Што такое мыш'як? Характарыстыка, ўласцівасці і прымяненне

Мыш'як - хімічны элемент групы азоту (група 15 табліцы Мендзялеева). Гэта шэрае з металічным бляскам крохкае рэчыва (α-мыш'як) з ромбоэдрической крышталічнай кратамі. Пры награванні да 600 ° C As сублімуюць. Пры астуджэнні пароў ўзнікае новая мадыфікацыя - жоўты мыш'як. Вышэй 270 ° C ўсе формы As пераходзяць у чорны мыш'як.

Гісторыя адкрыцця

Пра тое, што такое мыш'як, было вядома задоўга да прызнання яго хімічным элементам. У IV ст. да н. э. Арыстоцель згадваў пра рэчыве пад назвай «сандарак», якое, як цяпер мяркуюць, было реальгаром, або сульфід мыш'яку. А ў I стагоддзі н. э. пісьменнікі Пліній старэйшы і Педаний Дыяскарыда апісвалі аурипигмент - фарбавальнік As ₂ S _3. У XI ст. н. э. адрозніваліся тры разнавіднасці «мыш'яку»: белы (As ₄ O _6), жоўты (As ₂ S ₃₎ і чырвоны (As ₄ S _4). Сам элемент, верагодна, упершыню быў выдзелены ў XIII стагоддзі Альбертам Вялікім, які адзначыў з'яўленне металлоподобного рэчывы, калі арсеникум, іншая назва As ₂ S _3, быў нагрэць з мылам. Але ўпэўненасці ў тым, што гэты навуковец-прыродазнавец атрымаў чысты мыш'як, няма. Першае сапраўднае пасведчанне аб выдзяленні чыстага хімічнага элемента датаваны 1649 годам. Нямецкі фармацэўт Ёган Шродэр падрыхтаваў мыш'як, награваючы яго аксід ў прысутнасці вугалю. Пазней Нікола Лемер, французскі ўрач і хімік, назіраў адукацыю гэтага хімічнага элемента пры награванні сумесі яго аксіду, мыла і поташа. Да пачатку XVIII стагоддзя мыш'як ужо быў вядомы і як унікальны полуметалл.

распаўсюджанасць

У зямной кары канцэнтрацыя мыш'яку невялікая і складае 1,5 праміле. Ён сустракаецца ў глебе і мінералах і можа патрапіць у паветра, ваду і грунт дзякуючы ветравой і воднай эрозіі. Акрамя таго, элемент паступае ў атмасферу з іншых крыніц. У выніку вывяржэння вулканаў ў паветра вылучаецца каля 3 тыс. Т мыш'яку ў год, мікраарганізмы ўтвараюць 20 тыс. Т лятучага метиларсина у год, а ў выніку спальвання выкапнёвага паліва за той жа перыяд вылучаецца 80 тыс. Т.

Нягледзячы на тое што As - смяротны яд, ён з'яўляецца важным складнікам харчавання некаторых жывёл і, магчыма, чалавека, хоць неабходная доза не перавышае 0,01 мг / суткі.

Мыш'як вельмі цяжка перавесці ў вадараспушчальны або лятучае стан. Той факт, што ён даволі мабільны, азначае, што вялікія канцэнтрацыі рэчывы ў нейкім адным месцы з'явіцца не могуць. З аднаго боку, гэта добра, але з іншага - лёгкасць, з якой ён распаўсюджваецца, з'яўляецца прычынай таго, што забруджванне мыш'яком становіцца ўсё большай праблемай. З-за дзейнасці чалавека, у асноўным за кошт здабычы і плаўкі, звычайна немобильный хімічны элемент мігруе, і цяпер яго можна знайсці не толькі ў месцах яго натуральнай канцэнтрацыі.

Колькасць мыш'яку ў зямной кары складае каля 5 г на тону. У космасе яго канцэнтрацыя ацэньваецца як 4 атама на мільён атамаў крэмнія. Гэты элемент шырока распаўсюджаны. Невялікае яго колькасць прысутнічае ў самароднае стане. Як правіла, адукацыі мыш'яку чысцінёй 90-98% сустракаюцца разам з такімі металамі, як сурма і срэбра. Вялікая яго частка, аднак, уваходзіць у склад больш чым 150 розных мінералаў - сульфідаў, арсенід, сульфоарсенидов і арсенитов. Арсенопирит FeAsS з'яўляецца адным з самых распаўсюджаных As-змяшчаюць мінералаў. Іншыя распаўсюджаныя злучэння мыш'яку - мінералы реальгар As ₄ S _4, аурипигмент As ₂ S _3, леллингит FeAs ₂ і энаргит Cu ₃ AsS _4. Таксама часта сустракаецца аксід мыш'яку. Большая частка гэтага рэчыва з'яўляецца пабочным прадуктам выплаўлення медных, свінцовых, кобальтовых і залатых руд.

У прыродзе існуе толькі адзін стабільны ізатоп мыш'яку - ⁷⁵ As. Сярод штучных радыеактыўных ізатопаў вылучаецца ⁷⁶ As c перыядам паўраспаду 26,4 ч. Мыш'як-72, -74 і -76 выкарыстоўваюцца ў медыцынскай дыягностыцы.

Прамысловая вытворчасць і прымяненне

Металічны мыш'як атрымліваюць пры нагрэве арсенопирита да 650-700 ° C без доступу паветра. Калі ж арсенопирит і іншыя металічныя руды награваць з кіслародам, то As лёгка ўступае з ім у злучэнне, утвараючы лёгка узганяць As ₄ O _6, таксама вядомы як «белы мыш'як». Пары аксіду збіраюць і кандэнсуюць, і пазней чысцяць паўторнай узгонка. Большая частка As вырабляецца шляхам яго аднаўлення вугляродам з белага мыш'яку, атрыманага такім чынам.

Сусветнае спажыванне металічнага мыш'яку з'яўляецца адносна невялікім - усяго некалькі сотняў тон у год. Вялікая частка таго, што спажываецца, паступае са Швецыі. Ён выкарыстоўваецца ў металургіі з-за яго металлоидных уласцівасцяў. Каля 1% мыш'яку ўжываецца ў вытворчасці свінцовай дробу, так як ён паляпшае круглявасць расплаўленай кроплі. Ўласцівасці падшыпнікавых сплаваў на аснове свінцу паляпшаюцца як па цеплавых, так і па механічных характарыстыках, калі яны ўтрымліваюць каля 3% мыш'яку. Наяўнасць малой колькасці гэтага хімічнага элемента ў свінцовых сплавах загартоўвае іх для выкарыстання ў акумулятарных батарэях і кабельнай брані. Невялікія прымешкі мыш'яку павышаюць каразійную стойкасць і цеплавыя ўласцівасці медзі і латуні. У чыстым выглядзе хімічны элементарны As выкарыстоўваецца для нанясення бронзавага пакрыцця і ў піратэхніцы. Высокаачышчаных мыш'як знаходзіць прымяненне ў паўправадніковай тэхніцы, дзе ён выкарыстоўваецца з крэмніем і Германіі, а таксама ў форме арсенід Галіі (GaAs) у дыёдах, лазерах і транзістарах.

злучэння As

Так як валентнасць мыш'яку роўная 3 і 5, і ён мае шэраг ступеняў акіслення ад -3 да 5 цяпла, элемент можа ўтвараць розныя віды злучэнняў. Найбольш важнае камерцыйнае значэнне маюць яго аксіды, асноўнымі формамі якіх з'яўляюцца As ₄ O ₆ і As ₂ O _5. Мышьяковистый аксід, шырока вядомы як белы мыш'як, - гэта пабочны прадукт абпалу руд медзі, свінцу і некаторых іншых металаў, а таксама арсенопирита і сульфидных руд. Ён з'яўляецца зыходным матэрыялам для большасці іншых злучэнняў. Акрамя таго, ён выкарыстоўваецца ў пестыцыдах, служыць абескаляроўваюцца рэчывам ў вытворчасці шкла і кансервантам для скур. Пятиокись мыш'яку утворыцца пры ўздзеянні акісляльніка (напрыклад, азотнай кіслаты) на белы мыш'як. Ён з'яўляецца асноўным інгрэдыентам інсектыцыдаў, гербіцыдаў і клею для металу.

Арсин (AsH _3), бескаляровы атрутны газ, які складаецца з мыш'яку і вадароду, - гэта яшчэ адно вядомае рэчыва. Рэчыва, званае таксама мышьяковистым вадародам, атрымліваюць шляхам гідролізу металічных арсенід і аднаўлення металаў са злучэнняў мыш'яку ў растворах кіслот. Ён знайшоў прымяненне як легіравальных дадатак у паўправадніках і баявой атрутны газ. У сельскай гаспадарцы вялікае значэнне маюць мышьяковая кіслата (H ₃ AsO _4), арсенат свінцу (PbHAsO ₄₎ і арсенат кальцыя [Са ₃ (AsO _{4) 2],} якія выкарыстоўваюцца для стэрылізацыі глебы і барацьбы з шкоднікамі.

Мыш'як - хімічны элемент, які ўтварае мноства арганічных злучэнняў. Какодин (СН _{3) 2} As-As (СН _{3) 2,} напрыклад, выкарыстоўваецца пры падрыхтоўцы шырока выкарыстоўванага десиканта (асушваць сродкі) - какодиловой кіслаты. Складаныя арганічныя злучэнні элемента прымяняюцца ў лячэнні некаторых захворванняў, напрыклад, амебной дызентэрыі, выкліканай мікраарганізмамі.

фізічныя ўласцівасці

Што такое мыш'як з пункту гледжання яго фізічных уласцівасцяў? У найбольш стабільным стане ён уяўляе сабой крохкае цвёрдае рэчыва сталёвага шэрага колеру з нізкай цеплавой і электрычнай праводнасцю. Хоць некаторыя формы As з'яўляюцца металлоподобными, аднясенне яго да неметалы - гэта больш дакладная характарыстыка мыш'яку. Ёсць і іншыя віды мыш'яку, але яны не вельмі добра вывучаны, асабліва жоўтая метастабільным форма, якая складаецца з малекул As _4, падобна беламу фосфару Р _4. Мыш'як узганяць пры тэмпературы 613 ° C, і ў выглядзе пара ён існуе як малекулы As _4, якія ня дысацыюе да тэмпературы каля 800 ° C. Поўная дысацыяцыя на малекулы As ₂ адбываецца пры 1700 ° С.

Будова атама і здольнасць ўтвараць сувязі

Электронная формула мыш'яку - 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ^{3 -} нагадвае азот і фосфар у тым, што ў знешняй абалонцы ёсць пяць электронаў, але ён адрозніваецца ад іх наяўнасцю 18 электронаў у перадапошняй абалонцы замест двух або васьмі. Даданне 10 станоўчых зарадаў ў ядры падчас запаўнення пяці 3d-арбіталей часта выклікае агульнае змяншэнне электроннага воблака і павелічэнне Электраадмо элементаў. Мыш'як ў табліцы Мендзялеева можна параўнаць з іншымі групамі, якія наглядна дэманструюць гэтую заканамернасць. Напрыклад, агульнапрызнана, што цынк з'яўляецца больш Электраадмо, чым магній, а галій - чым алюміній. Аднак у наступных групах гэтая розніца памяншаецца, і многія не згодныя з тым, што германій Электраадмо крэмнія, нягледзячы на багацце хімічных доказаў. Падобны пераход ад 8- да 18-элементнай абалонцы ад фосфару да мыш'яку можа павялічыць Электраадмо, але гэта застаецца спрэчным.

Падабенства знешняй абалонкі As і P кажа пра тое, яны могуць утвараць 3 кавалентным сувязі на атам пры наяўнасці дадатковай незвязанай электроннай пары. Ступень акіслення павінна, такім чынам, быць +3 або -3, у залежнасці ад адноснай ўзаемнай Электраадмо. Будова мыш'яку таксама кажа аб магчымасці выкарыстання знешняй d-арбіталь для пашырэння актэта, што дазваляе элементу ўтвараць 5 сувязяў. Яна рэалізуецца толькі пры рэакцыі з фторам. Наяўнасць свабоднай электроннай пары для адукацыі комплексных злучэнняў (праз донарства электронаў) у атаме As праяўляецца значна менш, чым у фосфару і азоту.

Мыш'як стабільны ў сухім паветры, але ў вільготным пакрываецца чорным аксідам. Яго пары лёгка згараюць, утвараючы As ₂ O _3. Што такое мыш'як ў вольным стане? Ён практычна не схільны ўздзеянню вады, шчолачаў і неокисляющих кіслот, але акісляецца азотнай кіслатой да стану +5. З мыш'яком рэагуюць галагены, сера, а шматлікія металы ўтвараюць арсенід.

аналітычная хімія

Рэчыва мыш'як якасна можна выявіць у выглядзе жоўтага аурипигмента, выпадальнага ў асадак пад дзеяннем 25% раствора салянай кіслаты. Сляды As, як правіла, вызначаюцца шляхам яго пераўтварэння ў арсин, які можна выявіць з дапамогай тэсту Марша. Арсин тэрмічнаму раскладаецца, утвараючы чорнае люстэрка з мыш'яку ўнутры вузкай трубкі. Па метадзе Гутцайта пробнікі, прасякнуты хларыдам ртуці, пад дзеяннем арсина цямнее з-за выдзялення ртуці.

Таксікалагічная характарыстыка мыш'яку

Таксічнасць элемента і яго вытворных шырока змяняецца ў значных межах, ад надзвычай атрутнага арсина і яго арганічных вытворных да проста As, які адносна інэртны. Пра тое, што такое мыш'як, кажа прымяненне яго арганічных злучэнняў у якасці баявых атрутных рэчываў (люізіт), везиканта і дефолианта ( «Агент блю» на аснове воднай сумесі 5% какодиловой кіслаты 26% яе натрыевай солі).

У цэлым вытворныя дадзенага хімічнага элемента раздражняюць скуру і выклікаюць дэрматыт. Таксама рэкамендуецца абарона ад удыхання мыш'як-якая змяшчае пылу, але большая частка атручванняў адбываецца пры яго ўжыванні ўнутр. Гранічна дапушчальная канцэнтрацыя As ў пылу за васьмігадзінны працоўны дзень складае 0,5 мг / м ^3. Для арсина доза зніжаецца да 0,05 часткі на мільён. Акрамя выкарыстання злучэнняў дадзенага хімічнага элемента ў якасці гербіцыдаў і пестыцыдаў, прымяненне мыш'яку ў фармакалогіі дазволіла атрымаць сальварсан - першы паспяховы прэпарат супраць пранцаў.

Ўздзеянне на здароўе

Мыш'як з'яўляецца адным з найбольш таксічных элементаў. Неарганічныя злучэнні дадзенага хімічнага рэчыва ў натуральных умовах сустракаюцца ў невялікіх колькасцях. Людзі могуць падвяргацца ўздзеянню мыш'яку праз ежу, ваду і паветра. Экспазіцыя можа таксама адбыцца пры кантакце скуры з заражанай глебай або вадой.

Ўтрыманне мыш'яку ў прадуктах харчавання даволі нізкае. Аднак яго ўзроўні ў рыбе і морапрадуктах могуць быць вельмі высокімі, так як яны паглынаюць дадзены хімічны элемент з вады, у якой жывуць. Значная колькасць неарганічнага мыш'яку ў рыбе можа прадстаўляць небяспеку для здароўя чалавека.

Ўздзеянню рэчывы таксама схільныя людзі, якія з ім працуюць, жывуць у дамах, пабудаваных з апрацаванай ім драўніны, і на землях сельскагаспадарчага прызначэння, дзе ў мінулым ўжываліся пестыцыды.

Неарганічны мыш'як можа выклікаць розныя наступствы для здароўя чалавека, такія як раздражненне страўніка і кішачніка, зніжэнне вытворчасці чырвоных і белых клетак крыві, змена скуры і раздражненне лёгкіх. Мяркуецца, што паглынанне значнай колькасці гэтага рэчыва можа павялічыць шанцы развіцця рака, асабліва рака скуры, лёгкіх, печані і лімфатычнай сістэмы.

Вельмі высокія канцэнтрацыі неарганічнага мыш'яку з'яўляюцца прычынай бясплоддзя і выкідкаў ў жанчын, дэрматытаў, зніжэння супраціўляльнасці арганізма інфекцыям, праблем з сэрцам і пашкоджанняў мозгу. Акрамя таго, гэты хімічны элемент здольны пашкодзіць ДНК.

Смяротная доза белага мыш'яку роўная 100 мг.

Арганічныя злучэнні элемента ні рака, ні пашкоджанняў генетычнага кода не выклікаюць, але высокія дозы могуць нанесці шкоду здароўю чалавека, напрыклад выклікаць нервовыя засмучэнні або болі ў жываце.

ўласцівасці As

Асноўныя хіміка-фізічныя ўласцівасці мыш'яку наступныя:

• Атамная лік - 33.
• Атамны вага - 74,9216.
• Тэмпература плаўлення шэрай формы - 814 ° C пры ціску 36 атмасфер.
• Шчыльнасць шэрай формы - 5,73 г / см ³ пры 14 ° C.
• Шчыльнасць жоўтай формы - 2,03 г / см ³ пры 18 ° C.
• Электронная формула мыш'яку - 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p _^3.
• Стану акіслення - -3, +3, +5.
• Валентнасць мыш'яку - 3, 5.