ARSEN: POVIJEST, STRUKTURA, SVOJSTVA, NAMJENE - KEMIJA - 2026

Arsen je polumetal ili polumetal pripadaju skupini 15 ili VA periodičkog sustava. Predstavljen je kemijskim simbolom As, a njegov je atomski broj 33. Nalazi se u tri alotropna oblika: žuta, crna i siva; potonji je jedini od industrijskog značaja.

Sivi arsen je krhka, metalno čvrsta supstanca strme kristalne boje (slika na dnu). Izlaganjem zraku gubi sjaj, formirajući arsenov oksid (As ₂ O ₃), koji pri zagrijavanju odaje miris češnjaka. S druge strane, njegovi žuti i crni alotropi su molekularni i amorfni.

Metalni arsen. Izvor: Hi-Res slike kemijskih elemenata

Arsen se nalazi u zemljinoj kori koja je povezana s brojnim mineralima. U matičnom je stanju samo mali udio, međutim povezan sa antimonom i srebrom.

Među najčešćim minerala u kojima se nalazi arsena su sljedeći: realgar (kao ₄ S ₄), orpiment (kao ₂ S ₃), (loellingite FeAs ₂) i enargit (Cu ₃ Ass ₄). Arsen se dobiva i kao nusproizvod topljivih metala poput olova, bakra, kobalta i zlata.

Arsenovi spojevi su toksični, posebno arsin (AsH ₃). Međutim, arsen ima brojne industrijske primjene, uključujući legiranje olovom, koje se koriste u proizvodnji automobilskih akumulatora, i legiranje galijem s različitim uporabama u elektronici.

Povijest njegovog otkrića

Naziv 'arsen' dolazi od latinskog arsenicum i grčkog arsenikona, a odnosi se na žuti orpiment, koji je bio glavni oblik upotrebe arsena od strane alkemičara.

Arsen, mnogo prije nego što je bio prepoznat kao kemijski element, bio je poznat i korišten u obliku svojih spojeva. Na primjer, Aristotel je u 4. stoljeću prije Krista pisao o sandaracheu, tvari za koju se sada smatra da je arsenov sulfid.

Plinije Stariji i pedanius Discórides u 1. st, opisani orpiment, mineralno sastoji As ₂ S ₃. U 11. stoljeću prepoznate su tri vrste arsena: bijela (As ₄ O ₄), žuta (As ₂ S ₃) i crvena (As ₄ S ₄).

Arsen kao čisti element prvi je uočio Albertus Magnus (1250). Magnus je zagrijao arsenov sulfid sapunom, primijetivši pojavu tvari slične sivkastom alotropu na slici. Međutim, prvo vjerodostojno izvješće o njegovoj izolaciji objavio je 1649. Johann Schroeder, njemački ljekarnik.

Schroeder je pripremio arsen zagrijavanjem njegovog oksida drvenim ugljenom. Kasnije ga je Nicolas Lémery uspio proizvesti zagrijavanjem mješavine arsenijevog oksida, sapuna i kalijevog potaša. U 18. stoljeću ovaj je element konačno priznat kao polu-metal.

Struktura arsena

Arsen je izomorfan prema antimonu; to jest, oni su strukturalno identični i razlikuju se samo u veličini svojih atoma. Svaki atom arsena tvori tri As-As kovalentne veze na način da potječu od “naborane ili strme” šesterokutne As ₆ jedinice, budući da je hibridizacija As atoma sp ³.

Tada se jedinice As ₆ povezuju, stvarajući strme slojeve arsena, koji slabe jedni s drugima. Kao rezultat njihovih intermolekularnih sila, prije svega ovisnih o njihovim atomskim masama, romboedarski sivi kristali arsena daju krutini krhku i krhku teksturu.

Vjerojatno zbog odbijanja slobodnog para elektrona arsena, jedinice As ₆ formirane između paralelnih slojeva ne definiraju savršen, već izobličen oktaedar:

Kristalna struktura sivog arsena. Izvor: Gabriel Bolívar.

Imajte na umu da crne sfere crtaju iskrivljenu ravninu u razmaku između dva strma sloja. Isto tako, u sloju ispod nalaze se plavkaste sfere koje zajedno s crnom sferom čine As ₆ jedinicu koja se spominje na početku odjeljka.

Struktura izgleda uredno, redovi idu gore-dolje i zbog toga je kristalna. Međutim, može postati amorfan, s kuglicama stisnutim na različite načine. Kad sivkast arsen postane amorfan, postaje poluvodič.

Žuti arsen

Žuti arsen, najotrovniji alotrop ovog elementa, čisto je molekularna kruta tvar. Sastoji se od molekula As molekula ₄ zbog slabih disperzijskih sila, koje ih ne sprječavaju u hlapljenju.

Crni arsen

Crni arsen je amorfan; ali ne i kako sivkast alotrop može biti. Njegova je struktura malo slična upravo opisanoj, s razlikom što njezine ravnine As ₆ imaju veća područja i različite obrasce nereda.

Elektronska konfiguracija

3d ¹⁰ 4s ² 4p ³

Ima ispunjene sve orbitale razine 3. On formira veze koristeći 4s i 4p orbitale (kao i 4d) kroz različite kemijske hibridizacije.

Svojstva

Molekularna težina

74.922 g / mol

Fizički opis

Sivi arsen je sivkasta krutina s metalnim izgledom i krhkom konzistencijom.

Boja

Tri alotropna oblika, žuta (alfa), crna (beta) i siva (gama).

Miris

WC

Ukus

neukusan

Talište

1,090 K pri 35,8 atm (trostruka točka arsena).

Pri normalnom tlaku nema talište, jer se sublimira na 887 K.

Gustoća

-Gray arsen: 5.73 g / cm ³.

-Yellow arsen: 1.97 g / cm ³.

Topnost u vodi

netopljiv

Atomski radio

139 sati

Atomski volumen

13,1 cm ³ / mol

Kovalentni polumjer

120 sati

Određena toplina

0,328 J / gmol na 20 ° C

Toplina isparavanja

32,4 kJ / mol

Elektronegativnost

2.18 na Paulingovoj skali

Energija ionizacije

Prva energija ionizacije 946,2 kJ / mol

Oksidacijska stanja

-3, +3, +5

Stabilnost

Elementarni arsen je stabilan na suhom zraku, ali kada je izložen vlažnom zraku, prekriva se brončano-žutim slojem koji može postati crni sloj arsenovog oksida (As ₂ O ₃).

Raspad

Kada arsen se zagrijava na razgradnju, emitira bijelu dim As ₂ O ₃. Postupak je opasan jer se može pustiti i arzin, vrlo otrovni plin.

Samozapaljenja

180 ºC

Tvrdoća

3,5 na Mohsovoj skali tvrdoće.

Reaktivnost

Ne napada ga hladna sumporna kiselina ili koncentrirana klorovodična kiselina. Reagira s vrućom dušičnom ili sumpornom kiselinom, formirajući arsen i arsenska kiselina.

Kada se sivim arsenom zagrijavanjem hlapi, a pare brzo hlade, nastaje žuti arsen. Ako se izloži ultraljubičastoj svjetlosti, vraća se u sivkast oblik.

Prijave

legure

Mala količina arsena dodana olovu očvrsne njegove legure dovoljno da ih se koristi u prevlačenju kablova i proizvodnji automobilskih akumulatora.

Dodavanje arsena u mjed, leguru bakra i cinka, povećava njegovu otpornost na koroziju. S druge strane, ispravlja ili smanjuje gubitak cinka u mjedi, što uzrokuje povećanje njegova korisnog vijeka.

elektronika

Pročišćeni arsen koristi se u tehnologiji poluvodiča gdje se koristi u kombinaciji s galijem i germanijom, kao i u obliku arlijeda galija (GaAs), koji je drugi najčešće korišteni poluvodič.

GaA-i imaju izravan jaz između pojasa, koji se može koristiti u proizvodnji dioda, lasera i LED-a. Pored arlijeda galija, postoje i drugi arseniidi, poput indijevog arsenida i aluminij-arsenida, koji su također III-V poluvodiči.

U međuvremenu, kadmijum arsenid je poluvodič tipa II-IV. Arsin se koristio u poluprevodničkom dopingu.

Poljoprivreda i očuvanje drva

Većina primjena otpada zbog visoke toksičnosti i njihovih spojeva. Kao _2. O ₃ se koristi kao pesticid, a kao što je ₂ O ₅ je sastojak herbicida i insekticida.

Arsen kiselina (H ₃ ASO ₄) i njegove soli kao što su kalcijev i olova arsenata arsenata su korišteni za sterilizaciju tla i kontrolu štetnika. To stvara rizik od onečišćenja okoliša arsenom.

Olovni arsenat koristio se kao insekticid na voćkama do prve polovice 20. stoljeća. Ali zbog svoje toksičnosti zamijenio ga je natrijev metilarsenat, koji se zbog istog razloga prestao koristiti od 2013. godine.

medicinski

Do 20. stoljeća nekoliko njegovih spojeva koristilo se kao lijekovi. Na primjer, Arsphenamine i neolsalvarsan korišteni su u liječenju sifilisa i tripanosomijaze.

2000., upotreba As ₂ O ₃, visoko toksičnog spoja, je odobren za liječenje akutne promijelocitične leukemije otporan na sve-trans retinoinska kiselina. Nedavno se radioaktivni izotop ⁷⁴ As koristio za lokalizaciju tumora.

Izotop stvara dobre slike, jasnije od onih dobivenih s ¹²⁴ I, jer se jod prenosi u štitnjaču i stvara signal u buci.

Ostale uporabe

Arsen se u prošlosti koristio kao dodatak hrani u peradi i svinji.

Koristi se kao katalizator u proizvodnji etilen oksida. Također se koristi u vatrometu i štavljenju. Arsenov oksid koristi se kao obezbojivač u proizvodnji stakla.

Gdje se nalazi?

Arsen se može naći u malim količinama u elementarnom stanju, s visokim stupnjem čistoće. Prisutan je u brojnim spojevima, kao što su: sulfidi, arsenidi i sulfoarsenidi.

Nalazi se i u nekoliko minerala, uključujući: arsenopirit (FeSA), loellingit (FeAs ₂), enargit (Cu ₃ AsS ₄), orpiment (As ₂ S ₃) i realgar (As ₄ S ₄).

Kako se dobiva?

Arsenopirit se zagrijava na 650-700ºC, u nedostatku zraka. Arsen isparava, ostavljajući željezni sulfid (FeS) kao ostatak. Tijekom tog procesa, arsena veže na kisiku kako bi se dobilo kao ₄ O ₆, poznat kao „bijele arsena.”

Kao ₄ O ₆ modificirano kako bi se dobio što je ₂ O ₃, pare od kojih se sakupi i kondenzira u skupu opeke komora pročišćavanjem arsen sublimacijom.

Većina arsena je proizveden redukcijom ugljika nastalog praha Kao ₂ O ₃.

Reference

1. Stephen R. Marsden. (23. travnja 2019.). Kemija arsena. Kemija LibreTexts. Oporavak od: chem.libretexts.org
2. Helmenstine, Anne Marie, dr. Sc. (03. prosinca 2018.). Zanimljive činjenice o arsenu. Oporavilo od: misel.com
3. Wikipedia. (2019). Arsen. Oporavilo sa: en.wikipedia.org
4. Dr. Dough Stewart. (2019). Činjenice s arsenskim elementima. Chemicool. Oporavilo od: chemicool.com
5. Kraljevsko društvo za kemiju. (2019). Arsen. Oporavak od: rsc.or
6. Urednici Encyclopaedia Britannica. (03. svibnja 2019.). Arsen. Encyclopædia Britannica. Oporavilo od: britannica.com