МИШ’ЯК: ІСТОРІЯ, СТРУКТУРА, ВЛАСТИВОСТІ, ВИКОРИСТАННЯ - ХІМІЯ - 2025

Миш'як є напівметал або напівметал , що належить до групи 15 або VA Періодичної таблиці. Він представлений хімічним символом As, а його атомне число - 33. Його можна знайти в трьох алотропних формах: жовтому, чорному та сірому; остання є єдиною з промисловим значенням.

Сірий миш'як - це крихке, металеве на вигляд тверде тіло з крутим кристалічним кольором (зображення знизу). При втраті повітря він втрачає блиск, утворюючи оксид миш'яку (As ₂ O ₃ ), який при нагріванні виділяє часниковий запах. З іншого боку, його жовті та чорні алотропи відповідно молекулярні та аморфні.

Миш'як з металу Джерело: Зображення високої здатності хімічних елементів

Миш’як знаходиться в земній корі, пов'язаній з численними мінералами. У рідному стані виявляється лише незначна частка, однак пов’язана з сурмою та сріблом.

Серед найпоширеніших мінералів, в яких міститься миш’як, є такі: реагар (As ₄ S ₄ ), орпімент (As ₂ S ₃ ), леелініт (FeAs ₂ ) та енаргіт (Cu ₃ AsS ₄ ). Миш’як також отримують як побічний продукт плавильних металів, таких як свинець, мідь, кобальт та золото.

Миш’якові сполуки токсичні, особливо арсин (AsH ₃ ). Однак миш’як має численні промислові сфери застосування, включаючи легування свинцем, що використовується у виробництві автомобільних акумуляторів, та легування галієм із різним застосуванням в електроніці.

Історія його відкриття

Назва «миш’як» походить від латинського arsenicum та грецького arsenikon, посилаючись на жовтий орпімент, який був основною формою використання миш'яку алхіміками.

Миш’як, ще задовго до того, як його визнали хімічним елементом, був відомий і використовувався у вигляді його сполук. Наприклад, Арістотель в 4 столітті до н.е. писав про сандарахе, речовині, яке зараз вважається сульфіду миш'яку.

Пліній Старший і Педаній Дискориди, в І столітті нашої ери, описали орпімент, мінерал, що складається з As ₂ S ₃ . У 11 столітті було визнано три види миш'яку: білий (As ₄ O ₄ ), жовтий (As ₂ S ₃ ) і червоний (As ₄ S ₄ ).

Миш’як як чистий елемент вперше спостерігався Альбертом Магнусом (1250). Магнус нагрівав мило сульфіду мишці, відзначаючи появу речовини на рисунку, характерного для аналогічного сіруватому аллотропу. Однак перший автентичний звіт про його ізоляцію був опублікований в 1649 році Йоганом Шрьодером, німецьким фармацевтом.

Шредер готував миш'як, нагріваючи його оксид деревним вугіллям. Пізніше Ніколя Лемері вдалося його виготовити, нагріваючи суміш оксиду миш'яку, мила та поташу. У 18 столітті цей елемент був нарешті визнаний напівметалом.

Будова миш'яку

Миш’як ізоморфний сурмі; тобто вони структурно однакові, відрізняються лише розміром своїх атомів. Кожен атом миш'яку утворює три ковалентні зв’язки As-As таким чином, що вони беруть початок «зморшкуватого або крутого» шестикутника As ₆ одиниць , оскільки гібридизація атомів As є sp ³ .

Тоді підрозділи As ₆ з'єднуються, створюючи круті шарики миш'яку, які слабо взаємодіють один з одним. Внаслідок їх міжмолекулярних сил, залежних головним чином від їх атомних мас, ромбоедричні сірі кристали миш'яку надають твердому тілу крихку і крихку текстуру.

Можливо, через відштовхування вільної пари електронів миш'яку, одиниці As _6, утворені між паралельними шарами, не визначають ідеального, а спотвореного октаедра:

Кристалічна структура сірого миш'яку. Джерело: Габріель Болівар.

Зауважте, що чорні сфери малюють спотворену площину в просторі між двома крутими шарами. Так само в шарі внизу є синюваті сфери, які разом із чорною сферою складають одиницю As _6, згадану на початку розділу.

Будова виглядає впорядковано, ряди йдуть вгору і вниз, і тому вона кристалічна. Однак він може стати аморфним, сфери стиснуті різними способами. Коли сіруватий миш’як стає аморфним, він стає напівпровідником.

Жовтий миш’як

Жовтий миш’як, найбільш токсичний алотроп цього елемента, - суто молекулярне тверде речовина. Він складається з молекул As ₄ внаслідок слабких дисперсійних сил, які не заважають їм випаровуватися.

Чорний миш’як

Чорний миш’як аморфний; але не тим, яким може бути сіруватий алотроп. Його структура трохи схожа на щойно описану, з тією різницею, що її площини As ₆ мають більші площі та різні структури розладу.

Електронна конфігурація

3d ¹⁰ 4s ² 4p ³

У ньому заповнені всі орбіталі рівня 3. Він утворює зв’язки, використовуючи 4s і 4p орбіталі (як і 4d) за допомогою різних хімічних гібридизацій.

Властивості

Молекулярна маса

74,922 г / моль

Фізичний опис

Сірий миш’як - сірувата тверда речовина з металевим виглядом та крихкою консистенцією.

Колір

Три алотропні форми, жовта (альфа), чорна (бета) та сіра (гама).

Запах

Туалет

Смак

Без смаку

Точка плавлення

1,090 К при 35,8 атм (потрійна точка миш'яку).

При нормальному тиску він не має температури плавлення, оскільки сублімується до 887 К.

Щільність

-Високий миш’як: 5,73 г / см ³ .

-Желкий миш’як: 1,97 г / см ³ .

Розчинність у воді

Нерозчинний

Атомне радіо

139 вечора

Атомний об'єм

13,1 см ³ / моль

Ковалентний радіус

120 вечора

Питома теплота

0,328 Дж / гмоль при 20 ° С

Тепло випаровування

32,4 кДж / моль

Електронегативність

2.18 за шкалою Полінга

Енергія іонізації

Перша енергія іонізації 946,2 кДж / моль

Стани окислення

-3, +3, +5

Стабільність

Елементарний миш’як стійкий на сухому повітрі, але, потрапляючи у вологість повітря, він покривається бронзово-жовтим шаром, який може перетворитися на чорний шар оксиду миш'яку (As ₂ O ₃ ).

Розкладання

Коли миш’як нагрівається до розкладання, він виділяє білий дим А ₂ О ₃ . Процедура небезпечна тим, що також може бути виділений арсин, дуже отруйний газ.

Автоматичне запалювання

180 ºC

Твердість

3,5 за шкалою твердості Мооса.

Реактивність

Він не атакується холодною сірчаною кислотою або концентрованою соляною кислотою. Вступає в реакцію з гарячою азотною або сірчаною кислотами, утворюючи миш'якову та миш'якову кислоти.

Коли сірий миш’як випаровується нагріванням, а пари швидко охолоджуються, утворюється жовтий миш’як. Це повертається до сіруватої форми, коли піддається впливу ультрафіолету.

Програми

Сплави

Невелика кількість миш'яку, що додається до свинцю, твердіє його сплави, достатньо для використання їх у покритті кабелів та при виробництві автомобільних акумуляторів.

Додавання миш'яку до латуні, сплаву міді та цинку, підвищує його стійкість до корозії. З іншого боку, він виправляє або зменшує втрати цинку в латуні, що спричиняє збільшення терміну його корисного використання.

електроніка

Очищений миш’як використовується в напівпровідниковій технології, де його використовують спільно з галієм та германієм, а також у вигляді арсеніду галію (GaAs), який є другим найбільш широко використовуваним напівпровідником.

У GaA є прямий зазор, який може бути використаний у виробництві діодів, лазерів та світлодіодів. Крім арсеніду галію є і інші арсеніди, такі як арсенід індію та арсенід алюмінію, які також є III-V напівпровідниками.

Тим часом арсенід кадмію є напівпровідником типу II-IV. Арсин застосовували в напівпровідниковому легуванні.

Сільське господарство та збереження деревини

Більшість застосувань були зняті з-за високої токсичності та сполук. Як ₂ O ₃ використовували як пестицид, а As ₂ O ₅ є інгредієнтом гербіцидів та інсектицидів.

Арсеналова кислота (H ₃ AsO ₄ ) та солі, такі як арсенат кальцію та арсенат свинцю, використовуються для стерилізації ґрунтів та боротьби з шкідниками. Це створює ризик забруднення навколишнього середовища миш'яком.

Арсенат свинцю використовувався як інсектицид на фруктових деревах до першої половини 20 століття. Але через свою токсичність його замінив метиларсенат натрію, який з тієї ж причини припинили використовувати з 2013 року.

Лікарські

До 20 століття кілька його сполук використовувались як лікарські засоби. Наприклад, арсфенамін та неолсальварсан використовувались для лікування сифілісу та трипаносомозу.

У 2000 р. Було застосовано використання високотоксичної сполуки As ₂ O ₃ при лікуванні гострого промієлоцитарного лейкемії, стійкого до транс-ретиноєвої кислоти. Останнім часом радіоактивний ізотоп ⁷⁴ As використовувався для локалізації пухлини.

Ізотоп видає хороші зображення, чіткіші, ніж ті, що отримані при ¹²⁴ I, оскільки йод переноситься на щитовидку і видає шум в сигналі.

Інші види використання

Миш’як використовувався в минулому як кормова добавка у птахівництві та свинарстві.

Його використовують як каталізатор при виробництві окису етилену. Його також використовують у феєрверках та солярії. Оксид миш'яку використовується як знебарвлювач при виробництві скла.

Де це знаходиться?

Миш’як можна виявити в невеликій кількості в стихійному стані, з високим ступенем чистоти. Він присутній у численних сполуках, таких як: сульфіди, арсеніди та сульфоарсеніди.

Він також міститься в декількох мінералах, серед яких: арсенопірит (FeSAs), леелініт (FeAs ₂ ), енаргіт (Cu ₃ AsS ₄ ), орпімент (As ₂ S ₃ ) та реагар (As ₄ S ₄ ).

Як його отримують?

Арсенопірит нагрівається до 650-700ºC, за відсутності повітря. Миш’як випаровується, залишаючи сульфід заліза (FeS) як залишок. Під час цього процесу миш’як зв’язується з киснем, утворюючи As ₄ O ₆ , відомий як «білий миш’як».

Оскільки ₄ O ₆ модифікується, утворюючи As ₂ O ₃ , пари якого збираються і конденсуються в набір цегляних камер, миш'як очищається сублімацією.

Більша частина миш'яку утворюється при зниженні вуглецю утворився пилу As ₂ O ₃ .

Список літератури

1. Стівен Р. Марсден. (23 квітня 2019 р.). Хімія миш'яку. Хімія LibreTexts. Відновлено з: chem.libretexts.org
2. Гельменстін, Анна Марі, к.т.н. (03 грудня 2018 р.). Цікаві факти про миш'як. Відновлено з: thinkco.com
3. Вікіпедія. (2019). Миш’як. Відновлено з: en.wikipedia.org
4. Доктор Тісто Стюарт. (2019). Факти миш'яку. Хіміколь. Відновлено з: chemicool.com
5. Королівське хімічне товариство. (2019). Миш’як. Відновлено: rsc.or
6. Редактори Encyclopeedia Britannica. (03 травня 2019 р.). Миш’як. Encyclopædia Britannica. Відновлено: britannica.com