Stopnje oksidacije arzena: kemijske lastnosti arzena

Pred obravnavo stopnje oksidacije arzena bomo razkrili svoj položaj v periodični tabeli in značilnosti strukture. Poleg tega navedemo osnovne fizikalne in kemijske lastnosti tega kemijskega elementa.

Položaj v PS

Glavne stopnje oksidacije arzena, kemične lastnosti, uporabe - vse to se lahko naučimo s pogledom na lokacijo elementa v periodični sistem Mendelejeva. Arzen se nahaja v peti skupini, glavna podskupina, je član dušikove družine. Ima relativno atomsko maso 74,9216. Glavne stopnje oksidacije arzena so povezane s skupino, v kateri se nahaja v SS. Ta element ima 33 serijsko številko. Število ravni energije ustreza številu obdobja, v katerem se nahaja element, je enako štiri.

Razmislite o razporeditvi elektronov na vsaki atomski lupini. Na prvi ravni energije sta le dva sklopljena elektronika, druga lupina pa osem delcev: 2s in 6p. Na tretji ravni, razen njih, je deset d-elektronov, to je samo 18 delcev. Zunanja energijska raven je 2s-elektron, pa tudi trije nepošteni p-elektroni. To je število valenčnih elektronov, ki določajo možne stopnje oksidacije arzena.

Strani zgodovine

Arzen je pripisan petim "alkemičnim" elementom, znanim iz srednjega veka. Zanimiva točka je dejstvo, da so štirje od njih v peti skupini PS. V tistih časih nihče ni vedel, kako določiti stopnjo oksidacije arzena, vendar so se njegove spojine uspešno uporabile za izdelavo zdravil in ustvarjanje barv.

Po zamenjavi kamene dobe z bronasto dobo so se ljudje naučili, da bi ta zlitina s posebnimi značilnostmi. Izkazalo se je, da je vsebovalo do 7 odstotkov arzena in le 3 odstotke kositra. Znanstveniki verjamejo, da je pri prvem taljenju bronastega namesto malahita, ki je zelen, zmotno vzel zelene sulfide bakrovih arzenov mineralov.

Neverjetno uspešnost nastale zlitine je postala priljubljena med starodavnimi mojstri. Posebej so iskali v mineralih narave, ki vsebujejo snov.

Stopnje oksidacije arzena v takšnih spojinah so pozitivne, kar ustreza njegovi višji valenci. Za prepoznavanje sulfidov, ki vsebujejo arzen, se mineral segreje. Pojav posebnega vonja česna je potrditev prisotnosti arzena v spojini. Postopoma od taljenja arzenovega brona ni bilo. Med razlogi za prenehanje proizvodnje znanstveniki kličejo stalno zastrupitev mojstrov med delom.

Naravni minerali

Snov, ki jo razmišljamo, je v obliki mineralov znana že od antičnih časov. Na primer oksidacijsko stanje 3 arzena se pojavlja v spojini, znani v starodavni Kitajski kot "rudniški prah". Aristotel je opisal mineralen sandarak, ki je arzen sulfid. Prevedeno iz latinskega jezika, njegovo ime zveni kot "zlata barva". Uporabil je v teh oddaljenih časih kot rumeno barvilo.

V enajstem stoletju so se alchemisti razlikovali na tri različne načine. Stopnje oksidacije arzena v spojinah, ki jih predstavljajo te vrste, ustrezajo številu skupine. Bela arzen je imenovala heksavalentni oksid, rumena pa je bila imenovana sulfid, rdeča - As4S4 (tetrasulfid tetrashyyyaka).

Belo varianto smo dobili s sublimacijo nečistoč med pečenjem bakrenih rud, ki so vključevali arzen. Kot kondenzacija iz plinastega stanja arzen oksid obori kot belo polog. Od antičnih časov se uporablja kot sredstvo za uničevanje škodljivcev.

V trinajstem stoletju je Albert Veliki dobil plinasto snov. Rumen arzen je segreval z milom. Snov, pridobljena kot posledica interakcije, ni potrdila "mistične povezave" sedmih kovin s planeti. Morda, ravno zaradi odkritega protislovja s strani starih alhemikov, je bil arzen obravnavan kot »nezakonit« element. V teh oddaljenih časih je bila razkrita njegova sposobnost dajanja bakra belo barvo, zaradi katere je bil imenovan sredstvo, "beljenje Venere".

Ta posamezna snov je bila identificirana šele sredi sedemnajstega stoletja. Nemški farmacevt Johann Schröder mu je uspel izolirati z izvajanjem kemijskega zmanjšanja premogovega oksida. Po nekaj časa je Nichola Lemery uspelo izvleči kovino s segrevanjem pepela, mila, arzenovega oksida. V 18. stoletju je bila ta kovina znana kot nenavadna "semimetalna".

Konec 18. stoletja je švedski kemik KV Scheele prejel arzenova kislina, v katerih se pojavi najvišja stopnja oksidacije arzena: +5. V devetnajstem stoletju so bile identificirane organske snovi, ki vsebujejo arzen.

Biti v naravi

Največja in najnižja stopnja oksidacije arzena se kaže v njegovih naravnih sestavinah. V Zemeljski skorji odstotna koncentracija tega elementa ne presega 5 gramov na tono. V mnogih mineralih je hkrati vsebovan z niklja, kobalta, bakra, železa.

Trenutno je znanih približno dvesto različnih naravnih mineralov, ki vključujejo obravnavani kemijski element. Glede na to, da kažejo višjo in nižjo stopnjo oksidacije arzena, imajo drugačno vlogo. Na primer, v kombinaciji s antimonom arzenom kaže negativno stanje oksidacije. Glede na dejstvo, da ima ta kovina nizko elektronegativnost, je najnižja stopnja oksidacije arzena -3. Ta indikator je značilen za arzenide, pa tudi za mineralni almontit.

Večina spojin z arzenskimi kovinami, ki upoštevajo specifični sestavek, so intermetalne spojine, za katere je značilna spremenljiva sestava tega kemijskega elementa.

Značilnosti arzenov

Za arzenide je značilna vsebnost več kovin, ki imajo podobno strukturo kristalnih rešetk. Za te minerale so značilni kovinski sijaj, neprozorni in imajo rahlo trdoto.

Kot primer naravnih arzenidov je mogoče upoštevati naslednje spojine:

• lelitit, podoben piritu;
• nikelj, imenovan kot nikelj rdeči pirit;
• langisit;
• oreonit;
• sperrylite.

To je seveda daleč od popolnega seznama takih mineralov - trenutno je približno 25 takšnih spojin. Med najpogostejšimi v naravi lahko omenimo arsenopirit, imenovan arzen pirit. Je produkt, pridobljen z zamenjavo atomov žvepla v piritu z arzenom. Tovrstne spojine, v katerih se ne kaže najvišja stopnja oksidacije arzena, imenujemo sulfosalti.

Njihovi analogi menijo kobalt sijaj, gersdorffite, enargite in tudi proustite. Slednja je pomembna srebrna ruda, ki se nahaja v zgornjem sloju dragih žil. Sestava sulfosalta lahko vključuje plemenito kovin platinske skupine. Med njimi je zanimanje predstavljalo irarsite, pa tudi orsit. V njihovi sestavi so redki kovine, ki se uporabljajo kot odlični katalizatorji v organskih in anorganskih sintezah.

Največja stopnja oksidacije arzena se kaže v njegovih naravnih sulfidih. Na primer, v oranžno-rumenem dimorfitu, ki je arzen sulfid (5). V tridesetih letih prejšnjega stoletja so odkrili naravne usedline auripigmenta, ki so vključevali trivalentni arzen sulfid, na jugu Verkhoyanskega območja. Velikost zaznanih kristalov je bila dolga 60 centimetrov, teža pa je bila ocenjena na 30 kilogramov.

Značilnosti arzenov

V primeru soli lahko upoštevamo možne stopnje oksidacije arzena. Tako spojine arzenovih kislin, imenovane arseni, kažejo največjo vrednost za to kovino: +5. Kot primer takšnih spojin dajejo eritrin, ki ima svetlo rožnato barvo. To sol se imenuje barva kobalta, ima formulo Co3 (AsO4) 2 * 8H₂O. Poleg tega je mogoče opaziti tudi plinolit rjavkasto rdečega odtenka v obliki (Ce, La, Nd) ArO₄.

V središču Švedske so odkrili Langbanove železobetonske kamnolome, kjer je bilo najdenih in okarakteriranih približno petdeset različnih arzenatov. Te spojine so nastale z interakcijo arzenovih kislin z manganovim hidroksidom (2) pri nizkih temperaturah.

Kakšen arsenat kaže stopnjo oksidacije arzena? Značilnosti teh soli potrjuje prisotnost žvepla v njih. Kljub odsotnosti industrijskih aplikacij se njihovi estetski videz lahko uporablja za izdelavo mineraloških zbirk.

Zanimiva zgodba je kupfernikel, ki ustreza mineralu niklja. Srednjeveški nemški rudarji Nikelj je imenoval gorski zloben duh in "ponarejen baker" je bil imenovan "kupfernickel". Mojstri so odkrili zunanjo podobnost bakrenih rdečih kristalov tega mineralnega bakra. Uporabili so jih pri izdelavi stekla, da bi dobljeni proizvod dobili zeleni odtenek. Le sredi osemnajstega stoletja je mineralogist Axel Kronstedt uspeval iz tega minerala iz niklja.

Posebnosti nastanitve v naravi

Arzen je značilen po visoki vztrajnosti, zato jo najdemo v domači državi. Podobna kovina v sestavi ima od dveh do šestnajstih odstotkov nečistoč, večinoma srebro, železo, kobalt, nikelj. V naši državi so geologi odkrili naravnega arzena v regiji Amur, Transbaikalia.

To je mogoče najti v kamninah, mineralih in rastlinah, zato se pravično pogosto imenuje vseprisotni element.

Kakšna je največja in najmanjša stopnja oksidacije arzena? Najvišja vrednost ustreza številu skupine, v kateri je ta element, in je +5. To je značilno za spojine, v katerih kažejo zmanjšanje lastnosti. Več podrobnosti o povezavi te edinstvene kovine bo obravnavano pozneje.

Na svetu je arzen zelo neenakomerno porazdeljen. Vzrok je nastajanje litosfere ter procesov desorpcije in sorpcije, ki se pojavljajo v sedimentnih kamninah in tleh.

Zaradi odlične topnosti te kovine v vodi se zlahka migrira. Na primer, v vlažnem podnebju se izliva iz tal, čemur sledi gibanje skupaj s podzemno vodo in rekami.

Fiziološko delovanje

V pomembnih količinah arzeni najdemo v mineralnih vodah. Za vsebino tega kovine obstajajo določeni standardi. Če so dovoljene vrednosti presežene, se pojavi resna nevarnost poškodb človeškega telesa. Med kemijskimi študijami je bilo ugotovljeno, da lahko arzen vsebuje različne oblike v naravni vodi. Kakšna bi morala biti oksidacijska stanja arzena? Lastnosti spojin, najdenih v vodi, potrjuje prisotnost kovine kot raztopine arzenojske kisline.

Arzen v živi obliki vsebuje približno 6 mg na 1 kilogram. Del morske alge lahko kopiči zgornjo snov v taki meri, da je lahko nevarna za človeško telo. Nekatere vrste, ki jih najdemo v azijskih državah, se lahko pomnožijo s čisto kislinsko raztopino. Uporabljajo se za nadzor nad podganami. V človeškem možganskem tkivu, pa tudi v mišicah, je dovolj kovin. Poleg tega je prisotna v nohtih plošče, nabira v laseh.

Fizične značilnosti

Kljub temu, da arzen izgleda kot kovina, ima nekovinske lastnosti. Na primer, ne more oblikovati soli z žveplovo kislino, ki deluje kot kislinsko oblikovan element. Arzen lahko obstaja v različnih alotropnih modifikacijah, ki spominjajo na fosfor. Najstabilnejši je siv arzen, ki se pri segrevanju sublimira, kot je jod.

Glede na električno prevodnost je ta sprememba nižja od bakra, vendar presega živo srebro. Pri hlajenju arzenovih hlapov lahko dobite mehko prosojno snov rumenega odtenka, podobnega rumenemu fosforju. V procesu segrevanja se spremeni v drugo alotropno modifikacijo tega kemijskega elementa.

Pri nanosu arzenih hlapov na steklo opazimo videz ogledalnega filma.

Arzenove spojine

Stopnja oksidacije arzena v višjem oksidu je +5, kar pomeni, da ustreza njegovi višji valenci. Toda pri sublimaciji hlapov dane kovine v vlažnem zraku, črni film njegovega anhidrida arzena As2O₃. V tej obliki je v glavnem prisoten oksid tega elementa. Ta oksid kaže amfoterne kemične lastnosti.

V procesu oksidacije se spremeni v višji oksid, kjer arzen dokazuje vrednost stopnje oksidacije +5.

Čista kovina se oksidira z razredčeno dušikovo kislino v orto-arzenovo kislino H₃AsO₃, v katerem ima valenco 3. V svojih kemijskih zmožnostih se šteje, da je kislina srednje moči, podobna borni kislini. Soli so arseniti, ki kažejo svetle lastnosti predelave.

V kloridu ima kovina oksidacijsko stanje +3, ki deluje kot tipičen kovinski element. Sline arzenide, ki nastanejo med interakcijo z aktivnimi kovinami, se vodijo v vodno hidrolizo. Na primer, arsine (AsH₃) je strupen brezbarven plin, brez vonja.

Organokovinske spojine

Arzen lahko tvori različne organokovinske spojine. Na primer, konec 18. stoletja, ko ga destiliramo arzen oksid (3) kalijevega acetata, dobljena je bila tekočina za kajenje z neprijetnim vonjem. Dobljeni izdelek smo imenovali alarsin. V nadaljnjih študijah je bilo ugotovljeno, da vsebuje arzen.

V poznem devetnajstem stoletju so sintetizirali aromatične arsine. Reakcijo smo izvedli z izpostavitvijo mešanici arzenovega triklorida in aril halida z kovinskim natrijem. Nekateri od teh izdelkov so pokazali protimikrobne lastnosti. Do danes se izvaja sinteza več deset tisoč organoklornih spojin.

Uporaba arzena

Več kot polovica vseh ekstrahiranih kovin se uporablja v obliki različnih spojin. V čisti obliki se praktično ne uporablja. V majhni količini se vbrizga v nosilne zlitine. Takšni dodatki pozitivno vplivajo na trdoto končnega izdelka, zato jih potrebujejo pri izdelavi električnih kablov in baterij.

Minimalni odmerki arzena prispevajo k povečani odpornosti na korozijo, izboljšajo toplotne lastnosti medenine in bakra. Če ta element ne vsebuje dodatnih nečistoč, potem je to v povpraševanju pri proizvodnji polprevodniških naprav. Da bi jih ustvarili, se arzen zliva z germanijem ali silicijom.

Poleg tega je pri izdelavi jekla odličen legirni aditiv. Kot dragocena šoba je arzen potreben tudi pri barvni metalurgiji. Tudi pri nizki vsebnosti zlitine je mogoče bistveno izboljšati trdnost proizvedenega izdelka. Arzen povečuje tekočino bakra med litjem, kar olajša pridobivanje žice.

Obstaja tudi določen negativen učinek te prehodne kovine na proizvodnjo. Njena navzočnost v rudi pretvori proces v škodljivo proizvodnjo.

Med zanimivimi spojinami arzena je zanimiv trivalentni oksid. Trenutno se uporablja v steklovini. Soli z indikatorjem +5 so na voljo kot antiseptiki. Ta prehodni element je eden od najbolj zahtevnih v sodobni kemični proizvodnji, saj ima dvojne lastnosti, odvisno od procesnega okolja.