מעלות של חמצון של ארסן: תכונות כימיות של ארסן

לפני שקול את מצב החמצוןארסן, נגלה את מיקומו בטבלה המחזורית ותכונות המבנה. בנוסף, הבה נקרא את התכונות הפיסיקליות והכימיות הבסיסיות של אלמנט כימי זה.

מיקום ב PS

מצבי החמצון העיקריים של ארסן, כימייםמאפיינים, יישום - כל זה ניתן ללמוד על ידי הסתכלות על המיקום של אלמנט במערכת תקופתית של מנדלייב. ארסן ממוקם בקבוצה החמישית, תת הקבוצה העיקרית, הוא חבר של משפחת חנקן. יש לה מסה אטומית יחסית של 74.9216. המידות העיקריות של חמצון של ארסן קשורים בדיוק לקבוצה שבה הוא ממוקם ב- SS. אלמנט זה יש 33 מספר סידורי. מספר רמות האנרגיה מתאים למספר של התקופה שבה נמצא האלמנט, הוא שווה לארבעה.

שקול את הסדר של אלקטרונים על כל אחדפגז אטומי. ברמת האנרגיה הראשונה יש רק שני אלקטרונים מצמידים, את הקליפה השנייה היא תפוסה על ידי שמונה חלקיקים: 2s ו 6p. ברמה השלישית, חוץ מהם, יש עשרה d- אלקטרונים, כלומר, רק 18 חלקיקים. רמת האנרגיה החיצונית היא אלקטרון של 2, כמו גם שלושה אלקטרונים p לא מזויפים. זהו מספר אלקטרונים valence הקובע את מעלות האפשריות של חמצון של ארסן.

דפי היסטוריה

זה ארסן לייחס את חמש "אלכימי"אלמנטים ידועים מימי הביניים. נקודה מעניינת היא העובדה כי ארבעה מהם נמצאים בקבוצה החמישית PS. באותם ימים אף אחד לא ידע איך לקבוע את מידת החמצון של ארסן, אבל תרכובות שלה שימשו בהצלחה לייצור תרופות, ליצור צבעים.

לאחר החלפת תקופת האבן בתקופת הברונזה, אנשיםלמדנו לייצר סגסוגת עם מאפיינים מיוחדים. מתברר כי היא כללה עד 7 אחוזים ארסן פח 3 אחוזים. מדענים מאמינים כי כאשר להתכה הראשונה של ברונזה במקום מלכיט, בעל צבע ירוק, בטעות לקח המינרלים הגופרתיים הירוקים ארסן-נחושת.

הביצועים המדהימים של סגסוגת וכתוצאה מכך עשה את זה פופולרי בקרב אדונים עתיקים. הם חיפשו במפורש בטבע מינרלים המכילים את החומר.

דרגות החמצון של ארסן בתרכובות כאלהסוג חיובי, מתאימות הערכיות הגבוהה שלה. כדי לזהות sulfides המכילים ארסן, מינרל מחומם. המראה של ריח שום מסוים הוא אישור על נוכחות של ארסן במתחם. בהדרגה מן ההתכת של ארד ארד סירב. בין הסיבות לסיום הייצור, מדענים קוראים הרעלת מתמיד של אדונים במהלך העבודה.

מינרלים טבעיים

בצורה של מינרל, החומר שאנחנו שוקליםהידוע מאז ימי קדם. לדוגמה, מצב החמצון של ארסן 3 מופיע במתחם הידוע בסין העתיקה כמו "אבק שלי". אריסטו תיאר את ה- sandarak המינרלי, שהוא גופרית ארסן. מתורגם מן הלטינית שפה, שמו נשמע כמו "צבע הזהב". השתמשו בו באותם ימים רחוקים כצבע צהוב.

במאה האחת-עשרה, אלכימאיםסוגים שונים של חומר זה. מעלות החמצון של ארסן בתרכובות המיוצגות על ידי מינים אלה מתאימות למספר הקבוצה. ארסן לבן קרא לזה תחמוצת hexavalent, צהוב נקרא גופרתי, ואדום - AS4S4 (tetrasulfide tetrashyyyaka).

הגרסה הלבנה הושגה על ידי סובלימציה של טומאה בתהליך של שריפת עפרות נחושת, אשר כלל ארסן. כמו עיבוי מן המדינה גז, תחמוצת ארסן משקע כמו הפקדה לבנה. זה כבר בשימוש מאז ימי קדם כאמצעי להשמדת מזיקים.

במאה השלוש-עשרה, אלברט הגדולחומר מתכתי מתקבל. הוא חימם את הארסן הצהוב בסבון. החומר שהתקבל כתוצאה מהאינטראקציה לא אישר את "הקשר המיסטי" של שבע המתכות עם כוכבי הלכת. אולי, דווקא בגלל הסתירה שנחשפה על ידי האלכימאים העתיקים, ארסן נחשב למרכיב "לא לגיטימי". זה היה באותם ימים רחוקים כי היכולת שלו לתת נחושת בצבע לבן, אשר בשל כך הוא נקרא אמצעי, "הלבנה ונוס", נחשף.

כחומר בודד, זההאלמנט הכימי זוהה רק באמצע המאה השבע עשרה. הרוקח הגרמני יוהן שרדר הצליח לבודד אותו על ידי ביצוע הפחתה כימית של תחמוצות פחם. לאחר זמן מה הצליח ניקולה למרי לחלץ את המתכת על ידי חימום אשלג, סבון, תחמוצת ארסן. במאה ה -18 מתכת זו הייתה ידועה בשם "semimetal" יוצא דופן.

בסוף המאה ה -18, הכימאי השוודי ק. Scheele השיג חומצת ארסן, שבה את הרמה הגבוהה ביותר של חמצון של ארסן מופיע: +5. במאה התשע עשרה זוהו חומרים אורגניים המכילים ארסן.

להיות בטבע

דרגה הגבוהה ביותר והנמוכה ביותר של חמצון של ארסןמתבטאים בתרכובות הטבעיות שלה. בקרום כדור הארץ, אחוז הריכוז של רכיב זה אינו עולה על 5 גרם לטון. במינרלים רבים הוא מכיל בו זמנית עם ניקל, קובלט, נחושת, ברזל.

כיום כמאתייםמינרלים טבעיים שונים, הכוללים את היסוד הכימי שאנו שוקלים. בהתחשב בכך שהם מראים רמה גבוהה יותר של חמצון של ארסן, יש להם יישום אחר. לדוגמה, בשילוב עם אנטימון, ארסן מציג מצב חמצון שלילי. בהתחשב בעובדה כי מתכת זו יש electronegativity נמוכה, את הרמה הנמוכה ביותר של חמצון של ארסן הוא -3. אינדיקטור זה מאפיין ארסנידים, כמו גם עבור almontite מינרליים.

רוב התרכובות עם מתכות ארסן, תוך התחשבות בהרכב הספציפי, הן תרכובות אינטרמטריות המאופיינות בהרכב המשתנה של אלמנט כימי זה.

מאפייני ארסנידים

ארסנידים מאופיינים על ידי תוכן של כמהמתכות שיש מבנה דומה של סריגים קריסטל. מינרלים אלה מאופיינים ברק מתכתי, הם אטומים, יש קשיות קלה.

כדוגמאות של ארסנידים טבעיים, ניתן לשקול את התרכובות הבאות:

• lellingite, בדומה pyrite;
• ניקל, המכונה pyrite אדום ניקל;
• langisite;
• אוראוניט;
• sperrylite.

זה, כמובן, אינו רשימה מלאהמינרלים דומים - כיום יש בערך עשרים וחמישה תרכובות כאלה. בין הנפוצות ביותר בטבע, אנו יכולים להזכיר arsenopyrite, המכונה pyrite ארסן. זהו מוצר המתקבל על ידי החלפת אטומי גופרית ב pyrite עם ארסן. תרכובות מסוג זה, שבו את הרמה הגבוהה ביותר של חמצון של ארסן אינו בא לידי ביטוי, נקרא sulfosalts.

האנלוגים שלהם לשקול ברק קובלט,gersdorfite, enargite, וגם פרוסטיטה. האחרון הוא עפרות כסף חשוב, הממוקם בשכבה העליונה של veins יקר. הרכב של sulfosalts יכול לכלול מתכות אצילות של פלטינה הקבוצה. ביניהם, האינטרס מיוצג על ידי unarsite, כמו גם. בהרכב שלהם, ישנם מתכות נדירות המשמשים זרזים מעולה בסינתזות אורגני ואורגני.

דרגה מקסימלית של חמצון של ארסןזה מוצג סולפידים הטבעי שלה. לדוגמה, dimorph-צהוב כתום המייצגים גופרתי ארסן (5). בשנות השלושים של המאה הקודמת, פיקדונות הטבעי של orpiment, לרבות סולפיד חברותה, ארסן trivalent, בדרום רכס ורחויאנסק נמצאו. גודלו של גבישים זוהה היה כ 60 ס"מ אורך, ואת משקל מוערך בכ 30 ק"ג.

מאפייני ארסנט

מעלות אפשריות של חמצון של ארסן יכול להיותלשקול את הדוגמה של מלחים. לכן, תרכובות חומצה ארסן, המכונה ארסנטות, להראות את הערך המרבי עבור מתכת זו: +5. כדוגמה של תרכובות כאלה, אנו נותנים erythrin, אשר יש צבע ורוד בהיר. מלח זה נקרא צבע קובלט, יש לו את הנוסחה CO3 (ASO4) 2 * 8H₂O. ניתן גם לציין את gasrolite של גוון חום-אדום בצורת (Ce, La, Nd) ARO₄.

במרכז שבדיה, Langbanaמחצבות ברזל-מנגן, שבהן נמצאו כ -50 ארסנטים שונים ואופיינו. תרכובות אלה נוצרו על ידי אינטראקציה של חומצה ארסנית עם hydroxide מנגן (2) בטמפרטורות נמוכות.

מה הם מצבי החמצון בארסנט?arsenic? המאפיין של מלחים אלה מאשר את נוכחותם של גופרית בהם. למרות העדר שימוש תעשייתי, המראה האסתטי שלהם מאפשר להם לשמש ליצירת אוספים מינרלוגיים.

סיפור מעניין הוא קופפרניקל, אשרמקביל לניקלין המינרלי. הכורים הגרמניים מימי הביניים קראו לניקל את הרוח הרעה, וה"נחושת המזויפת "נקראה" קופרניקל ". המאסטרים גילו את הדמיון החיצוני של גבישי נחושת אדומים של מינרל זה עם עפרות נחושת. משמש אותם זכוכית עושה כדי לתת את המוצר המתקבל גוון ירוק. רק באמצע המאה השמונה-עשרה הצליח המינרלוגי, אקסל קרונסטדט, לחלץ ניקל מן המינרל הזה.

תכונות של מיקום בטבע

ארסן מאופיין באינרטיביות גבוהה,ולכן, ניתן למצוא אותו במדינה מולדתו. מתכת דומה בהרכב יש בין שניים ל 16% של זיהומים, בעיקר הם יהיו כסף, ברזל, קובלט, ניקל. במדינה שלנו, גיאולוגים גילו ארסן יליד באזור Amur, Transbaikalia.

ניתן למצוא אותו בסלעים, במינרלים, ובצמחים, כך שהוא נקרא לעתים קרובות אלמנט בכל מקום על ידי ימין.

מהי התואר המקסימלי והמינימליחמצון ארסן? הערך הגבוה ביותר מתאים למספר הקבוצה שבה נמצא האלמנט, והוא +5. זה אופייני עבור compounds שבו הוא מציג הפחתת נכסים. בפירוט רב נשקול חיבורים של המתכת הייחודית הזו קצת מאוחר יותר.

ארסן מופץ בצורה לא אחידה ברחבי העולם. הסיבה לכך היא היווצרות של ליתוספירה, כמו גם את התהליכים ספיחה וספיחה המתרחשים סלעים משקעים וקרקעות.

בשל מסיסות מעולה של מתכת זו במים, זה נודד בקלות. לדוגמה, באקלים לח, הוא נשטף מתוך האדמה, ואחריו תנועה יחד עם מי תהום ונהרות.

פעולה פיזיולוגית

בכמויות משמעותיות, ארסן נכללמים מינרליים. ישנם סטנדרטים מסוימים עבור התוכן של מתכת זו. אם הערכים המותרים חורגים, קיים איום חמור של פגיעה בגוף האדם. במהלך מחקר כימי, נמצא כי ארסן ניתן להכיל בצורות שונות במים טבעיים. מה צריכה להיות מידת החמצון של ארסן? המאפיינים של תרכובות שנמצאו במים לאשר את נוכחותו של מתכת בצורה של פתרון חומצה ארסנונית.

ארסן בצורת חיים מכיל כ 6 מ"ג לכל 1קילוגרם. חלק אצות יכול לצבור כשלעצמו את החומר האמור עד כדי כך שזה יכול להיות מסוכן לגוף האדם. כמה מינים שלהם נמצא במדינות אסיה מסוגלים להכפיל בפתרון חומצה טהורה. הם משמשים כאמצעי להתמודדות עם חולדות. ברקמת המוח של אדם, כמו גם בשריריו, יש כמות מספקת של מתכת זו. בנוסף, הוא נמצא צלחות הציפורן, מצטבר בשיער.

מאפיינים פיזיים

למרות ארסן נראהמתכת, יש סימנים שאינם מתכת. לדוגמה, הוא אינו מסוגל ליצור מלחים עם חומצה גופרתית, מתנהג כמו יסוד חומצה להרכיב. ארסן יכול להתקיים שינויים allotropic שונים, הדומה זרחן. היציב ביותר הוא ארסן אפור, אשר כאשר מחומם סובלימציה דומה ליוד.

עבור מוליכות חשמלית, שינוי זהנחות לנחושת, אך עולה על כספית. כאשר קירור אדי ארסן, אתה יכול לקבל חומר שקוף רך של גוון צהוב, בדומה זרחן צהוב. בתהליך החימום, זה הופך שינוי אלוטרופי אחר של האלמנט הכימי.

כאשר מזרזים אדים ארסן על זכוכית, ניתן לצפות את המראה של סרט המראה.

תרכובות ארסן

מידת החמצון של ארסן ב תחמוצת גבוהההוא +5, כלומר, הוא תואם את הערכיות הגבוהה שלו. אבל במהלך סובלימציה של האדים של מתכת זו באוויר לח, סרט שחור של Anhydride ארסן שלה As2O נוצר.₃. זה בצורה זו, כי בעצם את תחמוצת של אלמנט זה קיים. תחמוצת זו מציגה תכונות כימיות amphoteric.

בתהליך של חמצון, זה הופך להיות תחמוצת גבוהה יותר, שבו ארסן מדגים את הערך של מצב החמצון +5.

מתכת טהורה מתחמצנת בחומצה חנקתית מדוללת לחומצה הידרוציאנית₃אסו₃שבו יש לו שוויון של 3. על פי היכולות הכימיות שלו, הוא נחשב חומצה של כוח מתון, בדומה חומצה בור. מלחים הם ארסניט, המציגים תכונות הפחתת בהירים.

ב כלוריד, המתכת יש מצב חמצון של +3,מתנהג כמו אלמנט מתכת טיפוסי. מלח כמו ארסנידים, אשר נוצרים על ידי אינטראקציה עם מתכות פעיל, עוברים הידרוליזה מימית. לדוגמה, arsine (ASH₃) הוא גז רעיל, חסר צבע, חסר ריח.

תרכובות אורגנו-מתכתיות

ארסן הוא מסוגל ליצור שוניםתרכובות אורגנואליות. לדוגמה, בסוף המאה ה -18, כאשר זיקוק עם תחמוצת ארסן (3) אשלגן אצטט, נוזל רותח עם ריח לא נעים התקבל. המוצר שהתקבל נקרא alarsine. במחקרים הבאים, נמצא כי ארסן קיים בהרכבו.

בסוף המאה התשע עשרה היו מסונתזיםארומטיים. התגובה בוצעה עם חשיפה לתערובת של טריכלוריד ארסן ואריד הלידה עם נתרן מתכתי. כמה מוצרים אלה הראו תכונות מיקרוביאלית. כיום, עשרות אלפי תרכובות אורגנו ארסן הם מסונתז.

שימוש בארסן

יותר ממחצית כל מתכת ממוקשהמשמשים בצורה של תרכובות שונות. בצורתה הטהורה, היא כמעט לא בשימוש. ב כמות קטנה של זה הוא הציג את סגסוגות נושאות. תוספים כאלה יש השפעה חיובית על קשיות של המוצר המוגמר, ולכן הם ביקוש בייצור של כבלים חשמליים וסוללות.

מינונים מינימליים של עלייה ארסןעמידות בפני קורוזיה, לשפר את הביצועים התרמיים של פליז ונחושת. אם רכיב זה אינו מכיל זיהומים נוספים, במקרה זה הוא ביקוש בייצור של מוליכים למחצה התקנים. כדי ליצור אותם, ארסן הוא התמזגו עם גרמניום או סיליקון.

בנוסף, זה סגסוגת מעולהתוסף בעת יצירת פלדה. כמו זרבובית יקר, ארסן נחוץ גם מתכות מטלורגיה. גם עם התוכן הנמוך שלה סגסוגת, ניתן להגדיל באופן משמעותי את כוחו של המוצר המיוצרים. ארסן מגביר את זרימת נחושת במהלך הליהוק, להקל על תהליך קבלת חוט.

יש אפקט שלילי מסוים של מתכת זו המעבר על הייצור. נוכחותה ב עפרות הופכת את התהליך לייצור מזיק.

בין תרכובות ארסן מגוונות של ענייןמייצג את תחמוצת trivalent שלה. הוא משמש כיום זכוכית התכה. מלחים עם אינדיקטור של +5 הם ביקוש כמו חיטוי. זה רכיב המעבר הוא אחד הפופולריים ביותר בייצור הכימי המודרני, כפי שהוא מציג תכונות כפולות בהתאם לסביבת התהליך.