Arseen is een scheikundig element van de stikstofgroep (groep 15 van het periodiek systeem). Dit is een brosse substantie (α-arseen) grijs met een metaalachtige glans met een rhomboëdrisch kristalrooster. Bij verhitting tot 600°C sublimeert As. Wanneer de damp wordt afgekoeld, verschijnt een nieuwe wijziging - geel arseen. Boven 270°C veranderen alle As-vormen in zwart arseen.
Ontdekkingsgeschiedenis
Arseen was al bekend lang voordat het als chemisch element werd erkend. In de IV eeuw. BC e. Aristoteles noemde een stof genaamd sandarak, waarvan nu wordt aangenomen dat het realgar of arseensulfide is. En in de 1e eeuw na Chr. e. de schrijvers Plinius de Oudere en Pedanius Dioscorides beschreven orpiment - de kleurstof As2S3. In de XI eeuw. n. e. er werden drie varianten van "arseen" onderscheiden: wit (As4O6), geel (As2 S 3) en rood (As4S4). Het element zelf werd waarschijnlijk voor het eerst geïsoleerd in de 13e eeuw door Albert de Grote, die het verschijnen van een metaalachtige substantie opmerkte bij arsenicum, een andere naam As2S3 , werd verwarmd met zeep. Maar het is niet zeker dat deze natuurwetenschapper puur arseen heeft gekregen. Het eerste authentieke bewijs van de isolatie van een puur chemisch elementgedateerd 1649. De Duitse apotheker Johann Schroeder bereidde arseen door het oxide ervan te verhitten in aanwezigheid van steenkool. Later observeerde Nicolas Lemery, een Franse arts en chemicus, de vorming van dit chemische element door een mengsel van zijn oxide, zeep en kalium te verhitten. Aan het begin van de 18e eeuw stond arseen al bekend als een uniek halfmetaal.
Prevalentie
In de aardkorst is de concentratie arseen laag en bedraagt 1,5 ppm. Het komt voor in bodem en mineralen en kan door wind- en watererosie vrijkomen in de lucht, het water en de bodem. Bovendien komt het element uit andere bronnen in de atmosfeer. Als gevolg van vulkaanuitbarstingen komt er jaarlijks ongeveer 3.000 ton arseen in de lucht, micro-organismen vormen 20.000 ton vluchtige methylarsine per jaar en als gevolg van de verbranding van fossiele brandstoffen komt in dezelfde periode 80 duizend ton vrij.
Ondanks het feit dat As een dodelijk-g.webp
Arseen is buitengewoon moeilijk om te zetten in een in water oplosbare of vluchtige toestand. Het feit dat het vrij mobiel is, betekent dat grote concentraties van de stof op geen enkele plaats kunnen voorkomen. Aan de ene kant is dat goed, maar aan de andere kant is het gemak waarmee het zich verspreidt de reden waarom arseenvervuiling een steeds groter probleem wordt. Door menselijke activiteiten, voornamelijk door mijnbouw en smelten, migreert een normaal onbeweeglijk chemisch element, en nu kan het niet alleen op plaatsen worden gevondenzijn natuurlijke concentratie.
De hoeveelheid arseen in de aardkorst is ongeveer 5 g per ton. In de ruimte wordt de concentratie geschat op 4 atomen per miljoen siliciumatomen. Dit element is wijdverbreid. Een kleine hoeveelheid is aanwezig in de oorspronkelijke staat. In de regel worden formaties van arseen met een zuiverheid van 90-98% gevonden samen met metalen zoals antimoon en zilver. Het meeste is echter opgenomen in de samenstelling van meer dan 150 verschillende mineralen - sulfiden, arseniden, sulfoarseniden en arsenieten. Arsenopyriet FeAsS is een van de meest voorkomende As-dragende mineralen. Andere veel voorkomende arseenverbindingen zijn echte mineralen As4S4, orpiment As2S 3, lellingite FeAs2 en enargite Cu3AsS4. Arseenoxide komt ook veel voor. Het grootste deel van deze stof is een bijproduct van het smelten van koper, lood, kob alt en gouderts.
In de natuur is er maar één stabiele isotoop van arseen - 75As. Onder kunstmatige radioactieve isotopen vallen 76As op met een halfwaardetijd van 26,4 uur. Arseen-72, -74 en -76 worden gebruikt in de medische diagnostiek.
Industriële productie en toepassing
Metaalarseen wordt verkregen door arsenopyriet te verhitten tot 650-700 °C zonder lucht. Als arsenopyriet en andere metaalertsen worden verwarmd met zuurstof, gaat As er gemakkelijk mee in combinatie en vormt het gemakkelijk gesublimeerde As4O6, ook wel bekend zoals "wit"arseen". De oxidedamp wordt opgevangen en gecondenseerd en later gezuiverd door resublimatie. Het meeste As wordt geproduceerd door koolstofreductie uit het aldus verkregen wit arseen.
De wereldconsumptie van metallisch arseen is relatief klein - slechts een paar honderd ton per jaar. Het meeste van wat er wordt geconsumeerd, komt uit Zweden. Het wordt gebruikt in de metallurgie vanwege zijn metalloïde eigenschappen. Ongeveer 1% arseen wordt gebruikt bij de productie van loodschot, omdat het de ronding van de gesmolten druppel verbetert. De eigenschappen van op lood gebaseerde legeringen verbeteren zowel thermisch als mechanisch wanneer ze ongeveer 3% arseen bevatten. De aanwezigheid van een kleine hoeveelheid van dit chemische element in loodlegeringen verhardt ze voor gebruik in batterijen en kabelbepantsering. Kleine onzuiverheden van arseen verhogen de corrosieweerstand en thermische eigenschappen van koper en messing. In zijn pure vorm wordt chemisch elementair As gebruikt voor bronzen platen en in pyrotechniek. Sterk gezuiverd arseen wordt gebruikt in de halfgeleidertechnologie, waar het wordt gebruikt met silicium en germanium, en in de vorm van galliumarsenide (GaAs) in diodes, lasers en transistors.
Verbindingen Zoals
Aangezien de valentie van arseen 3 en 5 is en het een aantal oxidatietoestanden heeft van -3 tot +5, kan het element verschillende soorten verbindingen vormen. De belangrijkste commercieel zijn de oxiden, waarvan de belangrijkste vormen As4O6 enZoals2O5. Arseenoxide, algemeen bekend als wit arseen, is een bijproduct van het roosteren van ertsen van koper, lood en enkele andere metalen, evenals arsenopyriet en sulfide-ertsen. Het is het uitgangsmateriaal voor de meeste andere verbindingen. Daarnaast wordt het gebruikt in pesticiden, als bleekmiddel bij de glasproductie en als conserveermiddel voor leer. Arseenpentoxide wordt gevormd door de inwerking van een oxidatiemiddel (bijv. salpeterzuur) op wit arseen. Het is het belangrijkste ingrediënt in insecticiden, herbiciden en metaalkleefstoffen.
Arsine (AsH3), een kleurloos giftig gas bestaande uit arseen en waterstof, is een andere bekende stof. De stof, ook wel arseenwaterstof genoemd, wordt verkregen door de hydrolyse van metaalarseniden en de reductie van metalen uit arseenverbindingen in zure oplossingen. Het is gebruikt als doteringsstof in halfgeleiders en als militair gifgas. In de landbouw wordt arseenzuur (H3AsO4), loodarsenaat (PbHAsO44 4 ) en calciumarsenaat [Ca3(AsO4)2
], die worden gebruikt voor het steriliseren van grond en ongediertebestrijding.
Arseen is een chemisch element dat veel organische verbindingen vormt. HowOne (CH3)2As−As(CH3)2 wordt bijvoorbeeld gebruikt bij de bereiding van een veelgebruikt droogmiddel (droogmiddel) - cacodylzuur. Complexe organische verbindingen van het element worden gebruikt bij de behandeling van bepaalde ziekten, bijvoorbeeld amoebendysenterie,veroorzaakt door micro-organismen.
Fysieke eigenschappen
Wat is arseen in termen van zijn fysieke eigenschappen? In zijn meest stabiele toestand is het een brosse, staalgrijze vaste stof met een lage thermische en elektrische geleidbaarheid. Hoewel sommige vormen van As metaalachtig zijn, is het classificeren als niet-metaal een nauwkeuriger karakterisering van arseen. Er zijn andere soorten arseen, maar deze zijn niet goed bestudeerd, vooral de gele metastabiele vorm, bestaande uit As4-moleculen, vergelijkbaar met witte fosfor P4. Arseen sublimeert bij 613 °C en bestaat als damp als moleculen van As4 die niet dissociëren tot ongeveer 800 °C. Volledige dissociatie in As2 moleculen vindt plaats bij 1700 °C.
De structuur van het atoom en het vermogen om bindingen te vormen
De elektronische formule van arseen is 1s22s22p63s23p63d104s24p 3 - lijkt op stikstof en fosfor doordat het vijf elektronen in de buitenste schil heeft, maar het verschilt van hen doordat het 18 elektronen in de voorlaatste schil heeft in plaats van twee of acht. De toevoeging van 10 positieve ladingen in de kern tijdens het vullen van vijf 3D-orbitalen veroorzaakt vaak een algehele afname van de elektronenwolk en een toename van de elektronegativiteit van de elementen. Arseen in het periodiek systeem kan worden vergeleken met andere groepen die dit patroon duidelijk laten zien. Het is bijvoorbeeld algemeen aanvaard dat zinkmeer elektronegatief dan magnesium en gallium dan aluminium. In volgende groepen wordt dit verschil echter kleiner, en velen zijn het er niet mee eens dat germanium meer elektronegatief is dan silicium, ondanks de overvloed aan chemisch bewijs. Een vergelijkbare overgang van een schil met 8 naar 18 elementen van fosfor naar arseen kan de elektronegativiteit verhogen, maar dit blijft controversieel.
De gelijkenis van de buitenste schil van As en P suggereert dat ze 3 covalente bindingen per atoom kunnen vormen in de aanwezigheid van een extra ongebonden elektronenpaar. De oxidatietoestand moet dus +3 of -3 zijn, afhankelijk van de relatieve onderlinge elektronegativiteit. De structuur van arseen spreekt ook over de mogelijkheid om de buitenste d-orbitaal te gebruiken om het octet uit te zetten, waardoor het element 5 bindingen kan vormen. Het wordt alleen gerealiseerd door reactie met fluor. De aanwezigheid van een vrij elektronenpaar voor de vorming van complexe verbindingen (door elektronendonatie) in het As-atoom is veel minder uitgesproken dan in fosfor en stikstof.
Arseen is stabiel in droge lucht, maar in natte lucht wordt het bedekt met zwarte oxide. De damp brandt gemakkelijk en vormt As2O3. Wat is gratis arseen? Het wordt praktisch onaangetast door water, alkaliën en niet-oxiderende zuren, maar wordt geoxideerd door salpeterzuur tot een toestand van +5. Halogenen, zwavel reageren met arseen en veel metalen vormen arseniden.
Analytische chemie
De stof arseen kan kwalitatief worden gedetecteerd als een geel orpiment dat neerslaat onder invloed van 25%zoutzuur oplossing. Sporen van As worden over het algemeen bepaald door het om te zetten in arsine, wat kan worden gedetecteerd met de Marsh-test. Arsine ontleedt thermisch en vormt een zwarte arseenspiegel in een smalle buis. Volgens de Gutzeit-methode wordt een met kwikchloride geïmpregneerde sonde onder invloed van arsine donker door het vrijkomen van kwik.
Toxicologische kenmerken van arseen
De toxiciteit van het element en zijn derivaten varieert sterk over een breed bereik, van het extreem giftige arsine en zijn organische derivaten tot gewoon As, dat relatief inert is. Het gebruik van zijn organische verbindingen als chemische oorlogsmiddelen (lewisiet), blaartrekkend en ontbladeringsmiddel (Agent Blue op basis van een waterig mengsel van 5% cacodylzuur en 26% van zijn natriumzout) vertelt ons wat arseen is.
Over het algemeen irriteren derivaten van dit chemische element de huid en veroorzaken ze dermatitis. Bescherming tegen inademing tegen arseenhoudend stof wordt ook aanbevolen, maar de meeste vergiftigingen treden op bij inname. De maximaal toelaatbare concentratie As in stof voor een werkdag van acht uur is 0,5 mg/m3. Voor arsine wordt de dosis verlaagd tot 0,05 ppm. Naast het gebruik van verbindingen van dit chemische element als herbiciden en pesticiden, maakte het gebruik van arseen in de farmacologie het mogelijk om salvarsan te verkrijgen, het eerste succesvolle medicijn tegen syfilis.
Gezondheidseffecten
Arseen is een van de meest giftige elementen. Anorganische verbindingen van een bepaalde chemische stofStoffen komen van nature in kleine hoeveelheden voor. Mensen kunnen worden blootgesteld aan arseen via voedsel, water en lucht. Blootstelling kan ook plaatsvinden door huidcontact met verontreinigde grond of water.
Het geh alte aan arseen in voedsel is vrij laag. De niveaus in vis en zeevruchten kunnen echter erg hoog zijn omdat ze de chemische stof opnemen uit het water waarin ze leven. Aanzienlijke hoeveelheden anorganisch arseen in vissen kunnen een risico vormen voor de menselijke gezondheid.
Mensen die met de stof werken, in huizen wonen die zijn gebouwd van hout dat ermee is behandeld, en op landbouwgrond waar in het verleden pesticiden zijn gebruikt, worden ook aan de stof blootgesteld.
Anorganisch arseen kan bij mensen verschillende gezondheidseffecten veroorzaken, zoals maag- en darmirritatie, verminderde productie van rode en witte bloedcellen, huidveranderingen en longirritatie. Er wordt aangenomen dat het innemen van aanzienlijke hoeveelheden van deze stof de kans op het ontwikkelen van kanker kan vergroten, met name huid-, long-, lever- en lymfestelselkanker.
Zeer hoge concentraties anorganisch arseen veroorzaken onvruchtbaarheid en miskraam bij vrouwen, dermatitis, verminderde weerstand tegen infecties, hartproblemen en hersenbeschadiging. Bovendien kan dit chemische element DNA beschadigen.
De dodelijke dosis wit arseen is 100 mg.
Organische verbindingen van het element veroorzaken geen kanker of schade aan de genetische code, maar hoge doses kunnenschade toebrengen aan de menselijke gezondheid, zoals het veroorzaken van zenuwaandoeningen of buikpijn.
Eigenschappen als
De belangrijkste chemische en fysische eigenschappen van arseen zijn als volgt:
- Atoomgetal - 33.
- Atoomgewicht is 74,9216.
- Het smeltpunt van de grijze schimmel is 814 °C bij een druk van 36 atmosfeer.
- Grijs Dichtheid 5.73g/cm3 bij 14°C.
- Gele schimmeldichtheid 2,03 g/cm3 bij 18°C.
- De elektronische formule van arseen is 1s22s22p63s23p63d104s24p 3 .
- Oxidatietoestanden – -3, +3, +5.
- Arseenvalentie is 3, 5.
