ARSENIC: ISTORIC, STRUCTURĂ, PROPRIETĂȚI, UTILIZĂRI - CHIMIE - 2025

Arsenicul este un semimetal sau semimetal aparținând grupei 15 sau VA din tabelul periodic. Este reprezentat de simbolul chimic As, iar numărul său atomic este 33. Poate fi găsit în trei forme alotrope: galben, negru și gri; acesta din urmă fiind singurul cu importanță industrială.

Arsenul gri este un solid fragil, cu aspect metalic, cu o culoare constantă, cristalină (imaginea de jos). Își pierde strălucirea atunci când este expus la aer, formând oxid de arsen (As ₂ O ₃ ), care atunci când este încălzit emite un miros de usturoi. Pe de altă parte, alotropele sale galbene și negre sunt moleculare și, respectiv, amorfe.

Arsenic metalic. Sursa: Imagini Hi-Res ale elementelor chimice

Arsenicul se găsește în scoarța terestră asociată cu numeroase minerale. Doar o mică proporție se găsește în statul natal, cu toate acestea asociată cu antimoniu și argint.

Printre cele mai frecvente minerale în care se găsește arsenic se numără următoarele: realgar (As ₄ S ₄ ), orpiment (As ₂ S ₃ ), loellingite (FeAs ₂ ) și enargit (Cu ₃ AsS ₄ ). Arsenicul se obține, de asemenea, ca produs secundar din metale de topire precum plumb, cupru, cobalt și aur.

Compușii de arsen sunt toxici, în special arsina (AsH ₃ ). Cu toate acestea, arsenicul are numeroase aplicații industriale, inclusiv alierea cu plumb, folosită la fabricarea bateriilor auto și alierea cu galiu cu diverse utilizări în electronică.

Istoria descoperirii sale

Denumirea „arsenic” provine din latinescul arsenicum și din grecescul arsenikon, referindu-se la orpimentul galben, care a fost principala formă de utilizare arsenic de către alchimiști.

Arsenicul, cu mult înainte de a fi recunoscut ca un element chimic, a fost cunoscut și utilizat sub forma compușilor săi. De exemplu, Aristotel în secolul al IV-lea î.Hr. a scris despre rasa de nisip, o substanță care se crede acum a fi sulfura de arsen.

Pliniul cel Bătrân și Pedanius Discórides, în secolul I d.Hr., au descris orpiment, un mineral format din As ₂ S ₃ . În secolul al 11-lea, au fost recunoscute trei specii de arsen: alb (As ₄ O ₄ ), galben (As ₂ S ₃ ) și roșu (As ₄ S ₄ ).

Arsenicul ca element pur a fost observat pentru prima dată de Albertus Magnus (1250). Magnus a încălzit sulfura de arsen cu sapun, remarcând aspectul unei substanțe cu o caracteristică similară cu alotropul cenușiu din imagine. Cu toate acestea, primul raport autentic al izolării sale a fost publicat în 1649 de Johann Schroeder, farmacist german.

Schroeder a pregătit arsenul încălzindu-și oxidul cu cărbune. Ulterior, Nicolas Lémery a reușit să-l producă încălzind un amestec de oxid de arsen, săpun și potasă. În secolul al XVIII-lea, acest element a fost recunoscut în cele din urmă ca un semi-metal.

Structura arsenicului

Arsenicul este izomorf până la antimoniu; adică sunt identici structural, diferind doar în mărimea atomilor lor. Fiecare atom de arsen formează trei legături covalente As-As, în așa fel încât să genereze ₆ unități hexagonale „încrețite sau abrupte”, deoarece hibridizarea atomilor As este sp ³ .

Apoi, unitățile As _{6 se} conectează dând naștere unor straturi abrupte de arsen, care interacționează slab între ele. Ca urmare a forțelor lor intermoleculare, dependente în principal de masele lor atomice, cristalele de arsenic gri romboedric conferă solidului o textură fragilă și fragilă.

Posibil datorită repulsiilor perechii libere de electroni de arsen, unitățile As ₆ formate între straturile paralele nu definesc un octaedru perfect, dar distorsionat:

Structura cristalină arsenic gri. Sursa: Gabriel Bolívar.

Rețineți că sferele negre desenează planul distorsionat în spațiul dintre două straturi abrupte. De asemenea, în stratul de mai jos există sfere albăstrui care, împreună cu sfera neagră, alcătuiesc unitatea As ₆ menționată la începutul secțiunii.

Structura pare ordonată, rândurile merg în sus și în jos și, prin urmare, este cristalină. Cu toate acestea, poate deveni amorf, cu sfere stoarse în moduri diferite. Când arsenul cenușiu devine amorf, devine semiconductor.

Arsenic galben

Arsenul galben, cel mai toxic alotrop al acestui element, este un solid pur molecular. Este format din molecule As ₄ unități datorită forțelor de dispersie slabe, care nu le împiedică să se volatilizeze.

Arsenic negru

Arsenul negru este amorf; dar nu cum poate fi alotropul cenușiu. Structura sa este ușor similară cu cea tocmai descrisă, cu diferența că planurile sale de ₆ unități au zone mai mari și modele diferite de tulburare.

Configurație electronică

3d ¹⁰ 4s ² 4p ³

Are toate orbitele de nivelul 3 umplute. Formează legături folosind orbitalii 4s și 4p (precum și 4d) prin diferite hibridizări chimice.

Proprietăți

Greutate moleculară

74,922 g / mol

Descriere Fizica

Arsenicul gri este un solid grizoniu, cu aspect metalic și consistență fragilă.

Culoare

Trei forme alotrope, galben (alfa), negru (beta) și gri (gama).

Miros

Toaletă

Gust

insipid

Punct de topire

1.090 K la 35,8 atm (triplu punct al arsenului).

La presiune normală nu are punct de topire, deoarece se sublimează la 887 K.

Densitate

Arsenic culoare cenușiu: 5,73 g / cm ³ .

Arsenic -galben: 1,97 g / cm ³ .

Solubilitatea apei

Insolubil

Radio atomic

139 pm

Volumul atomic

13,1 cm ³ / mol

Raza covalentă

Ora 120 pm

Căldura specifică

0,328 J / gmol la 20 ° C

Căldură de evaporare

32,4 kJ / mol

electronegativitate

2.18 pe scara Pauling

Energie de ionizare

Prima energie de ionizare 946,2 kJ / mol

Stări de oxidare

-3, +3, +5

Stabilitate

Arsenicul elementar este stabil în aerul uscat, dar atunci când este expus la aerul umed, acesta este acoperit cu un strat galben de bronz care poate deveni un strat negru de oxid de arsen (As ₂ O ₃ ).

Descompunere

Când arsenul este încălzit până la descompunere, emite un fum alb de As ₂ O ₃ . Procedura este periculoasă deoarece arsina, un gaz foarte otrăvitor, poate fi de asemenea eliberată.

Autoaprindere

180 ºC

Duritate

3.5 pe scara de duritate Mohs.

reactivitatea

Nu este atacat de acidul sulfuric rece sau acidul clorhidric concentrat. Reacționează cu acidul azotic fierbinte sau cu acid sulfuric, formând acid arsenic și arsenic.

Când arsenicul gri este volatilizat prin încălzire și vaporii sunt răciți rapid, se formează un arsenic galben. Aceasta revine la forma cenușie, atunci când este supusă luminii ultraviolete.

Aplicații

aliaje

O cantitate mică de arsenic adăugat la plumb, își întărește aliajele suficient pentru a le folosi la acoperirea cablurilor și la fabricarea bateriilor auto.

Adăugarea de arsen în alamă, un aliaj de cupru și zinc, își mărește rezistența la coroziune. Pe de altă parte, corectează sau reduce pierderea de zinc în alamă, ceea ce determină o creștere a vieții sale utile.

Electronică

Arsenul purificat este utilizat în tehnologia semiconductorului, unde este utilizat în combinație cu galiu și germaniu, precum și sub forma de arsenidă de galiu (GaAs), care este al doilea semiconductor cel mai utilizat.

GaAs au un decalaj direct pe bandă, care poate fi utilizat în fabricarea diodei, laserului și a LED-urilor. Pe lângă arsenidul de galiu, există și alte arsenide, cum ar fi arsenida de indiu și arsenida de aluminiu, care sunt și semiconductori III-V.

Între timp, arsenida de cadmiu este un semiconductor de tip II-IV. Arsina a fost utilizată în dopajul cu semiconductor.

Agricultura și conservarea lemnului

Majoritatea aplicațiilor au fost anulate datorită toxicității ridicate și a compușilor lor. Ca ₂ O ₃ a fost utilizat ca pesticid, în timp ce As ₂ O ₅ este un ingredient în erbicide și insecticide.

Acidul de arsen (H ₃ AsO ₄ ) și săruri precum arsenatul de calciu și arsenatul de plumb au fost utilizate pentru sterilizarea solurilor și pentru combaterea dăunătorilor. Acest lucru creează un risc de contaminare a mediului cu arsenic.

Arsenatul de plumb a fost folosit ca insecticid pe pomi fructiferi până în prima jumătate a secolului XX. Însă, datorită toxicității sale, acesta a fost înlocuit cu metansarenatul de sodiu, care a încetat să mai fie utilizat din același motiv din 2013.

Medicinal

Până în secolul XX, mai mulți dintre compușii săi au fost folosiți ca medicamente. Arsfenamina și neolsalvarsanul, de exemplu, au fost utilizate în tratamentul sifilisului și tripanosomiazei.

În 2000, utilizarea As ₂ O ₃ , un compus extrem de toxic , a fost aprobată în tratamentul leucemiei promielocitice acute rezistente la acidul retinoic trans-trans. Recent, izotopul radioactiv ⁷⁴ Așa cum a fost utilizat pentru localizarea tumorii.

Izotopul produce imagini bune, mai clare decât cele obținute cu ¹²⁴ I, deoarece iodul este transportat la tiroidă și produce zgomot în semnal.

Alte utilizări

Arsenicul a fost folosit în trecut ca aditiv pentru furaje în producția de păsări și porci.

Este utilizat ca catalizator la fabricarea oxidului de etilenă. Este, de asemenea, utilizat în artificii și bronzare. Oxidul de arsen este utilizat ca decolorizant la fabricarea sticlei.

Unde este localizat?

Arsenicul poate fi găsit în cantități mici într-o stare elementară, cu un grad ridicat de puritate. Este prezent în numeroși compuși, cum ar fi: sulfuri, arsenide și sulfoarseniide.

Se găsește, de asemenea, în mai multe minerale, inclusiv: arsenopyrite (FeSAs), loellingite (FeAs ₂ ), enargite (Cu ₃ AsS ₄ ), orpiment (As ₂ S ₃ ) și realgar (As ₄ S ₄ ).

Cum se obține?

Arsenopiritul este încălzit la 650-700ºC, în absența aerului. Arsenul se evaporă, lăsând sulfura de fier (FeS) ca reziduu. În timpul acestui proces, arsenul se leagă de oxigen pentru a forma As ₄ O ₆ , cunoscut sub numele de "arsenic alb".

Ca ₄ O ₆ se modifică în forma Ca ₂ O ₃ , vaporii care se colectează și se condensează într - un set de camere de caramida, arsenicul fiind purificat prin sublimare.

Cea mai mare parte arsenic este produsă prin reducerea carbonului prafului format din As ₂ O ₃ .

Referințe

1. Stephen R. Marsden. (23 aprilie 2019). Chimia arsenului. Chimie LibreTexturi. Recuperat din: chem.libretexts.org
2. Helmenstine, Anne Marie, doctorat. (03 decembrie 2018). Fapte interesante despre Arsenic. Recuperat de la: thinkco.com
3. Wikipedia. (2019). Arsenic. Recuperat de la: en.wikipedia.org
4. Dr. Dough Stewart. (2019). Fapte cu element de arsenic. Chemicool. Recuperat de la: chemicool.com
5. Societatea Regală de Chimie. (2019). Arsenic. Recuperat din: rsc.or
6. Redactorii Encyclopaedia Britannica. (03 mai 2019). Arsenic. Encyclopædia Britannica. Recuperat de la: britannica.com