Czym jest arsen? Definicja, wzór, właściwości
Arsen jest pierwiastkiem chemicznym piątej grupy czwartego okresu układu okresowego o liczbie atomowej 33. Jest to kruchy półmetal stalowy kolor z zielonkawym odcieniem. Dziś przyjrzymy się bliżej, czym jest arsen i poznajemy podstawowe właściwości tego pierwiastka.
Ogólna charakterystyka
Arsen jest wyjątkowy, ponieważ znajduje się dosłownie wszędzie - w formacje skalne woda, minerały, gleba, flora i fauna. Dlatego jest często nazywany nie innym niż wszechobecny element. Arsen jest swobodnie rozprowadzany we wszystkich regionach geograficznych Ziemi. Powodem tego jest zmienność i rozpuszczalność jej związków.
Nazwa elementu związana jest z jego wykorzystaniem do eksterminacji gryzoni. Łacińskie słowo Arsenicum (formuła arsenu w układzie okresowym - As) pochodzi od greckiego Arsen, oznaczającego "silny" lub "mocny".
Ciało przeciętnej osoby dorosłej zawiera około 15 mg tego pierwiastka. Koncentruje się głównie w jelicie cienkim, wątrobie, płucach i nabłonku. Absorpcję substancji prowadzi żołądek i jelita. Antagonistami arsenu są siarka, fosfor, selen, niektóre aminokwasy, a także witaminy E i C. Samo pierwiastek wpływa na wchłanianie cynku, selenu, a także witamin A, C, B9 i E.
Podobnie jak wiele innych substancji, arsen może być trucizną i lekiem, wszystko zależy od dawki.
Wśród użytecznych funkcji pierwiastka, takiego jak arsen, można zidentyfikować:
- Stymuluj asymilację azotu i fosforu.
- Poprawa tworzenia krwi.
- Interakcja z cysteiną, białkami i kwasem liponowym.
- Osłabienie procesów oksydacyjnych.
Dzienne zapotrzebowanie arsenu dla osoby dorosłej wynosi od 30 do 100 mikrogramów.
Tło historyczne
Jeden z etapów rozwoju człowieka nazywa się "brąz", ponieważ w tym okresie ludzie zmienili broń kamienną na brązową. Ten metal jest stopem cyny i miedzi. Kiedyś, podczas wytapiania brązu, mistrzowie przypadkowo użyli produktów wietrzenia minerału siarczkowo-arsenowego zamiast rudy miedzi. Uzyskany stop jest łatwo odlewany i dobrze kuty. W tamtych czasach nikt jeszcze nie wiedział, czym jest arszenik, ale złoża minerałów były celowo poszukiwane do produkcji wysokiej jakości brązu. Z biegiem czasu technologia ta została porzucona, najwyraźniej ze względu na fakt, że jej stosowanie często powodowało zatrucie.
W starożytnych Chinach używano stałego minerału o nazwie realgar (As 4 S 4 ). Był używany do rzeźbienia w kamieniu. Ponieważ pod wpływem temperatury i światła, realgar zamienił się w inną substancję - As 2 S 3 , został wkrótce porzucony.
W I wieku pne rzymski naukowiec Pliniusz Starszy wraz z botanikiem i lekarzem Dioscorides opisali mineralny arszenik zwany działaniem. Jego nazwa jest tłumaczona z łaciny jako "złota farba". Substancja została użyta jako żółty barwnik.
W średniowieczu alchemicy sklasyfikowali trzy formy pierwiastków: żółty (siarczek As 2 S 3 ), czerwony (jako siarczek 4S 4 ) i biały (tlenek As 2 O 3 ). W XIII wieku, podczas ogrzewania żółtego arsenu z mydłem, alchemicy otrzymali substancję podobną do metalu. Najprawdopodobniej była to pierwsza próbka czystego pierwiastka uzyskanego sztucznie.
Co to jest czysty arsen, poznany na początku XVII wieku. Stało się tak, gdy Johann Schroeder, przywracając tlenek węglem drzewnym, wyodrębnił ten element. Kilka lat później francuskiemu chemikowi Nicoli Lemery udało się uzyskać substancję przez ogrzanie tlenku w mieszaninie z mydłem i potażem. W następnym stuleciu arszenik był już dobrze znany w swoim półmetalicznym statusie.
Właściwości chemiczne
W układzie okresowym pierwiastek chemiczny, arsen, znajduje się w piątej grupie i jest zawarty w rodzinie azotu. W naturalnych warunkach jest reprezentowany przez pojedynczy stabilny nuklid. Sztucznie otrzymują więcej niż dziesięć radioaktywnych izotopów materii. Zakres wartości półtrwania, jaki mają, jest dość szeroki - od 2-3 minut do kilku miesięcy.
Chociaż arszenik jest czasami nazywany metalem, najprawdopodobniej odnosi się do niemetali. W połączeniu z kwasami nie tworzy soli, ale sam jest substancją kwasotwórczą. Dlatego element jest identyfikowany jako półmetal.
Arsen, podobnie jak fosfor, może występować w różnych konfiguracjach alotropowych. Jeden z nich, szary arsen, jest kruchą substancją, która ma metaliczny blask podczas przerwy. Przewodność elektryczna tego półmetala jest 17 razy niższa niż miedzi, ale 3,6 razy wyższa niż w przypadku rtęci. Wraz ze wzrostem temperatury zmniejsza się, co jest typowe dla typowych metali.
Przy szybkim schłodzeniu pary arsenu do temperatury ciekłego azotu (-196 ° C) można uzyskać miękką żółtawą substancję przypominającą żółty fosfor. Po podgrzaniu i ekspozycji na arsen ultrafioletowy żółty natychmiast zmienia kolor na szary. Reakcji towarzyszy ciepło. Kiedy skraplają się pary w atmosferze obojętnej, powstaje inna forma substancji - bezpostaciowa. W przypadku wytrącenia oparów arsenu na szybie pojawia się lustrzany film.
Zewnętrzna powłoka elektronowa tej substancji ma taką samą strukturę jak fosfor i azot. Podobnie jak fosfor, arsen tworzy trzy wiązania kowalencyjne. W suchym powietrzu ma stabilną formę, a wraz ze wzrostem wilgotności staje się matowy i pokryty czarną warstwą tlenku. Po zapaleniu opary substancji palą się z niebieskim płomieniem.
Ponieważ arsen jest obojętny, nie ma na niego wpływu woda, alkalia i kwasy, które nie mają właściwości utleniających. Po kontakcie substancji z rozcieńczonym kwas azotowy Kwas orto-arsenowy powstaje ze stężonym kwasem orto-arsenowym. Również arsen reaguje z siarką, tworząc siarczki o różnym składzie.
Będąc w naturze
W warunkach naturalnych taki pierwiastek chemiczny jak arsen często znajduje się w związkach z miedzią, niklem, kobaltem i żelazem.
Skład minerałów, które tworzy substancja, wynika z jego właściwości półmetalicznych. Do tej pory znanych jest ponad 200 minerałów tego pierwiastka. Ponieważ arsen można znaleźć w ujemnym i dodatnim stopniu utlenienia, łatwo wchodzi on w reakcję z wieloma innymi substancjami. Przy dodatnim utlenianiu arsenu działa on jak metal (w siarczkach), a ujemny - niemetaliczny (w arsenidach). Minerały zawierające ten pierwiastek mają dość złożoną kompozycję. W sieci krystalicznej półmetal może zastąpić atomy siarki, antymonu i metali.
Z punktu widzenia ich składu, wiele związków metali z arsenem raczej nie należy do arsenidów, lecz do związków międzymetalicznych. Niektóre z nich różnią się zmienną zawartością głównego elementu. Kilka metali może jednocześnie występować w arsenidach, których atomy, z bliskim promieniem jonów, mogą zastępować się nawzajem. Wszystkie minerały, które są klasyfikowane jako arsenidy, są obdarzone metalicznym połyskiem, są nieprzezroczyste, ciężkie i mocne. Spośród naturalnych arsenidów (łącznie około 25) można wymienić następujące minerały: skutterudite, ramelsbrргgite, nickeline, lellingrite, klin-afflorite i inne.
Chemicznie interesujące są te minerały, w których arsen występuje jednocześnie z siarką i odgrywa rolę metalu. Mają bardzo złożoną strukturę.
Naturalne sole kwasu arsenowego (arsenian) mogą mieć różne kolory: erytrytol to kobalt; simplesitis, annabergit i skorid - zielony, a Rooseveltite, cattigit i hernesit - bezbarwny.
Zgodnie z jego właściwościami chemicznymi, arsen jest raczej obojętny, dlatego można go znaleźć w jego stanie naturalnym w postaci akronowych kostek i igieł. Zawartość zanieczyszczeń w samorodku nie przekracza 15%.
W glebie zawartość arsenu zmienia się w zakresie 0,1-40 mg / kg. Na obszarach wulkanów i miejsc, gdzie osadza się ruda arsenu, liczba ta może osiągnąć nawet 8 g / kg. Rośliny w takich miejscach umierają, a zwierzęta chorują. Podobny problem charakteryzuje stepy i pustynie, gdzie nie dochodzi do ługowania pierwiastka z gleby. Gliniane skały są uważane za wzbogacone, ponieważ zawartość substancji arsenowych w nich jest czterokrotnie wyższa niż w zwykłych.
Kiedy czysta substancja w procesie biometylacji przekształca się w lotny związek, który może być usunięty z gleby nie tylko przez wodę, ale także przez wiatr. W normalnych obszarach stężenie arsenu w powietrzu wynosi średnio 0,01 μg / m 3 . W obszarach przemysłowych, w których działają fabryki i elektrownie, wskaźnik ten może osiągnąć 1 μg / m 3 .
W składzie wody mineralnej może znajdować się umiarkowana ilość substancji arsenowych. W leczniczych wodach mineralnych, zgodnie z ogólnie przyjętymi standardami, stężenie arsenu nie powinno przekraczać 70 μg / l. Warto zauważyć, że nawet przy wyższych wskaźnikach zatrucie może wystąpić tylko przy regularnym stosowaniu takiej wody.
W naturalnych wodach pierwiastek może mieć różne formy i związki. Na przykład triumencki arsen jest znacznie bardziej toksyczny niż pięciowartościowy.
Pierwsze arszenik
Pierwiastek otrzymuje się jako produkt uboczny przerobu rud ołowiu, cynku, miedzi i kobaltu, a także podczas wydobycia złota. Jako część niektórych rud polimetalicznych zawartość arsenu może sięgać nawet 12%. Po podgrzaniu do temperatury 700 ° C następuje sublimacja - przejście substancji ze stanu stałego w stan gazowy, z pominięciem cieczy. Ważnym warunkiem wdrożenia tego procesu jest brak powietrza. Gdy rudy arsenu są ogrzewane na powietrzu, powstaje lotny tlenek, zwany "białym arsenem". Zastąpienie kondensacji węglem, czystego arsenu jest zmniejszone.
Wzór na uzyskanie elementu jest następujący:
- 2 As 2 S 3 + 9O 2 = 6SO 2 + 2 As 2 O 3 ;
- Jako 2 O 3 + 3 C = 2 As + 3CO.
Wydobywanie arsenu odnosi się do niebezpiecznej produkcji. Paradoksalne jest to, że największe zanieczyszczenie środowiska przez ten pierwiastek występuje nie w pobliżu przedsiębiorstw, które go produkują, ale wokół elektrowni i hutnictwa metali nieżelaznych.
Innym paradoksem jest to, że produkcja metalicznego arsenu przekracza jego zapotrzebowanie. W dziedzinie wydobycia metali jest bardzo rzadkim zjawiskiem. Nadmiar arsenu należy utylizować, wyrzucając metalowe pojemniki w starych kopalniach.
Największe złoża rud arsenowych są skoncentrowane w takich krajach:
- Miedź-arsen - USA, Gruzja, Japonia, Szwecja, Norwegia i kraje Azji Środkowej.
- Złoto-arsen - Francja i Stany Zjednoczone.
- Arsen-kobalt - Kanada i Nowa Zelandia.
- Arszenik-cyna - Anglia i Boliwia.
Definicja
Laboratoryjne oznaczanie arsenu przeprowadza się przez strącanie żółtych siarczków z roztworów kwasu chlorowodorowego. Ślady elementów są określane metodą Gutzeita lub za pomocą reakcji Marsh. W ostatnim półwieczu stworzono różnego rodzaju wrażliwe techniki analityczne, które umożliwiają ujawnienie nawet bardzo małej ilości danej substancji.
Niektóre związki arsenu są analizowane przy użyciu selektywnej metody hybrydowej. Polega ona na przywróceniu analitu w lotnym pierwiastku arsynowym, który jest następnie zamrażany w zbiorniku chłodzonym ciekłym azotem. Następnie, z powolnym podgrzewaniem zawartości pojemnika, różne arsiny zaczynają odparowywać oddzielnie od siebie.
Zastosowanie przemysłowe
Prawie 98% wydobytego arsenu nie jest używane w czystej postaci. Jego związki były szeroko stosowane w różnych gałęziach przemysłu. Setki ton arsenu są wydobywane i przetwarzane corocznie. Jest on dodawany do stopów łożyskowych w celu poprawy ich jakości, służy do zwiększania twardości kabli i akumulatorów kwasowo-ołowiowych, a także jest używany do produkcji urządzeń półprzewodnikowych z germanem lub krzemem. A to tylko najbardziej ambitne obszary.
Jako domieszka arsen powoduje przewodnictwo niektórym "klasycznym" półprzewodnikom. Dodatek do ołowiu znacznie zwiększa wytrzymałość metalu, a także miedź - płynność, twardość i odporność na korozję. Arszenik jest czasem dodawany do niektórych odmian brązu, mosiądzu, babbitt i stopów typograficznych. Jednak metalurdzy często starają się unikać używania tej substancji, ponieważ jest to niebezpieczne dla zdrowia. W przypadku niektórych metali duże ilości arsenu są również szkodliwe, ponieważ powodują degradację właściwości materiału wyjściowego.
Tlenek arsenu był stosowany w produkcji szkła jako odstojnik do szkła. Dawni dmuchacze szkła używali go w tym kierunku. Związki arsenu są silnym środkiem antyseptycznym, dzięki czemu chronią futro, wypchane zwierzęta i skórki, a także tworzą farby przeciwporostowe do transportu wody i impregnacji drewna.
Ze względu na aktywność biologiczną niektórych pochodnych arsenu, substancja ta jest wykorzystywana do produkcji stymulantów wzrostu roślin, a także leków, w tym środków przeciw robakom dla zwierząt gospodarskich. Produkty zawierające ten pierwiastek są używane do zwalczania chwastów, gryzoni i owadów. Wcześniej, gdy ludzie nie myśleli o tym, czy arszenik może być wykorzystany do produkcji żywności, element w rolnictwie miał szersze zastosowanie. Jednak po zidentyfikowaniu toksycznych właściwości substancja musiała znaleźć zamiennik.
Ważnymi obszarami zastosowania tego elementu są: produkcja mikroukładów, światłowodów, półprzewodników, elektronika filmowa, a także uprawa mikrokryształów do laserów. Do tych celów stosuje się arseny gazowe. A produkcja laserów, diod i tranzystorów nie jest kompletna bez arsenidów galu i indu.
Medycyna
W ludzkich tkankach i narządach pierwiastek jest reprezentowany głównie w frakcji białkowej, w mniejszym stopniu - w kwasie rozpuszczalnym. Bierze udział w fermentacji, glikolizie i reakcjach redoks, a także zapewnia rozkład złożonych węglowodanów. W biochemii związki tej substancji są stosowane jako specyficzne inhibitory enzymów niezbędne do badania reakcji metabolicznych. Arsen jest konieczny dla ludzkiego ciała jako pierwiastek śladowy.
Zastosowanie tego pierwiastka w medycynie jest mniej rozległe niż w produkcji. Jego mikroskopijne dawki są wykorzystywane do diagnozowania wszystkich rodzajów chorób i patologii, a także leczenia chorób zębów.
W stomatologii stosuje się arsen w celu usunięcia miazgi. Mała porcja pasty zawierającej kwas arsenowy, dosłownie jeden dzień zapewnia śmierć zęba. Dzięki jego działaniu usuwanie miazgi jest bezbolesne i nie przeszkadza.
Arsen był również szeroko stosowany w leczeniu łagodnych postaci białaczki. Pozwala zmniejszyć lub nawet stłumić patologiczne tworzenie się leukocytów, a także stymulować tworzenie się czerwonych krwinek i uwalnianie czerwonych krwinek.
Arszenik jako trucizna
Wszystkie związki tego pierwiastka są trujące. Ostre zatrucie arszenikiem prowadzi do bólu brzucha, biegunki, nudności i depresji ośrodkowego układu nerwowego. Objawy zatrucia tą substancją przypominają objawy cholery. Dlatego wcześniej w praktyce sądowej zdarzały się przypadki celowego zatrucia arszenikiem. W celach przestępczych pierwiastek był najczęściej używany jako trójtlenek.
Objawy zatrucia
Na początku zatrucie arszenikiem objawia się metalicznym smakiem w jamie ustnej, wymiotami i bólem brzucha. Jeśli nie zostanie podjęte żadne działanie, mogą się rozpocząć napady padaczki, a nawet paraliż. W najgorszym przypadku zatrucie może być śmiertelne.
Przyczyną zatrucia może być:
- Wdychanie pyłu zawierającego arsen. Występuje z reguły w roślinach do produkcji arsenu, w których nie przestrzega się zasad ochrony pracy.
- Jedzenie zatrutego jedzenia lub wody.
- Używanie niektórych leków.
Pierwsza pomoc
Mleko jest najszerzej dostępnym i znanym antidotum na zatrucie arszenikiem. Zawarta w nim kazeina białkowa tworzy nierozpuszczalne związki z toksyczną substancją, która nie może zostać wchłonięta do krwi.
W przypadku ostrego zatrucia ofiara musi otrzymać szybką pomoc. płukanie żołądka. Hemodializa mająca na celu czyszczenie nerek odbywa się również w szpitalu. Z leków użytych uniwersalne antidotum - "Unitiol". Dodatkowo można stosować substancje antagonistyczne: selen, cynk, siarkę i fosfor. W przyszłości pacjentowi należy przepisać kompleks aminokwasów i witamin.
Niedobór arsenu
Odpowiadając na pytanie: "Czym jest arsen?", Warto zauważyć, że w małych ilościach jest to niezbędne dla ludzkiego ciała. Element jest uważany za immunotoksyczny, warunkowo niezbędny. Bierze udział w prawie wszystkich najważniejszych procesach biochemicznych organizmu człowieka. Takie objawy mogą wskazywać na niedobór tej substancji: obniżenie stężenia triglicerydów we krwi, pogorszenie rozwoju i wzrost organizmu.
Co do zasady, w przypadku braku poważnych problemów zdrowotnych o braku arsenu w diecie nie trzeba się martwić, ponieważ pierwiastek zawarty jest w prawie wszystkich produktach pochodzenia roślinnego i zwierzęcego. Ta substancja jest szczególnie bogata w owoce morza, zboża, wino z winogron, soki i wodę pitną. W ciągu dnia 34% zużytej arsenu jest wydalane z organizmu.
W przypadku niedokrwistości substancja jest przyjmowana w celu zwiększenia apetytu, aw przypadku zatrucia selenem działa jako skuteczne antidotum.