Kaj je arzen? Definicija, formula, lastnosti

Arzen je kemični element pete skupine 4. obdobja periodnega sistema z atomsko številko 33. Gre za krhko semimetalno jekleno barvo z zelenkastim odtenkom. Danes si bomo podrobneje ogledali, kaj je arzen in se seznanili z osnovnimi lastnostmi tega elementa.

Splošne značilnosti

Arzen je edinstven v tem, da ga najdemo dobesedno povsod - v kamnine vode, mineralov, zemlje, flore in favne. Zato se pogosto imenuje nihče drug kot vseprisotni element. Arzen se prosto porazdeli po vseh geografskih območjih planeta Zemlja. Razlog za to je hlapnost in topnost njegovih spojin.

Ime elementa je povezano z njegovo uporabo za iztrebljanje glodavcev. Latinska beseda Arsenicum (arzenova formula v periodnem sistemu As) izhaja iz grškega Arsena, kar pomeni "močan" ali "močan".

Telo povprečne odrasle osebe vsebuje približno 15 mg tega elementa. V glavnem se osredotoča na tanko črevo, jetra, pljuča in epitel. Absorpcijo snovi opravijo želodec in črevesje. Arseni antagonisti so žveplo, fosfor, selen, nekatere aminokisline, kot tudi vitamini E in C. Element sam vpliva na absorpcijo cinka, selena in tudi vitaminov A, C, B9 in E.

Kot mnoge druge snovi, arzen je lahko strup in zdravilo, vse je odvisno od odmerka.

Med koristnimi funkcijami elementa, kot je arzen, je mogoče ugotoviti:

1. Spodbujanje asimilacije dušika in fosforja.
2. Izboljšanje tvorbe krvi.
3. Interakcija s cisteinom, beljakovinami in lipoično kislino.
4. Oslabitev oksidativnih procesov.

Dnevna potreba po arzenu za odraslega je med 30 in 100 mikrogramov.

Zgodovinsko ozadje

Ena od stopenj človekovega razvoja se imenuje »bron«, saj so v tem obdobju ljudje spreminjali kamnite orožje v bronasto. Ta kovina je zlitina kositra in bakra. Ko so nekoč pri taljenju brona namesto bakrove rude nenamerno uporabili izdelke iz baker-arzenovega sulfidnega minerala za preperevanje. Nastala zlitina se zlahka uliva in dobro kovana. V tistih časih še nihče ni vedel, kaj je arzen, toda nahajališča njegovih mineralov so namerno poskušali izdelati visoko kakovostno bron. Sčasoma je bila ta tehnologija opuščena, očitno zaradi dejstva, da je njena uporaba pogosto povzročila zastrupitev.

V stari Kitajski so uporabljali trdne minerale, imenovane realgar (As ₄ S ₄ ). Uporabljal se je za kamnoseštvo. Ker se je realgar pod vplivom temperature in svetlobe spremenil v drugo snov - kot ₂ S ₃ , je bil tudi kmalu opuščen.

V 1. stoletju pred našim štetjem je rimski znanstvenik Plinij starejši skupaj z botanikom in zdravnikom Dioskoridom opisal mineralni arzen, imenovan orpiment. Njegovo ime je iz latinščine prevedeno kot "zlata barva". Snov je bila uporabljena kot rumena barva.

V srednjem veku so alkimisti klasificirali tri oblike elementov: rumeno (As ₂ S ₃ sulfid), rdečo (As ₄ S ₄ sulfid) in belo (As ₂ O ₃ oksid). V 13. stoletju so alkimisti pri segrevanju rumenega arzena z milom dobili kovinsko snov. Najverjetneje je bil to prvi vzorec čistega elementa, pridobljenega umetno.

Kaj je čisti arzen, ki se je naučil v začetku 17. stoletja. To se je zgodilo, ko je Johann Schroeder, ki je obnovil oksid z ogljem, izpostavil ta element. Nekaj ​​let kasneje je francoski kemik Nicola Lemery uspelo pridobiti snov, tako da je svoj oksid ogreval v mešanici z milom in pepeliko. V naslednjem stoletju je bil arzen že dobro znan v svojem pol-metal statusu.

Kemijske lastnosti

V periodni tabeli se kemični element arzen nahaja v peti skupini in je vključen v družino dušika. V naravnih pogojih je predstavljen z enim stabilnim nuklidom. Umetno prejme več kot deset radioaktivnih izotopov snovi. Vrednosti razpolovnega časa, ki jih imajo, so precej široke - od 2-3 minut do več mesecev.

Čeprav se arzen včasih imenuje kovinski, se najverjetneje nanaša na nekovine. V kombinaciji s kislinami ne tvori soli, ampak je sama snov, ki tvori kislino. Zato je element označen kot semimetal.

Arzen, kot fosfor, je lahko v različnih alotropnih konfiguracijah. Eden od njih, sivi arzen, je krhka snov, ki ima na prelomu kovinski sijaj. Električna prevodnost tega semimetala je 17-krat manjša kot pri bakru, vendar je 3,6-krat večja od živega srebra. Z naraščanjem temperature se zmanjšuje, kar je značilno za tipične kovine.

S hitrim ohlajanjem arzenskih hlapov na temperaturo tekočega dušika (-196 ° C) lahko dobimo mehko rumenkasto snov, ki spominja na rumeni fosfor. Pri segrevanju in izpostavljenosti ultravijoličnemu rumenemu arzenu takoj zasije. Reakcijo spremlja toplota. Ko se hlapi kondenzirajo v inertni atmosferi, se oblikuje druga oblika snovi - amorfna. Če se izloči par arzena, se na steklu pojavi zrcalni film.

Zunanja elektronska lupina te snovi ima enako strukturo kot fosfor in dušik. Tako kot fosfor tudi arzen tvori tri kovalentne vezi. S suhim zrakom ima stabilno obliko in z naraščajočo vlažnostjo raste in postane prekrit s črnim oksidnim filmom. Ko se vžge, hlapi snovi gorijo z modrim plamenom.

Ker je arzen inerten, na njega ne vplivajo voda, alkalije in kisline, ki nimajo oksidacijskih lastnosti. Ob stiku snovi z razredčeno dušikove kisline nastane orto-arzenova kislina in s koncentrirano orto-arsensko kislino. Tudi arzen reagira z žveplom in tvori sulfide različne sestave.

Biti v naravi

V naravnih pogojih se tak kemični element, kot arzen, pogosto nahaja v spojinah z bakrom, nikljem, kobaltom in železom.

Sestava mineralov, ki jih tvori snov, je posledica njenih pol kovinskih lastnosti. Do danes je znanih več kot 200 mineralov tega elementa. Ker arzen lahko najdemo v negativnih in pozitivnih oksidacijskih stanjih, z lahkoto medsebojno deluje z mnogimi drugimi snovmi. S pozitivno oksidacijo arzena deluje kot kovina (v sulfidih) in pri negativnem - nekovinski (v arzenidih). Minerali, ki vsebujejo ta element, imajo precej zapleteno sestavo. V kristalni rešetki lahko semimetal nadomesti atome žvepla, antimona in kovin.

Z vidika njihove sestave je veliko več spojin kovin z arzenom bolj verjetno, da ne spadajo v arzenide, ampak v intermetalne spojine. Nekatere se razlikujejo po spremenljivi vsebini glavnega elementa. V arzenidih je lahko sočasno prisotnih več kovin, katerih atomi se lahko s tesnim radijem ionov med seboj zamenjajo. Vsi minerali, ki so razvrščeni kot arzenidi, so obarvani s kovino, so neprozorni, težki in močni. Med naravnimi arzenidi (približno 25) lahko omenimo naslednje minerale: skutterudit, ramelsbrrggite, nikeline, lellingrite, wedge-afflorite in druge.

Kemično zanimivi so tisti minerali, v katerih je arzen prisoten sočasno z žveplom in igra vlogo kovine. Imajo zelo zapleteno strukturo.

Naravne soli arzenske kisline (arzenat) imajo lahko različne barve: eritritol je kobalt; simplesitis, annabergite in skorid - zeleni, in Rooseveltite, cattigit in hernesit - brezbarvni.

Glede na njegove kemijske lastnosti je arzen precej inerten, zato ga lahko najdemo v svojem naravnem stanju v obliki akretnih kock in iglic. Vsebnost nečistoč v zrnu ne presega 15%.

Vsebnost arzena se v tleh giblje v razponu od 0,1 do 40 mg / kg. Na območjih vulkanov in na mestih, kjer se deponira arzenova ruda, lahko ta številka doseže 8 g / kg. Rastline na takih mestih umrejo, živali pa zbolijo. Podoben problem je značilen za stepe in puščave, kjer ne pride do izpiranja elementa iz tal. Glinene kamnine se štejejo za obogatene, saj je vsebnost arzenovih snovi v njih štirikrat višja kot pri običajnih.

Kdaj? čiste snovi v procesu biometilacije se spremeni v hlapno spojino, ki jo lahko odstranimo iz zemlje ne samo z vodo, ampak tudi z vetrom. V normalnih območjih je koncentracija arzena v zraku povprečno 0,01 µg / m ³ . V industrijskih območjih, kjer obratujejo tovarne in elektrarne, lahko ta kazalnik doseže 1 µg / m ³ .

Zmerna količina arzenovih snovi se lahko nahaja v sestavi mineralne vode. V zdravilnih mineralnih vodah v skladu s splošno sprejetimi standardi koncentracija arzena ne sme presegati 70 µg / l. Treba je omeniti, da se lahko tudi pri višjih stopnjah zastrupitve pojavijo le z redno uporabo take vode.

V naravnih vodah je lahko element v različnih oblikah in sestavinah. Trivalentni arzen, na primer, je veliko bolj toksičen kot pentavalent.

Pridobiva arzen

Element je pridobljen kot stranski proizvod pri predelavi svinčeve, cinkove, bakrene in kobaltove rude ter pri rudarstvu zlata. Kot del nekaterih polimetalnih rud lahko vsebnost arzena doseže do 12%. Ko se segrejejo na 700 ° C, pride do sublimacije - prehoda snovi iz trdnega v plinasto stanje, mimo tekočine. Pomemben pogoj za izvajanje tega procesa je odsotnost zraka. Ko se arzenove rude segrejejo na zraku, nastane hlapni oksid, imenovan »bel arzen«. Če zamenjamo kondenzacijo s premogom, se čisti arzen zmanjša.

Formula za pridobitev elementa je naslednja:

• 2As2S3 + 9O2 = 6SO2 + 2As2O3;
• Kot 2O3 + 3C = 2As + 3CO.

Arsinsko rudarstvo se nanaša na nevarno proizvodnjo. Paradoksalno je dejstvo, da največje onesnaževanje okolja s tem elementom ni blizu podjetij, ki ga proizvajajo, ampak okoli elektrarn in obratov barvne metalurgije.

Naslednji paradoks je, da proizvodnja kovinskega arzena presega potrebo po njej. Na področju rudarjenja kovin je zelo redka pojavnost. Presežek arzena je treba odstraniti z odlaganjem kovinskih posod v stare rudnike.

Največje zaloge arzenovih rud so koncentrirane v teh državah:

1. Baker-arzen - ZDA, Gruzija, Japonska, Švedska, Norveška in države Srednje Azije.
2. Gold-arsen - Francija in Združene države.
3. Arzen-kobalt - Kanada in Nova Zelandija.
4. Arzen-kositer - Anglija in Bolivija.

Opredelitev

Laboratorijsko določanje arzena se izvaja z obarjanjem rumenih sulfidov iz raztopin klorovodikove kisline. Sledi elementov so določeni z Gutzeitovo metodo ali z Marshovo reakcijo. V zadnjem pol stoletja so bile ustvarjene vse vrste občutljivih tehnik analize, ki omogočajo razkrivanje celo zelo majhne količine dane snovi.

Nekatere arzenove spojine analiziramo z uporabo selektivne hibridne metode. Vključuje obnovo analita v hlapnem elementu arzinu, ki se nato zamrzne v rezervoarju, hlajenem s tekočim dušikom. Nato se pri počasnem segrevanju vsebine vsebnika različni arzini začnejo ločevati ločeno drug od drugega.

Industrijska uporaba

Skoraj 98% ekstrahiranega arzena se ne uporablja v čisti obliki. Njegove spojine so se pogosto uporabljale v različnih panogah. Na stotine ton arzena se kopa in predeluje vsako leto. Doda se nosilnim zlitinam za izboljšanje njihove kakovosti, uporablja se za povečanje trdote kablov in svinčevih baterij, uporablja pa se tudi pri izdelavi polprevodniških naprav s germanijem ali silicijem. In to je samo najbolj ambiciozno področje.

Kot dopant daje arzen vodljivost nekaterim "klasičnim" polprevodnikom. Njegovo dodajanje vodi bistveno poveča trdnost kovine in bakra - fluidnost, trdoto in korozijsko odpornost. Arzen se včasih dodaja tudi nekaterim vrstam brona, medenine, babbittov in tipografskih zlitin. Vendar se metalurgi pogosto skušajo izogniti uporabi te snovi, saj ni varna za zdravje. Za nekatere kovine so škodljive tudi velike količine arzena, ker zmanjšujejo lastnosti izhodnega materiala.

Arsenov oksid je bil uporabljen pri izdelavi stekla kot čistilo za steklo. V tej smeri so ga uporabljali stari stekleni pihalci. Arzenove spojine so močan antiseptik, zato ohranjajo krzno, polnjene živali in kože ter ustvarjajo barve za preprečevanje obraščanja za transport vode in impregnacijo lesa.

Zaradi biološke aktivnosti nekaterih derivatov arzena se snov uporablja v proizvodnji stimulansov rasti rastlin, pa tudi zdravil, vključno z anthelmintiki za živino. Izdelki, ki vsebujejo ta element, se uporabljajo za nadzor plevelov, glodalcev in žuželk. Prej, ko ljudje niso razmišljali, ali se arzen lahko uporablja za proizvodnjo hrane, se je element kmetijstva širše uporabljal. Vendar je morala po ugotovitvi njenih toksičnih lastnosti poiskati nadomestno snov.

Pomembna področja uporabe tega elementa so: izdelava mikrovezij, optičnih vlaken, polprevodnikov, filmske elektronike ter pridelava mikrokristalov za laserje. Za te namene se uporabljajo plinski arinsi. Izdelava laserjev, diod in tranzistorjev ni popolna brez galijevega in indijevega arzenida.

Medicina

V človeških tkivih in organih je element zastopan predvsem v beljakovinski frakciji, v manjši meri - v kislinsko topni. Sodeluje pri fermentaciji, glikolizi in redoks reakcijah ter zagotavlja razgradnjo kompleksnih ogljikovih hidratov. V biokemiji se spojine te snovi uporabljajo kot specifični zaviralci encimov, ki so potrebni za proučevanje presnovnih reakcij. Arzen je potreben za človeško telo kot element v sledovih.

Uporaba elementa v medicini je manj obsežna kot v proizvodnji. Njegovi mikroskopski odmerki se uporabljajo za diagnosticiranje vseh vrst bolezni in patologij, kot tudi za zdravljenje zobnih bolezni.

V zobozdravstvu se za odstranjevanje pulpe uporablja arzen. Majhen del paste, ki vsebuje arzensko kislino, dobesedno zagotavlja en dan smrti zoba. Zaradi njegovega delovanja je odstranjevanje celuloze neboleče in neovirano.

Arzen je bil široko uporabljen tudi pri zdravljenju blagih oblik levkemije. Omogoča zmanjšanje ali celo zatiranje patološke tvorbe levkocitov ter spodbujanje tvorbe rdeče krvi in ​​izločanja rdečih krvničk.

Arzen kot strup

Vse spojine tega elementa so strupene. Akutno zastrupitev z arzenom povzroči bolečine v trebuhu, drisko, slabost in depresijo centralnega živčnega sistema. Simptomi zastrupitve s to snovjo so podobni simptomom kolere. Zato so se že v sodni praksi pogosto pojavili primeri namerne zastrupitve z arzenom. Za kriminalne namene se je element najpogosteje uporabljal kot trioksid.

Simptomi zastrupitve

Sprva se zastrupitev z arzenom kaže kot kovinski okus v ustih, bruhanje in bolečine v trebuhu. Če ne ukrepate, se lahko začnejo napadi in celo paraliza. V najslabšem primeru je zastrupitev lahko usodna.

Vzrok zastrupitve je lahko:

1. Vdihavanje prahu, ki vsebuje arzen. Ponavadi se pojavlja v obratih za proizvodnjo arzena, pri katerih se ne upoštevajo pravila varstva dela.
2. Jedo zastrupljeno hrano ali vodo.
3. Uporaba nekaterih zdravil.

Prva pomoč

Mleko je najbolj razširjen in znan antidot za zastrupitev z arzenom. Beljakovina kazeina v njej tvori netopne spojine s strupeno snovjo, ki je ne more absorbirati v kri.

V primeru akutne zastrupitve mora biti žrtev hitra pomoč. izpiranje želodca. V bolnišnici se izvaja tudi hemodializa, namenjena čiščenju ledvic. Od drog, uporabljenih univerzalni protistrup - "Unitiol". Poleg tega lahko uporabimo antagonistične snovi: selen, cink, žveplo in fosfor. V prihodnosti mora bolnik predpisati kompleks aminokislin in vitaminov.

Pomanjkanje arsena

Na vprašanje: "Kaj je arzen?", Je treba omeniti, da je v majhnih količinah potrebno za človeško telo. Element velja za imunotoksičen, pogojno bistven. Sodeluje v skoraj vseh najpomembnejših biokemičnih procesih človeškega telesa. Taki znaki lahko kažejo na pomanjkanje te snovi: zmanjšanje koncentracije trigliceridov v krvi, poslabšanje razvoja in rasti organizma.

Kot pravilo, v odsotnosti resnih zdravstvenih težav o pomanjkanju arzena v prehrani ni potrebno skrbeti, ker je element, ki ga vsebuje skoraj vsi proizvodi rastlinskega in živalskega izvora. Ta snov je še posebej bogata z morskimi sadeži, žitaricami, grozdnim vinom, sokovi in ​​pitno vodo. Čez dan se 34% zaužitega arzena izloči iz telesa.

Pri anemiji se snov poveča za apetit, v primeru zastrupitve s selenom pa deluje kot učinkovit protistrup.