Stupeň oxidace arsenu: arsen chemické vlastnosti

Před zvážením stupně oxidace arsenu odhalíme jeho pozici v periodické tabulce a vlastnostech struktury. Kromě toho pojmenujte základní fyzikální a chemické vlastnosti tohoto chemického prvku.

Poloha v PS

Hlavní stupně oxidace arzénu, chemické vlastnosti, aplikace - to vše lze naučit tím, že se podíváme na umístění prvku v periodickém systému Mendeleeva. Arzen se nachází v páté skupině, hlavní podskupině, je členem dusíkové rodiny. Má relativní atomovou hmotnost 74,9216. Hlavní stupně oxidace arsenu souvisí právě se skupinou, ve které se nachází v SS. Tento prvek má 33 sériové číslo. Počet energetických úrovní odpovídá číslu období, ve kterém je prvek umístěn, je rovno čtyřem.

Zvažte uspořádání elektronů na každé atomové plášti. Na první úrovni energie jsou jen dva párové elektrony, druhá skořápka je obsazena osmi částicemi: 2s a 6p. Na třetí úrovni se kromě nich nachází deset elektronů, tedy jen 18 částic. Externí energetická hladina je 2s-elektron, stejně jako tři nepárový p-elektrony. Je to počet valenčních elektronů, které určují možné stupně oxidace arsenu.

Stránky historie

Je to arzén připisovaný pěti "alchymickým" prvkům, známým ze středověku. Zajímavostí je skutečnost, že čtyři z nich jsou v páté PS skupině. V těchto dnech nikdo nevěděl, jak určit stupeň oxidace arzénu, ale jeho sloučeniny byly úspěšně použity k výrobě léků, vytvářet barvy.

Po výměně doby kamenné doby bronzové se lidé naučili dělat tuto slitinu se zvláštními vlastnostmi. Ukazuje se, že obsahuje až 7 procent arzénu a pouze 3 procenta cínu. Vědci věří, že první tavení bronzu namísto malachitu, které je zelené, mylně vzalo zelené sulfidy minerálů mědi a arsenu.

Úžasný výkon výsledné slitiny jej činil populární u starých mistrů. Zvláště hledali v přírodě minerály obsahující tuto látku.

Stupeň oxidace arsenu ve sloučeninách tohoto typu je pozitivní, což odpovídá jeho vyšší míře valence. K identifikaci sulfidů obsahujících arsen se minerál zahřeje. Vzhled specifického čenichového pachu je potvrzením přítomnosti arsenu ve sloučenině. Postupně z tavení bronzového arzénu odmítl. Mezi důvody ukončení výroby vědci nazývají konstantní otravu mistrů během práce.

Přírodní minerály

Ve formě minerálu je látka, o které uvažujeme, známá již od starověku. Stupeň oxidace 3 arzénu se například vyskytuje ve sloučenině známé ve staré Číně jako "důlní prach". Aristotle popsal minerální sandarak, který je sulfidem arsenu. Převeden z latinského jazyka, jeho název zní jako "zlatá barva". Používá se v těchto vzdálených časech jako žluté barvivo.

V jedenáctém století rozlišovali alchymisté tři různé druhy této látky. Stupně oxidace arsenu ve sloučeninách reprezentovaných těmito druhy odpovídají číslu skupiny. Bílý arsen se nazývá šestimocný oxid, žlutý se nazývá sulfid a červený - As4S4 (tetrasulfid tetrashyyyaka).

Bílá varianta byla získána sublimací nečistot během pražení měděných rud, které obsahovaly arsen. Jako kondenzace z plynného stavu se oxid arsenu vysráží jako bílé usazeniny. To bylo používáno od starověku jako prostředek k ničení škůdců.

V třináctém století obdržel Albert Veliký plynnou látku. Zahalil žlutý arzenik mýdlem. Látka získaná v důsledku interakce nepotvrdila "mystické spojení" sedmi kovů s planetami. Možná právě proto, že odhalený protiklad starých alchymistů byl arzenik považován za "nelegitimní" prvek. V těchto časných dobách byla odhalena jeho schopnost dát měď bílou barvu, což ho přimělo být nazýváno prostředkem "bělení Venuše".

Jako samostatná látka byl tento chemický prvek identifikován až v polovině sedmnáctého století. Německý lékárník Johann Schröder se mu podařilo izolovat chemickou redukcí oxidů uhlí. Po nějaké době se Nichola Lemery podařilo extrahovat kov zahřátím potaše, mýdlem, oxidem arsenu. V 18. století byl tento kov znám jako neobvyklý "semimetal".

Na konci 18. století získal švédský chemik KV Scheele kyselinu arzenovou, ve které se projevuje nejvyšší stupeň oxidace arsenu: +5. V devatenáctém století byly zjištěny organické látky, které obsahují arsen.

Bytí v přírodě

Nejvyšší a nejnižší stupeň oxidace arsenu se projevuje ve svých přírodních sloučeninách. V zemské kůře procentní koncentrace tohoto prvku nepřesahuje 5 gramů na tunu. V mnoha minerálech je obsažen současně s niklem, kobaltem, mědí, železem.

V současné době je známo asi dvě stě různých přírodních minerálů, včetně chemického prvku, který je zvažován. Vzhledem k tomu, že vykazují nejvyšší a nejnižší stupeň oxidace arsenu, mají jinou aplikaci. Například v kombinaci s antimoniem vykazuje arsen negativní oxidační stav. Vzhledem k tomu, že tento kov má nízkou elektroegativitu, je nejnižší stupeň oxidace arsenu -3. Tento ukazatel je charakteristický pro arsenidy, stejně jako pro minerální almontit.

Většina sloučenin s arzenovými kovy, s přihlédnutím ke specifickému složení, jsou intermetalické sloučeniny charakterizované variabilním složením tohoto chemického prvku.

Charakteristika arsenidů

Arzenidy jsou charakterizovány obsahem několika kovů majících podobnou strukturu krystalových mřížek. Tyto minerály se vyznačují kovovým leskem, jsou neprůhledné, mají mírnou tvrdost.

Jako příklady přírodních arsenidů je možno uvažovat o následujících sloučeninách:

• Lellingit, podobný pyrite;
• Nikl, označovaný jako niklový červený pyrit;
• Langisite;
• Oreonit;
• Sperrylite.

To samozřejmě není úplný seznam takových minerálů - v současné době existuje zhruba pětadvacet těchto sloučenin. Mezi nejběžnější přírody patří arsenopyrit, nazývaný pyrite arsenu. Je to produkt získaný nahrazením atomů síry v pyrite za použití arsenu. Sloučeniny tohoto druhu, u kterých se nejvyšší stupeň oxidace arzenu nezjavuje, se nazývají sulfosalty.

Jejich analogy považují kobaltový lesk, gersdorffit, enargit a také proužít. Druhá je významná stříbrná ruda, která se nachází v horní vrstvě drahých žil. Složení sulfosalts může zahrnovat vzácné kovy platinové skupiny. Mezi nimi je zájem irarsitu, stejně jako orsit. Obsahují vzácné kovy, které se používají jako vynikající katalyzátory v organických a anorganických syntézách.

Maximální stupeň oxidace arsenu se projevuje v jeho přirozených sulfidech. Například v oranžově žlutém dimorfitu, kterým je sulfid arzenu (5). V třicátých letech minulého století byly objeveny přírodní nálezy auripigmentu, které obsahovaly sulfid arsenu v jeho složení, na jihu Verkhoyanského okruhu. Velikost detekovaných krystalů dosáhla délky 60 centimetrů a hmotnost byla odhadnuta na 30 kilogramů.

Charakteristika arzenátů

Možné stupně oxidace arsenu lze uvažovat příkladem solí. Sloučeniny kyseliny arsenové, nazvané arzenáty, tedy vykazují maximální hodnotu pro tento kov: +5. Jako příklad takových sloučenin dáme erythrin, který má jasně růžovou barvu. Tato sůl se nazývá barva kobaltu, má vzorec Co3 (AsO4) 2 * 8H ₂ O. Rovněž lze poznamenat, že hnědočervený odstín má tvar (Ce, La, Nd) ArO4.

V centru Švédska byly objeveny železné a manganové lomy Langbana, kde bylo nalezeno a charakterizováno asi padesát různých arzenátů. Tyto sloučeniny byly tvořeny interakcí kyseliny arsenové s hydroxidem manganičitým (2) při nízkých teplotách.

Které arzenáty vykazují oxidační stavy arzénu? Vlastnosti těchto solí potvrzují přítomnost síry v nich. Navzdory absenci průmyslových aplikací jim jejich estetický vzhled dovoluje, aby byly použity k vytváření mineralogických sbírek.

Zajímavý příběh je kupfernikel, který odpovídá minerálu z niklu. Středověcí němečtí horníci Nickel nazvali duchovního ducha a "falešná měď" se nazývala "kupfernickel". Mistři odhalili vnější podobnost měděně červených krystalů tohoto minerálu s měděnými rudami. Byly použity při výrobě skla, aby výsledný produkt získal zelenou barvu. Teprve v polovině osmnáctého století úspěšně mineralogista Axel Kronstedt izoloval z tohoto minerálu nikl.

Zvláštnosti ubytování v přírodě

Arzén je charakterizován vysokou setrvačností, takže se nachází v přirozeném stavu. Podobný kov v kompozici má dva až šestnáct procent nečistot, hlavně stříbro, železo, kobalt, nikl. V naší zemi geologové objevili rodný arzén v oblasti Amur, Transbaikalia.

Může se nalézt ve skalách, v minerálech a v rostlinách, a tak se často správně nazývá všudypřítomným prvkem.

Jaký je maximální a minimální stupeň oxidace arzenu? Nejvyšší hodnota odpovídá číslu skupiny, ve které je tento prvek umístěn, a je +5. To je typické pro sloučeniny, u kterých vykazuje redukční vlastnosti. Více podrobností o spojení tohoto jedinečného kovu bude zváženo později.

Arzén je extrémně nerovnoměrně rozložen po celém světě. Důvodem je tvorba litosféry, stejně jako desorpce a sorpční procesy vyskytující se v sedimentárních horninách a půdách.

Díky vynikající rozpustnosti tohoto kovu ve vodě snadno migruje. Například ve vlhkém podnebí je vyprázdněn z půdy, následovaný pohybem podzemních vod a řek.

Fyziologické působení

Ve významných množstvích je arsen nalezen v minerálních vodách. Existují určité normy pro obsah tohoto kovu. Pokud jsou přípustné hodnoty překročeny, vzniká vážná hrozba poškození lidského těla. V průběhu chemického výzkumu bylo zjištěno, že arzen může být v přírodní vodě obsažen v různých formách. Jaké by měly být oxidační stavy arzénu? Vlastnosti sloučenin nalezených ve vodě potvrzují přítomnost kovu jako roztoku kyseliny arseniové.

Arzen v živé formě obsahuje asi 6 mg na 1 kilogram. Část mořských řas může shromáždit výše uvedenou látku do takové míry, že může být pro lidské tělo nebezpečné. Některé z jejich druhů nalezené v asijských zemích se mohou množit v čistě kyselém roztoku. Používají se jako prostředek k potlačení potkanů. V mozkové tkáni člověka, stejně jako ve svalech, je dostatečné množství tohoto kovu. Navíc je přítomna v nehtových deskách, hromadí se ve vlasech.

Fyzikální charakteristika

Přes skutečnost, že arzén vypadá jako kov, má nekovové vlastnosti. Například, není schopen tvořit soli s kyselinou sírovou, působící jako prvek tvořící kyselinu. Arzen může existovat v různých alotropických modifikacích, připomínajících fosfor. Nejstabilnější je šedý arzen, který při zahřátí sublimuje jako jód.

Podle elektrické vodivosti je tato modifikace nižší než měď, ale přesahuje rtuť. Při ochlazování výparů arzenu získáte měkkou transparentní látku žlutého odstínu podobného žlutému fosforu. Během procesu ohřevu se změní na jinou alotropickou modifikaci tohoto chemického prvku.

Při ukládání výparů arzenu na sklo lze pozorovat vzhled zrcadlového filmu.

Sloučeniny arsenu

Stupeň oxidace arsenu ve vyšším oxidu je +5, to znamená, že odpovídá jeho vyšší valence. Avšak při sublimaci páry daného kovu ve vlhkém vzduchu se vytvoří černý film jeho anhydridu arzeničitého As2O3. V této podobě existuje oxid tohoto prvku v principu. Tento oxid vykazuje amfoterní chemické vlastnosti.

Při oxidačním procesu se změní na vyšší oxid, kde arzén demonstruje hodnotu stupně oxidace +5.

Čistý kov se oxiduje zředěnou kyselinou dusičnou na kyselinu orto-arzenovou H ₃ AsO ₃ , ve které má valenci 3. Ve svém chemickém potenciálu se považuje za kyselinu střední sílu podobnou kyselině borité. Soli jsou považovány za arzenity, které vykazují jasné redukční vlastnosti.

V chloridu má kovový oxidační stav +3, který působí jako typický kovový prvek. Arzenidy podobné soli, které se tvoří během interakce s aktivními kovy, se podrobí vodné hydrolýze. Například arsin (AsH ₃ ) je toxický, bezbarvý plyn, bez zápachu.

Organokovové sloučeniny

Arzen je schopen tvořit různé organokovové sloučeniny. Například na konci 18. století se destilací s oxidem arzenitým (3) octanu draselného získává kouřová tekutina s nepříjemným zápachem. Získaný produkt se nazýval alarsin. V dalších studiích bylo zjištěno, že obsahuje arsen.

V pozdním devatenáctém století byly syntetizovány aromatické arsiny. Reakce byla provedena vystavením směsi chloridu arsenitého a arylhalogenidu s kovovým sodíkem. Některé z těchto produktů vykazují antimikrobiální vlastnosti. Dosud se provádí syntéza desítek tisíc organických sloučenin chloru.

Aplikace arsenu

Více než polovina všech extrahovaných kovů se používá ve formě různých sloučenin. Ve své čisté podobě se prakticky nepoužívá. V malém množství se zavádí do nosných slitin. Takové přísady mají pozitivní vliv na tvrdost hotového výrobku, takže jsou požadovány při výrobě elektrických kabelů a baterií.

Minimální dávky arsenu přispívají ke zvýšení odolnosti proti korozi, zlepšují tepelnou účinnost mosazi a mědi. Pokud tento prvek neobsahuje další nečistoty, je v poptávce při výrobě polovodičových zařízení. Pro jejich vytvoření je arzén spojen s germaniem nebo křemíkem.

Kromě toho je vynikající legovací přísada pro výrobu ocelí. Jako cenná tryska je také potřebný arzén v metalurgii neželezných kovů. I při nízkém obsahu slitiny je možné výrazně zlepšit pevnost vyráběného produktu. Arzen zvyšuje tekutost mědi během odlévání, usnadňuje proces získávání drátu.

Existuje také určitý negativní dopad tohoto přechodného kovu na výrobu. Jeho přítomnost v rudě přeměňuje proces na škodlivou výrobu.

Mezi různými sloučeninami arsenu zájmu je jeho oxid trojmocný. On je v současné době používá ve sklářském průmyslu. Soli s poptávkou indikace 5 jako dezinfekcí. Tento přechodový prvek, je jedním z nejvíce populární v moderním chemickém průmyslu, protože vykazuje dvojí vlastnosti v závislosti na průtoku procesního média.