Степени на окисляване на арсен: химични свойства на арсена

Преди да разгледаме степента на окисляване на арсена, ние ще разкрием позицията му в периодичната таблица и характеристиките на структурата. Освен това нека да назовем основните физични и химични свойства на този химичен елемент.

Позиция в PS

Основните степени на окисляване на арсена, химичните свойства, приложението - всичко това може да се научи чрез разглеждането на местоположението на елемента в периодична система на Менделеев. Арсенът се намира в петата група, основната подгрупа, е член на семейството на азота. Той има относителна атомна маса 74,9216. Основните степени на окисляване на арсена се свързват точно с групата, в която се намира в СС. Този елемент има 33 серийни номера. Броят на енергийните нива съответства на броя на периода, в който е разположен елементът, той е равен на четири.

Помислете за разположението на електроните върху всяка атомна обвивка. На първото енергийно ниво има само два свързани електрони, втората обвивка е заета от осем частици: 2s и 6p. На третото ниво, освен тях, има десет d-електрона, т.е. само 18 частици. Външното енергийно ниво е 2s-електронен, както и три непапарни p-електрони. Това е броят на валентните електрони, които определят възможните степени на окисляване на арсена.

Страници с история

Арсеникът е приписван на петте "алхимични" елемента, известни от Средновековието. Интересно е фактът, че четирима от тях са в петата PS група. В онези дни никой не знае как да определи степента на окисляване на арсена, но неговите съединения се използват успешно за производство на лекарства, за създаване на бои.

След замяната на каменната епоха с бронзовата епоха, хората се научили да направят тази сплав със специални характеристики. Оказва се, че съдържа до 7 процента арсен и само 3 процента калай. Учените вярват, че при първото изпичане на бронз, вместо малахит, който е зелен, погрешно са взели зелените сулфиди на минералите от мед-арсеник.

Невероятното представяне на получената сплав го прави популярно сред древните майстори. Те специално търсят в природата минерали, съдържащи веществото.

Степените на окисляване на арсен в съединения от този тип са положителни, съответстващи на неговата по-висока валентност. За да се идентифицират сулфидите, съдържащи арсен, минералът се нагрява. Появата на специфичен мирис на чесън е потвърждение за наличието на арсен в съединението. Постепенно от топенето на арсен бронз отказал. Сред причините за прекратяването на производството, учените наричат ​​постоянното отравяне на майстори по време на работа.

Естествени минерали

Във формата на минерала, веществото, което обмисляме, е известно от древни времена. Например, степента на окисление на 3 арсен се явява в съединение, известно в древен Китай като "минен прах". Аристотел описва минералния сандарак, който е сулфид на арсена. Преведено от латинския език, името му звучи като "златна боя". Използва се в тези далечни времена като жълто оцветяване.

През единадесети век алхимиците се отличават по три различни начина. Степените на окисление на арсен в съединенията, представени от тези видове, съответстват на номера на групата. Бял арсеник го нарича хексавалентен оксид, жълт се нарича сулфид, а червеният - As4S4 (тетрасулфид тетрахияка).

Белият вариант е получен чрез сублимиране на примесите по време на печенето на медни руди, които включват арсен. Като кондензация от газовото състояние, арсеновият оксид се утаява като бяло отлагане. Той се използва от древни времена като средство за унищожаване на вредители.

През тринадесети век Алберт Велики получава газообразно вещество. Загрява жълтия арсеник със сапун. Веществото, получено в резултат на взаимодействието, не потвърждава "мистичната връзка" на седемте метала с планетите. Може би, точно поради разкритото противоречие между древните алхимици, арсеникът се смята за "нелегитимен" елемент. В тези отдалечени времена се разкрива способността му да дава мед в бял цвят, поради което е наречен "средство за избелване на Венера".

Като отделно вещество, този химичен елемент е идентифициран едва в средата на седемнадесети век. Германският фармацевт Йохан Шрьодер успя да го изолира чрез провеждане на химическо редуциране на въглеродните оксиди. След известно време Никола Лемири успя да извлече метала чрез загряване на поташ, сапун, арсенов оксид. През 18 век този метал е известен като необичаен "полуметал".

В края на XVIII век шведският химик К.В. Шеле получава арсенова киселина, в която се появява най-високата степен на окисление на арсен: +5. През деветнадесети век са идентифицирани органични вещества, съдържащи арсен.

Да бъдеш в природата

Най-високата и най-ниската степен на окисление на арсена се проявява в неговите естествени съединения. В земната кора, процентната концентрация на този елемент не надвишава 5 грама на тон. В много минерали се съдържа едновременно с никел, кобалт, мед, желязо.

Понастоящем са известни около двеста различни природни минерала, които включват разглеждания химически елемент. Като се има предвид, че те показват по-висока и по-ниска степен на окисление на арсена, те имат различно приложение. Например, в комбинация с антимон, арсеникът показва отрицателно състояние на окисление. Предвид факта, че този метал е с ниска електронеогенетичност, най-ниската степен на окисление на арсена е -3. Този показател е характерен за арсенидите, както и за минералния алмонит.

Повечето от съединенията с арсенови метали, отчитайки специфичния състав, са интерметални съединения, характеризиращи се с променливия състав на този химичен елемент.

Характеристики на арсенидите

Арсенидите се характеризират със съдържанието на няколко метала с подобна структура от кристални решетки. Тези минерали се характеризират с метален блясък, те са непрозрачни, имат лека твърдост.

Като примери за естествени арсениди могат да се имат предвид следните съединения:

• lellingite, подобно на пирит;
• никел, наричан никел-червен пирит;
• langisit;
• Орегон;
• sperrylite.

Това, разбира се, далеч не е от пълен списък на такива минерали - в момента има около двадесет и пет такива съединения. Сред най-често срещаните в природата, можем да споменем арсенопирит, наречен арсен пирит. Това е продукт, получен чрез заместване на серните атоми в пирита с арсен. Съединения от този вид, при които не се проявява най-високата степен на окисление на арсена, се наричат ​​сулфосалти.

Техните аналози разглеждат кобалтовия блясък, герсдорфита, енаргита, а също и пробути. Последният е важна сребърна руда, разположена в горния слой на скъпоценните вени. Съставът на сулфасалите може да включва благородни метали от платиновата група. Сред тях интерес представляват иразисите, както и орсатите. В техния състав съществуват редки метали, използвани като отлични катализатори в органичните и неорганичните синтези.

Максималната степен на окисляване на арсен се проявява в естествените му сулфиди. Например, в оранжево-жълтия диморфит, който е арсен сулфид (5). През 30-те години на миналия век са намерени естествени находища на auripigment, които включват тривалентен арсенов сулфид в южната част на Verkhoyansk Range. Размерът на откритите кристали достига 60 сантиметра дължина и теглото се оценява на 30 килограма.

Характеристики на арсенатите

Възможни степени на окисляване на арсен могат да бъдат разгледани в примера на солите. По този начин, съединения на арсенова киселина, наречени арсенати, показват максималната стойност за този метал: +5. Като пример за такива съединения даваме еритрин, който има яркорозов цвят. Тази сол се нарича кобалтов цвят, тя има формулата Co3 (AsO4) 2 * 8H₂О. Също така е възможно да се отбележи, че гаролитът на кафяво-червения нюанс във формата (Ce, La, Nd) ArO₄.

В центъра на Швеция са открити кариери от желязо-манган в Langbana, където са открити и характеризирани около петдесет различни арсенати. Тези съединения се образуват чрез взаимодействие на арсенова киселина с манганов хидроксид (2) при ниски температури.

Какъв арсеналт показва степента на окисляване на арсен? Характеристиките на тези соли потвърждават наличието на сяра в тях. Въпреки липсата на промишлени приложения, естетическият им вид позволява да бъдат използвани за създаване на минералогични колекции.

Интересна история е kupfernikel, който съответства на никеловия минерал. Средновековните немски миньори Никел нарекоха духа на планината и "фалшивата мед" се наричаше "купферникел". Майсторите разкриват външната прилика на медно-червените кристали на този минерал с медни руди. Те се използват при производството на стъкло, за да се получи зелен оттенък на получения продукт. Едва в средата на осемнадесети век минералгистът Аксел Кронстед успял да извлече никел от този минерал.

Особености на настаняване в природата

Арсенът се характеризира с висока инерция, така че може да се намери в родно състояние. Подобен метал в състава има от два до шестнадесет процента примеси, главно от сребро, желязо, кобалт, никел. В нашата страна, геолозите откриват местния арсен в района Amur, Transbaikalia.

Тя може да се открие в скалите, в минералите и в растенията, така че често се нарича често повтарящ се елемент.

Каква е максималната и минималната степен на окисляване на арсена? Най-високата стойност съответства на номера на групата, в която е разположен този елемент, и е +5. Това е типично за съединения, в които има редуциращи свойства. Повече подробности за свързването на този уникален метал ще бъдат разгледани по-късно.

На земното кълбо, арсеникът е изключително неравномерно разпределен. Причината е образуването на литосферата, както и десорбционните и сорбционните процеси, протичащи в седиментните скали и почви.

Благодарение на отличната разтворимост на този метал във вода, той лесно мигрира. Например, във влажен климат, той се измива от почвата, последван от движение заедно с подземните води и реките.

Физиологично действие

В значителни количества арсеникът се намира в минералните води. Съществуват определени стандарти за съдържанието на този метал. Ако допустимите стойности се надвишават, възниква сериозна заплаха от увреждане на човешкото тяло. В хода на химичните изследвания е установено, че арсеникът може да се съдържа в различни форми в естествена вода. Какви трябва да бъдат състоянията на окисляване на арсена? Свойствата на съединенията, открити във вода, потвърждават наличието на метала като разтвор на арсенова киселина.

Арсеникът в жива форма съдържа около 6 mg на 1 килограм. Част от водораслите може да натрупа горното вещество до такава степен, че да може да бъде опасно за човешкото тяло. Някои от видовете, които се срещат в азиатските страни, могат да се размножават в разтвор на чиста киселина. Те се използват като средство за контролиране на плъхове. В човешката мозъчна тъкан, както и в неговите мускули, има достатъчно количество от този метал. В допълнение, тя присъства в ноктите плочки, се натрупва в косата.

Физически характеристики

Въпреки че арсеникът изглежда като метал, той има неметални свойства. Например, тя не може да образува соли със сярна киселина, действаща като киселинно образуващ елемент. Арсенът може да съществува в различни алотропни модификации, напомнящи за фосфора. Най-стабилният е сивият арсеник, който, когато се нагрява, се подслажда като йод.

Според електрическата проводимост тази модификация е по-ниска от медта, но надвишава живака. Когато охлаждате изпарения от арсен, можете да получите меко прозрачно вещество с жълт оттенък, подобно на жълтия фосфор. В процеса на нагряване се превръща в друга алотропна модификация на този химичен елемент.

При депонирането на изпарения от арсен върху чаша може да се наблюдава появата на огледален филм.

Съединения на арсена

Степента на окисляване на арсен в по-високия оксид е +5, т.е. съответства на неговата по-висока валентност. Но при сублимирането на изпарения на даден метал във влажен въздух, черен филм от неговия арсенов анхидрид As2O₃. В тази форма основно има окис на този елемент. Този оксид показва амфотерни химични свойства.

В процеса на окисление се превръща в а висок оксид, където арсенът показва стойността на степента на окисление +5.

Чистият метал се окислява от разредена азотна киселина до орто-арсенова киселина Н.₃Асо₃, в която има валентност 3. При химичните си способности се счита, че е киселина със средна якост, подобна на борна киселина. Солите се считат за арсенити, които показват ярки свойства на възстановяване.

В хлорида металът има степен на окисление +3, действайки като типичен метален елемент. Соленовите арсениди, образувани по време на взаимодействието с активните метали, се подлагат на водна хидролиза. Например, арсин (AsH₃) е токсичен, безцветен газ, без мирис.

Органометални съединения

Арсенът е способен да образува различни органометални съединения. Например, в края на 18 век, когато се дестилира арсенов оксид (3) калиев ацетат, беше получена пушеща течност с неприятна миризма. Полученият продукт е наречен alarsin. В следващите изследвания е установено, че съдържа арсен.

В края на деветнадесети век са синтезирани ароматни аркини. Реакцията се провежда чрез излагане на смес от арсенов трихлорид и арил халид с метален натрий. Някои от тези продукти демонстрират антимикробни свойства. Към днешна дата се извършва синтез на десетки хиляди органохлорни съединения.

Приложение на арсен

Повече от половината от екстрахирания метал се използва под формата на различни съединения. В своята чиста форма практически не се използва. В малко количество се инжектира в сплавите на лагерите. Такива добавки имат положителен ефект върху твърдостта на крайния продукт, така че те са в търсенето при производството на електрически кабели и батерии.

Минималните дози арсен допринасят за повишената корозионна устойчивост, подобряват топлинните характеристики на месинга и медта. Ако този елемент не съдържа допълнителни примеси, той се нуждае от производство на полупроводникови устройства. За да ги създаде, арсеникът се слива с германий или силиций.

Освен това, при създаването на стомани е отлична добавка за легиране. Като ценна дюза, арсенът се нуждае и от цветна металургия. Дори при ниското му съдържание в сплавта е възможно да се подобри значително силата на произвеждания продукт. Арсенът увеличава течливостта на медта по време на леене, което улеснява получаването на жица.

Съществува и известен отрицателен ефект на този преходен метал върху производството. Неговото присъствие в рудата превръща процеса в вредно производство.

Сред интересните съединения на арсена е неговият тривалентен оксид. Понастоящем се използва в стъклария. Солите с индикатор +5 са търсени като антисептици. Този преходен елемент е едно от най-търсените в съвременното химическо производство, тъй като има двойни свойства в зависимост от средата на процеса.