ARSEENI: HISTORIA, RAKENNE, OMINAISUUDET, KÄYTTÖ - KEMIA - 2025

Arseeni on puolimetallin tai puolimetallin kuuluvat ryhmän 15 tai VA jaksollisen. Sitä edustaa kemiallinen symboli As ja sen atominumero on 33. Sitä voidaan löytää kolmesta allotrooppisesta muodosta: keltainen, musta ja harmaa; jälkimmäisellä on ainoa teollisesti tärkeä asia.

Harmaa arseeni on hauras, metallisen näköinen kiinteä aine, jolla on tasainen, kiteinen väri (alakuva). Se menettää paistaa ilmaan joutuessaan muodostaen arseenioksidin (As ₂ O ₃), joka kuumennettaessa antaa valkosipulin hajun. Toisaalta sen keltaiset ja mustat allotroopit ovat vastaavasti molekyylisiä ja amorfisia.

Metallinen arseeni. Lähde: Hi-Res-kuvat kemiallisista elementeistä

Arseenia löytyy maankuoresta, johon liittyy useita mineraaleja. Alkuperäisestä valtiosta löytyy vain pieni osa, joka liittyy kuitenkin antimoniin ja hopeaan.

Yleisimpiä mineraaleja, joista arseenia löytyy, ovat seuraavat: realgaari (As ₄ S ₄), orpiment (As ₂ S ₃), loellingiitti (FeAs ₂) ja enargiitti (Cu ₃ AsS ₄). Arseenia saadaan myös metallien kuten lyijyn, kuparin, koboltin ja kullan sulattamisen sivutuotteena.

Arseeniyhdisteet ovat myrkyllisiä, etenkin arsiini (AsH ₃). Arseenilla on kuitenkin lukuisia teollisia sovelluksia, mukaan lukien lyijylejeeringit, joita käytetään autoakkujen valmistuksessa, ja seostaminen galliumilla, jota käytetään erilaisissa elektroniikan sovelluksissa.

Historia sen löytämisestä

Nimi 'arseeni' on peräisin latinalaisesta arsenicumista ja kreikkalaisesta arsenikonista viitaten keltaiseen orpimenttiin, joka oli alkemistien pääasiallinen arsenikan käyttömuoto.

Arseeni, jo kauan ennen kuin se tunnettiin kemialliseksi alkuaineeksi, tunnettiin ja sitä käytettiin sen yhdisteiden muodossa. Esimerkiksi Aristoteles 4. vuosisadalla eKr. Kirjoitti sandarakalista, aineesta, jonka nykyään ajatellaan olevan arseenisulfidi.

Plinius vanhin ja Pedanius Discórides, 1. vuosisadalla jKr, kuvasivat orpimentin, mineraalin, joka koostui As ₂ S _{3: sta}. 11. vuosisadalla tunnistettiin kolme arseenilajia: valkoinen (As ₄ O ₄), keltainen (As ₂ S ₃) ja punainen (As ₄ S ₄).

Arseenia puhtaana elementtinä havaitsi Albertus Magnus (1250). Magnus kuumensi arseenisulfidia saippualla ja pani merkille aineen, jolla on ominaisuus, joka on samanlainen kuin kuvan harmahtava allotrooppi. Ensimmäisen todistuksen hänen eristyksestään julkaisi kuitenkin vuonna 1649 saksalainen apteekki Johann Schroeder.

Schroeder valmisti arseenia kuumentamalla sen oksidia puuhiilellä. Myöhemmin Nicolas Lémery onnistui tuottamaan sen kuumentamalla arseenioksidin, saippuan ja potaskan seosta. 1800-luvulla tämä elementti tunnustettiin lopulta puolimetalliksi.

Arseenin rakenne

Arseeni on isomorfinen antimonille; toisin sanoen ne ovat rakenteellisesti identtisiä, eroavat vain atomiensa koosta. Kukin arseeni atomi muotoja kolme As-As kovalenttisia sidoksia, siten, että ne ovat peräisin ”ryppyinen tai jyrkkä” kuusikulmainen Kuten ₆ yksikköä, koska hybridisaatio Kuten atomeista on sp ³.

Sitten As ₆ -yksiköt yhdistyvät, jolloin syntyy jyrkkiä arseenikerroksia, jotka ovat vuorovaikutuksessa heikosti toistensa kanssa. Niiden molekyylien välisten voimien seurauksena, jotka riippuvat ennen kaikkea atomimassoistaan, romboedriset harmaat arseenikiteet antavat kiinteälle aineelle hauran ja hauraan tekstuurin.

Mahdollisesti arseenin vapaiden elektronien parin heikentymisen vuoksi rinnakkaiskerrosten väliin muodostetut As ₆ -yksiköt eivät määrittele täydellistä, vaan vääristynyttä oktaedria:

Harmaan arseenin kiderakenne. Lähde: Gabriel Bolívar.

Huomaa, että mustat pallot vievät vääristyneen tason kahden jyrkän kerroksen väliseen tilaan. Samoin alapuolella olevassa kerroksessa on sinertäviä palloja, jotka yhdessä mustan pallon kanssa muodostavat osan alussa mainitun As ₆ -yksikön.

Rakenne näyttää oikein, rivit menevät ylös ja alas, ja siksi se on kiteinen. Siitä voi kuitenkin tulla amorfinen, jolloin palloja puristetaan eri tavoin. Kun harmahtavasta arseenista tulee amorfista, siitä tulee puolijohde.

Keltainen arseeni

Keltainen arseeni, tämän alkuaineen myrkyllisin allotrooppi, on puhtaasti molekyylinen kiinteä aine. Se koostuu As-molekyyleistä ₄ yksikköä heikkojen dispersiovoimien takia, jotka eivät estä niitä haihtumasta.

Musta arseeni

Musta arseeni on amorfinen; mutta ei miten harmahtava allotrooppi voi olla. Sen rakenne on hiukan samanlainen kuin juuri kuvattu, sillä erolla, että sen As ₆ -yksikkötasoilla on suurempia alueita ja erilaisia ​​häiriökuvioita.

Sähköinen kokoonpano

3d ¹⁰ 4s ² 4p ³

Siinä on kaikki tason 3 kiertoradat täytetty. Se muodostaa sidoksia käyttämällä 4s: n ja 4p: n kiertoratoja (samoin kuin 4d) erilaisten kemiallisten hybridisaatioiden kautta.

ominaisuudet

Molekyylipaino

74,922 g / mol

Fyysinen kuvaus

Harmaa arseeni on harmahtava kiinteä aine, jolla on metallinen ulkonäkö ja hauras konsistenssi.

Väri

Kolme allotrooppista muotoa, keltainen (alfa), musta (beeta) ja harmaa (gamma).

Haju

WC

Maku

Mauton

Sulamispiste

1 090 K 35,8 atm: llä (arseenin kolminkertainen piste).

Normaalissa paineessa sillä ei ole sulamispistettä, koska se sublimoituu 887 K.

Tiheys

-Gray arseeni: 5,73 g / cm ³.

-Keltainen arseeni: 1,97 g / cm ³.

Vesiliukoisuus

Liukenematon

Atomiradio

139 pm

Atomimäärä

13,1 cm ³ / mol

Kovalenttinen säde

Klo 120.00

Ominaislämpö

0,328 J / gmol 20 ° C: ssa

Haihtumislämpö

32,4 kJ / mol

elektronegatiivisuus

2.18 Paulingin asteikolla

Ionisointienergia

Ensimmäinen ionisaatioenergia 946,2 kJ / mol

Hapetustilat

-3, +3, +5

pysyvyys

Alkuperäinen arseeni on stabiili kuivassa ilmassa, mutta kostealle ilmalle altistuessaan se peittää pronssinkeltaisen kerroksen, josta voi tulla musta kerros arseenioksidia (As ₂ O ₃).

hajoaminen

Kun arseenia kuumennetaan hajoaminen, se lähettää valkoista savua As ₂ O ₃. Menettely on vaarallinen, koska myös arsiini, erittäin myrkyllinen kaasu, voi vapautua.

Itsesyttymispiste

180 ºC

Kovuus

3.5 Mohsin kovuusasteikolla.

reaktiivisuus

Kylmä rikkihappo tai väkevä suolahappo eivät hyökkää siihen. Reagoi kuuman typpihapon tai rikkihapon kanssa muodostaen arseenihapon ja arseenihapon.

Kun harmaa arseeni haihtuu kuumentamalla ja höyryt jäähdytetään nopeasti, muodostuu keltainen arseeni. Tämä palaa harmahtavaan muotoon, kun se altistetaan ultraviolettivalolle.

Sovellukset

Alloys

Pieni määrä arseenia lisätään lyijyyn, kovettuu sen seoksista tarpeeksi käyttää niitä kaapeleiden pinnoituksessa ja autoakkujen valmistuksessa.

Arseenin lisääminen messingiin, kuparin ja sinkin seokseen, lisää sen vastustuskykyä korroosiolle. Toisaalta se korjaa tai vähentää sinkin menetystä messingissä, mikä lisää sen käyttöikää.

elektroniikka

Puhdistettua arseenia käytetään puolijohdetekniikassa, jossa sitä käytetään yhdessä galliumin ja germaniumin kanssa, samoin kuin gallium-arsenidin (GaAs) muodossa, joka on toiseksi yleisimmin käytetty puolijohde.

GaA-laitteilla on suora kaistaväli, jota voidaan käyttää diodi-, laser- ja LED-valmistuksessa. Galium-arsenidin lisäksi on myös muita arsenideja, kuten indium-arsenidi ja alumiiniarsenidi, jotka ovat myös III-V-puolijohteita.

Samaan aikaan kadmium-arsenidi on tyypin II-IV puolijohde. Arsiini on käytetty puolijohdedopingissa.

Maatalous ja puun suojelu

Suurin osa sovelluksista on romutettu niiden ja niiden yhdisteiden korkean toksisuuden vuoksi. Koska ₂ O _{3: ta} on käytetty torjunta-aineena, kun taas As ₂ O ₅ on ainesosa rikkakasvien torjunta-aineissa ja hyönteismyrkkyissä.

Arseenihappoa (H ₃ AsO ₄) ja suoloja, kuten kalsium-arsenaattia ja lyijyarsenaattia, on käytetty maaperän sterilointiin ja tuholaisten torjuntaan. Tämä aiheuttaa ympäristön saastumisen riskin arseenilla.

Lyijyarsenaattia käytettiin hyönteismyrkkynä hedelmäpuissa 1900-luvun alkupuoliskolla. Mutta myrkyllisyytensä vuoksi se korvattiin natriummetyyliarsenaatilla, jota ei enää käytetty samasta syystä vuodesta 2013.

lääke-

1900-luvulle saakka useita sen yhdisteitä käytettiin lääkkeinä. Esimerkiksi arsfenamiinia ja neolsalvarsaania on käytetty kurtsin ja trypanosomiasin hoidossa.

Vuonna 2000, käyttö Kuten ₂ O ₃, erittäin myrkyllinen yhdiste, hyväksyttiin vuonna akuutin promyelosyyttisen leukemian resistenttejä all-trans-retinoiinihappo. Äskettäin radioaktiivista isotooppia ⁷⁴ As käytettiin kasvaimen lokalisointiin.

Isotooppi tuottaa hyviä kuvia, selkeämpiä kuin mitä saadaan ¹²⁴ I: llä, koska jodi kuljetetaan kilpirauhasessa ja tuottaa kohinaa signaalissa.

Muut käyttötavat

Arseenia käytettiin aikaisemmin rehun lisäaineena siipikarjan ja sikojen tuotannossa.

Sitä käytetään katalysaattorina eteenioksidin valmistuksessa. Sitä käytetään myös ilotulitteissa ja parkitsemisessa. Arseenioksidia käytetään värinpoistoaineena lasin valmistuksessa.

Missä se sijaitsee?

Arseenia voidaan löytää pieninä määrinä alkuaineena, erittäin puhtaana. Sitä on läsnä lukuisissa yhdisteissä, kuten sulfideissa, arsenideissa ja sulfoarseniideissä.

Sitä löytyy myös useista mineraaleista, mukaan lukien: arsenopyriitti (FeSA), loelniitti (FeAs ₂), enargiitti (Cu ₃ AsS ₄), orpimentti (As ₂ S ₃) ja realgaari (As ₄ S ₄).

Kuinka se saadaan?

Arsenopyrite kuumennetaan lämpötilaan 650-700ºC ilman puuttuessa. Arseeni haihtuu, jolloin jäännökseksi jää rautasulfidi (FeS). Tämän prosessin aikana arseeni sitoutuu happeaan muodostamaan As ₄ O _6: aa, joka tunnetaan nimellä "valkoinen arseeni".

Koska ₄ O ₆ on modifioitu muodostamaan As ₂ O ₃, jonka höyryt kerätään ja kondensoidaan tiilikammiokokoonpanoon puhdistamalla arseeni sublimoimalla.

Suurin osa arseenin tuotetaan hiili pelkistämällä muodostunut pöly As ₂ O ₃.

Viitteet

1. Stephen R. Marsden. (23. huhtikuuta 2019). Arseenin kemia. Kemia LibreTexts. Palautettu osoitteesta: chem.libretexts.org
2. Helmenstine, tohtori Anne Marie (3. joulukuuta 2018). Mielenkiintoisia faktoja arsenikista. Palautettu osoitteesta: gondo.com
3. Wikipedia. (2019). Arseenia. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org
4. Dr. Dough Stewart. (2019). Arseeni-elementti tosiasiat. Chemicool. Palautettu osoitteesta: chemicool.com
5. Royal Society of Chemistry. (2019). Arseenia. Palautettu: rsc.or
6. Encyclopaedia Britannican toimittajat. (03. toukokuuta 2019). Arseenia. Encyclopædia Britannica. Palautettu osoitteesta: britannica.com