Što je arsen? Definicija, formula, svojstva

Arsen je kemijski element 5. skupine četvrtog razdoblja periodnog sustava s atomskim brojem 33. To je krhka polumetalna boja čelika s zelenkastim nijansama. Danas ćemo pobliže pogledati što je arsen i upoznati se s osnovnim svojstvima ovog elementa.

Opće karakteristike

Arsen je jedinstven po tome što ga nalazimo doslovno svugdje - u stijene vode, minerala, tla, flore i faune. Stoga se često naziva nitko drugi nego sveprisutni element. Arsen je slobodno raspoređen u svim geografskim područjima planete Zemlje. Razlog tome je hlapljivost i topljivost njegovih spojeva.

Ime elementa povezano je s uporabom istrebljenja glodavaca. Latinska riječ Arsenicum (arsenova formula u periodnom sustavu - As) potječe od grčkog Arsena, što znači "snažan" ili "moćan".

Tijelo prosječne odrasle osobe sadrži oko 15 mg ovog elementa. Uglavnom se koncentrira u tankom crijevu, jetri, plućima i epitelu. Apsorpcija tvari provodi se u želucu i crijevima. Antagonisti arsena su sumpor, fosfor, selen, neke aminokiseline, kao i vitamini E i C. Sam element utječe na apsorpciju cinka, selena, te vitamina A, C, B9 i E.

Kao i mnoge druge tvari, arsen može biti otrov i lijek, sve ovisi o dozi.

Među korisnim funkcijama elementa kao što je arsen mogu se identificirati:

1. Potaknuti asimilaciju dušika i fosfora.
2. Poboljšanje stvaranja krvi.
3. Interakcija s cisteinom, proteinima i lipoičnom kiselinom.
4. Slabljenje oksidativnih procesa.

Dnevna potreba za arsenom za odraslu osobu je između 30 i 100 mikrograma.

Povijesna pozadina

Jedna od faza ljudskog razvoja naziva se "bronca", jer su u tom razdoblju ljudi mijenjali kameno oružje u brončana. Ovaj metal je legura kositra i bakra. Jednom, kad su taljenje bronce, majstori su slučajno upotrijebili proizvode od atmosferskih utjecaja bakrenog arsen-sulfida umjesto bakrene rude. Dobivena legura je lako lijevana i dobro kovana. Tih dana nitko još nije znao što je arsen, ali su namjerno traženi nalazi njegovih minerala za proizvodnju visokokvalitetne bronce. Tijekom vremena ta je tehnologija napuštena, očito zbog činjenice da je njezina uporaba često rezultirala trovanjem.

U drevnoj Kini koristili su čvrsti mineral nazvan realgar (As ₄ S ₄ ). Koristio se za rezanje kamena. Budući da se pod utjecajem temperature i svjetla, realgar pretvorio u drugu supstancu - kao 2S ₃ , također je ubrzo napušten.

U 1. stoljeću prije Krista rimski znanstvenik Plinije Stariji, zajedno s botaničarem i liječnikom Dioskoridom, opisao je mineralni arsen koji se zove orpiment. Ime je prevedeno s latinskog kao "zlatna boja". Tvar je korištena kao žuta boja.

U srednjem vijeku alkemičari su klasificirali tri elementa: žuti (As ₂ S ₃ sulfid), crveni (As ₄ S ₄ sulfid) i bijeli (As ₂ O ₃ oksid). U 13. stoljeću alkemičari su pri zagrijavanju žutog arsena sapunom dobivali metalnu tvar. Najvjerojatnije je to bio prvi uzorak čistog elementa dobivenog umjetno.

Što je čisti arsen, naučio se početkom 17. stoljeća. To se dogodilo kada je Johann Schroeder, vraćajući oksid s ugljenom, izdvojio ovaj element. Nekoliko godina kasnije, francuski kemičar Nicola Lemery uspio je dobiti tvar zagrijavanjem svog oksida u smjesi sa sapunom i potašom. U sljedećem stoljeću arsen je već bio poznat u polumetalnom statusu.

Kemijska svojstva

U periodnom sustavu, kemijski element arsen nalazi se u petoj skupini i uključen je u obitelj dušika. U prirodnim uvjetima, ona je predstavljena jednim stabilnim nuklidom. Umjetnički primiti više od deset radioaktivnih izotopa tvari. Raspon vrijednosti poluživota je vrlo širok - od 2-3 minute do nekoliko mjeseci.

Iako se arsen ponekad naziva metal, najvjerojatnije se odnosi na nemetale. U kombinaciji s kiselinama, ne tvori soli, već je sama tvar koja tvori kiselinu. Zato se element identificira kao polumetal.

Arsen, kao i fosfor, može biti u različitim alotropnim konfiguracijama. Jedan od njih, sivi arsen, je krhka supstanca koja ima metalni sjaj na pauzi. Električna provodljivost ovog polumetala je 17 puta niža od provodljivosti bakra, ali 3,6 puta veća od one od žive. S povećanjem temperature smanjuje se, što je tipično za tipične metale.

Uz brzo hlađenje pare arsena do temperature tekućeg dušika (-196 ° C), može se dobiti meka žućkasta tvar slična žutom fosforu. Kada se zagrije i izloži ultraljubičastom žutom arsenu odmah postaje siva. Reakcija je praćena toplinom. Kada se pare kondenziraju u inertnoj atmosferi, stvara se drugi oblik tvari - amorfan. Ako se istaloži pare arsena, na staklu se pojavi zrcalni film.

Vanjska elektronska ljuska ove tvari ima istu strukturu kao i fosfor i dušik. Kao i fosfor, arsen tvori tri kovalentne veze. Sa suhim zrakom ima stabilan oblik, a uz povećanu vlažnost raste i postaje prekriven crnim oksidnim filmom. Kada se zapali, isparenja tvari izgaraju plavim plamenom.

Budući da je arsen inertan, na njega ne utječu voda, alkalije i kiseline koje nemaju oksidirajuća svojstva. Nakon kontakta tvari s razrijeđenim dušična kiselina nastaje orto-arsenska kiselina, te s koncentriranom orto-arsenskom kiselinom. Također, arsen reagira sa sumporom u obliku sulfida različitog sastava.

Biti u prirodi

U prirodnim uvjetima, takav kemijski element kao arsen često se nalazi u spojevima s bakrom, niklom, kobaltom i željezom.

Sastav minerala koje tvar tvori zbog svojih polumetalnih svojstava. Do danas je poznato više od 200 minerala ovog elementa. Budući da se arsen može naći u negativnim i pozitivnim oksidacijskim stanjima, lako reagira s mnogim drugim tvarima. Pozitivnom oksidacijom arsena djeluje kao metal (u sulfidima), a negativno - na nemetale (u arsenidima). Minerali koji sadrže taj element imaju vrlo složen sastav. U kristalnoj rešetki polumetal može zamijeniti atome sumpora, antimona i metala.

Sa stajališta njihovog sastava, mnogi spojevi metala s arsenom imaju veću vjerojatnost da ne pripadaju arsenidima, nego intermetalnim spojevima. Neki od njih se razlikuju u varijabilnom sadržaju glavnog elementa. Nekoliko metala može istovremeno biti prisutno u arsenidima, čiji atomi, uz bliski radijus iona, mogu međusobno zamijeniti. Svi minerali, koji su klasificirani kao arsenidi, imaju metalni sjaj, neprozirni su, teški i snažni. Među prirodnim arsenidima (ukupno oko 25) mogu se spomenuti sljedeći minerali: skutterudit, ramelsbrrggite, nikeline, lellingrite, wedge-afflorite i drugi.

Kemijski zanimljivi su oni minerali u kojima je arsen prisutan istovremeno sa sumporom i igra ulogu metala. Oni imaju vrlo složenu strukturu.

Prirodne soli arsenske kiseline (arsenat) mogu imati različite boje: eritritol - kobalt; simplesitis, annabergite i skorid - zeleni, i Rooseveltite, cattigit i hernesit - bezbojni.

Prema kemijskim svojstvima, arsen je prilično inertan, pa se može naći u svom izvornom stanju u obliku akte kocke i igle. Sadržaj nečistoća u grumenu ne prelazi 15%.

Sadržaj arsena u tlu varira u rasponu od 0,1 do 40 mg / kg. U područjima vulkana i na mjestima gdje se nalazi ruda arsena, ova brojka može doseći i 8 g / kg. Biljke na takvim mjestima umiru, a životinje se razbole. Sličan problem karakterističan je za stepa i pustinje, gdje se ne dolazi do ispiranja elementa iz tla. Smatra se da su glinene stijene obogaćene, jer je sadržaj arsenskih supstanci u njima četiri puta veći nego u običnim.

kada čista supstanca u procesu biometilacije pretvara se u hlapljivi spoj, može se ukloniti iz tla ne samo vodom, već i vjetrom. U normalnim područjima koncentracija arsena u zraku iznosi prosječno 0,01 µg / m ³ . U industrijskim područjima gdje rade tvornice i elektrane, ovaj pokazatelj može doseći 1 µg / m ³ .

Umjerena količina arsenskih tvari može biti sadržana u sastavu mineralne vode. U ljekovitim mineralnim vodama, prema općeprihvaćenim standardima, koncentracija arsena ne smije prelaziti 70 µg / l. Važno je napomenuti ovdje da čak i na višim cijenama, trovanje može dogoditi samo uz redovitu uporabu takve vode.

U prirodnim vodama element može biti u različitim oblicima i spojevima. Trivalentni arsen je, na primjer, mnogo otrovniji od pentavalenta.

Dobijamo arsen

Element se dobiva kao nusproizvod prerade olova, cinka, bakra i kobalta, kao i tijekom rudarstva zlata. Kao dio nekih polimetalnih ruda, sadržaj arsena može doseći i do 12%. Kada se zagriju na 700 ° C, dolazi do sublimacije - prijelaza tvari iz krutog u plinovito stanje, zaobilazeći tekućinu. Važan uvjet za provedbu ovog procesa je odsustvo zraka. Kada se arsenske rude zagrijavaju na zraku, nastaje hlapljivi oksid, nazvan "bijeli arsen". Zamjenom kondenzacije s ugljenom, čisti arsen je smanjen.

Formula za dobivanje elementa je sljedeća:

• 2As2S3 + 9O2 = 6SO2 + 2As2O3;
• As203 + 3C = 2As + 3CO.

Rudarstvo arsena odnosi se na opasnu proizvodnju. Paradoksalno je to što se najveće zagađenje okoliša ovim elementom ne događa u blizini poduzeća koja ga proizvode, nego oko elektrana i pogona obojenih metalurgija.

Još jedan paradoks je da proizvodnja metalnog arsena premašuje potrebu za njim. U području rudarstva metala vrlo je rijetka pojava. Višak arsena mora se zbrinuti odlaganjem metalnih spremnika u starim rudnicima.

Najveće naslage arsenskih ruda koncentrirane su u tim zemljama:

1. Bakar-arsen - SAD, Gruzija, Japan, Švedska, Norveška i države Središnje Azije.
2. Gold-arsen - Francuska i Sjedinjene Države.
3. Arsen-kobalt - Kanada i Novi Zeland.
4. Arsen-kositar - Engleska i Bolivija.

definicija

Laboratorijsko određivanje arsena provodi se precipitacijom žutih sulfida iz otopina klorovodične kiseline. Tragovi elemenata određeni su metodom Gutzeit ili pomoću Marshove reakcije. U posljednjih pola stoljeća stvorene su najrazličitije tehnike osjetljive analize, koje omogućuju otkrivanje i vrlo male količine određene tvari.

Neki spojevi arsena analizirani su pomoću selektivne hibridne metode. To uključuje obnavljanje analita u arsinu isparljivog elementa, koji se zatim zamrzava u spremniku hlađenom tekućim dušikom. Nakon toga, uz sporo zagrijavanje sadržaja spremnika, različiti arsini počinju isparavati odvojeno jedan od drugog.

Industrijska uporaba

Gotovo 98% ekstrahiranog arsena ne koristi se u čistom obliku. Njegovi spojevi bili su široko korišteni u raznim industrijama. Stotine tona arsena se minira i obrađuje godišnje. Dodaje se nosivim legurama radi poboljšanja njihove kvalitete, koristi se za povećanje tvrdoće kabela i olovnih baterija, a koristi se iu proizvodnji poluvodičkih uređaja s germanijem ili silicijom. A ovo su samo najambicioznija područja.

Kao dopant, arsen daje vodljivost nekim "klasičnim" poluvodičima. Njegovo dodavanje u olovo značajno povećava čvrstoću metala, a bakra - fluidnost, tvrdoću i otpornost na koroziju. Arsen se također ponekad dodaje određenim vrstama bronce, mjedi, bambita i tipografskih legura. Međutim, metalurzi često pokušavaju izbjeći korištenje ove tvari, jer ona nije sigurna za zdravlje. Za neke metale, velike količine arsena također su štetne jer degradiraju svojstva polaznog materijala.

Arsenov oksid se koristi u izradi stakla kao pročistač stakla. U tom su se smjeru koristili antički stakleni puhači. Spojevi arsena jaki su antiseptici pa čuvaju krzno, punjene životinje i kožu, te stvaraju antifouling boje za transport vode i impregnaciju drva.

Zbog biološke aktivnosti nekih derivata arsena, tvar se koristi u proizvodnji stimulansa rasta biljaka, kao i lijekova, uključujući anthelmintička sredstva za stoku. Proizvodi koji sadrže ovaj element koriste se za suzbijanje korova, glodavaca i insekata. Prije toga, kada ljudi nisu razmišljali o tome može li se arsen koristiti za proizvodnju hrane, element u poljoprivredi imao je širu uporabu. Međutim, nakon utvrđivanja njegovih toksičnih svojstava, tvar je morala pronaći zamjenu.

Važna područja primjene ovog elementa su: proizvodnja mikročipova, optičkih vlakana, poluvodiča, filmske elektronike, kao i uzgoj mikrokristala za lasere. U tu svrhu koriste se plinoviti arsini. I proizvodnja lasera, dioda i tranzistora nije potpuna bez galijevog i indij arsenida.

medicina

U ljudskim tkivima i organima, element je zastupljen uglavnom u proteinskoj frakciji, u manjoj mjeri - u kiselinski topljivoj. Sudjeluje u fermentaciji, glikolizi i redoks reakcijama, a također osigurava razgradnju složenih ugljikohidrata. U biokemiji se spojevi ove tvari koriste kao specifični inhibitori enzima koji su potrebni za proučavanje metaboličkih reakcija. Arsen je neophodan za ljudsko tijelo kao element u tragovima.

Upotreba elementa u medicini manje je opsežna nego u proizvodnji. Njegove mikroskopske doze koriste se za dijagnosticiranje svih vrsta bolesti i patologija, kao i za liječenje zubnih bolesti.

U stomatologiji se arsen koristi za uklanjanje pulpe. Mali dio paste koja sadrži arsensku kiselinu, doslovno jednog dana osigurava smrt zuba. Zahvaljujući svom djelovanju, uklanjanje pulpe je bezbolno i neometano.

Arsen je također bio naširoko korišten u liječenju blagih oblika leukemije. To vam omogućuje da smanjite ili čak potisnete patološko stvaranje leukocita, kao i stimulirate stvaranje crvenih krvnih stanica i oslobađanje crvenih krvnih stanica.

Arsen kao otrov

Svi spojevi ovog elementa su otrovni. Akutno trovanje arsenom dovodi do bolova u trbuhu, proljeva, mučnine i depresije središnjeg živčanog sustava. Simptomi trovanja ovom supstancom podsjećaju na simptome kolere. Dakle, ranije u sudskoj praksi često je bilo slučajeva namjernog trovanja arsenom. Za kriminalne svrhe, element se najčešće koristio kao trioksid.

Simptomi opijenosti

Isprva se otrovanje arsenom manifestira kao metalni okus u ustima, povraćanje i bol u trbuhu. Ako se ne poduzme nikakva akcija, napadaji i paraliza mogu početi. U najgorem slučaju, trovanje može biti smrtonosno.

Uzrok trovanja može biti:

1. Udisanje prašine koja sadrži arsen. U pravilu se javlja u postrojenjima za proizvodnju arsena, u kojima se ne poštuju pravila zaštite na radu.
2. Jedemo otrovnu hranu ili vodu.
3. Korištenje određenih lijekova.

Prva pomoć

Mlijeko je najrašireniji i najpoznatiji protuotrov za trovanje arsenom. Protein kazeina u njemu tvori netopljive spojeve s otrovnom tvari koja se ne može apsorbirati u krv.

U slučaju akutnog trovanja, žrtva mora dobiti brzu pomoć. ispiranje želuca. Hemodijaliza u cilju čišćenja bubrega također se izvodi u bolnici. Od lijekova koji se koriste univerzalni protuotrov - "Unitiol". Osim toga, mogu se upotrijebiti antagonističke tvari: selen, cink, sumpor i fosfor. U budućnosti, pacijentu se mora propisati kompleks aminokiselina i vitamina.

Nedostatak arsena

Odgovarajući na pitanje: "Što je arsen?", Važno je napomenuti da je u malim količinama potrebno za ljudsko tijelo. Element se smatra imunotoksičnim, uvjetno esencijalnim. Sudjeluje u gotovo svim najvažnijim biokemijskim procesima ljudskog tijela. Sljedeći znakovi mogu ukazivati ​​na nedostatak ove tvari: smanjenje koncentracije triglicerida u krvi, pogoršanje u razvoju i rastu organizma.

U pravilu, u nedostatku ozbiljnih zdravstvenih problema o nedostatku arsena u prehrani nije potrebno brinuti, jer je element sadržan u gotovo svim proizvodima biljnog i životinjskog podrijetla. Ova tvar je osobito bogata morskim plodovima, žitaricama, vinom od grožđa, sokovima i pitkom vodom. Tijekom dana 34% konzumiranog arsena izlučuje se iz tijela.

Kod anemije, tvar se uzima za povećanje apetita, au slučaju trovanja selenom djeluje kao učinkovit protuotrov.