Що таке миш`як? Характеристика, властивості і застосування

Миш`як - хімічний елемент групи азоту (група 15 таблиці Менделєєва). Це сіре з металевим блиском крихке речовина (&alpha - миш`як) з ромбоедричної кристалічною решіткою. При нагріванні до 600 ° C As сублімує. При охолодженні парів виникає нова модифікація - жовтий миш`як. Вище 270 ° C всі форми As переходять в чорний миш`як.

Історія відкриття

Про те, що таке миш`як, було відомо задовго до визнання його хімічним елементом. У IV ст. до н. е. Аристотель згадував про речовину під назвою «сандарак», яке, як тепер вважають, було реальгаром, або сульфідом миш`яку. А в I столітті н. е. письменники Пліній старший і Педаний Діоскорид описували аурипігмент - барвник As₂S₃. В XI ст. н. е. розрізнялися три різновиди «миш`яку»: білий (As₄O₆), Жовтий (As₂S₃) І червоний (As₄S₄). Сам елемент, ймовірно, вперше був виділений в XIII столітті Альбертом Великим, який відзначив появу металлоподобного речовини, коли арсеникум, інша назва As₂S₃, був нагрітий з милом. Але впевненості в тому, що цей вчений-натураліст отримав чистий миш`як, немає. Перше справжнє свідоцтво про виділення чистого хімічного елемента датовано 1 649 роком. Німецький фармацевт Іоганн Шредер приготував миш`як, нагріваючи його оксид в присутності вугілля. Пізніше Нікола Лемері, французький лікар і хімік, спостерігав утворення цього хімічного елемента при нагріванні суміші його оксиду, мила і поташу. До початку XVIII століття миш`як вже був відомий і як унікальний напівметал.

поширеність

У земній корі концентрація миш`яку невелика і складає 1,5 проміле. Він зустрічається в грунті і мінералах і може потрапити в повітря, воду і грунт завдяки вітрової та водної ерозії. Крім того, елемент надходить в атмосферу з інших джерел. В результаті виверження вулканів в повітря виділяється близько 3 тис. Т миш`яку в рік, мікроорганізми утворюють 20 тис. Т летючого метіларсіна в рік, а в результаті спалювання викопного палива за той же період виділяється 80 тис. Т.

Незважаючи на те що As - смертельна отрута, він є важливою складовою харчування деяких тварин і, можливо, людини, хоча необхідна доза не перевищує 0,01 мг / добу.

Миш`як вкрай важко перевести в водорозчинне або летючий стан. Той факт, що він досить мобільний, означає, що великі концентрації речовини в якомусь одному місці з`явитися не можуть. З одного боку, це добре, але з іншого - легкість, з якою він поширюється, є причиною того, що забруднення миш`яком стає все більшою проблемою. Через діяльність людини, в основному за рахунок видобутку і плавки, зазвичай немобільний хімічний елемент мігрує, і зараз його можна знайти не тільки в місцях його природної концентрації.

Кількість миш`яку в земній корі становить близько 5 г на тонну. У космосі його концентрація оцінюється як 4 атома на мільйон атомів кремнію. Цей елемент широко поширений. Невелике його кількість присутній в самородному стані. Як правило, освіти миш`яку чистотою 90-98% зустрічаються разом з такими металами, як сурма і срібло. Велика його частина, проте, входить до складу більш ніж 150 різних мінералів - сульфідів, арсенидів, сульфоарсенідов і арсеніти. Арсенопірит FeAsS є одним з найпоширеніших As-містять мінералів. Інші поширені сполуки миш`яку - мінерали реальгар As₄S_4, аурипігмент As₂S_3, леллінгіт FeAs₂ і енаргіт Cu₃AsS₄. Також часто зустрічається оксид миш`яку. Велика частина цієї речовини є побічним продуктом виплавки мідних, свинцевих, кобальтових і золотих руд.

У природі існує тільки один стабільний ізотоп миш`яку - ⁷⁵As. Серед штучних радіоактивних ізотопів виділяється ⁷⁶As c періодом напіврозпаду 26,4 ч. Миш`як-72, -74 і -76 використовуються в медичній діагностиці.

Промислове виробництво та застосування

Металевий миш`як отримують при нагріванні арсенопіріта до 650-700 ° C без доступу повітря. Якщо ж арсенопірит і інші металеві руди нагрівати з киснем, то As легко вступає з ним у з`єднання, утворюючи легко переганяється As₄O₆, також відомий як «білий миш`як». Пари оксиду збирають і конденсують, і пізніше очищають повторною сублімацією. Велика частина As проводиться шляхом його відновлення вуглецем з білого миш`яку, отриманого таким чином.

Світове споживання металевого миш`яку є відносно невеликим - всього кілька сотень тонн на рік. Велика частина того, що споживається, надходить зі Швеції. Він використовується в металургії через його металлоідних властивостей. Близько 1% миш`яку застосовується у виробництві свинцевого дробу, так як він покращує округлість розплавленої краплі. Властивості підшипникових сплавів на основі свинцю поліпшуються як по тепловим, так і по механічним характеристикам, коли вони містять близько 3% миш`яку. Наявність малої кількості цього хімічного елемента в свинцевих сплавах загартовує їх для використання в акумуляторних батареях і кабельної броні. Невеликі домішки миш`яку підвищують корозійну стійкість і теплові властивості міді та латуні. У чистому вигляді хімічний елементарний As використовується для нанесення бронзового покриття і в піротехніці. Високоочищений миш`як знаходить застосування в напівпровідниковій техніці, де він використовується з кремнієм і германієм, а також у формі арсеніду галію (GaAs) в діодах, лазерах і транзисторах.

з`єднання As

Так як валентність миш`яку дорівнює 3 і 5, і він має ряд ступенів окислення від -3 до +5, елемент може утворювати різні види з`єднань. Найбільш важливе комерційне значення мають його оксиди, основними формами яких є As₄O₆ і As₂O₅. Миш`яковистий оксид, широко відомий як білий миш`як, - це побічний продукт випалювання руд міді, свинцю і деяких інших металів, а також арсенопіріта і сульфідних руд. Він є вихідним матеріалом для більшості інших з`єднань. Крім того, він використовується в пестицидах, служить знебарвлюючий речовиною у виробництві скла і консервантом для шкір. Пятиокись миш`яку утворюється при впливі окислювача (наприклад, азотної кислоти) на білий миш`як. Він є основним інгредієнтом інсектицидів, гербіцидів і клею для металу.

Арсин (AsH₃), Безбарвний отруйний газ, що складається з миш`яку і водню, - це ще одне відоме речовина. Речовина, зване також миш`яковистим воднем, отримують шляхом гідролізу металевих арсенидів і відновлення металів з сполук миш`яку в розчинах кислот. Він знайшов застосування як легирующая добавка в напівпровідниках і бойової отруйний газ. У сільському господарстві велике значення мають миш`якова кислота (H₃AsO₄), Арсенат свинцю (PbHAsO₄) І арсенату кальцію [Са₃(AsO₄)₂], Які використовуються для стерилізації грунту і боротьби з шкідниками.

Миш`як - хімічний елемент, який утворює безліч органічних сполук. Какодін (СН₃)₂As&minus-As (СН₃)₂, наприклад, використовується при підготовці широко використовуваного десиканта (осушающего кошти) - какоділовой кислоти. Складні органічні сполуки елемента застосовуються в лікуванні деяких захворювань, наприклад, амебної дизентерії, викликаної мікроорганізмами.

Фізичні властивості

Що таке миш`як з точки зору його фізичних властивостей? У найбільш стабільному стані він представляє собою крихке тверда речовина сталевого сірого кольору з низькою теплової та електричної провідністю. Хоча деякі форми As є металоподібними, віднесення його до неметаллам - це більш точна характеристика миш`яку. Є й інші види миш`яку, але вони не дуже добре вивчені, особливо жовта метастабільна форма, що складається з молекул As₄, подібно білому фосфору Р₄. Миш`як переганяється при температурі 613 ° C, і у вигляді пари він існує як молекули As₄, що не дисоціюють до температури близько 800 ° C. Повна дисоціація на молекули As₂ відбувається при 1700 ° С.

Будова атома і здатність утворювати зв`язку

Електронна формула миш`яку - 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p^{3 -}нагадує азот і фосфор в тому, що в зовнішній оболонці є п`ять електронів, але він відрізняється від них наявністю 18 електронів в передостанній оболонці замість двох або восьми. Додавання 10 позитивних зарядів в ядрі під час заповнення п`яти 3d-орбіталей часто викликає загальне зменшення електронної хмари і збільшення електронегативності елементів. Миш`як в таблиці Менделєєва можна порівняти з іншими групами, які наочно демонструють цю закономірність. Наприклад, загальновизнано, що цинк є більш електронегативний, ніж магній, а галій - чим алюміній. Однак в наступних групах ця різниця зменшується, і багато хто не згоден з тим, що германій ЕЛЕКТРОНЕГАТИВНІСТЬ кремнію, незважаючи на велику кількість хімічних доказів. Подібний перехід від 8- до 18-елементної оболонці від фосфору до миш`яку може збільшити електронегативність, але це залишається спірним.

Подібність зовнішньої оболонки As і P говорить про те, вони можуть утворювати 3 ковалентні зв`язки на атом при наявності додаткової незв`язаної електронної пари. Ступінь окислення повинна, отже, бути +3 або -3, в залежності від відносної взаємної електронегативності. Будова миш`яку також говорить про можливість використання зовнішньої d-орбіталі для розширення октету, що дозволяє елементу утворювати 5 зв`язків. Вона реалізується тільки при реакції з фтором. Наявність вільної електронної пари для утворення комплексних з`єднань (через донорство електронів) в атомі As проявляється набагато менше, ніж у фосфору й азоту.

Миш`як стабільний в сухому повітрі, а й у вологому покривається чорним оксидом. Його пари легко згорають, утворюючи As₂O₃. Що таке миш`як у вільному стані? Він практично не схильний до дії води, лугів і неокисляющих кислот, але окислюється азотною кислотою до стану +5. З миш`яком реагують галогени, сірка, а багато металів утворюють арсеніди.

аналітична хімія

Речовина миш`як якісно можна виявити у вигляді жовтого аурипігменту, що випадає в осад під дією 25% розчину соляної кислоти. Сліди As, як правило, визначаються шляхом його перетворення в арсин, який можна виявити за допомогою тесту Маршу. Арсин термічно розкладається, утворюючи чорне дзеркало з миш`яку всередині вузької трубки. За методом Гутцайта пробник, просочений хлоридом ртуті, під дією арсину темніє через виділення ртуті.

Токсикологічна характеристика миш`яку

Токсичність елемента і його похідних широко змінюється в значних межах, від надзвичайно отруйного арсину і його органічних похідних до просто As, який відносно інертний. Про те, що таке миш`як, каже застосування його органічних сполук в якості бойових отруйних речовин (люізіт), везіканта і дефоліанту ( «Агент блю» на основі водної суміші 5% какоділовой кислоти 26% її натрієвої солі).

Відео: Ступко Т.В. Елементи V A групи (фосфор, миш`як, сурма, вісмут)

В цілому похідні даного хімічного елемента подразнюють шкіру і викликають дерматит. Також рекомендується захист від вдихання миш`як-яка містить пилу, але більша частина отруєнь відбувається при його вживанні всередину. Гранично допустима концентрація As в пилу за восьмигодинний робочий день становить 0,5 мг / м³. Для арсину доза знижується до 0,05 частини на мільйон. Крім використання з`єднань даного хімічного елемента в якості гербіцидів і пестицидів, застосування миш`яку в фармакології дозволило отримати сальварсан - перший успішний препарат проти сифілісу.

Вплив на здоров`я

Миш`як є одним з найбільш токсичних елементів. Неорганічні сполуки цієї хімічної речовини в природних умовах зустрічаються в невеликих кількостях. Люди можуть піддаватися впливу миш`яку через їжу, воду і повітря. Експозиція може також статися при контакті шкіри з зараженим грунтом або водою.

Зміст миш`яку в продуктах харчування досить низька. Однак його рівні в рибі і морепродуктах можуть бути дуже високими, так як вони поглинають даний хімічний елемент з води, в якій живуть. Значна кількість неорганічного миш`яку в рибі може становити небезпеку для здоров`я людини.

Впливу речовини також схильні люди, які з ним працюють, живуть в будинках, побудованих з обробленої їм деревини, і на землях сільськогосподарського призначення, де в минулому застосовувалися пестициди.

Неорганічний миш`як може викликати різні наслідки для здоров`я людини, такі як подразнення шлунка і кишечника, зниження виробництва червоних і білих клітин крові, зміна шкіри і подразнення легенів. Передбачається, що поглинання значної кількості цієї речовини може збільшити шанси розвитку раку, особливо раку шкіри, легенів, печінки і лімфатичної системи.

Дуже високі концентрації неорганічного миш`яку є причиною безпліддя і викиднів у жінок, дерматитів, зниження опірності організму інфекціям, проблем з серцем і пошкоджень мозку. Крім того, цей хімічний елемент здатний пошкодити ДНК.

Відео: № 195. Неорганічна хімія. Тема 23. Вода. Частина 1. Фізичні властивості і застосування води

Смертельна доза білого миш`яку дорівнює 100 мг.

Органічні сполуки елемента ні раку, ні пошкоджень генетичного коду не викликають, але високі дози можуть завдати шкоди здоров`ю людини, наприклад викликати нервові розлади або болі в животі.