дал не отделя думата „арсен“ в своя речник, но я обяснява заедно с други производни от думата „мишка“.

Алхимиците го наричат "лекарството за избелване на Венера" (Венера е мед). Т. Парацелз (1493–1541) обърна внимание на арсеновата киселина и въведе в употреба „запалим арсен“ - калиев арсенат. Е. Франкланд (1825–1899) обяснява концепцията за валентност, използвайки примера на какодил - As(C 2 H 3) 2. (Впоследствие е установено, че формулата на какодил е [(CH3) 2 As] 2.) От края на 19 век. За откриване на арсен е използвана доста чувствителна реакция за образуване на арсеново огледало (устройство на Марш). А. П. Бородин (1833–1887) показа, че арсеновата киселина е много по-малко токсична от арсеновата киселина.

В малки дози арсенът има най-добър ефект върху хората: повишава способността на хемопоезата, усвояването на азот и фосфор и намалява степента на клетъчно окисление.

Понастоящем неорганичните съединения на арсена в малки количества са включени в общоукрепващи и тонизиращи продукти, намират се в лечебни минерални води и кал, а органичните съединения на арсен се използват като антимикробни и антипротозойни лекарства. В областта на денталната практика арсеновият анхидрид се използва отдавна, по-специално за отстраняване на нерви.

Освен това арсенът се използва в производството на различни сплави, полупроводници, багрила, батерии, пестициди, съединения за импрегниране на дърво, както и в кожарската, текстилната и стъкларската промишленост.

Въпреки че биохимичните и физиологичните функции на арсена са достатъчно проучени, понастоящем не е възможно да се свържат нарушенията на тези функции с хранителния дефицит на арсен.

Възможни признаци на дефицит на арсен са намален растеж и анормална репродукция, характеризиращи се с повишена плодовитост и перинатална смъртност. Други известни симптоми: намалени серумни концентрации на триглицериди.

Това е елемент No33, който заслужено има лоша слава, но въпреки това е много полезен в много случаи.

БИБЛИОГРАФИЯ

1. http://www.astronet.ru Електронна версия: “Наука и технологии”, Арсен

2. http://ru.wikipedia.org

3. http://www.megabook.ru Мегаенциклопедия на Кирил и Методий

4.http://www.tiensmed.ru/news/myshyak1.html Арсенът е опасно, но необходимо вещество 07 юни 2012 г. Radzikhovskaya A. A.
5. Популярна библиотека на химичните елементи. Електронна версия:

Тест

Напишете електронните формули на атомите на арсен и ванадий. Посочете на кои поднива се намират валентните електрони в атомите на тези елементи.

Електронните формули показват разпределението на електроните в атома по енергийни нива, поднива (атомни орбитали). Електронната конфигурация се обозначава с групи от символи nl х, Където н– главно квантово число, л– орбитално квантово число (вместо това посочете съответното буквено обозначение – с, стр, д, f), х– броят на електроните в дадено подниво (орбитала). Трябва да се има предвид, че електронът заема енергийното подниво, на което има най-ниска енергия - по-малкото количество н+1 (правилото на Клечковски). Последователността на запълване на енергийни нива и поднива е както следва:

1s→2s→2р→3s→3р→4s→3d→4р→5s→4d→5р→6s→(5d 1) →4f→5d→6р→7s→(6d 1-2)→5f→6d→7р

Тъй като броят на електроните в атом на определен елемент е равен на неговия пореден номер в таблицата D.I. Менделеев, то за елементите арсен (като атомен номер 33) и ванадий (V – атомен номер 23) електронните формули имат вида:

V 23 1s 2 2s 2 2р 6 3s 2 3р 6 4s 2 3d 3

Аs 33 1s 2 2s 2 2р 6 3s 2 3р 6 4s 2 3d 10 4р 3

Валентните електрони на ванадий - 4s 2 3d 3 - са разположени в поднивата 4s и 3d;

Валентните електрони на арсена 4s 2 4p 3 са разположени в поднивата 4s и 4p. Следователно тези елементи не са електронни аналози и не трябва да се поставят в една и съща подгрупа. Но валентните орбитали на атомите на тези елементи съдържат еднакъв брой електрони - 5. Следователно и двата елемента са поставени в една и съща група от периодичната система на Д. И. Менделеев.

Кой елемент - фосфор или антимон - има по-изразени окислителни свойства? Дайте своя отговор въз основа на сравнение на електронните структури на атомите на тези елементи.

Фосфорът е 15-ият елемент в периодичната таблица D.I. Менделеев. Електронната му формула е 1s 2 2s 2 2р 6 3s 2 3р 3

Антимонът е 51-ият елемент в периодичната таблица на D.I. Менделеев. Електронната му формула е 1s 2 2s 2 2р 6 3s 2 3р 6 4s 2 3d 10 4р 6 5s 2 4d 10 5р 3

Външните електронни поднива на тези елементи имат по 5 електрона, следователно те принадлежат към 5-та група на периодичната таблица.

Окислителни свойствасвързани с позицията на елементите в периодичната таблица D.I. Менделеев. Във всяка група от Периодичната система елемент с по-висок атомен номер има по-изразени редуциращи свойства в своята група, а елемент с по-нисък атомен номер има по-силни окислителни свойства.

Фосфорът има по-изразени окислителни свойства от антимона. тъй като радиусът на атома е по-малък и валентните електрони се привличат по-силно към ядрото.

Защо азотът, кислородът, флуорът, желязото, кобалтът и никелът имат максимална валентност, по-ниска от номера на групата, в която се намират тези елементи, докато техните електронни аналози имат максимална валентност, съответстваща на номера на групата?

Свойствата на елементите, формите и свойствата на съединенията на елементите периодично зависят от големината на заряда на ядрата на техните атоми.

Най-високата степен на окисление на даден елемент се определя от номера на групата на периодичната таблица D.I. Менделеев, в който се намира. Най-ниската степен на окисление се определя от конвенционалния заряд, който атомът придобива при добавяне на броя електрони, който е необходим за образуване на стабилна осемелектронна обвивка (ns 2 nр 6).

Тъй като елементите от втория период нямат d-подниво, азотът, кислородът и флуорът не могат да достигнат валентност, равна на номера на групата. Те нямат способността да изпаряват електрони. Флуорът има максимална валентност една, кислородът има две, а азотът има три. Възбуждане на 2s електрон може да възникне само до ниво с n = 3, което е енергийно изключително неблагоприятно.За образуването на незапълнени АО е необходимо този процес да бъде енергийно благоприятен, но енергията, необходима за преноса на 2 с-електрон за 3 д- твърде голям. Взаимодействието на атомите с образуването на връзка между тях става само при наличие на орбитали с близки енергии, т.е. орбитали с едно и също главно квантово число.За разлика от атомите на азот,кислород,флуор,фосфор,сярата,хлорът могат да образуват съответно пет,шест,седем ковалентни връзки.В този случай е възможно участието на 3s електрони в образуването на връзки, тъй като d-AO (3d) имат същото главно квантово число.

За повечето d-елементи най-високата валентност може да се различава от номера на групата. Валентните способности на d-елемента в конкретен случай се определят от структурата на електронната обвивка на атома. d-елементите могат да имат минимална валентност над номера на групата (мед, сребро) и под номера на групата (желязо, кобалт, никел).

Термохимично уравнение на реакцията:

CO(g)+2з 2 (g)=CH 3 ОХ(w)+128 kJ

Изчислете при каква температура настъпва равновесие в тази система?

По време на екзотермични реакции енталпията на системата намалява и ΔH< 0 (Н 2 < H 1). Тепловые эффекты выражаются через ΔH.

Термохимичните изчисления се основават на закона на Хес (1840): топлинният ефект на реакцията зависи само от естеството и физическото състояние на изходните вещества и крайните продукти, но не зависи от пътя на прехода.

В термохимичните изчисления често се използва следствие от закона на Хес: топлинният ефект на реакцията (ΔHх.р) е равен на сумата от енталпиите на образуване на продуктите на реакцията минус сумата на енталпиите на образуване на изходните вещества. , като се вземат предвид стехиометричните коефициенти.

Ентропия S, също енталпия H, е свойство на вещество, което е пропорционално на количеството му.Ентропията е функция на състоянието, т.е. неговата промяна (ΔS) зависи само от началното (S 1) и крайното (S 2) състояния и не зависи от пътя на процеса:

ΔSх.р = ΣS 0 прод. – ΣS 0 изх.

Тъй като ентропията се увеличава с повишаване на температурата, можем да приемем

че мярката на безпорядък ≈ ТΔS. Когато P = const и T = const, общата движеща сила на процеса, която се обозначава с ΔG, може да се намери от връзката:

ΔG = (H 2 – H 1) – (TS 2 – TS 1); ΔG = ΔH – TΔS.

Химичното равновесие е състояние на система, при което скоростта на правата реакция (V 1) е равна на скоростта на обратната реакция (V 2). При химично равновесие концентрациите на веществата остават непроменени. Химичното равновесие е динамично по природа: правата и обратната реакция не спират при равновесие

В състояние на баланс

ΔG = 0 и ΔH = TΔS.

Намерете ΔS. за тази система:

S 0 (CO) = 197,55∙10 -3 kJ/mol K;

S 0 (H 2) = 130.52·10-3 kJ/mol·K;

S0 (CH3OH) = 126.78·10-3 kJ/mol·K;

ΔSх.р=126.78·10 -3 -(197.55∙10 -3 +2·130.52·10 -3)=-331.81·10 -3

От условието за равновесие

ΔH = TΔS намерете T = ΔH/ΔS

Изчислете температурния коефициент на реакцията (γ), ако константата на скоростта на тази реакция при 120 градуса C е равна на 5,88∙10 -4 , а при 170 градуса C 6,7∙10 -2

Зависимостта на скоростта на химичната реакция от температурата се определя от емпиричното правило на Вант Хоф по формулата:

където v t 1, v t 2 са съответно скоростите на реакцията при началната (t 1) и крайната (t 2) температури, а γ е температурният коефициент на скоростта на реакцията, който показва колко пъти се увеличава скоростта на реакцията с повишаване на температурата на реагентите с 10º.

Следва, че

Въз основа на условията на проблема следва, че:

, от където γ 5 =113.94;

В каква посока ще настъпи изместването на равновесието в системите с увеличаване на налягането:

2NO+O 2 – 2НЕ 2

4HCI(Ж)+O 2 – 2ч 2 O(Ж)+2CI 2

з 2 + С(Да се) -з 2 С

Принципът на Льо Шателие (принципът на равновесното изместване) установява, че външно влияние, което изважда системата от състояние на термодинамично равновесие, предизвиква процеси в системата, които са склонни да отслабят ефекта от влиянието.

С увеличаване на налягането промяната в равновесието е свързана с намаляване на общия обем на системата, а намаляването на налягането е придружено от физически промени. или химически процеси, водещи до увеличаване на обема.

2NO+O 2 → 2NO 2

2 мола + 1 мол → 2 мола

Увеличаването на налягането води до изместване на равновесието към реакцията, водеща до образуването на по-малко молекули. Следователно, равновесието се измества към образуването на NO 2 V pr > V arr.

4HCI(g)+O 2 → 2H 2 O(g)+2CI 2

4 мола + 1 мол → 4 мола

Увеличаването на налягането води до изместване на равновесието към реакцията, водеща до образуването на по-малко молекули. Следователно V pr > V arr

H 2 +S(k) → H 2 S

Няма промяна в обема по време на реакцията. Следователно промяната в налягането няма ефект върху изместването на равновесието на реакцията.


Като	33	Арсен
		да кипна. (o C)		Стъпка оксид	+5 +3 -3
	74,9215	да плавам (o C)	817 (налягане)	Плътност	5727(сив) 4900(черен)
4s 2 4p 3		OEO	2,11	на земята кора	0,00017 %

Нашата история е за елемент, който не е много често срещан, но доста широко известен; за елемент, чиито свойства са несъвместими до степен на несъвместимост. Също така е трудно да се съвместят ролите, които този елемент е играл и продължава да играе в живота на човечеството. В различно време, при различни обстоятелства, под различни форми той действа като отрова и като лечебно средство, като вреден и опасен производствен отпадък, като съставна част на най-полезните, незаменими вещества. И така, елемент с атомен номер 33.

История в резюмета

Тъй като арсенът е един от елементите, чиято точна дата на откриване не е установена, ще се ограничим да посочим само няколко достоверни факта:

арсенът е известен от древни времена;

в произведенията на Диоскорид (1 век сл. н. е.) се споменава за калцинирането на вещество, което сега се нарича арсенов сулфид;

през 3-4 век в откъслечни записи, приписвани на Зозимос, се споменава металът арсен; Гръцкият писател Олимпиодор (5 век сл. Хр.) описва производството на бял арсен чрез изпичане на сулфид;

през 8 век арабският алхимик Гебер получава арсенов триоксид;

през Средновековието хората започват да се сблъскват с арсенов триоксид при обработката на съдържащи арсен руди и белият дим от газообразен As2O3 се нарича руден дим;

производството на свободен метален арсен се приписва на немския алхимик Алберт фон Болстед и датира от около 1250 г., въпреки че гръцките и арабските алхимици несъмнено са получили арсен (чрез нагряване на неговия триоксид с органични вещества) преди Болстед;

през 1733 г. е доказано, че белият арсен е оксид на металния арсен;

през 1760 г. французинът Луи Клод Кадет получава първото органично арсеново съединение, известно като течност на Кадет или какодилов оксид; формулата на това вещество е [(CH3)2A]2O;

през 1775 г. Карл Вилхелм Шееле получава арсенова киселина и арсенов водород;

през 1789 г. Антоан Лоран Лавоазие признава арсена за независим химичен елемент.

Елементарният арсен е сребристо-сиво или калаено-бяло вещество, когато е прясно раздробено, има

метален блясък. Но във въздуха бързо избледнява. При нагряване над 600° C арсенът се сублимира, без да се топи, а под налягане от 37 atm се топи при 818° C. Арсенът е единственият метал, чиято точка на кипене при нормално налягане е под точката му на топене.

Арсенът е отрова

В съзнанието на мнозина думите „отрова“ и „арсен“ са идентични. Така се е случило исторически. Има истории за отровите на Клеопатра. Отровите на Locusta били известни в Рим. Отровата също е била обичайно оръжие за елиминиране на политически и други противници в средновековните италиански републики. Във Венеция, например, специалисти отровители са държани в съда. И основният компонент на почти всички отрови беше арсенът.

В Русия по време на управлението на Анна Йоановна - през януари 1733 г., е издаден закон, забраняващ продажбата на частни лица на "витриол и кехлибарено масло, силна водка, арсен и цилибуча". Законът беше изключително строг и гласеше: „Който в бъдеще започне да търгува с арсеник и други материали, споменати по-горе, и бъде хванат с него или за когото бъде докладвано, ще бъде наложен на сурово наказание и изпратен в изгнание без никаква милост, същото ще да бъдат нанесени на онези, които покрай аптеките и кметствата от кого ще купуват. И ако някой, закупил такива отровни материали, причини вреда на хората, търсените не само ще бъдат измъчвани, но и ще бъдат екзекутирани със смърт, в зависимост от важността на въпроса.

Криминалистите са се научили да разпознават точно отравянето с арсен. Ако в стомасите на отровени хора се открият бели порцеланови зърна, тогава първото нещо, което трябва да подозирате, е арсеновият анхидрид As2O3. Тези зърна, заедно с парчета въглища, се поставят в стъклена тръба, запечатват се и се нагряват. Ако в тръбата има As2O3, тогава върху студените части на тръбата се появява сиво-черен лъскав пръстен от метален арсен.

След като се охлади, краят на тръбата се отчупва, въглеродът се отстранява и сиво-черният пръстен се нагрява. В този случай пръстенът се дестилира до свободния край на тръбата, давайки бяло покритие от арсенов анхидрид. Реакциите тук са:

As2O3 + ZS == As2 + ZSO

или

2As2O3 + ZS = 2AS2 + ZCO2;

2As2+3O2==2As2O3.

Полученото бяло покритие се поставя под микроскоп: дори при ниско увеличение се виждат характерни блестящи кристали под формата на октаедри.

Арсенът има способността да се задържа на едно място дълго време. Затова по време на съдебно-химически изследвания в лабораторията се доставят проби от пръст, взета от шест места в близост до мястото на погребение на човек, който може да е бил отровен, както и части от дрехите, бижута и дъски на ковчега.

Симптомите на отравяне с арсен включват метален вкус в устата, повръщане и силна коремна болка. По-късно конвулсии, парализа, смърт. Най-известният и широко достъпен антидот при отравяне с арсен е млякото или по-точно основният протеин на млякото, казеинът, който образува неразтворимо съединение с арсена, което не се абсорбира в кръвта.

Арсенът под формата на неорганични препарати е смъртоносен в дози от 0,05-0,1 g, но въпреки това арсенът присъства във всички растителни и животински организми. (Това е доказано от френския учен Орфила още през 1838 г.) Морските растителни и животински организми съдържат средно стохилядни, а сладководните и сухоземните - милионни от процента арсен. Микрочастиците арсен се усвояват и от клетките на човешкото тяло, елемент No33 се намира в кръвта, тъканите и органите; има особено много в черния дроб - от 2 до 12 mg на 1 kg тегло. Учените предполагат, че микродозите арсен повишават устойчивостта на организма към вредните микроби.

Арсенът е лекарство

Лекарите твърдят, че зъбният кариес е най-често срещаното заболяване в наше време. Трудно е да се намери човек, който да няма поне един пломбиран зъб. Заболяването започва с унищожаването на варовити соли на зъбния емайл, а след това патогенните микроби започват неприятния си бизнес. Прониквайки през отслабената броня на зъба, те атакуват по-меката му вътрешна част. Образува се „кариозна кухина“ и ако имате късмета да посетите зъболекар на този етап, можете да се отървете сравнително лесно: кариозната кухина ще бъде почистена и запълнена с материал за пълнене, а зъбът ще остане жив. Но ако не посетите лекар навреме, кариозната кухина достига до пулпата - тъкан, съдържаща нерви, кръвоносни и лимфни съдове. Започва възпалението му и тогава лекарят, за да избегне най-лошото, решава да умъртви нерва. Подава се команда: „арсен!“ и върху пулпата, открита от инструмента, се поставя зрънце паста с размер на глава на карфица. Съдържащата се в тази паста арсенова киселина бързо дифундира в пулпата (болката, която се усеща не е нищо повече от „последния вик” на умиращата пулпа) и след 24-48 часа всичко свършва – зъбът е мъртъв. Сега лекарят може безболезнено да отстрани пулпата и да запълни пулпната камера и кореновите канали с антисептична паста и да запечата „дупката“.

Арсенът и неговите съединения се използват не само в стоматологията. Салварсан, 606-ото лекарство на Паул Ерлих, немски лекар, открил първото ефективно средство за борба с луес в началото на 20 век, стана световно известен. Това наистина беше 606-ото лекарство с арсен, тествано от Ерлих. Този жълт аморфен прах първоначално е кредитиран с формулата

Едва през 50-те години, когато салварсанът вече не се използва като лекарство срещу луис, малария и рецидивираща треска, съветският учен М. Я. Крафт установява истинската му формула. Оказа се, че салварсанът има полимерна структура

величина Пв зависимост от метода на производство може да варира от 8 до 40.

В медицинската практика се използват и някои неорганични арсенови съединения. Арсенов анхидрид As2O3, калиев арсенит KAsO2, натриев хидрогенарсенат Na2HAsO4. 7H2O (в минимални дози, разбира се) инхибира окислителните процеси в организма и засилва хемопоезата. Същите вещества - като външни - се предписват при някои кожни заболявания. Именно на арсена и неговите съединения се приписва лечебното действие на някои минерални води.

Смятаме, че посочените примери са достатъчни, за да потвърдят тезата, заложена в заглавието на тази глава.

Арсен - оръжие за унищожение

Отново трябва да се върнем към смъртоносните свойства на елемент № 33. Не е тайна, че той беше широко използван и може би все още се използва в производството на химически оръжия, не по-малко престъпни от ядрените оръжия. Това се доказва от опита от Първата световна война. Същото сочи информацията, изтекла в пресата, за използването на токсични вещества от войските на империалистическите държави в Абисиния (Италия), Китай (Япония), Корея и Южен Виетнам (САЩ).

Арсеновите съединения са включени във всички основни групи известни бойни отровни вещества (0B). Сред общо токсичните 0B са арсинът, арсеновият водород AsH3 (мимоходом отбелязваме, че съединенията на тривалентния арсен са по-токсични от съединенията, в които арсенът е петвалентен). Това най-отровно от всички арсенови съединения, достатъчно е да дишате половин час въздух, един литър от който съдържа 0,00005 g AsH3, за да отидете на другия свят след няколко дни. Концентрация на AsH3 0.005g/l убива моментално. Смята се, че биохимичният механизъм на действие на AsH3 е, че неговите молекули "блокират" молекулите на еритроцитния ензим - каталаза; Поради това водородният пероксид се натрупва в кръвта, унищожавайки кръвта. Активният въглен слабо сорбира арсин, така че обикновената газова маска не е защитник срещу арсин.

По време на Първата световна война имаше опити за използване на арсин, но летливостта и нестабилността на това вещество помогнаха да се избегне масовата му употреба. Сега, за съжаление, има технически възможности за дълготрайно замърсяване на района с арсин. Образува се при реакцията на арсениди на определени метали с вода. А самите арсениди са опасни за хората и животните, американските войски във Виетнам доказаха това. . . Арсенидите на много метали също трябва да бъдат класифицирани като общи агенти.

Друга голяма група от токсични вещества - дразнителите - се състои почти изцяло от арсенови съединения. Типичните му представители са дифенилхлороарсин (C6H5)2AsCl и дифенилцианоарсин (C6H5)2AsCN.

Веществата от тази група селективно действат върху нервните окончания на лигавиците - главно мембраните на горните дихателни пътища. Това кара тялото рефлексивно да освободи дразнителя чрез кихане или кашляне. За разлика от сълзотворните вещества, тези вещества, дори и в случай на леко отравяне, действат дори след като засегнатият е избягал от отровената атмосфера. В рамките на няколко часа човек се разтърсва от болезнена кашлица, появява се болка в гърдите и главата, сълзите започват да текат неволно. Плюс повръщане, задух, чувство на страх; всичко това води до пълно изтощение. И освен това тези вещества предизвикват общо отравяне на организма“.

Сред токсичните вещества с блистерно действие е люизитът, който реагира със сулфхидрилните SH групи на ензимите и нарушава хода на много биохимични процеси. Абсорбиран през кожата, люизитът причинява общо отравяне на организма. Това обстоятелство по едно време даде повод на американците да рекламират люизит под името „роса на смъртта“.

Но стига за това. Човечеството живее с надеждата, че токсичните вещества, за които говорихме (и много други като тях), никога повече няма да бъдат използвани.

Арсенът е стимулатор на техническия прогрес

Най-обещаващата област на приложение на арсена несъмнено е полупроводниковата технология. Особено значение в него са придобили галиевите арсениди GaAs и индиевият InAs. Галиевият арсенид е важен и за ново направление в електронните технологии - оптоелектрониката, възникнала през 1963-1965 г. в пресечната точка на физиката на твърдото тяло, оптиката и електрониката. Същият материал помогна за създаването на първите полупроводникови лазери.

Защо арсенидите се оказаха обещаващи за полупроводниковата технология? За да отговорим на този въпрос, нека си припомним накратко някои основни понятия от физиката на полупроводниците: „валентна зона“, „забранена зона“ и „зона на проводимост“.

За разлика от свободния електрон, който може да има всякаква енергия, електрон, ограничен в атом, може да има само определени, добре дефинирани енергийни стойности. Енергийните ленти се формират от възможните стойности на електронната енергия в атома. Поради добре известния принцип на Паули, броят на електроните във всяка зона не може да надвишава определен максимум. Ако зоната е празна, тогава тя естествено не може да участва в създаването на проводимост. Електроните на напълно запълнена лента също не участват в проводимостта: тъй като няма свободни нива, външно електрическо поле не може да причини преразпределение на електрони и по този начин да създаде електрически ток. Провеждането е възможно само в частично запълнена зона. Следователно телата с частично запълнена зона се класифицират като метали, а телата, чийто енергиен спектър на електронни състояния се състои от запълнени и празни зони, се класифицират като диелектрици или полупроводници.

Нека също да припомним, че напълно запълнените ленти в кристалите се наричат валентни ленти, частично запълнените и празни ленти се наричат проводими ленти, а енергийният интервал (или бариера) между тях е забранената зона.

Основната разлика между диелектриците и полупроводниците е именно ширината на забранената зона: ако за нейното преодоляване е необходима енергия, по-голяма от 3 електронволта, тогава кристалът се класифицира като диелектрик, а ако е по-малък, той се класифицира като полупроводник.

В сравнение с класическите полупроводници от група IV - германий и силиций - арсенидите на елементи от група III имат две предимства. Забранената зона и подвижността на носителите на заряд в тях могат да се променят в по-широки граници. И колкото по-мобилни са носителите на заряд, толкова по-високи честоти може да работи едно полупроводниково устройство. Ширината на забранената лента се избира в зависимост от предназначението на устройството. Така за токоизправители и усилватели, предназначени да работят при повишени температури, се използва материал с голяма ширина на лентата, а за охладени приемници на инфрачервено лъчение се използва материал с малка ширина на лентата.

Галиевият арсенид придоби особена популярност, тъй като има добри електрически характеристики, които запазва в широк температурен диапазон - от минус до плюс 500 ° C. За сравнение посочваме, че индиевият арсенид, който не е по-нисък от GaAs по електрически свойства, започва да ги губи при стайна температура, германиевите съединения - при 70-80°, а силициевите - при 150-200°С.

Арсенът се използва и като добавка, която придава на „класическите“ полупроводници (Si, Ge) определен тип проводимост (виж статията „Германий“). В този случай в полупроводника се създава така наречения преходен слой и в зависимост от предназначението на кристала той се легира, така че да се получи слой на различна дълбочина. В кристалите, предназначени за производство на диоди, той е „скрит“ по-дълбоко; ако слънчевите клетки са направени от полупроводникови кристали, тогава дълбочината на преходния слой е не повече от един микрон.

Арсенът се използва като ценна добавка в цветната металургия. По този начин добавянето на 0,2-l% As към оловото значително повишава неговата твърдост. Изстрелите, например, винаги се правят от олово, легирано с арсен - в противен случай е невъзможно да се получат строго сферични сачми.

Добавянето на 0,15-0,45% арсен към медта повишава нейната якост на опън, твърдост и устойчивост на корозия при работа в газова среда. В допълнение, арсенът увеличава течливостта на медта по време на леене и улеснява процеса на изтегляне на тел.

Арсенът се добавя към някои видове бронз, месинг, бабит и печатарски сплави.

И в същото време арсенът много често вреди на металурзите. При производството на стомана и много цветни метали те умишлено усложняват процеса, за да премахнат целия арсен от метала. Наличието на арсен в рудата прави производството вредно. Вреден два пъти:

първо, за човешкото здраве, и второ, за метала - значителните примеси на арсен влошават свойствата на почти всички метали и сплави.

Това е елемент No33, който заслужено има лоша слава, но въпреки това е много полезен в много случаи.

* Двата вида проводимост са разгледани подробно в статията “Германий”.