Asen là một nguyên tố hóa học thuộc nhóm nitơ (nhóm 15 của bảng tuần hoàn). Đây là một chất giòn (α-asen) màu xám, có ánh kim loại với mạng tinh thể hình thoi. Khi nung nóng đến 600 ° C, As thăng hoa. Khi hơi được làm lạnh, một biến đổi mới xuất hiện - asen màu vàng. Trên 270 ° C, tất cả các dạng As đều chuyển thành asen đen.
Lịch sử khám phá
Asen đã được biết đến từ rất lâu trước khi nó được công nhận là một nguyên tố hóa học. Vào thế kỷ IV. BC e. Aristotle đã đề cập đến một chất gọi là sandarak, hiện nay được cho là realgar, hay asen sulfide. Và vào thế kỷ 1 sau Công Nguyên. e. các nhà văn Pliny the Elder và Pedanius Dioscorides đã mô tả orpiment - thuốc nhuộm Như2S3. Vào thế kỷ XI. N. e. ba loại "thạch tín" được phân biệt: màu trắng (As4O6), màu vàng (As2 S3) và màu đỏ (Như4S4). Bản thân nguyên tố này có lẽ lần đầu tiên được phân lập vào thế kỷ 13 bởi Albert Đại đế, người đã ghi nhận sự xuất hiện của một chất giống kim loại khi arsenicum, tên khác là2S3, được làm nóng bằng xà phòng. Nhưng không có gì chắc chắn rằng nhà khoa học tự nhiên này đã nhận được asen nguyên chất. Bằng chứng xác thực đầu tiên về sự phân lập của một nguyên tố hóa học tinh khiếtngày 1649. Dược sĩ người Đức Johann Schroeder đã điều chế asen bằng cách đun nóng oxit của nó với sự có mặt của than đá. Sau đó, Nicolas Lemery, một bác sĩ và nhà hóa học người Pháp, đã quan sát sự hình thành của nguyên tố hóa học này bằng cách đun nóng hỗn hợp oxit của nó, xà phòng và bồ tạt. Vào đầu thế kỷ 18, asen đã được biết đến như một chất bán kim loại duy nhất.
Phổ biến
Trong vỏ trái đất, hàm lượng asen thấp và lên tới 1,5 ppm. Nó xuất hiện trong đất và khoáng chất và có thể được thải vào không khí, nước và đất thông qua sự xói mòn của gió và nước. Ngoài ra, nguyên tố này đi vào khí quyển từ các nguồn khác. Kết quả của các vụ phun trào núi lửa, khoảng 3 nghìn tấn asen được thải vào không khí mỗi năm, vi sinh vật tạo thành 20 nghìn tấn methylarsine dễ bay hơi mỗi năm, và kết quả của việc đốt nhiên liệu hóa thạch, 80 nghìn tấn được thải ra trong cùng thời kỳ..
Mặc dù thực tế là As là một chất độc chết người, nó là một phần quan trọng trong chế độ ăn của một số động vật và có thể cả con người, mặc dù liều lượng cần thiết không vượt quá 0,01 mg / ngày.
Asen cực kỳ khó chuyển thành trạng thái hòa tan trong nước hoặc dễ bay hơi. Thực tế là nó khá di động có nghĩa là nồng độ lớn của chất ở bất kỳ nơi nào không thể xuất hiện. Một mặt, điều này là tốt, nhưng mặt khác, sự dễ dàng lây lan của nó là lý do tại sao ô nhiễm asen đang trở thành một vấn đề ngày càng gia tăng. Do các hoạt động của con người, chủ yếu thông qua khai thác và nấu chảy, một nguyên tố hóa học bình thường bất động sẽ di cư và giờ đây nó không chỉ có thể được tìm thấy ở các nơinồng độ tự nhiên của nó.
Lượng thạch tín trong vỏ trái đất là khoảng 5 g mỗi tấn. Trong không gian, nồng độ của nó được ước tính là 4 nguyên tử trên một triệu nguyên tử silicon. Yếu tố này phổ biến rộng rãi. Một lượng nhỏ hiện diện ở trạng thái bản địa. Theo quy luật, các dạng thạch tín có độ tinh khiết từ 90–98% được tìm thấy cùng với các kim loại như antimon và bạc. Tuy nhiên, hầu hết nó được bao gồm trong thành phần của hơn 150 khoáng chất khác nhau - sulfua, arsenides, sulfoarsenides và arsenites. Arsenopyrit FeAsS là một trong những khoáng chất mang As phổ biến nhất. Các hợp chất asen phổ biến khác là khoáng chất realgar As4S4,orpiment As2S3,lellingite FeAs2và enargite Cu3AsS4. Arsen oxit cũng phổ biến. Hầu hết chất này là sản phẩm phụ của quá trình nấu chảy quặng đồng, chì, coban và vàng.
Trong tự nhiên, chỉ có một đồng vị ổn định của asen -75As. Trong số các đồng vị phóng xạ nhân tạo, nổi bật nhất là76As với chu kỳ bán rã 26,4 giờ. Asen-72, -74 và -76 được sử dụng trong chẩn đoán y tế.
Sản xuất và ứng dụng công nghiệp
Asen kim loại thu được bằng cách nung nóng asenopyrit đến 650-700 ° C mà không có không khí. Nếu arsenopyrit và các quặng kim loại khác được nung nóng với oxy, thì As dễ dàng kết hợp với nó, tạo thành As4O6, còn được gọi là như màu trắngthạch tín”. Hơi oxit được thu thập và ngưng tụ, và sau đó được tinh chế bằng cách tái tạo khí. Hầu hết As được tạo ra bằng cách khử cacbon từ asen trắng do đó thu được.
Mức tiêu thụ asen kim loại trên thế giới tương đối nhỏ - chỉ vài trăm tấn mỗi năm. Hầu hết những gì được tiêu thụ đến từ Thụy Điển. Nó được sử dụng trong luyện kim do đặc tính kim loại của nó. Khoảng 1% arsen được sử dụng trong sản xuất chì bắn, vì nó cải thiện độ tròn của giọt nóng chảy. Các đặc tính của hợp kim chịu lực làm từ chì được cải thiện cả về mặt nhiệt và cơ học khi chúng chứa khoảng 3% asen. Sự hiện diện của một lượng nhỏ nguyên tố hóa học này trong hợp kim chì làm cứng chúng để sử dụng trong pin và áo giáp cáp. Các tạp chất nhỏ của asen làm tăng khả năng chống ăn mòn và tính chất nhiệt của đồng và đồng thau. Ở dạng tinh khiết, nguyên tố hóa học As được sử dụng để mạ đồng và trong pháo hoa. Asen tinh khiết cao được sử dụng trong công nghệ bán dẫn, nơi nó được sử dụng với silicon và germani, và ở dạng arsenide gali (GaAs) trong điốt, la-de và bóng bán dẫn.
Kết nối Như
Vì asen hóa trị là 3 và 5, và nó có số trạng thái oxi hóa từ -3 đến +5 nên nguyên tố này có thể tạo thành nhiều loại hợp chất khác nhau. Quan trọng nhất về mặt thương mại là các oxit của nó, các dạng chính của chúng là As4O6vàNhư2O5. Arsen oxit, thường được gọi là thạch tín trắng, là sản phẩm phụ của quá trình nung quặng đồng, chì và một số kim loại khác, cũng như quặng arsenopyrit và sulfua. Nó là nguyên liệu ban đầu cho hầu hết các hợp chất khác. Ngoài ra, nó còn được sử dụng trong thuốc trừ sâu, làm chất tẩy trắng trong sản xuất thủy tinh và làm chất bảo quản da. Arsen pentoxit được hình thành do tác dụng của chất oxi hóa (ví dụ, axit nitric) với arsen trắng. Nó là thành phần chính trong thuốc diệt côn trùng, thuốc diệt cỏ và chất kết dính kim loại.
Arsine (AsH3), một chất khí độc không màu bao gồm asen và hydro, là một chất khác đã được biết đến. Chất này, còn được gọi là asen hydro, thu được bằng cách thủy phân arsenua kim loại và khử kim loại từ các hợp chất của asen trong dung dịch axit. Nó đã được sử dụng như một chất dopant trong chất bán dẫn và như một loại khí độc quân sự. Trong nông nghiệp, a xít asen (H3AsO4), asenat chì (PbHAsO44 4 ) và asenat canxi [Ca3(AsO4 )2
], được sử dụng để khử trùng đất và kiểm soát sâu bệnh.
Asen là một nguyên tố hóa học tạo thành nhiều hợp chất hữu cơ. HowOne (CH3)2As − As (CH3)2Ví dụ, được sử dụng để điều chế chất hút ẩm (chất làm khô) được sử dụng rộng rãi - axit cacodylic. Các hợp chất hữu cơ phức tạp của nguyên tố được sử dụng trong điều trị một số bệnh, ví dụ, bệnh lỵ amip,do vi sinh vật gây ra.
Tính chất vật lý
Asen là gì về tính chất vật lý của nó? Ở trạng thái ổn định nhất, nó là một chất rắn giòn, màu xám đặc, có độ dẫn nhiệt và điện thấp. Mặc dù một số dạng As giống kim loại, nhưng việc phân loại nó như một phi kim loại là một đặc điểm chính xác hơn của Asen. Có những dạng khác của asen, nhưng chúng chưa được nghiên cứu kỹ lưỡng, đặc biệt là dạng siêu vi màu vàng, bao gồm các phân tử As4, tương tự như phốt pho trắng P4. Asen thăng hoa ở 613 ° C và tồn tại ở dạng hơi như các phân tử As4không phân ly ở nhiệt độ khoảng 800 ° C. Sự phân ly hoàn toàn thành các phân tử As2xảy ra ở 1700 ° C.
Cấu trúc của nguyên tử và khả năng hình thành liên kết
Công thức điện tử của asen là 1s22s22p63s 23p63d104s24p3 -giống nitơ và phốt pho ở chỗ nó có năm điện tử ở lớp vỏ ngoài cùng, nhưng nó khác chúng ở chỗ có 18 điện tử ở lớp vỏ áp chót thay vì hai hoặc tám. Việc bổ sung 10 điện tích dương trong hạt nhân trong khi lấp đầy năm obitan 3d thường gây ra sự giảm tổng thể đám mây điện tử và tăng độ âm điện của các nguyên tố. Asen trong bảng tuần hoàn có thể được so sánh với các nhóm khác thể hiện rõ ràng mô hình này. Ví dụ, người ta thường chấp nhận rằng kẽm làâm điện hơn magie và gali hơn nhôm. Tuy nhiên, trong các nhóm tiếp theo, sự khác biệt này thu hẹp lại, và nhiều người không đồng ý rằng germani có độ âm điện lớn hơn silicon, mặc dù có rất nhiều bằng chứng hóa học. Một sự chuyển đổi tương tự từ lớp vỏ 8 đến 18 nguyên tố từ phốt pho thành asen có thể làm tăng độ âm điện, nhưng điều này vẫn còn gây tranh cãi.
Sự giống nhau về lớp vỏ ngoài cùng của As và P cho thấy chúng có thể tạo thành 3 liên kết cộng hóa trị trên mỗi nguyên tử khi có thêm một cặp electron không liên kết. Do đó, trạng thái oxy hóa phải là +3 hoặc -3, tùy thuộc vào độ âm điện tương đối. Cấu trúc của asen cũng nói lên khả năng sử dụng quỹ đạo d bên ngoài để mở rộng octet, cho phép nguyên tố hình thành 5 liên kết. Nó chỉ được nhận ra bằng phản ứng với flo. Sự hiện diện của một cặp điện tử tự do để hình thành các hợp chất phức tạp (thông qua sự hiến tặng điện tử) trong nguyên tử As ít rõ rệt hơn nhiều so với trong phốt pho và nitơ.
Asen ổn định trong không khí khô, nhưng trong không khí ẩm ướt, nó bị bao phủ bởi oxit đen. Hơi của nó dễ cháy, tạo thành As2O3. Asen tự do là gì? Thực tế nó không bị ảnh hưởng bởi nước, kiềm và axit không oxy hóa, nhưng bị oxy hóa bởi axit nitric đến trạng thái +5. Halogens, lưu huỳnh phản ứng với asen, và nhiều kim loại tạo thành asen.
Hóa học phân tích
Chất arsen có thể được phát hiện một cách định tính là một chất màu vàng kết tủa dưới ảnh hưởng của 25%dung dịch axit clohiđric. Dấu vết của As thường được xác định bằng cách chuyển nó thành arsine, có thể được phát hiện bằng cách sử dụng thử nghiệm Marsh. Arsine bị nhiệt phân hủy, tạo thành một tấm gương asen màu đen bên trong một ống hẹp. Theo phương pháp Gutzeit, một đầu dò được tẩm thủy ngân clorua, dưới tác động của arsine, sẽ tối đi do thủy ngân giải phóng.
Đặc điểm độc học của asen
Độc tính của nguyên tố và các dẫn xuất của nó rất khác nhau trong một phạm vi rộng, từ arsine cực độc và các dẫn xuất hữu cơ của nó đến đơn giản là As, tương đối trơ. Việc sử dụng các hợp chất hữu cơ của nó làm tác nhân chiến tranh hóa học (lewisite), chất làm sạch và chất làm rụng lá (Agent Blue dựa trên hỗn hợp nước của 5% axit cacodylic và 26% muối natri của nó) cho chúng ta biết asen là gì.
Nói chung, các dẫn xuất của nguyên tố hóa học này gây kích ứng da và gây viêm da. Bảo vệ đường hô hấp chống lại bụi có chứa asen cũng được khuyến khích, nhưng hầu hết các trường hợp ngộ độc xảy ra khi ăn phải. Nồng độ tối đa cho phép của As trong bụi trong một ngày làm việc 8 giờ là 0,5 mg / m3. Đối với arsine, liều giảm xuống còn 0,05 ppm. Ngoài việc sử dụng các hợp chất của nguyên tố hóa học này làm thuốc diệt cỏ và thuốc trừ sâu, việc sử dụng asen trong dược lý đã giúp sản xuất salvarsan, loại thuốc thành công đầu tiên chống lại bệnh giang mai.
Ảnh hưởng đến sức khỏe
Asen là một trong những nguyên tố độc hại nhất. Các hợp chất vô cơ của một hóa chất nhất địnhCác chất xảy ra tự nhiên với số lượng nhỏ. Con người có thể tiếp xúc với asen qua thức ăn, nước uống và không khí. Phơi nhiễm cũng có thể xảy ra khi da tiếp xúc với đất hoặc nước bị ô nhiễm.
Hàm lượng asen trong thực phẩm khá thấp. Tuy nhiên, hàm lượng trong cá và hải sản có thể rất cao do chúng hấp thụ hóa chất từ nước mà chúng sinh sống. Một lượng đáng kể arsen vô cơ trong cá có thể gây nguy hiểm cho sức khỏe con người.
Những người làm việc với chất này, sống trong những ngôi nhà được xây dựng từ gỗ được xử lý với chất này, và trên đất nông nghiệp nơi đã sử dụng thuốc trừ sâu trước đây cũng tiếp xúc với chất này.
Asen vô cơ có thể gây ra nhiều ảnh hưởng sức khỏe khác nhau ở người, chẳng hạn như kích ứng dạ dày và ruột, giảm sản xuất hồng cầu và bạch cầu, thay đổi da và kích ứng phổi. Người ta tin rằng ăn một lượng đáng kể chất này có thể làm tăng nguy cơ phát triển ung thư, đặc biệt là ung thư da, phổi, gan và hệ bạch huyết.
Asen vô cơ ở nồng độ rất cao gây vô sinh và sảy thai ở phụ nữ, viêm da, giảm khả năng chống nhiễm trùng, các vấn đề về tim và tổn thương não. Ngoài ra, nguyên tố hóa học này có thể làm hỏng DNA.
Liều lượng asen trắng gây chết người là 100 mg.
Các hợp chất hữu cơ của nguyên tố không gây ung thư hoặc làm hỏng mã di truyền, nhưng liều lượng cao có thểgây hại cho sức khỏe con người, chẳng hạn như gây rối loạn thần kinh hoặc đau bụng.
Thuộc tính Như
Các tính chất vật lý và hóa học chính của asen như sau:
- Số nguyên tử - 33.
- Khối lượng nguyên tử là 74,9216.
- Điểm nóng chảy của khuôn xám là 814 ° C ở áp suất 36 atm.
- Xám Mật độ 5,73g / cm3 ở 14 ° C.
- Mật độ mốc vàng 2,03 g / cm3ở 18 ° C.
- Công thức điện tử của asen là 1s22s22p63s 23p63d104s24p3.
- Trạng thái oxy hóa - -3, +3, + 5.
- Asen hóa trị là 3, 5.
