آرسنیک چیست؟ مشخصات، خواص و برنامه های کاربردی

آرسنیک عنصر شیمیایی گروه نیتروژن است (گروه 15 جدول تناوبی). این یک ماده شکننده خاکستری و متالیک (α-آرسنیک) با یک شبکه کریستال رمبوجدار است. هنگامی که به 600 درجه سانتیگراد گرم می شود، به عنوان sublimes. وقتی بخار سرد می شود، یک اصلاح جدید ایجاد می شود - آرسنیک زرد. بالاتر از 270 درجه سانتیگراد تمام فرم های As به آرسنیک سیاه منتقل می شوند.

تاریخ کشف

درباره اینکه آرسنیک شناخته شده مدتها قبل از شناخت آن به عنوان یک عنصر شیمیایی بود. در قرن چهارم. BC E. ارسطو ماده ای را نامیده است که "sandarak" نامیده می شود که اکنون به عنوان یک سولفید واقعی یا آرسنیک شناخته می شود. و در من قرن AD. E. نویسندگان Pliny Elder و Pedanius Dioscorides، رنگ آمیزی As ₂ S _{3 را توصیف کردند} . در قرن شانزدهم. ن E. سه نوع "آرسنیک" تمیز بود: سفید (به عنوان ₄ O ₆ )، زرد (به عنوان ₂ S ₃ ) و قرمز (به عنوان ₄ S ₄ ). احتمالا این عنصر در قرن شانزدهم توسط آلبرت بزرگ، که به ظاهر یک ماده فلزی مانند اشاره کرد، زمانی که آرسنیکوم، اسم دیگری As ₂ S ₃ ، با صابون گرم می شد، جدا شد. اما مطمئن نیست که این دانشمند علوم طبیعی آرسنیک خالص دریافت کرده است. اولین گواهی واقعی جداسازی عنصر شیمیایی خالص از سال 1649 است. داروساز آلمانی، یوهان شرودر، آرسنیک را با گرمای اکسید آن در حضور زغال آماده کرده است. بعدها نیکولا لامبرری، پزشک و شیمیدان فرانسوی، تشکیل این عنصر شیمیایی را با حرارت دادن مخلوطی از اکسید، صابون و پتاسیم مشاهده کرد. در اوایل قرن 18، آرسنیک به عنوان نیمه ممتاز منحصر به فرد شناخته شد.

شیوع

در پوسته زمین، غلظت آرسنیک کوچک و 1.5 ppm است. این در خاک و مواد معدنی یافت می شود و می تواند به علت فرسایش باد و آب به هوا، آب و خاک برسد. علاوه بر این، عنصر از منابع دیگر به جو می رسد. در نتیجه فوران های آتشفشانی، حدود 3000 تن آرسنیک در هر سال به هوا منتقل می شود، میکروارگانیسم ها 20،000 تن از methylarsine فرار را در سال تشکیل می دهند و در نتیجه احتراق سوخت فسیلی در طول همان دوره 80،000 تن آزاد می شود.

علیرغم اینکه As یک سم کشنده است، یکی از اجزای مهم تغذیه برخی حیوانات و احتمالا یک فرد است، اگرچه دوز مورد نیاز از 0.01 میلی گرم در روز تجاوز نمی کند.

آرسنیک بسیار دشوار است که به حالت محلول در آب و یا فرار تبدیل شود. واقعیت این است که آن کاملا تلفن همراه به این معنی است که غلظت های زیاد ماده در یک مکان نمی تواند ظاهر شود. از یک طرف، خوب است، اما از سوی دیگر - سهولت که آن را گسترش می دهد، دلیل آن است که آلودگی آرسنیک به یک مشکل در حال افزایش است. به علت فعالیت انسانی، عمدتا به علت استخراج معادن و ذوب، معمولا عنصر شیمیایی غیر مهاجر مهاجرت می کند و در حال حاضر می توان آن را نه تنها در محدوده غلظت طبیعی آن پیدا کرد.

مقدار آرسنیک در پوسته زمین حدود 5 گرم در هر تن است. در فضا، غلظت آن به 4 اتم در هر میلیون اتم سیلیکون تخمین زده می شود. این عنصر به طور گسترده ای توزیع شده است. مقدار کمی از آن در دولت بومی وجود دارد. به طور معمول، تشکیلات آرسنیک با خلوص 90-98٪ همراه با فلزات مانند آنتیموان و نقره پیدا می شود. با این حال، بیشتر این قسمت از بیش از 150 مواد معدنی مختلف - سولفید، آرسنید، سولفوراسنید و آرسنیت است. Arsenopyrite FeAsS یکی از رایج ترین مواد معدنی حاوی As است. دیگر ترکیبات آرسنیک معمولی به عنوان مواد معدنی ₄ S _4، معدن _{2 2} S3 _، للیجیت FeAs ₂ و انارگیت Cu ₃ AsS _{4 می} باشد. اکسید آرسنیک نیز رایج است. بیشتر این مواد یک محصول جانبی ذوب مس، سرب، کبالت و سنگ معدن طلا هستند.

در طبیعت تنها یک ایزوتوپ پایدار آرسنیک وجود دارد - ⁷⁵ As. در میان ایزوتوپ های رادیواکتیو مصنوعی، ⁷⁶ با نیمه عمر 26.4 ساعت است. ارسنیک 72، -74 و -76 در تشخیص پزشکی استفاده می شود.

تولید و کاربرد صنعتی

آرسنیک فلزی با حرارت دادن آرنسوپیریت به دمای 650-700 درجه سانتیگراد بدون دسترسی به هوا تولید می شود. اگر آرسنپیریت و دیگر سنگهای فلزی با اکسیژن گرم شوند، همانطور که به راحتی به ترکیب با آن وارد می شود، به آسانی تهیه شده به عنوان ₄ O ₆ ، همچنین به عنوان "آرسنیک سفید" شناخته می شود. بخار اکسید جمع شده و چگالشده و بعدا با تقطیر مجدد خالص می شود. اکثر As با کاهش آن با کربن آرسنیک سفید به دست می آید.

مصرف جهانی آرسنیک فلزی نسبتا کوچک است - فقط چند صد تن در سال است. بیشتر آنچه مصرف می شود از سوئد است. به علت خواص فلزوئیدی آن در متالورژی استفاده می شود. حدود 1 درصد از آرسنیک در تولید شمش سرب استفاده می شود، زیرا گرد و غبار قطره ذوب را بهبود می بخشد. خواص آلیاژهای تحت فشار بر پایه سرب هر دو در خواص حرارتی و مکانیکی بهبود می یابند، زمانی که آنها حاوی حدود 3٪ آرسنیک هستند. حضور مقدار کمی از این عنصر شیمیایی در آلیاژهای سرب آنها را برای استفاده در باتری های قابل شارژ و زره کشی سخت می کند. افزودنی های کوچک آرسنیک مقاومت خوردگی و خواص حرارتی مس و برنج را افزایش می دهد. به شکل خالص آن، عنصر شیمیایی As به عنوان پوشش برنز و آتش نشانی استفاده می شود. آرسنیک بسیار خالص در تکنولوژی نیمه هادی استفاده می شود، که در آن با سیلیکون و ژرمانیوم و همچنین در فرم گاز آلیسین گالیم (GaAs) در دیودها، لیزرها و ترانزیستورها استفاده می شود.

ترکیبات به عنوان

از آنجایی که ارزش آرسنیک 3 و 5 است و دارای درجه ای از اکسیداسیون از -3 تا 5 است، عنصر می تواند انواع مختلف ترکیبات را تشکیل دهد. مهمترین ارزش تجاری، اکسید آن است که اشکال اصلی آنها As ₄ O ₆ و As ₂ O _{5 است} . اکسید ارگانیک، که معمولا به عنوان آرسنیک سفید شناخته می شود، یک محصول جانبی از خوردن مس، سرب و برخی فلزات دیگر، و همچنین سنگ های آرسنوپیریت و سولفید است. این مواد اولیه برای اکثر ترکیبات دیگر است. علاوه بر این، آن را در آفت کش ها استفاده می شود، به عنوان یک رنگ پوست در تولید شیشه و نگهدارنده برای پوست استفاده می شود. پنتوکسید آرسنیک با عمل یک ماده اکسید کننده (به عنوان مثال اسید نیتریک) بر روی آرسنیک سفید تشکیل شده است. این عنصر اصلی حشره کش ها، علف کش ها و چسب برای فلز است.

Arsin (AsH ₃ )، یک گاز سمی بی رنگ که شامل آرسنیک و هیدروژن است، یکی دیگر از مواد شناخته شده است. ماده ای که آرسنیک آن نیز نامیده می شود، توسط هیدرولیز آرسنید های فلزی و کاهش فلزات از ترکیبات آرسنیک در محلول های اسیدی تولید می شود. این نرم افزار به عنوان یک افزودنی دوپینگ در نیمه هادی ها و یک گاز سمی جنگی یافت شده است. در کشاورزی، اسید آرسنیک (H ₃ AsO ₄ )، آرسنات سرب (PbHAsO ₄ ) و آرسنات کلسیم [Ca ₃ (AsO ₄ ) ₂ ] که برای استریلیزاسیون خاک و کنترل آفات استفاده می شوند، اهمیت زیادی دارند.

آرسنیک عنصر شیمیایی است که انواع ترکیبات ارگانیک را تشکیل می دهد. برای مثال، کوکودین (CH ₃ ) ₂ As-As (CH ₃ ) ₂ در آماده سازی یک ماده خشک کننده (عامل خشک کن) به کار رفته - کاکودیل اسید استفاده می شود. ترکیبات ارگانیک عنصر این عنصر در درمان برخی بیماری ها، به عنوان مثال، دیستروژن آمیوبیک ناشی از میکروارگانیسم ها مورد استفاده قرار می گیرد.

خواص فیزیکی

آرسنیک از نظر خواص فیزیکی آن چیست؟ در حالت پایدار ترین، جامد شکننده از خاکستری فولادی با هدایت الکتریکی حرارتی و الکتریکی کم است. اگر چه بعضی از فرم های As مانند فلز هستند، اشاره به آن به غیر فلزات یک ویژگی دقیق تر از آرسنیک است. انواع دیگر آرسنیک وجود دارد، اما آنها به خوبی مطالعه نشده است، به خصوص فرم متاستاز زرد، که شامل مولکولهای As ₄ مانند فسفر سفید P4 است. آرسنیک در دمای 613 درجه سانتیگراد ظاهر می شود و به عنوان بخار آن به عنوان مولکول As ₄ وجود دارد که به دمای 800 درجه سانتی گراد متفرق نمی شود. جداسازی کامل به مولکول های As ₂ در دمای 1700 درجه سانتیگراد رخ می دهد.

ساختار اتم و توانایی تشکیل اوراق قرضه

فرمول آرسنیک الکترونیکی - 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ^{3 -} شبیه به نیتروژن و فسفر است که در آن پنج الکترون در پوسته بیرونی وجود دارد، اما آنها از طریق حضور 18 الکترون در پوسته ی پیشین به جای دو یا هشت اضافه کردن 10 بار مثبت در هسته در طی پر کردن پنج اوربیتال 3d اغلب موجب کاهش کلی ابر الکترونی و افزایش الکترونگاتیوی عناصر می شود. آرسنیک در جدول تناوبی با گروههای دیگر مقایسه می شود که به وضوح این الگو را نشان می دهد. به عنوان مثال، به طور کلی پذیرفته شده است که روی بیشتر الکترونگاتیو از منیزیم است و گالیم بیشتر از آلومینیم است. با این حال، در گروه های پس از آن، این اختلاف کاهش می یابد، و بسیاری مخالف هستند که ژرمانیوم، به رغم فراوانی شواهد شیمیایی، از نفوذ سیلیکون الکترونگاتیو است. چنین انتقال از غشاء 8- تا 18 عنصر از فسفر به آرسنیک ممکن است الکترونگاتیوی را افزایش دهد، اما این موضوع بحث انگیز است.

شباهت پوسته بیرونی As و P نشان می دهد که آنها می توانند 3 پیوند کووالانتی را در هر اتم در حضور یک جفت الکترون اضافی متصل کنند. درجه اکسیداسیون باید 3 یا -3 باشد، بسته به الکترونگاتیوی متقابل نسبی. ساختار آرسنیک همچنین نشان می دهد که امکان استفاده از دبی های ارگانیک خارجی برای گسترش اوپت، که به عنصر اجازه می دهد تا پنج اوراق قرضه را تشکیل دهد. این تنها در هنگام واکنش با فلوئور متوجه می شود. وجود یک جفت الکترون آزاد برای تشکیل ترکیبات پیچیده (از طریق اهدای الکترون) در اتم As، خود را بسیار کمتر از فسفر و نیتروژن نشان می دهد.

آرسنیک در هوای خشک پایدار است، اما در مرطوب آن با اکسید سیاه پوشیده شده است. بخار آن به راحتی سوخته است، تشکیل As ₂ O ₃ . آرسنیک در یک کشور آزاد چیست؟ این عملا توسط آب، قلیاها و اسیدهای غیر اکسید نشده تحت تاثیر قرار می گیرد، اما توسط اسید نیتریک به حالت 5+ اکسید شده است. آرسنیک هالوژن، گوگرد و بسیاری از فلزات آرسنید را تشکیل می دهد.

شیمی تحلیلی

ماده آرسنیک می تواند به صورت کیفی در معرض زنگ ریختن زرد است که توسط یک محلول 25٪ اسید هیدروکلریک تحریک می شود. ردیابی As به عنوان یک قاعده، با تبدیل آن به Arsine تعیین می شود که می تواند با استفاده از آزمون Marsh تشخیص داده شود. Arsin به صورت ترمزی تجزیه می شود و یک آینه سیاه از آرسنیک داخل یک لوله باریک ایجاد می کند. با توجه به روش Gutzait، یک پروب که با استفاده از کلرید جیوه تحت عمل آرسین تیره می شود به دلیل انتشار جیوه.

ویژگی های سمی آرسنیک

سمیت عنصر و مشتقات آن به طور گسترده ای متغیر است، اعم از آرسیس بسیار سمی و مشتقات آلی آن به As، که نسبتا بی اثر است. گفته می شود که آرسنیک استفاده از ترکیبات ارگانیک آن به عنوان مواد سمی جنگ (lewisite)، وییزانت و defoliant ("عامل blu" بر اساس مخلوطی از آب 5٪ cacodyl اسید 26٪ از نمک سدیم) است.

به طور کلی، مشتقات این عنصر شیمیایی باعث تحریک پوست و ایجاد درماتیت می شوند. حفاظت در برابر استنشاق گرد و غبار آرسنیک نیز توصیه می شود، اما بیشتر مسمومیت زمانی اتفاق می افتد که مصرف شود. حداکثر غلظت مجاز As در گرد و غبار برای یک روز کاری 8 ساعته 0.5 mg / m ^{3 است} . برای آرسین، دوز به 0.05 واحد در میلیون کاهش می یابد. علاوه بر استفاده از ترکیبات این عنصر شیمیایی به عنوان علف کش ها و سموم دفع آفات، استفاده از آرسنیک در داروسازی باعث شد که سلوراسان اولین دارو موفق در برابر سیفلیس باشد.

تأثیر بر سلامت

آرسنیک یکی از عناصر سمی است. ترکیبات معدنی این ماده شیمیایی در شرایط طبیعی در مقادیر کم رخ می دهد. مردم می توانند در معرض آرسنیک از طریق غذا، آب و هوا قرار گیرند. در معرض تماس پوست با خاک و آب آلوده نیز می تواند رخ دهد.

محتوای آرسنیک در مواد غذایی بسیار کم است. با این حال، سطح آن در ماهی و غذاهای دریایی می تواند بسیار زیاد باشد، زیرا این عنصر شیمیایی را از آب هایی که در آنها زندگی می کنند جذب می کند. مقدار قابل توجهی از آرسنیک معدنی در ماهی می تواند برای سلامت انسان خطرناک باشد.

تأثیر ماده نیز تحت تأثیر افرادی است که با آن کار می کنند، در خانه های ساخته شده از چوب که توسط آنها پردازش شده اند، و در زمین های کشاورزی، جایی که آفت کش ها در گذشته استفاده می شود، تحت تاثیر قرار می گیرند.

آرسنیک معدنی می تواند اثرات مختلفی بر سلامت انسان داشته باشد، مانند سوزش معده و روده، کاهش تولید گلبول های قرمز و سفید، تغییرات پوستی و تحریک ریه. فرض بر این است که جذب مقدار قابل توجهی از این ماده می تواند احتمال ابتلا به سرطان، به ویژه سرطان پوست، ریه، سیستم کبد و سیستم لنفاوی را افزایش دهد.

غلظت بسیار بالای آرسنیک معدنی علت ناباروری و سقط جنین در زنان، درماتیت، کاهش مقاومت بدن به عفونت، مشکلات قلبی و آسیب مغزی است. علاوه بر این، این عنصر شیمیایی می تواند به DNA آسیب برساند.

دوز مرگبار آرسنیک سفید 100 میلی گرم است.

ترکیبات ارگانیک از عنصر نه سرطان و نه آسیب به کد ژنتیکی باعث می شود، اما دوزهای بالا می تواند به سلامت انسان آسیب برساند، به عنوان مثال، باعث اختلالات عصبی و یا درد شکمی می شود.

خواص As

خواص فیزیکی اصلی آرسنیک عبارتند از:

• عدد اتمی 33 است.
• وزن اتمی 749.216 است.
• نقطه ذوب فرم خاکستری 814 درجه سانتیگراد با فشار 36 اتمسفر است.
• تراکم شکل خاکستری 5.73 گرم / سانتی متر است در دمای 14 درجه سانتیگراد
• چگالی شکل زرد 2.03 گرم در سانتی متر در دمای 18 درجه سانتیگراد است.
• فرمول الکترونیکی آرسنیک 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ^{3 است} _.
• حالت اکسیداسیون -3، +3، +5 است.
• ارزش آرسنیک - 3، 5.