ARZÉN: TÖRTÉNELEM, SZERKEZET, TULAJDONSÁGOK, FELHASZNÁLÁSOK - KÉMIA - 2024

Az arzén egy fél- vagy félfém, amely a periódusos rendszer 15. vagy VA csoportjába tartozik. Ezt az As kémiai szimbólum jelöli, atomszáma 33. Három allotrop alakban megtalálható: sárga, fekete és szürke; ez utóbbi az egyetlen ipari jelentőségű.

A szürke arzén törékeny, fémes megjelenésű szilárd anyag, egyenletes, kristályos színű (alsó kép). Elveszíti fényét, amikor levegővel érintkezik, és arzén oxidot képez (As ₂ O ₃), amely hevítéskor fokhagyma illatot bocsát ki. Másrészről, sárga és fekete alotrópjai molekulárisak, illetve amorfak.

Fémes arzén. Forrás: Kémiai elemek nagy felbontású képei

Az arzén a földkéregben található, számos ásványi anyaggal összekapcsolva. Csak kis része található meg a natív államban, bár az antimonnal és az ezüsttel társult.

A leggyakoribb ásványok, amelyekben arzén található, a következők: realgar (As ₄ S ₄), orpiment (As ₂ S ₃), loellingit (FeAs ₂) és enargit (Cu ₃ AsS ₄). Az arzénet fémek, például ólom, réz, kobalt és arany megolvasztásának melléktermékeként is kapják.

Az arzénvegyületek mérgezőek, különösen az arzin (AsH ₃). Az arzénnek azonban számos ipari felhasználása van, ideértve az ólommal ötvözést, amelyet autóipari akkumulátorok gyártásához használnak, és a galliummal ötvözést, különféle elektronikai alkalmazásokhoz.

A felfedezés története

Az „arzén” név a latin arzenikumból és a görög arzenikonból származik, utalva a sárga orpimentre, amely az arkén az alkimisták általi fő felhasználási formája volt.

Az arzén, jóval azelőtt, hogy kémiai elemként ismerték el, ismertté vált és vegyületeinek formájában is felhasználták. Például Arisztotelész a Kr. E. IV. Században a szandrache-ról írt, egy olyan anyagról, amelyet ma arzén-szulfidnak gondoltak.

Idősebb Plinius és Pedanius Discórides az Kr. E. Században az As ₂ S ₃ -ból álló ásványt írták le. A 11. században három arzénfajt elismertek: fehér (As ₄ O ₄), sárga (As ₂ S ₃) és piros (As ₄ S ₄).

Az arzén tiszta elemként először Albertus Magnus (1250) észlelte. Magnus szappannal hevítette az arzén-szulfidot, és felhívta a figyelmet egy olyan anyag megjelenésére, amelynek jellemzője hasonló a képen látható szürkés allotróphoz. Az elszigeteltségének első hiteles jelentését 1649-ben Johann Schroeder, egy német gyógyszerész tette közzé.

Schroeder előállította az arzént oxidjának faszénel történő melegítésével. Később Nicolas Lémerynek sikerült előállítania arzén-oxid, szappan és hamuzsír keverékének melegítésével. A 18. században ezt az elemet végül félfémként ismerték el.

Az arzén felépítése

Az arzén izomorf az antimontól; vagyis szerkezetileg azonosak, csak atomjaik méretében különböznek egymástól. Minden arzénatom három As-As kovalens kötést képez, oly módon, hogy „gyűrött vagy meredek” hatszögletű As ₆ egységeket képezzen, mivel az As atomok hibridizációja sp ³.

Ezután az As ₆ egységek összekapcsolódnak, és meredek arzénrétegek keletkeznek, amelyek gyengén kölcsönhatásba lépnek egymással. Az intermolekuláris erők hatására, amelyek mindenekelőtt az atomtömegüktől függnek, a romboedrikus szürke arzén kristályok a szilárd anyag számára törékeny és törékeny textúrát adnak.

Valószínűleg az arzén szabad elektronpárjának visszatükröződése miatt a párhuzamos rétegek között kialakított As ₆ egységek nem a tökéletes, hanem torz oktaédert határozzák meg:

A szürke arzén kristályszerkezete. Forrás: Gabriel Bolívar.

Vegye figyelembe, hogy a fekete gömbök a torz síkot a meredek rétegek közötti térben húzzák. Hasonlóképpen, az alatti rétegben kékes gömbök vannak, amelyek a fekete gömbvel együtt alkotják a szakasz elején említett As ₆ egységet.

A szerkezet rendben néz ki, a sorok felfelé és lefelé mennek, ezért kristályosak. Azonban amorf lehet, a gömbök különféle módon szoríthatók. Amikor a szürkés arzén amorfvá válik, félvezetővé válik.

Sárga arzén

A sárga arzén, ennek az elemnek a legtoxikusabb allotrópa, tisztán molekuláris szilárd anyag. Ez As molekulákból áll, ₄ egységből, a gyenge diszperziós erők miatt, amelyek nem gátolják meg az illékonyodást.

Fekete arzén

A fekete arzén amorf; de nem az, hogy a szürkés allotróp milyen lehet. Szerkezete kissé hasonlít a fent leírthoz, azzal a különbséggel, hogy As ₆ egység síkjainak nagyobb területe és nagyobb rendellenességi mintázata van.

Elektronikus konfiguráció

3d ¹⁰ 4s ² 4p ³

Minden 3. szintű pályája meg van töltve. Kötéseket képez a 4s és 4p pályák (valamint a 4d) felhasználásával különböző kémiai hibridizációkkal.

Tulajdonságok

Molekuláris tömeg

74,922 g / mol

Fizikai leírás

A szürke arzén szürkés szilárd anyag, fémes megjelenéssel és törékeny állaggal.

Szín

Három allotrop alak, sárga (alfa), fekete (béta) és szürke (gamma).

Szag

WC

Íz

Ízléstelen

Olvadáspont

1090 K 35,8 atm-nél (arzén hármas pontja).

Normál nyomáson nincs olvadáspontja, mivel 887 K-ra sublimálódik.

Sűrűség

-Gray arzén: 5,73 g / cm ³.

-Sárga arzén: 1,97 g / cm ³.

Vízben való oldhatóság

Oldhatatlan

Atomic radio

139 órakor

Atomi térfogat

13,1 cm ³ / mol

Kovalens sugár

120 órakor

Fajlagos hő

0,328 J / gmol 20 ° C-on

Párolgási hő

32,4 kJ / mol

elektronegativitás

2.18 a Pauling skálán

Ionizációs energia

Első ionizációs energia 946,2 kJ / mol

Oxidációs állapotok

-3, +3, +5

Stabilitás

Az arzén elegendő a száraz levegőben, de nedves levegőnek kitéve bronz-sárga réteggel borítja be, amely arzén-oxid (As ₂ O ₃) fekete rétegé válhat.

bomlás

Amikor az arzén bomlásig hevül, Fehér füst As ₂ O ₃ -ot bocsát ki. Az eljárás veszélyes, mivel az arsin, amely egy nagyon mérgező gáz, szintén szabadulhat fel.

Öngyulladás

180 ºC

Keménység

3.5 a Mohs keménységi skálán.

Reakcióképesség

Nem támad meg hideg kénsav vagy tömény sósav. Forró salétromsavval vagy kénsavval reagál, képzve arzénsavat és arzénsavat.

Ha a szürke arzén melegítés közben illékony marad és a gőzök gyorsan lehűlnek, sárga arzén képződik. Ez visszatér a szürkés formába, amikor ultraibolya fénynek van kitéve.

Alkalmazások

ötvözetek

Az ólomhoz hozzáadott kis mennyiségű arzén elegendő mértékben megkeményíti ötvözeteiket ahhoz, hogy ezeket kábelek bevonásához és autós akkumulátorok gyártásához felhasználhassák.

Az arzén hozzáadása a sárgarézhez, a réz és a cink ötvözetéhez növeli a korrózióállóságot. Másrészt korrigálja vagy csökkenti a sárgaréz cinkveszteségét, ami megnöveli annak hasznos élettartamát.

elektronika

A tisztított arzént a félvezető technológiában használják, ahol galliummal és germániummal együtt, valamint gallium-arzenid (GaAs) formájában használják, amely a második legszélesebb körben alkalmazott félvezető.

A GaA-k közvetlen sávszélességgel rendelkeznek, amely felhasználható dióda, lézer és LED gyártásban. A gallium-arzenid mellett vannak más arzenidek is, például indium-arzenid és alumínium-arzenid, amelyek szintén III-V félvezetők.

Eközben a kadmium-arzenid egy II-IV. Típusú félvezető. Arzint használtak félvezető doppingban.

Mezőgazdaság és favédelem

A legtöbb felhasználást nagy és toxikus toxicitásuk miatt selejtezték. Mivel ₂ O ₃ -ot használtak rovarirtóként, míg As ₂ O ₅ -et herbicidek és rovarirtók alkotórésze.

Arzénsavat (H ₃ AsO ₄) és sókat, például kalcium-arzenátot és ólom-arzenátot használtak a talajok sterilizálására és a kártevők leküzdésére. Ez környezeti szennyeződés kockázatát okozza arzénnel.

Az ólomarzenátot a 20. század első feléig rovarirtóként használták a gyümölcsfákban. De toxicitása miatt helyébe nátrium-metil-arzenát adta, amelyet ugyanezen okból már 2013 óta leállítottak.

gyógyhatású

A 20. századig számos vegyületét gyógyszerként használták fel. Például az arphenamint és a neolsalvarsánt használják a szifilisz és a trippanosomiasis kezelésére.

2000-ben jóváhagyták az As ₂ O ₃, egy nagyon mérgező vegyület alkalmazását az összes transz-retinoinsavval szemben rezisztens akut promyelocytás leukémia kezelésében. Nemrégiben a radioaktív ⁷⁴ As izotópot használják a tumor lokalizációjára.

Az izotóp jó képeket hoz, tisztább, mint a ¹²⁴ I esetén, mivel a jód a pajzsmirigybe kerül, és zajt generál a jelben.

Egyéb felhasználások

Az arzént korábban takarmány-adalékanyagként használták a baromfi- és sertéstenyésztésben.

Katalizátorként használják az etilén-oxid előállításában. Tűzijátékokban és cserzésben is felhasználják. Arzén-oxidot használnak színtelenítőként az üveggyártásban.

Hol található?

Arzén kis mennyiségben található elemi állapotban, magas tisztaságú. Számos vegyületben van jelen, például: szulfidokban, arzenidekben és szulfoarseniidekben.

Számos ásványban megtalálható, köztük az arsenopiritben (FeSA-k), a loellitben (FeAs ₂), az enargitban (Cu ₃ AsS ₄), a bokorban (As ₂ S ₃) és a realgarban (As ₄ S ₄).

Hogyan nyerik?

Az arzén-piritot levegő hiányában 650-700ºC-ra hevítik. Az arzén párolog, maradékként vas-szulfidot (FeS) hagyva. Ennek során az arzén az oxigénhez kötődik, így As ₄ O ₆ -ot képez, amelyet "fehér arzénnek" hívnak.

Mivel ₄ O ₆ módosul As ₂ O ₃ képződésre, amelynek gőzeit összegyűjtik és kondenzálják egy téglakamrában, tisztítva az arzént szublimálással.

Az arzén nagy részét As ₂ O ₃ képződött por szén redukciójával állítják elő.

Irodalom

1. Stephen R. Marsden. (2019. április 23.). Arzén kémiája. Kémia LibreTexts. Helyreállítva: chem.libretexts.org
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018. december 03.). Érdekes tények az arzénről. Helyreállítva: gondolat.com
3. Wikipedia. (2019). Arzén. Helyreállítva: en.wikipedia.org
4. Dr. Dough Stewart. (2019). Arzén elem tények. Chemicool. Helyreállítva: chemicool.com
5. A Kémiai Királyi Társaság. (2019). Arzén. Helyreállítva: rsc.or
6. Az Encyclopaedia Britannica szerkesztői. (2019. május 03.). Arzén. Encyclopædia Britannica. Helyreállítva: britannica.com