ARSENIK: HISTORIA, STRUKTUR, EGENSKAPER, ANVÄNDNINGSOMRÅDEN - KEMI - 2026

Den arsenik är en halvmetall eller halvmetall tillhörande grupp 15 eller VA i det periodiska systemet. Den representeras av den kemiska symbolen As, och dess atomnummer är 33. Det finns i tre allotropa former: gul, svart och grå; den senare är den enda med industriell betydelse.

Grått arsen är ett sprött, metalliskt snyggt fast ämne med en kraftig, kristallin färg (bottenbild). Den tappar glansen när den utsätts för luft och bildar arsenoxid (As ₂ O ₃ ), som vid uppvärmning avger en vitlöklukt. Å andra sidan är de gula och svarta allotropema molekylära respektive amorfa.

Metallisk arsenik. Källa: Hi-Res Images of Chemical Elements

Arsenik finns i jordskorpan förknippad med många mineraler. Endast en liten andel finns i ursprungsstaten, dock associerad med antimon och silver.

Bland de vanligaste mineralerna där arsenik finns är följande: realgar (As ₄ S ₄ ), orpiment (As ₂ S ₃ ), loellingite (FeAs ₂ ) och enargite (Cu ₃ AsS ₄ ). Arsenik erhålls också som en biprodukt av smältmetaller som bly, koppar, kobolt och guld.

Arsenikföreningar är giftiga, särskilt arsin (AsH ₃ ). Arsenik har emellertid många industriella tillämpningar, inklusive legering med bly, som används vid tillverkning av bilbatterier och legering med gallium med olika användningar inom elektronik.

Historien om dess upptäckt

Namnet "arsenik" kommer från det latinska arseniket och det grekiska arsenikonet, med hänvisning till gult orpiment, som var den huvudsakliga formen för användning av arsenik av alkemister.

Arsenik, långt innan det erkändes som ett kemiskt element, var känt och användes i form av dess föreningar. Till exempel skrev Aristoteles på 400-talet f.Kr. om sandarache, ett ämne som nu anses vara arsenik sulfid.

Plinius den äldre och Pedanius Discórides beskrev under första århundradet e.Kr. Orpiment, ett mineral bestående av As ₂ S ₃ . Under 1100-talet erkändes tre arsenikarter: vit (As ₄ O ₄ ), gul (As ₂ S ₃ ) och röd (As ₄ S ₄ ).

Arsenik som ett rent element observerades först av Albertus Magnus (1250). Magnus upphettade arsenikssulfiden med tvål och noterade utseendet på ett ämne med en egenskap som liknar den gråaktiga allotropen i bilden. Emellertid publicerades den första autentiska rapporten om hans isolering 1649 av Johann Schroeder, en tysk farmaceut.

Schroeder beredde arsenik genom att värma sin oxid med kol. Senare lyckades Nicolas Lémery producera den genom att värma en blandning av arsenoxid, tvål och potash. På 1700-talet erkändes detta element äntligen som en halvmetall.

Arsenikstruktur

Arsenik är isomorf för antimon; det vill säga de är strukturellt identiska och skiljer sig bara i storleken på deras atomer. Varje arsenatom bildar tre As-As-kovalenta bindningar, på ett sådant sätt att de har sitt ursprung i "skrynkliga eller branta" hexagonala As _6- enheter , eftersom hybridiseringen av As-atomerna är sp ³ .

Sedan ansluts As _6- enheterna vilket ger upphov till branta lager av arsenik, som interagerar svagt med varandra. Som ett resultat av deras intermolekylära krafter, framför allt beroende på deras atommassor, ger de rombohedrala grå arsenikristallerna det fasta en ömtålig och spröd struktur.

Eventuellt på grund av avvisningarna från det fria paret av elektroner av arsenik definierar As _6- enheterna som bildas mellan parallella lager inte en perfekt men förvrängd oktaeder:

Kristallstruktur av grå arsenik. Källa: Gabriel Bolívar.

Observera att de svarta sfärerna drar det förvrängda planet i utrymmet mellan två branta lager. På samma sätt finns det i skiktet nedan blåaktig sfärer som tillsammans med den svarta sfären utgör As _6- enheten som nämns i början av sektionen.

Strukturen ser ordnad ut, raderna går upp och ner, och därför är den kristallin. Det kan emellertid bli amorft, med sfärer pressade på olika sätt. När grålig arsenik blir amorf blir den en halvledare.

Gul arsenik

Gul arsenik, den mest giftiga allotropen av detta element, är ett rent molekylärt fast ämne. Den består av As-molekyler ₄ enheter på grund av svaga spridningskrafter, som inte hindrar dem från att flyktiga.

Svart arsenik

Svart arsen är amorft; men inte hur den gråaktiga allotroppen kan vara. Strukturen är något liknande den som just beskrivits, med skillnaden att dess As _6- enhetplan har större områden och olika ostmönster.

Elektronisk konfiguration

3d ¹⁰ 4s ² 4p ³

Den har alla banor i nivå 3 fyllda. Det bildar bindningar med hjälp av 4s och 4p orbitals (liksom 4d) genom olika kemiska hybridiseringar.

Egenskaper

Molekylvikt

74,922 g / mol

Fysisk beskrivning

Grå arsen är ett gråligt fast ämne med metalliskt utseende och sprött konsistens.

Färg

Tre allotropa former, gul (alfa), svart (beta) och grå (gamma).

Odör

Toalett

Smak

Smaklös

Smältpunkt

1 090 K vid 35,8 atm (trippelpunkt för arsenik).

Vid normalt tryck har den ingen smältpunkt, eftersom den sublimerar till 887 K.

Densitet

-Gray arsenik: 5,73 g / cm ³ .

Gul arsenik: 1,97 g / cm ³ .

Vattenlöslighet

Olöslig

Atomradio

139 pm

Atomvolym

13,1 cm ³ / mol

Kovalent radie

120 pm

Specifik värme

0,328 J / gmol vid 20 ° C

Avdunstningsvärme

32,4 kJ / mol

Elektronnegativitet

2.18 på Pauling-skalan

Joniseringsenergi

Första joniseringsenergi 946,2 kJ / mol

Oxidationstillstånd

-3, +3, +5

Stabilitet

Elementär arsen är stabil i torr luft, men när den utsätts för fuktig luft blir den belagd med ett bronsgult skikt som kan bli ett svart skikt av arsenoxid (As ₂ O ₃ ).

Sönderfall

När arsen uppvärms till sönderdelning avger det en vit rök av As ₂ O ₃ . Förfarandet är farligt eftersom arsin, en mycket giftig gas, också kan släppas.

Tänd

180 ºC

Hårdhet

3.5 på Mohs hårdhetsskala.

Reaktivitet

Den attackeras inte av kall svavelsyra eller koncentrerad saltsyra. Reagerar med varm salpetersyra eller svavelsyra, bildar arseninsyra och arseniksyra.

När grå arsenik förångas genom uppvärmning, och ångorna kyls snabbt, bildas en gul arsenik. Detta återgår till den gråaktiga formen när den utsätts för ultraviolett ljus.

tillämpningar

Alloys

En liten mängd arsenik tillsatt bly, härdar sina legeringar tillräckligt för att använda dem vid beläggning av kablar och vid tillverkning av bilbatterier.

Tillsats av arsenik till mässing, en legering av koppar och zink, ökar dess motståndskraft mot korrosion. Å andra sidan korrigerar eller minskar förlusten av zink i mässingen, vilket orsakar en ökning av dess livslängd.

elektronik

Renad arsenik används i halvledarteknologi där den används i samband med gallium och germanium, liksom i form av galliumarsenid (GaAs), som är den näst mest använda halvledaren.

GaAs har ett direkt bandgap som kan användas vid tillverkning av dioder, laser och LED. Förutom galliumarsenid finns det andra arsenider, såsom indiumarsenid och aluminiumarsenid, som också är III-V halvledare.

Under tiden är kadmiumarsenid en halvledare av typ II-IV. Arsine har använts vid halvledande dopning.

Jordbruk och bevaring av trä

De flesta applikationer har skrotats på grund av deras höga toxicitet och deras föreningar. Som ₂ O ₃ har använts som bekämpningsmedel, medan As ₂ O ₅ är en ingrediens i herbicider och insekticider.

Arseninsyra (H ₃ AsO ₄ ) och salter som kalciumarsenat och blyarsenat har använts för att sterilisera mark och bekämpa skadedjur. Detta skapar en risk för miljökontaminering med arsenik.

Blyarsenat användes som ett insektsmedel på fruktträd fram till första halvan av 1900-talet. Men på grund av dess toxicitet ersattes det av natriummetylarsenat, som slutade använda av samma anledning sedan 2013.

Medicinsk

Fram till 1900-talet användes flera av dess föreningar som läkemedel. Arsfenamin och neolsalvarsan har till exempel använts vid behandling av syfilis och trypanosomiasis.

I 2000, användningen av As ₂ O ₃ , en mycket giftig förening , godkändes vid behandling av akut promyelocytisk leukemi resistent mot all-trans-retinsyra. Nyligen användes den radioaktiva isotopen ⁷⁴ As för tumörlokalisering.

Isotopen producerar bra bilder, tydligare än de som erhålls med ¹²⁴ I, eftersom jod transporteras till sköldkörteln och ger brus i signalen.

Andra användningsområden

Arsenik användes tidigare som fodertillsats i fjäderfä- och svinproduktion.

Det används som katalysator vid tillverkning av etylenoxid. Det används också i fyrverkerier och garvning. Arsenoxid används som avfärgningsmedel vid tillverkning av glas.

Var ligger den?

Arsenik finns i små mängder i ett elementärt tillstånd, med en hög grad av renhet. Det finns i många föreningar, såsom sulfider, arsenider och sulfoarseniider.

Det finns även i flera mineraler, inklusive: arsenikkis (FeSAs), loellingite (Feas ₂ ), enargit (Cu ₃ ASS ₄ ), Orpiment (Som ₂ S ₃ ) och REALGAR (As ₄ S ₄ ).

Hur erhålls det?

Arsenopyrite värms upp till 650-700 ºC, i frånvaro av luft. Arsenik avdunstar och lämnar järnsulfid (FeS) som en rest. Under denna process binder arsenik sig till syre och bildar As ₄ O ₆ , känd som "vit arsenik."

Eftersom ₄ O ₆ modifieras för att bilda As ₂ O ₃ , vars ångor samlas upp och kondenseras i en uppsättning av tegelkamrar, varvid arseniken renas genom sublimering.

Det mesta av arsenik produceras genom koldioxidreduktion av det bildade dammet av As ₂ O ₃ .

referenser

1. Stephen R. Marsden. (23 april 2019). Arsenikskemi. Kemi LibreTexts. Återställd från: chem.libretexts.org
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (03 december 2018). Intressanta fakta om arsenik. Återställd från: thoughtco.com
3. Wikipedia. (2019). Arsenik. Återställd från: en.wikipedia.org
4. Dr. Dough Stewart. (2019). Arseniska element fakta. Chemicool. Återställd från: chemicool.com
5. Royal Society of Chemistry. (2019). Arsenik. Återställd från: rsc.or
6. Redaktörerna för Encyclopaedia Britannica. (3 maj 2019). Arsenik. Encyclopædia Britannica. Återställd från: britannica.com