Шта је арсен? Дефиниција, формула, својства

Арсен је хемијски елемент 5. групе 4. периода периодне табеле са атомским бројем 33. То је ломљива семиметална боја челика са зеленкастом нијансом. Данас ћемо поближе погледати шта је арсен и упознати се са основним својствима овог елемента.

Опште карактеристике

Арсен је јединствен по томе што се налази буквално свуда - у роцк форматионс воде, минерала, земљишта, флоре и фауне. Стога се често назива нико други осим свеприсутног елемента. Арсен је слободно дистрибуиран у свим географским областима планете Земље. Разлог за то је испарљивост и растворљивост његових једињења.

Име елемента је повезано са његовом употребом за уништавање глодара. Латинска ријеч Арсеницум (арсенова формула у периодној табели - Ас) је изведена из грчког Арсена, што значи "јака" или "моћна".

Тело просечне одрасле особе садржи око 15 мг овог елемента. Углавном се концентрише у танком цријеву, јетри, плућима и епителу. Апсорпција супстанце врши се у желуцу и цревима. Арсенини антагонисти су сумпор, фосфор, селен, неке аминокиселине, као и витамини Е и Ц. Сам елемент утиче на апсорпцију цинка, селена, као и витамина А, Ц, Б9 и Е.

Као и многе друге супстанце, арсен може бити отров и лек, све зависи од дозе.

Међу корисним функцијама елемента као што је арсен, могу се идентификовати:

1. Стимулисати асимилацију азота и фосфора.
2. Побољшање стварања крви.
3. Интеракција са цистеином, протеинима и липоичном киселином.
4. Слабљење оксидативних процеса.

Дневна потреба за арсеном за одраслу особу је између 30 и 100 микрограма.

Хисторицал бацкгроунд

Једна од фаза људског развоја назива се „бронза“, јер су у том периоду људи мењали камено оружје на бронзана. Овај метал је легура калаја и бакра. Некада, када су тали бронзу, мајстори су случајно користили производе од атмосферских утицаја бакар-арсен сулфидног минерала уместо бакрене руде. Добивена легура се лако лијева и добро кује. Тих дана, нико још није знао шта је арсен, али су намирнице његових минерала намерно настојале да производе висококвалитетну бронзу. Временом је ова технологија напуштена, очигледно због чињенице да је њена употреба често резултирала тровањем.

У древној Кини користили су чврсти минерал назван реалгар (Ас ₄ С ₄ ). Коришћен је за резање камена. Пошто се под утицајем температуре и светлости реалгар претворио у другу супстанцу - Ас ₂ С ₃ , ускоро је напуштен.

У 1. веку пре нове ере римски научник Плиније Старији, заједно са ботаничарем и доктором Диоскоридом, описао је минерални арсен који се зове орпимент. Име је преведено са латинског као "златна боја". Супстанца је коришћена као жута боја.

У средњем веку алхемичари су класификовали три елемента: жути (Ас ₂ С ₃ сулфид), црвени (Ас ₄ С ₄ сулфид), и бели (Ас ₂ О ₃ оксид). У 13. веку, када су грејали жутим арсеном сапуном, алкемичари су добијали металну супстанцу. Највјероватније, то је био први узорак чистог елемента добивеног умјетно.

Шта је чисти арсен, научено почетком 17. века. То се десило када је Јоханн Сцхроедер, враћајући оксид са угљеном, издвојио овај елемент. Неколико година касније, француски хемичар Ницола Лемери успео је да добије супстанцу грејући свој оксид у смеши са сапуном и поташом. У наредном веку, арсен је већ био познат у полуметалном статусу.

Хемијска својства

У периодном систему, хемијски елемент арсен налази се у петој групи и укључен је у породицу азота. У природним условима, представља један стабилан нуклид. Вештачки добија више од десет радиоактивних изотопа материје. Распон вриједности полуживота је прилично широк - од 2-3 минуте до неколико мјесеци.

Иако се арсен понекад назива метал, највјероватније се односи на неметале. У комбинацији са киселинама, не ствара соли, већ је сама по себи супстанца која формира киселину. Зато је елемент идентификован као полуметал.

Арсен, као и фосфор, може бити у различитим алотропним конфигурацијама. Један од њих, сиви арсен, је крхка супстанца која има метални сјај на прекиду. Електрична проводљивост овог полуметала је 17 пута мања од проводљивости бакра, али је 3,6 пута већа него код живе. Са повећањем температуре смањује се, што је типично за типичне метале.

Уз брзо хлађење паре арсена до температуре течног азота (-196 ° Ц), може се добити мека жућкаста супстанца налик на жути фосфор. Када се загреје и изложи ултраљубичастом жутом арсену одмах постаје сива. Реакција је праћена топлотом. Када се паре кондензују у инертној атмосфери, формира се други облик супстанце - аморфан. Ако се исталожи пар арсена, на стаклу се појави огледало.

Спољна електронска љуска ове супстанце има исту структуру као и фосфор и азот. Као и фосфор, арсен формира три ковалентне везе. Са сувим ваздухом, има стабилну форму, и са повећаном влажношћу расте тупа и прекрива се црним оксидним филмом. Када се запали, испарења супстанце изгарају плавим пламеном.

Пошто је арсен инертан, на њега не утичу вода, алкалије и киселине које немају оксидациона својства. Након контакта супстанце са разблаженим нитратна киселина формира се орто-арсенска киселина и са концентрованом - орто-арсенском киселином. Такође, арсен реагује са сумпором да формира сулфиде различитог састава.

Бити у природи

У природним условима, такав хемијски елемент као арсен се често налази у једињењима са бакром, никлом, кобалтом и гвожђем.

Састав минерала које формира супстанца је резултат полуметалних својстава. До данас је познато више од 200 минерала овог елемента. Пошто се арсен може наћи у негативним и позитивним оксидационим стањима, лако се повезује са многим другим супстанцама. Са позитивном оксидацијом арсена, он делује као метал (у сулфидима), а на негативан - неметал (у арсенидима). Минерали који садрже овај елемент имају доста сложену композицију. У кристалној решетки, полиметал може да замени атоме сумпора, антимона и метала.

Са становишта њиховог састава, многа једињења метала са арсеном имају већу вероватноћу да не припадају арсенидима, већ интерметалним једињењима. Неки од њих се разликују по варијабилном садржају главног елемента. Неколико метала може бити истовремено присутно у арсенидима, чији атоми, са блиским радијусом јона, могу да се замењују. Сви минерали, који су класификовани као арсениди, обдарени су металним сјајем, непрозирни су, тешки и снажни. Међу природним арсенидима (укупно око 25) могу се споменути сљедећи минерали: скуттерудит, рамелсбррггите, никелине, леллингрите, ведге-аффлорите и други.

Хемијски занимљиви су они минерали у којима је арсен присутан истовремено са сумпором и игра улогу метала. Они имају веома сложену структуру.

Природне соли арсенске киселине (арсенат) могу имати различите боје: еритритол - кобалт; симплеситис, аннабергите и скорид - зелени и Роосевелтите, цаттигит и хернесит - безбојни.

По својим хемијским својствима арсен је прилично инертан, па се може наћи у природном стању у облику акте коцке и игле. Садржај нечистоћа у грумену не прелази 15%.

Садржај арсена у земљишту варира у распону од 0,1-40 мг / кг. У подручјима вулкана и на мјестима гдје се налази арсенска руда, ова бројка може досећи и 8 г / кг. Биљке на таквим местима умиру, а животиње се разболе. Сличан проблем карактеристичан је за степа и пустиње, гдје се не долази до испирања елемента из тла. Сматра се да су глинене стијене обогаћене, јер је садржај арсенских супстанци у њима четири пута већи него у обичним.

Када чиста супстанца у процесу биометилације претвара се у испарљиво једињење, може се уклонити из тла не само водом, већ и вјетром. У нормалним областима, концентрација арсена у ваздуху износи просјечно 0,01 µг / м ³ . У индустријским областима у којима фабрике и електране раде, овај индикатор може достићи 1 µг / м ³ .

Умјерена количина арсенских супстанци може бити садржана у саставу минералне воде. У љековитим минералним водама, према опћеприхваћеним стандардима, концентрација арсена не смије прелазити 70 µг / л. Важно је напоменути да се и код виших стопа тровање може десити само уз редовну употребу такве воде.

У природним водама елемент може бити у различитим облицима и једињењима. Тривалентни арсен је, на пример, много отровнији од пентавалента.

Геттинг арсениц

Елемент се добија као нуспроизвод прераде олова, цинка, бакра и кобалта, као и током рударства злата. Као део неких полиметалних руда, садржај арсена може достићи и до 12%. Када се загреју на 700 ° Ц, долази до сублимације - преласка супстанце из чврстог у гасовито стање, заобилазећи течност. Важан услов за спровођење овог процеса је одсуство ваздуха. Када се арсенске руде загревају на ваздуху, формира се испарљиви оксид, назван "бели арсен". Замјеном кондензације са угљем, чисти арсен је смањен.

Формула за добијање елемента је следећа:

• 2Ас2С3 + 9О2 = 6СО2 + 2Ас2О3;
• Ас ₂ О ₃ + 3Ц = 2Ас + 3ЦО.

Рудник арсена се односи на опасну производњу. Парадоксално је то што се највеће загађење животне средине овим елементом догађа не близу предузећа која га производе, већ око електрана и фабрика обојених метала.

Други парадокс је да производња металног арсена превазилази потребу за њом. У области рударства метала је веома ријетка појава. Вишак арсена мора се збринути одлагањем металних контејнера у старим рудницима.

Највеће наслаге арсенских руда су концентрисане у овим земљама:

1. Бакар-арсен - САД, Грузија, Јапан, Шведска, Норвешка и државе централне Азије.
2. Голд-арсен - Француска и Сједињене Државе.
3. Арсеник-кобалт - Канада и Нови Зеланд.
4. Арсеник-коситар - Енглеска и Боливија.

Дефиниција

Лабораторијско одређивање арсена врши се преципитацијом жутих сулфида из раствора хлороводоничне киселине. Трагови елемената се одређују Гутзеитовом методом или помоћу Марсхове реакције. У последњих пола века створене су најразличитије технике осетљиве анализе, које омогућавају да се открије чак и веома мала количина дате супстанце.

Нека једињења арсена су анализирана коришћењем селективне хибридне методе. То укључује рестаурацију аналита у арсину испарљивог елемента, који се затим замрзава у резервоару хлађеном течним азотом. Након тога, уз споро загревање садржаја посуде, различити арсини почињу испаравати одвојено један од другог.

Индустријска употреба

Готово 98% екстрахованог арсена се не користи у чистом облику. Његова једињења су нашироко коришћена у различитим индустријама. Стотине тона арсена се минира и обрађује годишње. Додаје се носивим легурама ради побољшања њиховог квалитета, користи се за повећање тврдоће каблова и оловних батерија, а користи се иу производњи полупроводничких уређаја са германијумом или силицијумом. А ово су само најамбициознија подручја.

Као допант, арсен даје проводљивост неким “класичним” полупроводницима. Његов додатак олову значајно повећава чврстоћу метала, а бакра - флуидност, тврдоћу и отпорност на корозију. Арсен се понекад додаје и одређеним врстама бронзе, месинга, бабица и типографских легура. Међутим, металурзи често покушавају да избегну употребу ове супстанце, јер она није безбедна за здравље. За неке метале, велике количине арсена су такође штетне јер деградирају својства полазног материјала.

Арсенов оксид се користи у производњи стакла као прочистач стакла. Древни стаклачи су га користили у том правцу. Арсенова једињења су снажан антисептик, па чувају крзно, пуњене животиње и кожу, као и антифоулинг боје за транспорт воде и импрегнацију дрвета.

Због биолошке активности неких деривата арсена, супстанца се користи у производњи стимуланса раста биљака, као и лекова, укључујући антхелминтичка средства за стоку. Производи који садрже овај елемент користе се за контролу корова, глодара и инсеката. Раније, када људи нису размишљали о томе да ли се арсен може користити за производњу хране, елемент у пољопривреди имао је ширу употребу. Међутим, након идентификовања његових токсичних својстава, супстанца је морала пронаћи замену.

Важна подручја примјене овог елемента су: производња микроконтролера, оптичких влакана, полупроводника, филмске електронике, као и узгој микрокристала за ласере. У те сврхе се користе гасовити арсини. Производња ласера, диода и транзистора није комплетна без галијума и индијума.

Медицине

У људским ткивима и органима, елемент је заступљен углавном у фракцији протеина, у мањој мери - у киселински растворљивој. Учествује у ферментацији, гликолизи и редокс реакцијама, а такође обезбеђује и разградњу сложених угљених хидрата. У биохемији, једињења ове супстанце се користе као специфични инхибитори ензима који су неопходни за проучавање метаболичких реакција. Арсен је неопходан за људско тело као елемент у траговима.

Употреба елемента у медицини је мање опсежна него у производњи. Његове микроскопске дозе се користе за дијагностиковање свих врста болести и патологија, као и за лечење стоматолошких обољења.

У стоматологији, арсен се користи за уклањање пулпе. Мали део пасте која садржи арсенску киселину, буквално једног дана, обезбеђује смрт зуба. Захваљујући свом дјеловању, уклањање пулпе је безболно и неометано.

Арсен је такође нашироко коришћен у лечењу благих облика леукемије. Омогућава вам да смањите или чак потиснете патолошку формацију леукоцита, као и да стимулишете формирање црвене крви и секрецију црвених крвних зрнаца.

Арсен као отров

Сва једињења овог елемента су отровна. Акутно тровање арсеном доводи до абдоминалног бола, дијареје, мучнине и депресије централног нервног система. Симптоми интоксикације са овом супстанцом личе на симптоме колере. Дакле, раније у судској пракси често је било случајева намерног тровања арсеном. За криминалне сврхе, елемент се најчешће користио као триоксид.

Симптоми тровања

Испрва се тровање арсеном манифестује као метални укус у устима, повраћање и бол у трбуху. Ако се не предузму никакве мере, нападаји и парализа могу почети. У најгорем случају, тровање може бити фатално.

Узрок тровања може бити:

1. Удисање прашине која садржи арсен. Појављује се, по правилу, у постројењима за производњу арсена, у којима се не поштују правила заштите на раду.
2. Једемо отровну храну или воду.
3. Употреба одређених дрога.

Прва помоћ

Млеко је најраширенији и најпознатији антидот за тровање арсеном. Протеин казеина у њему формира нерастворљива једињења са отровном супстанцом која се не може апсорбовати у крв.

У случају акутног тровања, жртва мора добити брзу помоћ. испирање желуца. Хемодијализа која има за циљ чишћење бубрега такође се изводи у болници. Од лекова који се користе универзални антидот - "Унитиол". Поред тога, могу се користити антагонистичке супстанце: селен, цинк, сумпор и фосфор. У будућности, пацијенту се мора прописати комплекс аминокиселина и витамина.

Недостатак арсена

Одговарајући на питање: "Шта је арсен?", Треба напоменути да је у малим количинама неопходно за људски организам. Елемент се сматра имунотоксичним, условно есенцијалним. Учествује у готово свим најважнијим биохемијским процесима људског тела. Следећи знаци могу указивати на недостатак ове супстанце: смањење концентрације триглицерида у крви, погоршање у развоју и расту организма.

По правилу, у одсуству озбиљних здравствених проблема о недостатку арсена у исхрани није потребно бринути, јер се тај елемент налази у готово свим производима биљног и животињског поријекла. Ова супстанца је посебно богата морским плодовима, житарицама, виновом лозом, соковима и питком водом. Током дана, 34% конзумираног арсена се излучује из организма.

Са анемијом, супстанца се узима за повећање апетита, ау случају тровања селеном делује као ефикасан антидот.