Co je arzén? Definice, vzorec, vlastnosti

Arzen je chemický prvek 5. skupiny čtvrtého období periodické tabulky s atomovým číslem 33. Je to křehká semimetální ocelová barva se zelenavým nádechem. Dnes se budeme bližší podívat na to, co je arzén a seznámit se se základními vlastnostmi tohoto prvku.

Obecné charakteristiky

Arsen je jedinečný v tom, že se nachází doslova všude - skalní útvary voda, minerály, půda, flóra a fauna. Proto se často nazývá nikdo jiný než všudypřítomný prvek. Arzén je volně distribuován ve všech geografických oblastech planety Země. Důvodem je těkavost a rozpustnost jeho sloučenin.

Název prvku je spojen s jeho použitím pro vyhlazení hlodavců. Latinské slovo Arsenicum (vzorek arzénu v periodické tabulce - As) pochází z řeckého Arsenu, což znamená "silný" nebo "silný".

Tělo průměrného dospělého člověka obsahuje asi 15 mg tohoto prvku. Zaměřuje se hlavně v tenkém střevě, játrech, plících a epitelu. Absorpce látky se provádí žaludkem a střevem. Antagonisté arsenu jsou síra, fosfor, selén, některé aminokyseliny, stejně jako vitamíny E a C. Element samotný ovlivňuje vstřebávání zinku, selenu a také vitamíny A, C, B9 a E.

Stejně jako mnoho dalších látek může být arsenem jed a léky, závisí to na dávce.

Mezi užitečné funkce prvku, jako je arsen, lze identifikovat:

1. Stimulujte asimilaci dusíku a fosforu.
2. Zlepšení tvorby krve.
3. Interakce s cysteinem, bílkovinami a kyselinou lipoovou.
4. Oslabení oxidačních procesů.

Požadavek denního arzénu pro dospělé je mezi 30 a 100 mikrogramy.

Historické pozadí

Jedna z etap lidského vývoje se nazývá "bronz", protože v tomto období lidé změnili kameny na bronzové. Tento kov je slitina cínu a mědi. Jednou, když tavili bronz, mistři náhodně používali výrobky zvětrávání minerálů obsahujících sulfid mědi a arsenů namísto měděné rudy. Výsledná slitina je snadno odlitá a dobře kovaná. V těch dnech ještě nikdo nevěděl, co je arzén, ale ložiska jeho minerálů byly záměrně usilovat o výrobu vysoce kvalitního bronzu. V průběhu času byla tato technologie opuštěna, zřejmě kvůli skutečnosti, že její použití často vedlo k otravě.

Ve staré Číně používali pevný minerál nazvaný realgar (As ₄ S ₄ ). Byl použit pro kamenické řezbářství. Protože pod vlivem teploty a světla se realgar změnil na jinou látku - Jako ₂ S ₃ to bylo také brzy opuštěno.

V 1. století př. Nl římský vědec Pliny starší společně s botanikem a doktorem Dioscoridesem popsal minerální arzén nazvaný orpiment. Její název je přeložen z latiny jako "zlatá barva". Látka byla použita jako žluté barvivo.

Ve středověku alchymisté klasifikovali tři elementární formy: žlutý (As ₂ S ₃ sulfid), červený (As ₄ S ₄ sulfid) a bílý (As ₂ O ₃ oxide). Ve 13. století, když zahřát žlutý arzén s mýdlem, získali alchymisté látku podobnou kovu. S největší pravděpodobností to byl první vzorek čistého prvku získaného uměle.

Co je čistý arzén, který se naučil na počátku 17. století. Stalo se to, když Johann Schröder, který obnovoval oxid s dřevěným uhlím, vyzdvihl tento prvek. O několik let později se francouzskému chemikovi Nicola Lemerymu podařilo získat látku zahříváním oxidu ve směsi s mýdlem a potašem. V příštím století byl arzén již dobře známý v polo-kovovém stavu.

Chemické vlastnosti

V periodické tabulce se chemický prvek arsenu nachází v páté skupině a je zařazen do skupiny dusíku. Za přirozených podmínek je reprezentován jediným stabilním nuklidem. Uměle přijímá více než deset radioaktivních izotopů hmoty. Rozsah poločasů, které mají, je poměrně široký - od 2-3 minut do několika měsíců.

Ačkoli je arzén někdy nazýván kovem, s největší pravděpodobností odkazuje na nekovy. V kombinaci s kyselinami netvoří soli, ale je sama o sobě látkou tvořící kyselinu. To je důvod, proč je prvek označen jako semimetální.

Arzen, podobně jako fosfor, může být v různých alotropických konfiguracích. Jeden z nich, šedý arzén, je křehká látka, která má při přestávce kovový lesk. Elektrická vodivost tohoto semimetalu je 17krát nižší než měď, ale 3,6krát vyšší než průměr rtuti. S rostoucí teplotou se snižuje, což je typické pro typické kovy.

Při rychlém ochlazení páry arzenu na teplotu kapalného dusíku (-196 ° C) lze získat měkkou nažloutlou látku připomínající žlutý fosfor. Když se zahřeje a vystaví se ultrafialovému žlutému arsenu, okamžitě se změní na šedou barvu. Reakce je doprovázena teplem. Když jsou páry kondenzovány v inertní atmosféře, vytvoří se další forma látky - amorfní. Pokud se vysrážené páry arsenu objeví na skle zrcadlový film.

Vnější elektronový plášť této látky má stejnou strukturu jako fosfor a dusík. Stejně jako fosfor, arsen tvoří tři kovalentní vazby. S suchým vzduchem má stabilní formu a při rostoucí vlhkosti roste nudná a pokryje se filmem z černého oxidu. Při zapálení páry látky vypálí modrým plamenem.

Vzhledem k tomu, že arzen je inertní, není ovlivněn vodou, alkalickými látkami a kyselinami, které nemají oxidační vlastnosti. Při styku s ředěnou látkou kyselina dusičná vznikne kyselina ortho-arsenová a kyselina koncentrovaná orto-arzenová. Také arsen reaguje se sírou za vzniku sulfidů různých složek.

Být v přírodě

V přírodních podmínkách se takový chemický prvek jako arsen se často vyskytuje ve sloučeninách s mědí, niklem, kobaltem a železem.

Složení minerálů, které tvoří látka, je způsobeno polokovovými vlastnostmi. K dnešnímu dni je známo více než 200 minerálů tohoto prvku. Vzhledem k tomu, že arzén se nachází v negativních a pozitivních stavech oxidace, snadno reaguje s mnoha dalšími látkami. Při pozitivní oxidaci arzenu působí jako kov (v sulfidech) a negativně - nekovový (v arsenidů). Minerály obsahující tento prvek mají poměrně složité složení. V krystalové mříži může semimetal nahrazovat atomy síry, antimonu a kovů.

Z hlediska jejich složení spousta sloučenin kovů s arzenem pravděpodobně nepatří k arsenidům, ale k intermetalickým sloučeninám. Některé z nich se liší ve variabilním obsahu hlavního prvku. Několik kovů může být současně přítomno v arsenidech, jejichž atomy s blízkým poloměrem iontů se mohou navzájem nahradit. Všechny minerály, které jsou klasifikovány jako arsenidy, jsou obdařeny kovovým leskem, jsou neprůhledné, těžké a silné. Mezi přírodními arsenidy (celkem kolem 25) lze uvést následující minerály: skutterudit, ramelsbrggite, nickeline, lellingrit, klinovité a jiné.

Chemicky zajímavé jsou ty minerály, ve kterých je arsen přítomen současně se sírou a hraje roli kovu. Mají velmi složitou strukturu.

Přírodní soli kyseliny arsenové (arzenat) mohou mít různé barvy: erythritol - kobalt; simplesitis, annabergit a skorid - zelený, a Rooseveltite, cattigit a hernesit - bezbarvé.

Podle jeho chemických vlastností je arzén spíše inertní, proto se nachází v přirozeném stavu ve formě akretických kostek a jehel. Obsah nečistot v nugetu nepřesahuje 15%.

V půdě se obsah arsenu pohybuje v rozmezí 0,1 až 40 mg / kg. V oblastech sopky a míst, kde je uložena arsenová ruda, může tato hodnota dosáhnout až 8 g / kg. Rostliny v takových místech umírají a zvířata se zhoršují. Podobný problém je charakteristický pro stepi a pouště, kde nedochází k vyluhování prvku z půdy. Jílové horniny se považují za obohacené, protože obsah arzenových látek v nich je čtyřikrát vyšší než u běžných.

Kdy čisté látky v procesu biomethylace se stává těkavou sloučeninou, kterou je možné odstranit z půdy nejen vodou, ale také větrem. V normálních oblastech je koncentrace arsenu ve vzduchu průměrně 0,01 μg / m ³ . V průmyslových oblastech, kde fungují továrny a elektrárny, může tento ukazatel dosáhnout 1 μg / m ³ .

Mírné množství arzenových látek může být obsaženo v složení minerální vody. V léčivých minerálních vodách podle obecně uznávaných norem nesmí koncentrace arsenu překročit 70 μg / l. Stojí za zmínku, že i při vyšších rychlostech může dojít k otravě pouze při pravidelném používání takové vody.

V přírodních vodách může být prvek v různých formách a složkách. Například trojmocný arsen je mnohem toxičtější než pentavalentní.

Získání arzénu

Prvek se získá jako vedlejší produkt při zpracování olova, zinku, mědi a kobaltu, stejně jako při těžbě zlata. Jako součást některých polymetalických rud může obsah arzénu dosáhnout až 12%. Když se zahřejí na 700 ° C, dochází k sublimaci - přechodu látky z pevného do plynného stavu, čímž se obejde kapalina. Důležitou podmínkou pro provedení tohoto procesu je nepřítomnost vzduchu. Když se rudy arsenu zahřívají ve vzduchu, vytváří se těkavý oxid, nazývaný "bílý arsen". Nahrazením kondenzace uhlím se sníží čistý arsen.

Vzorec pro získání prvku je následující:

• 2As 2S ₃ + 9O ₂ = 6SO ₂ + 2As 2O ₃ ;
• Jako 2O ₃ + 3C = 2As + 3CO.

Těžba arzénu se týká nebezpečné výroby. Paradoxní je skutečnost, že největší znečištění životního prostředí tímto prvkem se nevyskytuje v blízkosti podniků, které ho vyrábějí, ale v okolí elektráren a závodu na výrobu neželezných metalurgií.

Dalším paradoxem je to, že výroba kovového arzénu překračuje potřebu. V oblasti těžby kovů je velmi vzácný jev. Přebytečný arzén musí být zlikvidován tím, že se v starých dolech dovážejí kovové nádoby.

Největší ložiska arsenových rud se soustředí v těchto zemích:

1. Měď-arzén - USA, Gruzie, Japonsko, Švédsko, Norsko a státy střední Asie.
2. Gold-arsen - Francie a Spojené státy.
3. Arsenic-kobalt - Kanada a Nový Zéland.
4. Arsenic-tin - Anglie a Bolívie.

Definice

Laboratorní stanovení arsenu se provádí srážením žlutých sulfidů z roztoků kyseliny chlorovodíkové. Stopy prvků jsou určeny metodou Gutzeit nebo pomocí reakce Marsh. V poslední polovině století byly vytvořeny nejrůznější citlivé metody analýzy, které umožňují odhalit i velmi malé množství dané látky.

Některé sloučeniny arsenu se analyzují pomocí selektivní hybridní metody. Zahrnuje obnovení analytu v těkavém prvku arsinu, který je pak zmrazen v nádrži chlazené kapalným dusíkem. Následně při pomalém zahřátí obsahu nádoby se různé arsiny začínají odpařovat odděleně od sebe.

Průmyslové použití

Téměř 98% extrahovaného arzénu se nepoužívá v čisté formě. Jeho sloučeniny byly široce používány v různých průmyslových odvětvích. Stovky tun arzenu se každoročně těží a zpracovává. Přidává se ke slitinám ložisek ke zlepšení jejich kvality, slouží ke zvýšení tvrdosti kabelů a olověných kyselinových baterií a používá se také při výrobě polovodičových zařízení s germaniem nebo křemíkem. A to jsou jen ty nejambicióznější oblasti.

Jako dopant, arzén přenáší vodivost na některé "klasické" polovodiče. Jeho přidání k vodivosti výrazně zvyšuje pevnost kovu, měď - tekutost, tvrdost a odolnost proti korozi. Arsen se také někdy přidává do některých odrůd bronzu, mosazi, babbittů a typografických slitin. Metallurgisté se však často pokoušejí vyhnout se užívání této látky, protože nejsou zdraví bezpečné. U některých kovů jsou velké množství arsenu také škodlivé, protože degradují vlastnosti výchozího materiálu.

Oxid arsenitý byl použit ve sklářství jako skleněný čistič. Starší skláři ho používali v tomto směru. Sloučeniny arzénu jsou silné antiseptiky, chrání kožešinu, vycpané živočichy a kůže, stejně jako vytvářejí antifoulingové barvy pro vodní dopravu a impregnaci dřeva.

Vzhledem k biologické aktivitě některých derivátů arzeniky se látka používá při výrobě stimulantů růstu rostlin, stejně jako léků, včetně anthelmintických přípravků pro hospodářská zvířata. Produkty obsahující tento prvek se používají k ničení plevele, hlodavců a hmyzu. Dříve, když lidé nepřemýšleli o tom, zda arzen může být použit pro výrobu potravin, měl prvek v zemědělství širší využití. Po identifikaci toxických vlastností však látka musel najít náhradu.

Důležitými oblastmi použití tohoto prvku jsou: výroba mikroobvodů, vláknová optika, polovodiče, elektronika filmů, stejně jako kultivace mikrokrystalů pro lasery. Pro tyto účely se používají plynné arsiny. A výroba lasera, diod a tranzistorů není úplná bez galliového a indium arsenidů.

Medicína

V lidských tkáních a orgánech je prvek zastoupen hlavně v proteinové frakci, v menší míře v kyselině rozpustné. Účastní se fermentace, glykolýzy a redox reakcí a také poskytuje rozklad komplexních sacharidů. V biochemii se sloučeniny této látky používají jako specifické inhibitory enzymů, které jsou nezbytné pro studium metabolických reakcí. Arzén je nezbytný pro lidské tělo jako stopový prvek.

Použití prvku v medicíně je méně rozsáhlé než ve výrobě. Jeho mikroskopické dávky se používají k diagnostice všech druhů onemocnění a patologií, stejně jako k léčbě zubních onemocnění.

Ve stomatologii se k odstranění buničiny používá arzén. Malá část pasty obsahující kyselinu arzenovou, doslova jeden den, zajišťuje smrt zubu. Díky své činnosti je odstranění buničiny bezbolestné a neomezené.

Arzen byl také široce používán při léčení mírných forem leukémie. Umožňuje snížit nebo dokonce potlačit patologickou tvorbu leukocytů, stejně jako stimulovat tvorbu červené krve a sekreci červených krvinek.

Arzén jako jed

Všechny sloučeniny tohoto prvku jsou jedovaté. Akutní otravu arsenem vede k bolest břicha, průjem, nevolnost a deprese centrálního nervového systému. Symptomy intoxikace s touto látkou se podobají příznakům cholery. Proto již dříve v soudní praxi docházelo často k úmyslné otravě arsenem. Pro kriminální účely byl prvek nejčastěji používán jako oxid křemičitý.

Symptomy intoxikace

Nejprve se otravy arsenem projevují jako kovová chuť v ústech, zvracení a bolesti břicha. Pokud nedojde k žádnému zásahu, mohou začít záchvaty a dokonce paralýza. V nejhorším případě může být otravou fatální.

Příčinou otravy může být:

1. Vdechnutí prachu obsahujícího arzen. Vyskytuje se zpravidla v zařízeních na výrobu arzénu, v nichž nejsou dodržována pravidla ochrany práce.
2. Jíst otrávené jídlo nebo vodu.
3. Používání určitých léků.

První pomoc

Mléko je nejrozšířenější a nejznámější antidotum pro intoxikaci arsenem. Kaseinový protein v něm vytváří nerozpustné sloučeniny s toxickou látkou, která nemůže být absorbována do krve.

V případě akutní otravy musí oběť dostat rychlou pomoc. žaludeční výplach. Hemodialýza zaměřená na čištění ledvin se provádí také v nemocnici. Z léků bylo použito univerzální protilátky - "Unitiol". Dále mohou být použity antagonistické látky: selen, zinek, síra a fosfor. V budoucnosti musí pacientovi předepisovat komplex aminokyselin a vitaminů.

Nedostatek arzenu

Odpověď na otázku: "Co je arzén?" Je třeba poznamenat, že v malých množstvích je nezbytné pro lidské tělo. Prvek je považován za imunotoxický, podmíněně nezbytný. Zúčastňuje se téměř všech nejdůležitějších biochemických procesů lidského těla. Následující příznaky mohou naznačovat nedostatek této látky: snížení koncentrace triglyceridů v krvi, zhoršení vývoje a růstu organismu.

Obecně platí, že při neexistenci vážných zdravotních problémů, pokud jde o nedostatek arzenu ve stravě, není nutné se obávat, protože tento prvek je obsažen téměř ve všech produktech rostlinného a živočišného původu. Tato látka je obzvláště bohatá na mořské plody, obiloviny, hroznové víno, džusy a pitnou vodu. Během dne se 34% spotřebovaného arzénu vylučuje z těla.

S anémií se látka užívá ke zvýšení chuti k jídlu a v případě otravy selenem působí jako účinná protilátka.