ARSEN: HISTORIE, STRUKTURA, VLASTNOSTI, POUŽITÍ - CHEMIE - 2025

Arsen je polokovů nebo polokovů patřící do skupiny 15 nebo VA periodické tabulky. To je reprezentováno chemickým symbolem As, a jeho atomové číslo je 33. To lze nalézt ve třech allotropických formách: žlutá, černá a šedá; druhý z nich je jediný, který má průmyslový význam.

Šedý arzén je křehká, kovově vypadající pevná látka s ocelově krystalickou barvou (spodní obrázek). Když je vystaven vzduchu, ztrácí svůj lesk a vytváří oxid arzenitý (As ₂ O ₃), který při zahřátí vydává česnekový zápach. Na druhé straně jsou její žluté a černé allotropy molekulární a amorfní.

Kovový arsen. Zdroj: Hi-Res obrázky chemických prvků

Arsen se nachází v zemské kůře spojené s četnými minerály. V přirozeném stavu se vyskytuje jen malá část, nicméně spojená s antimonem a stříbrem.

Mezi nejčastější minerály, ve kterých se nachází arzen, patří: realgar (As ₄ S ₄), orpiment (As ₂ S ₃), loellingite (FeAs ₂) a enargit (Cu ₃ AsS ₄). Arsen je také získáván jako vedlejší produkt tavných kovů, jako je olovo, měď, kobalt a zlato.

Sloučeniny arsenu jsou toxické, zejména arsin (AsH ₃). Arsen však má četné průmyslové aplikace, včetně legování olovem, používaných při výrobě automobilových baterií a legování galliem s různým využitím v elektronice.

Historie jejího objevu

Jméno 'arsenic' pochází z latinského arseniku a řeckého arsenikonu, odkazující na žlutou orpiment, který byl hlavní formou použití arzenu alchymisty.

Arzén, dlouho předtím, než byl rozpoznán jako chemický prvek, byl známý a používán ve formě svých sloučenin. Například Aristoteles ve 4. století před naším letopočtem psal o sandarache, látce, která se nyní považuje za sulfid arsenu.

Pliny starší a Pedanius Discórides, v 1. století našeho letopočtu, popsal orpiment, minerál vytvořený jako As ₂ S ₃. V 11. století byly rozpoznány tři druhy arzenu: bílá (As ₄ O ₄), žlutá (As ₂ S ₃) a červená (As ₄ S ₄).

Arsen jako čistý prvek poprvé spatřil Albertus Magnus (1250). Magnus zahříval sirník arsenu mýdlem a všiml si vzhledu látky s charakteristikou podobnou šedivému allotropu na obrázku. První autentickou zprávu o jeho izolaci však zveřejnil v roce 1649 německý lékárník Johann Schroeder.

Schroeder připravil arsen zahříváním jeho oxidu dřevěným uhlím. Později se Nicolasovi Lémeryovi podařilo vyrobit zahřátím směsi oxidu arsenu, mýdla a potaše. V 18. století byl tento prvek nakonec uznán jako polokov.

Struktura arsenu

Arsen je izomorfní jako antimon; to znamená, že jsou strukturálně totožné a liší se pouze velikostí svých atomů. Každý atom vytváří arsen tři As-Jak kovalentními vazbami, a to takovým způsobem, že vedou k „vrásčité nebo strmé“ hexagonální As ₆ jednotek, protože hybridizace AS atomů je sp ³.

Pak se spojí jednotky As _6, čímž vzniknou strmé vrstvy arsenu, které spolu slabě interagují. Kvůli jejich mezimolekulárním silám, závislým především na jejich atomových hmotách, dávají kosočtverečné šedé arsické krystaly pevné látce křehkou a křehkou texturu.

Pravděpodobně kvůli odpuzování arzénových volných párů elektronů, jednotky As ₆ vytvořené mezi rovnoběžnými vrstvami nedefinují dokonalý, ale zdeformovaný osmiúhelník:

Křišťálová struktura šedého arsenu. Zdroj: Gabriel Bolívar.

Všimněte si, že černé koule nakreslí zkreslenou rovinu v prostoru mezi dvěma strmými vrstvami. Podobně ve vrstvě dole jsou namodralé koule, které spolu s černou koulí tvoří jednotku As ₆ zmíněnou na začátku sekce.

Struktura vypadá řádně, řady jdou nahoru a dolů, a proto je krystalická. Může se však stát amorfní, přičemž koule se stlačují různými způsoby. Když se šedivý arzén stane amorfním, stane se polovodičem.

Žlutý arzen

Žlutý arsen, nejtoxičtější allotrop tohoto prvku, je čistě molekulární pevná látka. Skládá se z As molekul ₄ jednotek kvůli slabým rozptylovým silám, které jim nezabraňují těkavost.

Černý arzen

Černý arsen je amorfní; ale ne, jak může být šedivý allotrope. Jeho struktura je poněkud podobná té, kterou právě popsané, s tím rozdílem, že jeho jako ₆ jednotka letadla mají větší plochy a různé vzory poruchy.

Elektronická konfigurace

3d ¹⁰ 4s ² 4p ³

Má všechny orbity úrovně 3 naplněné. Vytváří vazby pomocí orbitálů 4s a 4p (stejně jako 4d) prostřednictvím různých chemických hybridizací.

Vlastnosti

Molekulární váha

74,922 g / mol

Fyzický popis

Šedý arzén je šedivá pevná látka s kovovým vzhledem a křehkou konzistencí.

Barva

Tři allotropické formy, žlutá (alfa), černá (beta) a šedá (gama).

Zápach

Toaleta

Chuť

Bez chuti

Bod tání

1 090 K při 35,8 atm (trojitý bod arsenu).

Při normálním tlaku nemá teplotu tání, protože sublimuje na 887 K.

Hustota

-Gray arsen: 5,73 g / cm ³.

-Žlutá arsen: 1,97 g / cm ³.

Rozpustnost ve vodě

Nerozpustný

Atomové rádio

139 hodin

Atomový objem

13,1 cm ³ / mol

Kovalentní poloměr

120 hodin

Měrné teplo

0,328 J / gmol při 20 ° C

Odpařovací teplo

32,4 kJ / mol

Elektronegativita

2,18 v Paulingově stupnici

Ionizační energie

První ionizační energie 946,2 kJ / mol

Oxidační stavy

-3, +3, +5

Stabilita

Elementární arzen je stabilní v suchém vzduchu, ale když je vystaven vlhkému vzduchu, zakryje se v bronzově žluté vrstvě, která se může stát černou vrstvou oxidu arsičitého (As ₂ O ₃).

Rozklad

Když je arzén zahřátý k rozkladu, vydává bílý kouř As ₂ O ₃. Tento postup je nebezpečný, protože lze uvolnit také velmi jedovatý plyn arsin.

Automatické zapalování

180 ° C

Tvrdost

3,5 na Mohsově stupnici tvrdosti.

Reaktivita

Není napaden studenou kyselinou sírovou nebo koncentrovanou kyselinou chlorovodíkovou. Reaguje s horkou kyselinou dusičnou nebo kyselinou sírovou za vzniku kyseliny arsenu a kyseliny arsenu.

Když se šedý arzén zahřátím zahřeje a páry se rychle ochladí, vytvoří se žlutý arzén. Při vystavení ultrafialovému světlu se vrací do šedivé formy.

Aplikace

Slitiny

Malé množství arsenu přidané do olova dostatečně zatvrdí jeho slitiny, aby je bylo možné použít při potahování kabelů a při výrobě autobaterií.

Přidání arsenu do mosazi, slitiny mědi a zinku, zvyšuje jeho odolnost proti korozi. Na druhé straně opravuje nebo snižuje ztrátu zinku v mosazi, což způsobuje prodloužení jeho užitečné životnosti.

elektronika

Čištěný arsen se používá v polovodičové technologii, kde se používá ve spojení s galliem a germaniem, jakož i ve formě arsenidu galia (GaAs), což je druhý nejrozšířenější polovodič.

GaA mají přímou mezeru v pásmu, kterou lze použít při výrobě diod, laserů a LED. Kromě arzenidu gallia existují i ​​další arzenidy, jako je arzenid india a arzenid hliníku, které jsou také polovodiči III-V.

Mezitím je arzenid kadmia polovodičem typu II-IV. Arsine byl použit v polovodičovém dopingu.

Zemědělství a ochrana dřeva

Většina aplikací byla vyřazena z důvodu jejich vysoké toxicity a toxicity jejich sloučenin. Jak ₂ O ₃ se používá jako pesticid, přičemž jako ₂ O ₅ je přísada do herbicidů a insekticidů.

Kyselina Arsen (H ₃ ASO ₄), a soli, jako je arseničnanu vápníku a olova arseničnanu byly použity pro sterilizaci půdy a hubení škůdců. To vytváří riziko kontaminace životního prostředí arzénem.

Arzenát olova byl používán jako insekticid na ovocných stromech až do první poloviny 20. století. Avšak kvůli své toxicitě byl nahrazen methylarsenátem sodným, který se od stejného důvodu přestal používat od roku 2013.

Léčivý

Až do 20. století se několik jeho sloučenin používalo jako léčivo. Například arsphenamin a neolsalvarsan se používají při léčbě syfilis a trypanosomiázy.

V roce 2000, použití As ₂ O ₃, vysoce toxickou sloučeninu, byl schválen v léčbě akutní promyelocytární leukémie odolné proti all-trans retinová kyselina. Nedávno byl radioaktivní izotop ⁷⁴ As použit pro lokalizaci nádoru.

Izotop vytváří dobré obrazy, jasnější než obrazy získané s ¹²⁴ I, protože jód je přenášen do štítné žlázy a vytváří v signálu šum.

Další použití

Arsen byl v minulosti používán jako doplňková látka v produkci drůbeže a prasat.

Používá se jako katalyzátor při výrobě ethylenoxidu. Používá se také v ohňostrojích a činění. Oxid arzenitý se používá jako odbarvovač při výrobě skla.

Kde se to nachází?

Arzén lze nalézt v malém množství v elementárním stavu, s vysokým stupněm čistoty. Je přítomna v mnoha sloučeninách, jako jsou: sulfidy, arsenidy a sulfoarseniidy.

To je také v několika minerálů, včetně: (arsenopyrite FeSAs), loellingite (FEAS ₂), enargit (Cu ₃ Ass ₄), nerost (Jak ₂ S ₃) a realgar (jako ₄ S ₄).

Jak se získá?

Arsenopyrit je zahříván na 650 - 700 ° C, v nepřítomnosti vzduchu. Arsen se odpaří a jako zbytek zůstane sulfid železa (FeS). Během tohoto procesu se arsen váže na kyslík za vzniku As ₄ O ₆, známého jako „bílý arsen“.

Jak ₄ O ₆ je upraven tak, aby forma, jak se ₂ O ₃, par, které jsou shromažďovány a kondenzuje v souboru cihel komor, čištění arsen sublimací.

Většina arsenu se vyrábí redukcí oxidu vytvořeného prachu As ₂ O ₃.

Reference

1. Stephen R. Marsden. (23. dubna 2019). Chemie arsenu. Chemistry LibreTexts. Obnoveno z: chem.libretexts.org
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (3. prosince 2018). Zajímavá fakta o Arsenu. Obnoveno z: thinkco.com
3. Wikipedia. (2019). Arsen. Obnoveno z: en.wikipedia.org
4. Dr. Dough Stewart. (2019). Fakta o arzenu. Chemicool. Obnoveno z: chemicool.com
5. Královská společnost chemie. (2019). Arsen. Obnoveno z: rsc.nebo
6. Editors of Encyclopaedia Britannica. (3. května 2019). Arsen. Encyclopædia Britannica. Obnoveno z: britannica.com