Stopnie utleniania arsenu: właściwości chemiczne arsenu

Przed uwzględnieniem stanu utlenieniaarsen, ujawnimy jego pozycję w układzie okresowym i cechy struktury. Ponadto, nazwijmy podstawowe właściwości fizyczne i chemiczne tego pierwiastka.

Pozycja w PS

Główne stany utleniania arsenu, chemicznewłaściwości, zastosowanie - wszystko to można poznać, patrząc na lokalizację elementu w układzie okresowym Mendelejewa. Arsen jest zlokalizowany w piątej grupie, główna podgrupa, jest członkiem rodziny azotu. Ma względną masę atomową równą 74,9216. Główne stopnie utleniania arsenu odnoszą się właśnie do grupy, w której znajduje się ona w SS. Ten element ma 33 numer seryjny. Liczba poziomów energii odpowiada liczbie okresów, w których element się znajduje, jest równa czterem.

Rozważ rozmieszczenie elektronów na każdym z nichskorupa atomowa. Na pierwszym poziomie energetycznym są tylko dwa sprzężone elektrony, druga jest zajęta przez osiem cząstek: 2s i 6p. Na trzecim poziomie, oprócz nich, znajduje się dziesięć d-elektronów, czyli tylko 18 cząstek. Zewnętrzny poziom energii to 2s-elektron, a także trzy niesparowane p-elektrony. Jest to liczba elektronów walencyjnych, które określają możliwe stopnie utlenienia arsenu.

Strony historii

Jest to arsen przypisany pięciu "alchemicznym"elementy znane od średniowiecza. Ciekawostką jest fakt, że czterech z nich znajduje się w piątej grupie PS. W tamtych czasach nikt nie wiedział, jak określić stopień utlenienia arsenu, ale jego związki z powodzeniem stosowano do wytwarzania leków, tworzenia farb.

Po zastąpieniu epoki kamienia przez epokę brązu ludzienauczyłem się, jak zrobić ten stop ze specjalnymi cechami. Okazuje się, że zawierał do 7 procent arsenu i tylko 3 procent cyny. Naukowcy sądzą, że przy pierwszym wytopie brązu zamiast malachitu, który jest zielony, błędnie wzięli zielone siarczki z minerałów miedziowo-arsenowych.

Niesamowita wydajność uzyskanego stopu sprawiła, że ​​stał się popularny wśród starożytnych mistrzów. Szczególnie poszukiwali minerałów naturalnych zawierających substancję.

Stopnie utleniania arsenu w związkach takichtyp dodatni, odpowiada jego wyższej wartościowości. Aby zidentyfikować siarczki zawierające arsen, minerał jest podgrzewany. Pojawienie się specyficznego zapachu czosnku jest potwierdzeniem obecności arsenu w związku. Stopniowo od wytapiania brązu arsenowego odmówił. Wśród przyczyn zakończenia produkcji naukowcy nazywają stałe zatruwanie mistrzów podczas pracy.

Naturalne minerały

W postaci minerału, rozważana substancjaznany od czasów starożytnych. Na przykład stan oksydacji 3 arsenu przejawia się w związku znanym w starożytnych Chinach jako "pył kopalniany". Arystoteles opisał mineralny sandarak, który jest siarczkiem arsenu. Przetłumaczone z języka łacińskiego, jego nazwa brzmi jak "złota farba". Używał go w tamtych czasach jako żółty barwnik.

W jedenastym wieku wyróżniono trzech alchemików.różne rodzaje tej substancji. Stopnie utlenienia arsenu w związkach reprezentowanych przez te gatunki odpowiadają numerowi grupy. Sześciowartościowy tlenek nazywano białym arsenem, siarczek nazywano żółtym, a As4S4 (czterosiarczan tetrasamyku) nazywano czerwonym arsenem.

Wersja biała została uzyskana poprzez sublimację zanieczyszczeń wproces prażenia rud miedzi, w tym arsenu. Ponieważ gaz skrapla się ze stanu gazowego, tlenek arsenu wytrąca się w postaci białego osadu. Od czasów starożytnych był używany jako środek niszczenia szkodników.

W trzynastym wieku był Albert WielkiOtrzymano substancję metaliczną. Ogrzał arsenem z mydlanej żółci. Substancja uzyskana w wyniku interakcji nie potwierdziła "mistycznego połączenia" siedmiu metali z planetami. Być może z powodu ujawnionej sprzeczności ze starożytnymi alchemikami arszenik został uznany za "nielegalny" element. W tamtych odległych czasach ujawniła się jego zdolność do nadawania koloru białej miedzi, dzięki czemu nazywano go środkiem "wybielania Wenus".

Jako indywidualna substancja topierwiastek chemiczny został zidentyfikowany dopiero w połowie XVII wieku. Niemiecki farmaceuta Johann Schroeder był w stanie go odizolować, przeprowadzając chemiczną redukcję tlenków węgla. Po pewnym czasie Nicole Lemery zdołała wyizolować metal przez ogrzewanie potażu, mydła i tlenku arsenu. W XVIII wieku ten metal był znany jako niezwykły "półmetal".

Pod koniec XVIII wieku szwedzki chemik K.V. Scheele otrzymano kwas arsenowy, który przejawia najwyższy stopień utlenienia arsenu: +5. W XIX wieku zidentyfikowano substancje organiczne zawierające arsen.

Będąc w naturze

Wyższy i niższy stopień utlenienia arsenuprzejawiają się w jego naturalnych związkach. W skorupie stężenie procentowe tego pierwiastka nie przekracza 5 gramów na tonę. W wielu minerałach jest zawarty jednocześnie z niklem, kobaltem, miedzią i żelazem.

Obecnie znany około dwusturóżne naturalne minerały, które obejmują dany pierwiastek chemiczny. Biorąc pod uwagę, że wykazują one najwyższy i najniższy stopień utlenienia arsenu, mają różne zastosowania. Na przykład, w połączeniu z antymonem, arsen wykazuje ujemny stan utlenienia. Biorąc pod uwagę, że ten metal ma niską elektroujemność, najniższy stopień utlenienia arsenu wynosi -3. Wskaźnik ten jest typowy dla arsenidów, a także dla mineralnego alelemontytu.

Większość związków z metalami arsenu, biorąc pod uwagę specyficzność kompozycji, to związki międzymetaliczne, które różnią się zmiennym składem tego pierwiastka chemicznego.

Charakterystyka arsenidów

W przypadku arsenidów zawartość kilkumetale o podobnej strukturze sieci krystalicznych. Te minerały charakteryzują się metalicznym połyskiem, są nieprzejrzyste, mają niewielką twardość.

Jako przykłady naturalnych arsenidów można rozważyć następujące związki:

• lellingit, podobny do pirytu;
• nickeline, zwany czerwonym pirytem niklowym;
• langisit;
• Oregonite;
• sperrylite.

To oczywiście nie jest pełna lista.podobne minerały - obecnie jest ich około dwadzieścia pięć. Wśród najczęstszych w przyrodzie wymienić można arsenopiryt, zwany pirytem arsenowym. Jest to produkt otrzymywany przez zastąpienie atomów siarki w pirycie arsenem. Związki tego rodzaju, w których nie ujawnia się najwyższy stopień utlenienia arsenu, nazywane są sulfosaltami.

Ich odpowiedniki to połysk kobaltowy,Gersdorfit, enargit, a także prustit. Ten ostatni jest ważną rudą srebra, znajdującą się w górnej warstwie cennych żył. Skład sulfosaltów może obejmować metale szlachetne z grupy platyny. Spośród nich zainteresowanie jest Irarsite, a także Orsit. W ich składzie znajdują się rzadkie metale stosowane jako doskonałe katalizatory w syntezach organicznych i nieorganicznych.

Maksymalny stopień utlenienia arsenuobjawia się w swoich naturalnych siarczkach. Na przykład w pomarańczowo-żółtym dimorficie, którym jest siarczek arsenu (5). W latach trzydziestych ubiegłego stulecia odkryto na południu Pogórza Wierchojskiego naturalne złoża orpimentu, w tym trójskładnikowy siarczek arsenu. Wielkość wykrytych kryształów osiągnęła długość 60 centymetrów, a ciężar oszacowano na 30 kilogramów.

Charakterystyka arsenatów

Możliwe są stopnie utlenienia arsenurozważ przykład soli. Zatem związki kwasu arsenowego, określane jako arseniany, wykazują maksymalną szybkość dla tego metalu: +5. Jako przykład takich związków podajemy erytraminę, o jaskrawym różowym zabarwieniu. Sól ta jest nazywana kolorem kobaltu, ma wzór Co3 (AsO4) 2 * 8H₂O. Można również zauważyć gazparyt o brązowawo-czerwonym odcieniu w postaci (Ce, La, Nd) ArO₄.

Langbanovskys odkrył w centrum Szwecjidoły żelazowo-manganowe, gdzie znaleziono i scharakteryzowano około pięćdziesięciu różnych arsenianów. Związki te powstały w wyniku oddziaływania kwasu arsenowego z wodorotlenkiem manganu (2) w niskich temperaturach.

Jakie są stany utleniania w arsenatach?arsen? Charakterystyka tych soli potwierdza obecność w nich siarki. Pomimo braku zastosowania przemysłowego, ich estetyczny wygląd pozwala na ich wykorzystanie do tworzenia kolekcji mineralogicznych.

Ciekawa historia to Kupfernickel, któraodpowiada mineralnej niceline. Średniowieczni niemieccy górnicy nazwali nikiel górski złym duchem, a "fałszywa miedź" nazywana była "miodem z kielicha". Mistrzowie ujawnili zewnętrzne podobieństwo miedziano-czerwonych kryształów tego minerału z rudami miedzi. Użyto ich do produkcji szkła, aby nadać produktowi zielony odcień. Dopiero w połowie XVIII wieku mineralog Axel Kronstedt zdołał wydobywać nikl z tego minerału.

Funkcje umieszczania w naturze

Arsen charakteryzuje się dużą bezwładnością,dlatego można go znaleźć w jego rodzimym stanie. Podobny metal w kompozycji ma od dwóch do szesnastu procent zanieczyszczeń, głównie będą to srebro, żelazo, kobalt, nikiel. W naszym kraju geolodzy odkryli rodzimy arszenik w regionie Amur, Transbaikalia.

Można go znaleźć w skałach, w minerałach i roślinach, więc często nazywa się go wszechobecnym elementem.

Jaki jest maksymalny i minimalny stopieńutlenianie arsenu? Najwyższa wartość odpowiada numerowi grupy, w której znajduje się element, i wynosi +5. Jest to typowe dla związków, w których wykazuje właściwości redukujące. Bardziej szczegółowo rozważymy połączenia tego unikalnego metalu nieco później.

Arsen jest niezwykle nierównomiernie rozmieszczony na całym świecie. Powodem jest powstawanie litosfery, a także procesy desorpcji i sorpcji zachodzące w skałach osadowych i glebach.

Ze względu na doskonałą rozpuszczalność tego metalu w wodzie łatwo migruje. Na przykład w wilgotnym klimacie wypłukuje się go z gleby, a następnie porusza się wraz z wodami gruntowymi i rzekami.

Fizjologiczne działanie

W znacznych ilościach zawarto arsenwody mineralne. Istnieją pewne standardy dotyczące zawartości tego metalu. Jeśli wartości dopuszczalne zostaną przekroczone, istnieje poważne zagrożenie dla ludzkiego ciała. Podczas badań chemicznych stwierdzono, że arsen może występować w różnych postaciach w naturalnej wodzie. Jaki powinien być stopień utlenienia arsenu? Właściwości związków znajdujących się w wodzie potwierdzają obecność metalu w postaci roztworu kwasu arsenowego.

Arsen w żywej postaci zawiera około 6 mg na 1kilogram. Część z alg mogą gromadzić się substancje, o których mowa w takim stopniu, że może to być niebezpieczne dla ludzkiego organizmu. Niektóre z ich gatunków występujących w krajach azjatyckich są w stanie rozmnażać się w czystym roztworze kwasu. Są używane jako środek radzenia sobie ze szczurami. W tkance mózgowej człowieka, a także w jego mięśniach, znajduje się wystarczająca ilość tego metalu. Ponadto jest obecny w płytkach paznokcia, gromadzi się we włosach.

Charakterystyka fizyczna

Chociaż wygląda arsenmetal, ma niemetaliczne znaki. Na przykład nie jest w stanie tworzyć soli z kwasem siarkowym, działając jako pierwiastek kwasotwórczy. Arsen może występować w różnych modyfikacjach alotropowych, przypominających fosfor. Najbardziej stabilny jest szary arsen, który po podgrzaniu ulega sublimacji podobnie jak jod.

Dla przewodności elektrycznej, ta modyfikacjagorszy od miedzi, ale przekracza rtęć. Podczas chłodzenia arsenu można uzyskać miękką przezroczystą substancję o żółtym odcieniu, podobną do żółtego fosforu. W procesie ogrzewania zamienia się w kolejną alotropową modyfikację pierwiastka chemicznego.

Podczas wytrącania oparów arsenu na szkle można zaobserwować wygląd lustrzanego filmu.

Związki arsenu

Stopień utlenienia arsenu w wyższym tlenkuwynosi +5, to znaczy odpowiada wyższej wartościowości. Ale podczas sublimacji par tego metalu w wilgotnym powietrzu powstaje czarny film z jego bezwodnika arsenowego As2O.₃. Właśnie w tej formie istnieje tlenek tego pierwiastka. Tlenek ten wykazuje amfoteryczne właściwości chemiczne.

W procesie utleniania przechodzi w wyższy tlenek, w którym arsen wykazuje wartość stopnia utlenienia +5.

Czysty metal jest utleniany rozcieńczonym kwasem azotowym do kwasu H-cyjanowodorowego H₃Aso₃w którym ma wartość 3. Zgodnie z jego właściwościami chemicznymi, jest uważany za kwas o umiarkowanej wytrzymałości, podobny do kwasu borowego. Sole są arsenitami, wykazującymi jasne właściwości redukujące.

W chlorku metal ma stopień utlenienia +3,działając jako typowy element metalowy. Arsenidy w postaci soli, które powstają w wyniku oddziaływania z aktywnymi metalami, ulegają wodnej hydrolizie. Na przykład arsin (AsH₃) jest trującym, bezbarwnym, bezwonnym gazem.

Związki metaloorganiczne

Arsen jest w stanie tworzyć różneZWIĄZKI ORGANOMETYCZNE. Na przykład pod koniec XVIII wieku, gdy destylowano z tlenkiem arsenu (3) octan potasu, otrzymano dymiącą ciecz o nieprzyjemnym zapachu. Otrzymany produkt nazwano alarsynem. W kolejnych badaniach stwierdzono, że arsen jest obecny w jego składzie.

Pod koniec XIX wieku zostały zsyntetyzowanearomatyczne arsiny. Reakcję przeprowadzono przy ekspozycji na mieszaninę trichlorku arsenu i halogenku arylu z metalicznym sodem. Niektóre z tych produktów wykazywały właściwości przeciwdrobnoustrojowe. Obecnie syntetyzuje się dziesiątki tysięcy związków arsenu.

Wykorzystanie arsenu

Ponad połowa całego wydobytego metalustosowane w postaci różnych związków. W czystej postaci praktycznie nie jest używany. W małej ilości wprowadza się go do stopów łożyskowych. Takie dodatki mają pozytywny wpływ na twardość gotowego produktu, więc są one pożądane w produkcji kabli elektrycznych i baterii.

Minimalne dawki arsenu rosnąodporność na korozję, poprawić wydajność cieplną mosiądzu i miedzi. Jeżeli ten pierwiastek nie zawiera dodatkowych zanieczyszczeń, to w tym przypadku jest zapotrzebowanie na produkcję urządzeń półprzewodnikowych. Aby je utworzyć, arsen łączy się z germanem lub krzemem.

Ponadto jest to doskonały stopdodatek podczas tworzenia stali. Jako cenna dysza potrzebny jest także arsen w metalurgii metali nieżelaznych. Nawet przy niskiej zawartości w stopie możliwe jest znaczne zwiększenie wytrzymałości wytwarzanego produktu. Arsen zwiększa przepływ miedzi podczas odlewania, ułatwiając proces uzyskiwania drutu.

Występuje pewien negatywny wpływ tego metalu przejściowego na produkcję. Jego obecność w rudzie przekształca ten proces w szkodliwą produkcję.

Wśród różnorodnych związków arsenu będących przedmiotem zainteresowaniareprezentuje swój trójwartościowy tlenek. Jest on obecnie stosowany do topienia szkła. Sole o wskaźniku +5 są pożądane jako antyseptyki. Ten element przejściowy jest jednym z najbardziej popularnych w nowoczesnej produkcji chemicznej, ponieważ wykazuje podwójne właściwości w zależności od środowiska procesowego.