ARSEN: ZGODOVINA, STRUKTURA, LASTNOSTI, UPORABE - KEMIJA - 2026

Arzen je semimetal ali semimetal pripada skupini 15 ali VA periodnega sistema. Predstavlja ga kemični simbol As, njegova atomska številka pa je 33. Najdemo ga v treh alotropnih oblikah: rumena, črna in siva; slednji je edini z industrijskim pomenom.

Siv arzen je krhko, kovinsko videti trdno s strmo, kristalno barvo (slika spodaj). Ko je izpostavljen zraku, izgubi sijaj in tvori arzenov oksid (As ₂ O ₃ ), ki pri segrevanju oddaja vonj po česnu. Po drugi strani so njeni rumeni in črni alotropi molekularni in amorfni.

Kovinski arzen. Vir: Hi-Res slike kemičnih elementov

Arzen najdemo v zemeljski skorji, povezani s številnimi minerali. V matični državi najdemo le majhen delež, ki pa je povezan z antimono in srebrom.

Med najpogostejšimi minerali, v katerih najdemo arzen, so naslednji: realgar (As ₄ S ₄ ), orpiment (As ₂ S ₃ ), loellingit (FeAs ₂ ) in enargit (Cu ₃ AsS ₄ ). Arzen je pridobljen tudi kot stranski proizvod taljenih kovin, kot so svinec, baker, kobalt in zlato.

Arzenove spojine so strupene, zlasti arzin (AsH ₃ ). Vendar pa ima arzen številne industrijske uporabe, vključno z zlitinami s svincem, ki se uporabljajo pri proizvodnji avtomobilskih baterij, in zlitinami z galijem z različnimi nameni v elektroniki.

Zgodovina njenega odkritja

Ime „arsen“ izvira iz latinskega arsenicum in grškega arsenikona, ki se nanaša na rumen orpiment, ki je bila glavna oblika uporabe arzena s strani alkimistov.

Arzen je bil, preden je bil prepoznan kot kemični element, znan in uporabljen v obliki svojih spojin. Na primer, Aristotel je v 4. stoletju pred našim štetjem pisal o sandaracih, snovi, za katero zdaj velja, da je arzenov sulfid.

Plinij Starejši in Pedanius Discórides je v 1. stoletju našega štetja opisal orpiment, mineral, sestavljen iz As ₂ S ₃ . V 11. stoletju so prepoznali tri vrste arzena: belo (As ₄ O ₄ ), rumeno (As ₂ S ₃ ) in rdečo (As ₄ S ₄ ).

Arzen kot čisti element je prvi opazil Albertus Magnus (1250). Magnus je arzenski sulfid ogreval z milom, pri čemer je na sliki opazil pojav snovi, značilne podobno sivkastim alotropom. Prvo avtentično poročilo o njegovi izolaciji pa je leta 1649 objavil Johann Schroeder, nemški farmacevt.

Schroeder je pripravil arzen s segrevanjem njegovega oksida z ogljem. Kasneje ga je Nicolas Lémery uspel proizvesti s segrevanjem mešanice arzenovega oksida, mila in pepelike. V 18. stoletju je bil ta element dokončno prepoznan kot polovičen.

Struktura arzena

Arzen je izomorfen za antimone; torej so strukturno enaki in se razlikujejo le po velikosti svojih atomov. Vsak atom arzena tvori tri kovalentne vezi As-As tako, da izvirajo "nagubane ali strme" šesterokotne As ₆ enote , saj je hibridizacija atomov As sp ³ .

Nato se enote As ₆ povežejo, kar povzroča strme plasti arzena, ki med seboj šibko delujejo. Kot rezultat medmolekulskih sil, ki so predvsem odvisni od njihovih atomskih mas, romboedrski sivi kristali arzena dajejo trdni snovi krhko in krhko teksturo.

Mogoče zaradi odbojnosti arsenovega prostega para elektronov, enote As _6, oblikovane med vzporednimi plastmi, ne definirajo popolnega, ampak izkrivljenega oktaedra:

Kristalna struktura sivega arzena. Vir: Gabriel Bolívar.

Upoštevajte, da črne krogle narišejo popačeno ravnino v prostoru med dvema strmima plastma. Prav tako so v spodnji plasti plavkaste krogle, ki skupaj s črno kroglo sestavljajo enoto As _6, omenjeno na začetku odseka.

Struktura je videti urejena, vrstice gredo gor in dol, zato je kristalna. Vendar lahko postane amorfna, kroglice se stisnejo na različne načine. Ko sivkast arzen postane amorfen, postane polprevodnik.

Rumeni arzen

Rumeni arzen, najbolj strupen alotrop tega elementa, je čisto molekularna trdna snov. Sestavljen je iz molekul ₄ enot zaradi šibkih disperzijskih sil, ki jim ne preprečujejo izhlapevanja.

Črni arzen

Črni arzen je amorfen; ne pa, kako je lahko sivkast alotrop. Njegova struktura je nekoliko podobna pravkar opisani, s to razliko, da imajo njegove ravnine As ₆ večje površine in različne vzorce nereda.

Elektronska konfiguracija

3d ¹⁰ 4s ² 4p ³

Zapolnjene so vse orbite ravni 3. Z različnimi kemičnimi hibridizacijami tvori vezi s pomočjo orbite 4s in 4p (kot tudi 4d).

Lastnosti

Molekularna teža

74.922 g / mol

Fizični opis

Sivi arzen je sivkasto trdno s kovinskim videzom in krhko konsistenco.

Barva

Tri alotropne oblike, rumena (alfa), črna (beta) in siva (gama).

Neprijeten vonj

WC

Okus

Brez okusa

Tališče

1.090 K pri 35,8 atm (trojna točka arzena).

Pri normalnem tlaku nima tališča, saj se sublimira na 887 K.

Gostota

-Velik arzen: 5,73 g / cm ³ .

-Željen arzen: 1,97 g / cm ³ .

Topnost v vodi

Nerešljiv

Atomski radio

139 popoldne

Atomska prostornina

13,1 cm ³ / mol

Kovalentni polmer

120.00

Specifična toplota

0,328 J / gmol pri 20 ° C

Toplota izhlapevanja

32,4 kJ / mol

Elektronegativnost

2.18 po Paulingovi lestvici

Ionizacijska energija

Prva ionizacijska energija 946,2 kJ / mol

Oksidacijska stanja

-3, +3, +5

Stabilnost

Elementarni arzen je stabilen na suhem zraku, vendar, ko je izpostavljen vlažnemu zraku, postane prevlečen z bronasto rumeno plastjo, ki lahko postane črna plast arzenovega oksida (As ₂ O ₃ ).

Razgradnja

Ko se arzen segreje do razgradnje, sprošča beli dim As ₂ O ₃ . Postopek je nevaren, ker se lahko sprosti tudi arzin, zelo strupen plin.

Samodejni vžig

180 ºC

Trdota

3,5 na Mohsovi lestvici trdote.

Reaktivnost

Ne napada ga hladna žveplova kislina ali koncentrirana klorovodikova kislina. Reagira z vročo dušikovo kislino ali žveplovo kislino, tvori arzenovo kislino in arzenovo kislino.

Ko sivi arzen hlapi s segrevanjem in se hlapi hitro ohladijo, nastane rumen arzen. To se vrne v sivkasto obliko, ko je izpostavljena ultravijolični svetlobi.

Prijave

Zlitine

Majhna količina arzena, dodanega svincu, strdi svoje zlitine, da jih lahko uporabimo pri prevleki kablov in pri izdelavi avtomobilskih baterij.

Dodatek arzena medenini, zlitini bakra in cinka, povečuje njegovo odpornost proti koroziji. Po drugi strani pa popravi ali zmanjša izgubo cinka v medenini, kar povzroči povečanje njegove življenjske dobe.

elektronika

Prečiščen arzen se uporablja v polprevodniški tehnologiji, kjer se uporablja v povezavi z galijem in germanijem, pa tudi v obliki arseida galija (GaAs), ki je drugi najpogosteje uporabljen polprevodnik.

GaA imajo neposredno vrzel, ki jo je mogoče uporabiti v proizvodnji diod, laserjev in LED. Poleg arsenida galija obstajajo tudi drugi arsenidi, kot sta indijev arsenid in aluminijev arsenid, ki sta tudi polprevodniki III-V.

Kadmijev arzenid je medtem polprevodnik tipa II-IV. Arsin se uporablja pri polprevodniškem dopingu.

Kmetijstvo in ohranjanje lesa

Večina aplikacij je bila odstranjena zaradi velike strupenosti in spojin. Ker se ₂ O ₃ uporablja kot pesticid, As ₂ O ₅ pa je sestavina herbicidov in insekticidov.

Za sterilizacijo tal in zatiranje škodljivcev se uporabljajo arzenova kislina (H ₃ AsO ₄ ) in soli, kot sta kalcijev arzenat in svinčev arzenat. To ustvarja nevarnost onesnaženja okolja z arzenom.

Svinčevega arzenata so uporabljali kot insekticid na sadnih drevesih do prve polovice 20. stoletja. Toda zaradi toksičnosti ga je nadomestil natrijev metilarsenat, ki ga je zaradi istega razloga prenehal uporabljati od leta 2013.

Zdravilo

Do 20. stoletja se je več njegovih spojin uporabljalo kot zdravila. Na primer, pri zdravljenju sifilisa in tripanosomiaze sta bila uporabljena arsfenamin in neolsalvarsan.

Leta 2000 je bila uporaba zdravila As ₂ O ₃ , visoko strupene spojine , odobrena pri zdravljenju akutne promielocitne levkemije, odporne na vse trans-retinojsko kislino. Pred kratkim se je radioaktivni izotop ⁷⁴ As uporabljal za lokalizacijo tumorja.

Izotop daje dobre slike, jasnejše od tistih, ki jih dobimo s ¹²⁴ I, ker se jod prenaša na ščitnico in v signalu oddaja hrup.

Druge uporabe

Arsen je bil v preteklosti uporabljen kot krmni dodatek pri perutnini in prašičereji.

Uporablja se kot katalizator pri proizvodnji etilen oksida. Uporablja se tudi pri ognjemetu in strojenju. Arzenov oksid se uporablja kot razmaščevalec pri izdelavi stekla.

Kje je?

Arsen lahko v majhnih količinah najdemo v elementarnem stanju, z visoko stopnjo čistosti. Prisotna je v številnih spojinah, kot so: sulfidi, arsenidi in sulfoarsenidi.

Najdemo ga tudi v več mineralih, med njimi: arsenopirit (FeSA), loellingit (FeAs ₂ ), enargit (Cu ₃ AsS ₄ ), orpiment (As ₂ S ₃ ) in realgar (As ₄ S ₄ ).

Kako se pridobi?

Arsenopirit segreva na 650-700ºC, če ni zraka. Arzen izhlapi, pri čemer ostane železov sulfid (FeS) kot ostanek. Med tem postopkom se arzen veže na kisik in tvori As ₄ O ₆ , znan kot "beli arzen."

Ker je ₄ O ₆ spremenjen tako, da tvori As ₂ O ₃ , katerega hlapi se zbirajo in kondenzirajo v nizu opečnih komor, ki čistijo arzen s sublimacijo.

Večina arzena nastaja z zmanjšanjem ogljika iz prahu As ₂ O ₃ .

Reference

1. Stephen R. Marsden. (23. april 2019). Kemija arzena. Kemija LibreTexts. Pridobljeno: chem.libretexts.org
2. Helmenstine, Anne Marie, dr. (03.12.2018). Zanimivosti o arsenu. Pridobljeno: misel.com
3. Wikipedija. (2019). Arzen. Pridobljeno: en.wikipedia.org
4. Dr. Dough Stewart. (2019). Dejstva o arzenskih elementih. Kemikool. Pridobljeno: chemicool.com
5. Royal Society of Chemistry. (2019). Arzen. Pridobljeno od: rsc.or
6. Uredniki Encyclopeedia Britannica. (03. maj 2019). Arzen. Encyclopædia Britannica. Pridobljeno: britannica.com