ARZÉN: HISTÓRIA, ŠTRUKTÚRA, VLASTNOSTI, POUŽITIA - CHÉMIA - 2026

Arzén je polokovov alebo polokovov patriaci do skupiny 15 alebo VA periodickej tabuľky. Je reprezentovaný chemickým symbolom As a jeho atómovým číslom je 33. Môže sa vyskytovať v troch alotrópických formách: žltá, čierna a šedá; druhý z nich je priemyselne dôležitý.

Šedý arzén je krehká, kovovo vyzerajúca pevná látka so silne kryštalickou farbou (spodný obrázok). Stráca svoj lesk, keď sú vystavené vzduchu, tvoriace oxid arzenitý (ako ₂ O ₃ ), ktorý sa pri zahriatí emituje cesnak zápach. Na druhej strane, jeho žlté a čierne alotrópy sú molekulárne a amorfné.

Kovový arzén. Zdroj: Hi-Res obrázky chemických prvkov

Arzén sa nachádza v zemskej kôre spojenej s početnými minerálmi. V pôvodnom stave sa vyskytuje iba malá časť, ktorá je však spojená s antimónom a striebrom.

Medzi najčastejšie minerálnych látok, v ktorej sa nachádza arzén sú nasledovné: realgar (ako ₄ S ₄ ), nerast (ako ₂ S ₃ ), loellingite (FEAS ₂ ) a enargit (Cu ₃ ASS ₄ ). Arzén sa tiež získava ako vedľajší produkt pri tavení kovov, ako je olovo, meď, kobalt a zlato.

Zlúčeniny arzénu sú toxické, najmä chlórarzín (jaseň ₃ ). Arzén má však množstvo priemyselných aplikácií vrátane legovania olovom, ktoré sa používajú pri výrobe automobilových batérií a legovania gáliom s rôznym využitím v elektronike.

História jeho objavenia

Názov „arzén“ pochádza z latinského arzénu a gréckeho arzénu, ktorý odkazuje na žltú orpiment, ktorý bol hlavnou formou použitia arzénu v alchymistoch.

Arzén, dlho predtým, ako bol rozpoznaný ako chemický prvok, bol známy a používaný vo forme svojich zlúčenín. Napríklad Aristoteles v 4. storočí pred Kristom písal o piesočnatej bolesti, látke, ktorá sa teraz považuje za sulfid arzénu.

Pliny Starší a Pedanius Discórides v 1. storočí nášho letopočtu opísali ortuť, minerál pozostávajúci z As ₂ S ₃ . V 11. storočí sa zistili tri druhy arzénu: biela (As ₄ O ₄ ), žltá (As ₂ S ₃ ) a červená (As ₄ S ₄ ).

Arzén ako čistý prvok prvýkrát pozoroval Albertus Magnus (1250). Magnus zahrieval sulfid arzénu mydlom a všimol si vzhľad látky s charakteristikou podobnou šedivému alotrópu na obrázku. Prvú autentickú správu o jeho izolácii však uverejnil v roku 1649 nemecký lekárnik Johann Schroeder.

Schroeder pripravil arzén zahrievaním jeho oxidu uhlím. Neskôr sa Nicolasovi Lémeryovi podarilo vyrobiť ho zahriatím zmesi oxidu arzénu, mydla a potaše. V 18. storočí bol tento prvok konečne uznaný ako polokov.

Štruktúra arzénu

Arzén je izomorfný voči antimónu; to znamená, že sú štrukturálne totožné a líšia sa iba veľkosťou ich atómov. Každý atóm vytvára arzén tri As-Ako kovalentními väzbami, a to takým spôsobom, že pochádzajú "pokrčené alebo strmé" šesťhranné Ako ₆ jednotiek , pretože hybridizácia AS atómov je sp ³ .

Potom sa jednotky As ₆ spoja, čo vedie k strmým vrstvám arzénu, ktoré navzájom slabo interagujú. V dôsledku intermolekulárnych síl, závislých predovšetkým od atómových hmôt, dávajú kosoštvorcové šedé arzénové kryštály pevnú látku krehkú a krehkú štruktúru.

Pravdepodobne v dôsledku odrazenia arzénových voľných elektrónov, jednotky As ₆ tvorené medzi rovnobežnými vrstvami nedefinujú dokonalý, ale zdeformovaný osemsten.

Kryštalická štruktúra šedého arzénu. Zdroj: Gabriel Bolívar.

Všimnite si, že čierne gule kreslia zdeformovanú rovinu v priestore medzi dvoma strmými vrstvami. Podobne, vo vrstve pod sú modrasté gule, ktorá spolu s čiernou guľu, tvoria ako ₆ jednotky uvedené na začiatku úseku.

Štruktúra vyzerá správne, riadky idú hore a dole, a preto sú kryštalické. Môže sa však stať amorfným, pričom gule sa stlačia rôznymi spôsobmi. Keď sa sivý arzén stane amorfným, stáva sa polovodičom.

Žltý arzén

Žltý arzén, najtoxickejší allotrop tohto prvku, je čisto molekulárna pevná látka. Skladá sa z As molekúl ₄ jednotiek kvôli slabým rozptyľovacím silám, ktoré im nebránia vyparovať.

Čierny arzén

Čierny arzén je amorfný; ale nie ako môže byť šedivý allotrope. Jeho štruktúra je mierne podobná tej, ktorá bola práve opísaná, s tým rozdielom, že jej As ₆ jednotky majú väčšie oblasti a rôzne vzorce porúch.

Elektronická konfigurácia

3d ¹⁰ 4s ² 4p ³

Má všetky orbitály úrovne 3 naplnené. Vytvára väzby pomocou orbitálov 4s a 4p (ako aj 4d) prostredníctvom rôznych chemických hybridizácií.

vlastnosti

Molekulová hmotnosť

74,922 g / mol

Fyzický popis

Šedý arzén je sivastá tuhá látka s kovovým vzhľadom a krehkou konzistenciou.

farba

Tri alotrópne formy, žltá (alfa), čierna (beta) a šedá (gama).

vône

Toaleta, WC

príchuť

bez chuti

Bod topenia

1 090 K pri 35,8 atm (trojitý bod arzénu).

Pri normálnom tlaku nemá teplotu topenia, pretože sublimuje na 887 K.

Hustota

-Gray arzén: 5,73 g / cm ³ .

-Žltá arzén: 1,97 g / cm ³ .

Rozpustnosť vo vode

neriešiteľný

Atómové rádio

139 pm

Atómový objem

13,1 cm ³ / mol

Kovalentný polomer

120 pm

Špecifické teplo

0,328 J / gmol pri 20 ° C

Odparovacie teplo

32,4 kJ / mol

electronegativity

2,18 v Paulingovej stupnici

Ionizačná energia

Prvá ionizačná energia 946,2 kJ / mol

Oxidačné stavy

-3, +3, +5

stabilita

Elementárna arzén je stabilný v suchom vzduchu, ale keď sú vystavené vlhkého vzduchu sa stane pokrytá bronzu žltej vrstvy, ktorá sa môže stať čierna vrstva oxidu arzén (As ₂ O ₃ ).

rozklad

Keď sa arzén zahrieva na rozklad, uvoľňuje biely dym As ₂ O ₃ . Tento postup je nebezpečný, pretože sa môže uvoľňovať aj veľmi jedovatý plyn arzín.

samovznietenia

180 ° C

tvrdosť

3,5 na Mohsovej stupnici tvrdosti.

reaktivita

Nie je napadnutá studenou kyselinou sírovou alebo koncentrovanou kyselinou chlorovodíkovou. Reaguje s horúcou kyselinou dusičnou alebo kyselinou sírovou za vzniku kyseliny arzénu a kyseliny arzénu.

Keď sa šedý arzén zahrievaním prchá a výpary sa rýchlo ochladia, vytvorí sa žltý arzén. Pri vystavení ultrafialovému svetlu sa to vráti do sivastého tvaru.

aplikácia

zliatiny

Malé množstvo arzénu pridaného do olova dostatočne vytvrdzuje zliatiny na ich použitie pri poťahovaní káblov a pri výrobe autobatérií.

Pridanie arzénu do mosadze, zliatiny medi a zinku, zvyšuje jeho odolnosť proti korózii. Na druhej strane koriguje alebo redukuje stratu zinku v mosadze, čo spôsobuje zvýšenie jeho použiteľnej životnosti.

elektronika

Čistený arzén sa používa v polovodičovej technológii, kde sa používa v spojení s gáliom a germánium, ako aj vo forme arzenidu gália (GaAs), ktorý je druhým najpoužívanejším polovodičom.

GaA majú priamu pásmovú medzeru, ktorú je možné použiť pri výrobe diód, laserov a LED. Okrem arzenidu gália existujú aj ďalšie arzenidy, ako napríklad arzenid india a arzenid hliníka, ktoré sú tiež polovodičmi III-V.

Medzitým je arzenid kadmia polovodičom typu II-IV. Arsín sa používa pri dopovaní polovodičov.

Poľnohospodárstvo a ochrana dreva

Väčšina aplikácií bola vyradená z dôvodu ich vysokej toxicity a toxicity ich zlúčenín. Ako ₂ O ₃ sa používa ako pesticíd, pričom ako ₂ O ₅ je prísada do herbicídov a insekticídov.

Kyselina Arsen (H ₃ ASO ₄ ), a soli, ako je arzeničnan vápnika a olova arzeničnan boli použité na sterilizáciu pôdy a hubenie škodcov. To vytvára riziko kontaminácie životného prostredia arzénom.

Arzenát olovnatý sa používal ako insekticíd na ovocných stromoch do prvej polovice 20. storočia. Kvôli svojej toxicite ho však nahradil metyllarsenát sodný, ktorý sa z rovnakého dôvodu prestal používať od roku 2013.

liečivý

Až do 20. storočia sa niektoré z jeho zlúčenín používali ako lieky. Napríklad arfenamín a neolsalvarsan sa používajú pri liečbe syfilis a trypanosomiázy.

V roku 2000, použitie As ₂ O ₃ , vysoko toxickú zlúčeninu , bol schválený v liečbe akútnej promyelocytovou leukémie odolné proti all-trans retinová kyselina. Nedávno sa na lokalizáciu nádoru použil rádioaktívny izotop ⁷⁴ As.

Izotop vytvára dobré obrazy, jasnejšie ako snímky získané s ¹²⁴ I, pretože jód sa prenáša do štítnej žľazy a vytvára v signáli šum.

Iné použitia

Arzén sa v minulosti používal ako kŕmna doplnková látka pri výrobe hydiny a ošípaných.

Používa sa ako katalyzátor pri výrobe etylénoxidu. Používa sa tiež v ohňostrojoch a činení. Oxid arzenitý sa používa ako odfarbovač pri výrobe skla.

Kde sa to nachádza?

Arzén sa nachádza v malom množstve v elementárnom stave s vysokou mierou čistoty. Je prítomný v mnohých zlúčeninách, ako sú: sulfidy, arsenidy a sulfoarseniidy.

To je tiež v niekoľkých minerálov, vrátane: (arsenopyrite FeSAs), loellingite (FEAS ₂ ), enargit (Cu ₃ Ass ₄ ), nerast (Ako ₂ S ₃ ) a realgar (ako ₄ S ₄ ).

Ako sa získa?

Arsenopyrit sa za neprítomnosti vzduchu zahrieva na 650 - 700 ° C. Arzén sa odparí a zostane sulfid železa (FeS) ako zvyšok. Počas tohto procesu, arzén sa viaže na kyslík za vzniku Ako ₄ O ₆ , známy ako "biele arzénu."

Ako ₄ O ₆ je upravený tak, aby forma, ako sa ₂ O ₃ , pár, ktoré sú zhromažďované a kondenzuje v súbore tehál komôr, čistenie arzén sublimáciou.

Väčšina arzénu sa vyrába redukciou oxidu vytvoreného prachu As ₂ O ₃ .

Referencie

1. Stephen R. Marsden. (23. apríla 2019). Chémia arzénu. Chémia LibreTexts. Obnovené z: chem.libretexts.org
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (3. decembra 2018). Zaujímavé fakty o arzéne. Získané z: thinkco.com
3. Wikipedia. (2019). Arsen. Obnovené z: en.wikipedia.org
4. Dough Stewart. (2019). Fakty o arzéne. Chemicool. Získané z: chemicool.com
5. Kráľovská spoločnosť chémie. (2019). Arsen. Získané z: rsc.alebo
6. Editori encyklopédie Britannica. (3. mája 2019). Arsen. Encyclopædia Britannica. Získané z: britannica.com