สารหนูคืออะไร? คุณลักษณะคุณสมบัติและการใช้งาน

สารหนู - สารเคมีกลุ่มธาตุไนโตรเจน (กลุ่มที่ 15 ของตารางธาตุ) นี้เป็นเงาโลหะสีเทาสารเปราะ (αสารหนู) กับผลึกตาข่าย rhombohedral เมื่อความร้อนถึง 600 องศาเซลเซียสในขณะที่ sublimates เมื่อระบายความร้อน, ไอ, การปรับเปลี่ยนใหม่ - สารหนูสีเหลือง เหนือ 270 ° C ทั้งหมดในขณะที่กำลังจะย้ายเข้าสารหนูสีดำ

ประวัติความเป็นมาของการค้นพบ

ความจริงที่ว่าสารหนูนี้เป็นที่รู้จักกันนานก่อนที่จะได้รับการยอมรับขององค์ประกอบทางเคมีของมัน ไอวีซี ก่อนคริสต์ศักราช อี อริสโตเติลพูดถึงสารที่เรียกว่า "sandarak" ซึ่งตอนนี้เชื่อว่าจะได้รับหรดาลหรือซัลไฟด์สารหนู และในคริสตศักราชศตวรรษที่ฉัน อี Pliniy Starshy และนักเขียน Pedany Dioscoride อธิบาย auripigment - ย้อมในฐานะที่เป็น ₂ S ₃ ในจิน n อี แตกต่างกันสามสายพันธุ์ "สารหนู" สีขาว ( ณ วันที่ ₄ O _6), สีเหลือง ( ณ วันที่ _{2 ที่ 3) และสีแดง} ( ณ วันที่ ₄ S ₄₎ รายการที่ตัวเองอาจจะถูกแยกออกครั้งแรกในศตวรรษที่สิบสาม, อัลเบิร์มหาราชที่ตั้งข้อสังเกตลักษณะของสารโลหะเช่นเมื่ออาร์ยังเป็นที่รู้จักในฐานะที่เป็น ₂ S ₃ ถูกความร้อนด้วยน้ำและสบู่ แต่ความเชื่อมั่นในความจริงที่ว่านักวิทยาศาสตร์ธรรมชาติสารหนูบริสุทธิ์ไม่มี หลักฐานจริงครั้งแรกของการจัดสรรบริสุทธิ์ องค์ประกอบทางเคมี คือวันที่ 1649 เยอรมันเภสัชกร Iogann Shreder เตรียมสารหนูร้อนในการปรากฏตัวของก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ ต่อมานิโคลัสเลเมรีแพทย์ฝรั่งเศสและนักเคมีสังเกตการก่อตัวขององค์ประกอบทางเคมีนี้ด้วยความร้อนที่มีส่วนผสมของออกไซด์และสบู่แร่โปแตช โดยจุดเริ่มต้นของศตวรรษที่สิบแปดสารหนูเป็นที่รู้จักกันอยู่แล้วเป็นกึ่งโลหะที่ไม่ซ้ำกัน

ความแพร่หลาย

เปลือกโลกและมีความเข้มข้นของสารหนูในระดับต่ำเป็น 1.5 ppm มันถูกพบในดินและแร่ธาตุและอาจได้รับไปในอากาศน้ำและดินเนื่องจากลมและน้ำกัดเซาะ นอกจากนี้องค์ประกอบเข้าสู่บรรยากาศจากแหล่งอื่น ๆ อันเป็นผลมาจากการระเบิดของภูเขาไฟในอากาศจะถูกปล่อยออกประมาณ 3,000. T สารหนูต่อปีจุลินทรีย์แบบ 20 พัน. T metilarsina ระเหยปีและเป็นผลจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลในช่วงเวลาเดียวกันมีการจัดสรร 80,000 ต.

แม้จะมีความจริงที่ว่าในฐานะที่เป็น - พิษร้ายแรงก็เป็นองค์ประกอบที่สำคัญของการใช้พลังงานของสัตว์และอาจจะเป็นมนุษย์แม้ว่าปริมาณที่จำเป็นไม่เกิน 0.01 มิลลิกรัม / วัน

สารหนูเป็นเรื่องยากมากที่จะแปลลงไปในน้ำที่ละลายหรือสารระเหยรัฐ ความจริงที่ว่ามันค่อนข้างมือถือหมายความว่าความเข้มข้นมากของสารในสถานที่ที่คนใดคนหนึ่งไม่สามารถปรากฏ ในมือข้างหนึ่งนี้เป็นสิ่งที่ดี แต่ที่อื่น ๆ - ความสะดวกกับที่มันจะกระจายเป็นเหตุผลที่ปนเปื้อนสารหนูจะกลายเป็นปัญหาใหญ่ เนื่องจากกิจกรรมของมนุษย์ส่วนใหญ่ผ่านการทำเหมืองแร่และละลายสารเคมีมักจะไม่สามารถเคลื่อนที่ได้อพยพองค์ประกอบและตอนนี้ก็สามารถพบได้ไม่เพียง แต่ในตำแหน่งของความเข้มข้นตามธรรมชาติของมัน

ปริมาณของสารหนูในเปลือกโลกจะอยู่ที่ประมาณ 5 กรัมต่อตัน ในพื้นที่ก็คาดเป็นความเข้มข้น 4 อะตอมต่อล้านอะตอมซิลิกอน องค์ประกอบนี้มีการกระจายอย่างกว้างขวาง จำนวนเงินที่มีขนาดเล็กอยู่ในรัฐพื้นเมือง โดยปกติแล้วการก่อตัวของความบริสุทธิ์สารหนู 90-98% เกิดขึ้นร่วมกันกับโลหะเช่นพลวงและสีเงิน มากที่สุดของมัน แต่เป็นส่วนหนึ่งของกว่า 150 แร่ธาตุที่แตกต่างกัน - ซัลไฟด์, arsenides, sulphoarsenides และ arsenite อาร์เซโนไพไรต์ FeAsS เป็นหนึ่งในแร่ธาตุที่พบมากที่สุดในฐานะที่เป็นแบริ่ง อื่น ๆ สารประกอบสารหนูที่พบบ่อย - เกลือแร่หรดาลในฐานะที่เป็น ₄ S ₄ auripigment ในฐานะที่เป็น ₂ S _3, Feas loellingite และ enargite ₂ Cu ₃ ASS ₄ นอกจากนี้ยังร่วมกันออกไซด์สารหนู ส่วนใหญ่ของวัสดุนี้เป็นผลพลอยได้จากการถลุงทองแดง, ตะกั่ว, โคบอลต์, และแร่ทอง

ในธรรมชาติมีเพียงหนึ่งไอโซโทปของสารหนู - ⁷⁵ ในฐานะที่เป็น ท่ามกลางไอโซโทปกัมมันตรังสีเทียมการปล่อยตัว ⁷⁶ เป็น C ครึ่งชีวิต 26.4 ชั่วโมง. สารหนู-72, -74 และ -76 ถูกนำมาใช้ในการตรวจวินิจฉัยทางการแพทย์

การผลิตภาคอุตสาหกรรมและการใช้งาน

อาร์เซโนไพไรต์โลหะสารหนูจัดทำขึ้นโดยความร้อน 650-700 องศาเซลเซียสโดยไม่ต้องเข้าถึงของอากาศ หากอาร์เซโนไพไรต์และแร่โลหะอื่น ๆ ร้อนกับออกซิเจนได้อย่างง่ายดายทำปฏิกิริยากับพวกเขาในรูปแบบผสมได้อย่างง่ายดาย sublimes ในฐานะที่เป็น ₄ O _{6 ยังเป็นที่รู้จักในฐานะ} "สารหนูสีขาว" ไอระเหยออกไซด์ถูกเก็บรวบรวมและควบแน่นและต่อมาอีกครั้งทำให้บริสุทธิ์โดยการระเหิด ส่วนใหญ่เป็นที่ผลิตโดยลดคาร์บอนของสารหนูสีขาวจึงได้

บริโภคทั่วโลกของสารหนูโลหะมีขนาดค่อนข้างเล็ก - เพียงไม่กี่ร้อยตันต่อปี มากในสิ่งที่มีการบริโภคมาจากสวีเดน มันถูกใช้ในโลหะเพราะคุณสมบัติของมันกึ่งโลหะ ประมาณ 1 ของสารหนู% ใช้ในการผลิตของการยิงนำในขณะที่มันช่วยเพิ่มความกลมของหยดหลอมเหลว คุณสมบัติของโลหะผสมแบริ่งอยู่บนพื้นฐานนำไปสู่การที่ดีขึ้นทั้งในลักษณะการระบายความร้อนและเครื่องจักรกลของเมื่อพวกเขามีประมาณ 3% ของสารหนู การปรากฏตัวของจำนวนเงินขนาดเล็กขององค์ประกอบทางเคมีนี้ในตะกั่วผสมอารมณ์พวกเขาสำหรับใช้ในแบตเตอรี่และสายเคเบิลเกราะ สิ่งสกปรกขนาดเล็กที่มีความต้านทานการกัดกร่อนเพิ่มขึ้นสารหนูและสมบัติทางความร้อนของทองแดงและทองเหลือง สารเคมีธาตุบริสุทธิ์ในฐานะที่เป็นสีบรอนซ์ถูกนำมาใช้สำหรับการใช้เคลือบและในการเล่นดอกไม้เพลิง สูงสารหนูพบการประยุกต์ใช้ในด้านเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ที่ที่มันถูกนำมาใช้กับซิลิคอนและเจอร์เมเนียมเช่นเดียวกับในรูปแบบของแกลเลียม arsenide (GaAs) ในไดโอดเลเซอร์และทรานซิสเตอร์

ในฐานะที่เป็นสารประกอบ

ตั้งแต่สารหนูจุคือ 3 และ 5 และมีออกซิเดชันฯ จากหลาย -3 ถึง 5 องค์ประกอบอาจหลากหลายชนิดของสารประกอบ ที่สำคัญที่สุดอย่างมีนัยสำคัญในเชิงพาณิชย์ ออกไซด์, พื้นฐาน รูปแบบของซึ่งเป็นขณะที่ ₄ O _{ที่ 6} และในฐานะที่เป็น ₂ O ₅ ออกไซด์ Arsenous ที่รู้จักกันทั่วไปว่าเป็นสารหนูสีขาว - พลอยคั่วแร่ทองแดงตะกั่วและโลหะอื่น ๆ เช่นเดียวกับแร่ซัลไฟด์และอาร์เซโนไพไรต์ เขาเป็นวัสดุที่เริ่มต้นสำหรับส่วนใหญ่ของสารประกอบอื่น ๆ นอกจากนี้ยังใช้ในการกำจัดศัตรูพืชที่ใช้ตัวแทน decolorizing ในการผลิตแก้วและสารกันบูดสำหรับหนัง สารหนู pentoxide จะเกิดขึ้นเมื่อสัมผัสกับสารต้านอนุมูลอิสระ (เช่นกรดไนตริก) ไปสารหนูสีขาว มันเป็นส่วนผสมหลักของยาฆ่าแมลงสารเคมีกำจัดวัชพืชและกาวสำหรับงานโลหะ

Arsine (ASH _{3) ก๊าซไม่มีสีที่เป็นพิษซึ่งประกอบด้วยไฮโดรเจนและสารหนู} - เป็นอีกหนึ่งสารที่รู้จักกัน สารที่เรียกว่าไฮโดรเจนสารหนูนี้จัดทำขึ้นโดยการย่อยสลายของ arsenides โลหะและการกู้คืนโลหะจากสารประกอบสารหนูในสารละลายกรด เขาได้พบการประยุกต์ใช้เป็นสิ่งเจือปนในเซมิคอนดักเตอร์และก๊าซพิษทหาร ในการเกษตรกรดสารหนูสำคัญมาก (H ₃ AsO _4), สารหนูตะกั่ว (PbHAsO ₄₎ และแคลเซียมสารหนู [Ca ₃ (AsO _{4) 2] ซึ่งจะใช้ในการฆ่าเชื้อในดินและศัตรูพืชควบคุม}

องค์ประกอบทางเคมีขึ้นรูปส่วนใหญ่ของสารประกอบอินทรีย์ - สารหนู Kakodin (CH _{3) 2} ในฐานะที่เป็น-As _{(CH3) 2} ตัวอย่างที่ใช้ในการจัดทำสารดูดความชื้นใช้กันอย่างแพร่หลาย (อบแห้งตัวแทน) - การ cacodylic พบกรด สารประกอบอินทรีย์ที่ซับซ้อนขององค์ประกอบที่ใช้ในการรักษาโรคบางอย่างเช่นโรคบิด Amoebic ที่เกิดจากเชื้อจุลินทรีย์

คุณสมบัติทางกายภาพ

สารหนูในแง่ของคุณสมบัติทางกายภาพของมันคืออะไร? ในรัฐมีเสถียรภาพมากที่สุดของมันก็เป็นเปราะเหล็กแข็งสีเทามีค่าการนำความร้อนและไฟฟ้าต่ำ แม้ว่าบางรูปแบบของในฐานะที่เป็นโลหะเช่นการมอบหมายงานของเขาที่จะอโลหะ - ลักษณะถูกต้องมากขึ้นของสารหนู มีชนิดอื่น ๆ ของสารหนูมี แต่พวกเขาจะไม่ได้รับการศึกษาอย่างดีรูปแบบ metastable สีเหลืองโดยเฉพาะอย่างยิ่งประกอบด้วยโมเลกุลในฐานะที่ _{4 เช่นฟอสฟอรัสขาว} P ₄ ระเหิดสารหนูที่อุณหภูมิ 613 องศาเซลเซียสและเป็นไอมันมีอยู่เป็นโมเลกุลในฐานะที่ _{4 ซึ่งไม่ได้แยกตัวออกที่อุณหภูมิประมาณ} 800 องศาเซลเซียส แยกออกจากกันที่สมบูรณ์ของโมเลกุลในฐานะที่ ₂ จะเกิดขึ้นที่ 1,700 องศาเซลเซียส

โครงสร้างอะตอมและความสามารถในการสร้างพันธะ

สูตรสารหนูอิเล็กทรอนิกส์ - 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ^{3 -} เช่นไนโตรเจนและฟอสฟอรัสที่มีห้าอิเล็กตรอนในเปลือกนอก แต่มันแตกต่างจากพวกเขาในการปรากฏตัวของ 18 อิเล็กตรอนในเปลือกสุดท้ายแทนของทั้งสองหรือ แปด นอกเหนือจาก 10 ค่าใช้จ่ายในเชิงบวกในหลักในช่วงห้ากรอก 3d orbitals-มักจะทำให้เกิดการลดลงทั่วไปของเมฆอิเล็กตรอนและการเพิ่มองค์ประกอบอิเล็ก สารหนูในตารางธาตุสามารถนำมาเปรียบเทียบกับกลุ่มอื่น ๆ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงรูปแบบนี้ ยกตัวอย่างเช่นมันเป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าสังกะสีเป็นขั้วลบมากกว่าแมกนีเซียมและแกลเลียม - กว่าอลูมิเนียม อย่างไรก็ตามในกลุ่มต่อไปนี้ความแตกต่างนี้จะลดลงและจำนวนมากไม่เห็นด้วยกับความจริงที่ว่าเยอรมนีอิเล็กของซิลิกอนแม้จะมีความอุดมสมบูรณ์ของหลักฐานทางเคมี การเปลี่ยนแปลงนี้จาก 8- เมมเบรน 18 มือถือจากฟอสฟอรัสสารหนูสามารถเพิ่มอิเล็ก แต่มันก็ยังคงเป็นที่ถกเถียงกัน

ความคล้ายคลึงกันในฐานะที่เป็นเปลือกนอกและ P แสดงให้เห็นว่าพวกเขาสามารถสร้างสาม พันธะโควาเลน ต่ออะตอมในการปรากฏตัวของคู่อิเล็กตรอนเพิ่มเติมได้ผูกไว้ ออกซิเดชันดังนั้นจึงต้อง 3 หรือ -3, ขึ้นอยู่กับอิเล็กญาติร่วมกัน โครงสร้างของสารหนูยังแสดงให้เห็นความเป็นไปได้ของการใช้ภายนอก D-orbitals สำหรับการขยายตัวของ octet ที่ช่วยให้องค์ประกอบในรูปแบบ 5 ความสัมพันธ์ มันเป็นเพียงการตระหนักในการทำปฏิกิริยากับฟลูออรีน การปรากฏตัวของคู่อิเล็กตรอนอิสระสำหรับการก่อตัวของสารที่ซับซ้อน (ผ่านการบริจาคอิเล็กตรอน) ในขณะที่อะตอมปรากฏเล็กกว่าฟอสฟอรัสและไนโตรเจน

สารหนูมีเสถียรภาพในอากาศแห้ง แต่ในที่ชื้นปกคลุมด้วยสีดำออกไซด์ ไอระเหยของมันจะถูกเผาไหม้ได้อย่างง่ายดายแบบในฐานะที่เป็น ₂ O ₃ สารหนูในรัฐอิสระคืออะไร? มันเป็นจริงไม่ได้สัมผัสกับน้ำด่างและกรดที่ไม่ใช่ออกซิไดซ์ แต่ถูกออกซิไดซ์ด้วยกรดไนตริกไปยังรัฐที่ 5 ตั้งแต่สารหนูตอบสนองฮาโลเจน, กำมะถันและโลหะหลาย arsenides รูปแบบ

การวิเคราะห์ทางเคมี

สารนี้สามารถตรวจพบสารหนูในเชิงคุณภาพเป็น orpiment เหลืองตกตะกอนภายใต้การกระทำของสารละลายกรดไฮโดรคลอริก 25% ในฐานะที่เป็นร่องรอยของมักจะถูกกำหนดโดยการแปลงเพื่อ Arsine ซึ่งสามารถตรวจพบได้โดยการทดสอบมีนาคม Arsine จะถูกย่อยสลายด้วยความร้อนในรูปแบบกระจกสีดำของสารหนูภายในหลอดแคบ โดยวิธีการที่ Gutzeit สอบสวนชุบด้วย ปรอทคลอไรด์ ภายใต้การกระทำของ Arsine มืดเนื่องจากการตกตะกอนของสารปรอท

ลักษณะทางพิษวิทยาสารหนู

ความเป็นพิษต่อเซลล์และสัญญาซื้อขายล่วงหน้าที่มีแตกต่างกันไปอย่างกว้างขวางในช่วงที่กว้างจากพิษ arsine มากและอนุพันธ์อินทรีย์เพียงแค่ในฐานะซึ่งค่อนข้างเฉื่อย นั่นคือสารหนูกล่าวว่าการใช้สารอินทรีย์ที่เป็นสารเคมีสงครามตัวแทน (Lewisite) และตัวแทนเยื่อเหนียวตุ่ม ( "ตัวแทนสีฟ้า" ขึ้นอยู่กับส่วนผสมของน้ำ 5% ของกรด cacodylic พบเกลือโซเดียม 26% ดังกล่าว)

โดยทั่วไปการซื้อขายสัญญาซื้อขายล่วงหน้าขององค์ประกอบทางเคมีนี้ระคายเคืองผิวและทำให้เกิดโรคผิวหนัง นอกจากนี้ยังแนะนำการป้องกันจากการสูดดมฝุ่นมีสารหนู แต่เป็นพิษมากที่สุดเกิดขึ้นเมื่อกิน ความเข้มข้นสูงสุดที่อนุญาตของในขณะที่ฝุ่นต่อวันแปดชั่วโมง 0.5 มก. / ม. ³ สำหรับปริมาณ Arsine จะลดลงไป 0.05 ส่วนในล้านส่วน นอกจากนี้การใช้สารประกอบของธาตุเคมีเป็นสารเคมีกำจัดวัชพืชและสารกำจัดศัตรูพืชที่ใช้สารหนูในเภสัชวิทยาผล salvarsan - ครั้งแรกที่ประสบความสำเร็จกับยาเสพติดโรคซิฟิลิส

ผลกระทบต่อสุขภาพ

สารหนูเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่เป็นพิษมากที่สุด สารอนินทรีของสารเคมีที่พบตามธรรมชาติในปริมาณที่น้อย ผู้ใช้อาจจะสัมผัสกับสารหนูผ่านทางอาหารน้ำและอากาศ ความเสี่ยงอาจเกิดขึ้นเมื่อสัมผัสของผิวดินหรือน้ำที่ปนเปื้อน

เนื้อหาสารหนูที่ค่อนข้างต่ำในอาหาร อย่างไรก็ตามระดับในปลาและหอยสามารถสูงมากเนื่องจากพวกเขาดูดซับธาตุที่ใช้งานทางเคมีของน้ำในการที่พวกเขาอาศัยอยู่ จำนวนเงินที่สำคัญของสารหนูอนินทรีในปลาอาจจะเป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์

ผลกระทบของสารที่ยังเป็นเรื่องที่คนที่ทำงานกับพวกเขาอาศัยอยู่ในบ้านที่สร้างขึ้นจากไม้ได้รับการรักษากับพวกเขาและบนที่ดินการเกษตรซึ่งในอดีตใช้สารกำจัดศัตรูพืช

สารหนูอนินทรีสามารถก่อให้เกิดผลกระทบต่อสุขภาพต่างๆเช่นการระคายเคืองของกระเพาะอาหารและลำไส้ลดลงการผลิตเซลล์เม็ดเลือดแดงและสีขาว, การเปลี่ยนแปลงของผิวหนังและการระคายเคืองต่อปอด มันจะสันนิษฐานว่าการดูดซึมของจำนวนเงินที่สำคัญของสารนี้สามารถเพิ่มโอกาสในการพัฒนาของโรคมะเร็งโดยเฉพาะอย่างยิ่งโรคมะเร็งผิวหนังปอดตับและระบบน้ำเหลือง

ความเข้มข้นที่สูงมากของสารหนูอนินทรีเป็นสาเหตุของภาวะมีบุตรยากและความล้มเหลวในเพศหญิง, โรคผิวหนัง, ลดความต้านทานต่อการติดเชื้อ, โรคหัวใจและความเสียหายของสมอง นอกจากนี้องค์ประกอบของสารเคมีนี้คือความสามารถในการสร้างความเสียหายดีเอ็นเอ

ยาพิษสารหนูสีขาวเป็น 100 มิลลิกรัม

สารประกอบอินทรีย์ขององค์ประกอบหรือโรคมะเร็งหรือความเสียหายของรหัสพันธุกรรมไม่ก่อให้เกิด แต่ปริมาณสูงสามารถทำให้เกิดอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์เช่นการที่จะทำให้เกิดความผิดปกติของประสาทหรือปวดในช่องท้อง

ในฐานะที่เป็นคุณสมบัติ

เคมีพื้นฐานและคุณสมบัติทางกายภาพของสารหนูต่อไปนี้:

• เลขอะตอม - 33
• น้ำหนักอะตอม - 74.9216
• จุดหลอมเหลวราสีเทา - 814 ° C ที่ความดันบรรยากาศ 36
• ความหนาแน่นของราสีเทา - 5.73 กรัม / ซม. ³ วันที่ 14 องศาเซลเซียส
• ความหนาแน่นของรูปแบบสีเหลือง - 2.03 กรัม / ซม. ³ ที่ 18 องศาเซลเซียส
• สูตรสารหนูอิเล็กทรอนิกส์ - 1s 2s ^{2 2 2} 2p ⁶ 3s 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p _³
• สถานะออกซิเดชัน - -3, 3, 5
• ความจุของสารหนู - 3, 5