Stopnja oksidacije arzena: arzenove kemijske lastnosti

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, kemijskih lastnosti, uporabe - vse to se lahko naučimo s pogledom na lokacijo elementa v periodičnem sistemu Mendelejeva. Arzen se nahaja v peti skupini, glavna podskupina pa je član dušika. 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 samo dva seznanjena elektronika, druga lupina pa osem delcev: 2s in 6p. Na tretji ravni se poleg njih nahajajo tudi d-elektroni, to je samo 18 delcev. Zunanja raven energije je 2s-elektron, pa tudi trije nepošteni p-elektroni. To je število valenčnih elektronov, ki določajo možne stopnje oksidacije arzena.

Strani zgodovine

To je arzen, pripisan petim "alkemičnim" elementom, znanim iz srednjega veka. Zanimiva točka je dejstvo, da so štirje med njimi v peti skupini PS. V tistih dneh 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 po bronasti dobi so se ljudje naučili, da to zlitino naredijo s posebnimi značilnostmi. Izkazalo se je, da je vsebovalo do 7 odstotkov arzena in le 3 odstotke kositra. Znanstveniki verjamejo, da je prvo taljenje bronastega namesto malahita, ki je zeleno, napačno sprejelo zelene sulfide bakrovih arzenih mineralov.

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

V obliki mineralov je snov, ki jo razmišljamo, znana že od antičnih časov. Na primer, stopnja oksidacije 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 sem ga v teh oddaljenih časih kot rumeno barvilo.

V enajstem stoletju so alchemisti razlikovali tri različne vrste te snovi. 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 se arzenov oksid ustaljuje kot belo olje. Od antičnih časov se uporablja kot sredstvo za uničevanje škodljivcev.

V trinajstem stoletju je Albert Veliki dobil plinasto snov. Žgani arzen je segreval z milom. Snov, pridobljena kot posledica interakcije, ni potrdila "mistične povezave" sedmih kovin z planetami. Morda je bil ravno zaradi odkritega protislovja s strani starih alkimistov arzenik štel za "nezakonit" element. V zgodnjih časih je bila razkrita njegova sposobnost dajanja bakra bele barve, zaradi česar je bil imenovan za sredstvo za "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. Čez nekaj časa je Nichola Lemery uspelo izločiti kovine 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 dobil arzenovo kislino, v kateri se kaže 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 spojinah. V Zemljini 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 okoli 200 različnih naravnih mineralov, vključno s kemičnim elementom, ki ga obravnavamo. Glede na to, da kažejo najvišjo in najnižjo stopnjo oksidacije arzena, imajo drugačno vlogo. Na primer, v kombinaciji s antimonom arzenom kaže negativno stanje oksidacije. Glede na to, 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 s podobno strukturo kristalnih rešetk. Za te minerale so značilni kovinski sijaj, neprozorni in imajo rahlo trdoto.

Kot primere naravnih arzenidov je mogoče upoštevati naslednje spojine:

• Lellingit, podoben piritu;
• Nikelj, imenovan nikelj rdeči pirit;
• Langisite;
• Oreonit;
• Sperilit.

To seveda ni popoln seznam takšnih mineralov - v tem trenutku obstaja približno petindvajset takih spojin. Med najpogostejšimi v naravi je mogoče omeniti arsenopirit, imenovan arzen pirit. Je produkt, pridobljen z zamenjavo atomov žvepla v piritu z arzenom. Te 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 plemenite kovine iz platinske skupine. Med njimi je zanimanje irarsita, pa tudi orsit. Vsebujejo redke 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 v svoji sestavi vsebovali sulfid arzena, na jugu Verkhoyanskega območja. Velikost zaznanih kristalov je bila dolga 60 centimetrov, teža pa je bila ocenjena na 30 kilogramov.

Karakteristike arzenov

Primeri soli so možni možni nivoji 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. Ta sol se imenuje kobaltna barva, ima formulo Co3 (AsO4) 2 * 8H ₂ O. Prav tako je mogoče opozoriti, da je rjavo rdeča odtenek v obliki (Ce, La, Nd) ArO ₄ .

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.

Kateri arzeni kažejo oksidacijsko stanje arzena? Značilnosti teh soli potrjuje prisotnost žvepla v njih. Kljub odsotnosti industrijskih aplikacij, jih estetski videz omogoča, da se uporabljajo za izdelavo mineraloških zbirk.

Zanimiva zgodba je kupfernikel, ki ustreza mineralu niklja. Srednjeveški nemški rudarji Nikelj je imenoval gorski zloben duh in "ponarejen baker" se je imenoval "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 uspel izolirati nikelj iz tega minerala.

Posebnosti nastanitve v naravi

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

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

Arzen je zelo neenakomerno razporejen po vsem svetu. Razlog je v nastanku litosfere, pa tudi v procesih 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, sledi gibanje skupaj z podzemno vodo in rekami.

Fiziološko delovanje

V pomembnih količinah arzeni najdemo v mineralnih vodah. Obstajajo določeni standardi za vsebino tega kovine. Če so dovoljene vrednosti presežene, se pojavi resna nevarnost poškodb človeškega telesa. Med kemijskimi raziskavami 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 kot sredstvo za nadzor podgan. V možganskem tkivu osebe, pa tudi v mišicah, je dovolj kovin. Poleg tega je prisotna v nohtih plošče, nabira v laseh.

Fizikalne lastnosti

Kljub dejstvu, 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 hlapov arzena lahko dobite mehko prosojno snov rumenega odtenka, podobnega rumenemu fosforju. Med procesom 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 se tvori črna folija anhidrida arzenovega anhidrida As2O3. V tej obliki je, da oksid tega elementa obstaja v glavnem. Ta oksid kaže amfoterne kemične lastnosti.

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

Čista kovina se oksidira z razredčeno dušikovo kislino v orto-arzenovo kislino H ₃ AsO ₃ , v kateri ima valenco 3. V kemijskem potencialu velja, da je kislina s srednje močjo, podobno kot borna kislina. Soli so arseniti, ki kažejo svetle lastnosti zmanjševanja.

V kloridu ima kovina oksidacijsko stanje +3, ki deluje kot tipičen kovinski element. Solni podobni arzenidi, ki nastanejo med interakcijo z aktivnimi kovinami, so izpostavljeni vodni hidrolizi. Arsin (AsH ₃ ) je na primer strupen brezbarven plin brez vonja.

Organokovinske spojine

Arzen lahko tvori različne organokovinske spojine. Na primer, ob koncu 18. stoletja z destilacijo z arzenovim oksidom (3) kalijevega acetata dobimo tekočino 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 sedaj se izvaja sinteza več deset tisoč organoklornih spojin.

Uporaba arzena

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

Minimalni odmerki arzena prispevajo k povečani odpornosti proti koroziji, 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, je arzen kondenziran z germanijem ali silicijom.

Poleg tega je odličen legirni dodatek za izdelavo jekla. Arsen je kot dragocena šoba potreben tudi pri barvni metalurgiji. Tudi pri nizki vsebnosti zlitine je mogoče bistveno izboljšati trdnost izdelka, ki se proizvaja. Arzen zviša tekočino bakra med litjem, olajša postopek pridobivanja žice.

Obstaja tudi določen negativen vpliv te prehodne kovine na proizvodnjo. Njena prisotnost v rudi preoblikuje proces v škodljivo proizvodnjo.

Med različnimi arzenovih spojin interesa je njegova trivalentni oksid. On se trenutno uporablja v steklarski industriji. Soli z navedbo povpraševanja 5 kot antiseptiki. Ta prehod element je eden izmed najbolj priljubljenih v moderni kemični industriji, saj eksponatov dvojni lastnosti glede na procesni tok medija.