L'arsenico è un elemento chimico del gruppo dell'azoto (gruppo 15 della tavola periodica). Questa è una sostanza fragile (α-arsenico) grigia con una lucentezza metallica con un reticolo cristallino romboedrico. Quando riscaldato a 600°C, sublima. Quando il vapore si è raffreddato, appare una nuova modifica: arsenico giallo. Al di sopra dei 270°C, tutte le forme As si trasformano in arsenico nero.
Cronologia delle scoperte
L'arsenico era conosciuto molto prima che fosse riconosciuto come elemento chimico. Nel IV sec. AVANTI CRISTO e. Aristotele menzionò una sostanza chiamata sandarak, che ora si crede sia realgar, o solfuro di arsenico. E nel I secolo d. C. e. gli scrittori Plinio il Vecchio e Pedanius Dioscoride descrissero l'orpimento - il colorante As2S3. Nell'XI sec. n. e. si distinguevano tre varietà di "arsenico": bianco (As4O6), giallo (As2 S 3) e rosso (As4S4). L'elemento stesso fu probabilmente isolato per la prima volta nel XIII secolo da Alberto Magno, che notò l'aspetto di una sostanza simile al metallo quando arsenicum, un altro nome As2S3 , è stato riscaldato con sapone. Ma non c'è certezza che questo scienziato naturale abbia ricevuto arsenico puro. La prima prova autentica dell'isolamento di un elemento chimico purodatato 1649. Il farmacista tedesco Johann Schroeder preparò l'arsenico riscaldando il suo ossido in presenza di carbone. Più tardi, Nicolas Lemery, medico e chimico francese, osservò la formazione di questo elemento chimico riscaldando una miscela di ossido, sapone e potassio. All'inizio del 18° secolo, l'arsenico era già conosciuto come un semimetallo unico.
Prevalenza
Nella crosta terrestre, la concentrazione di arsenico è bassa e ammonta a 1,5 ppm. Si trova nel suolo e nei minerali e può essere rilasciato nell'aria, nell'acqua e nel suolo attraverso l'erosione del vento e dell'acqua. Inoltre, l'elemento entra nell'atmosfera da altre fonti. A causa delle eruzioni vulcaniche, vengono rilasciate nell'aria circa 3mila tonnellate di arsenico all'anno, i microrganismi formano 20mila tonnellate di metilarsina volatile all'anno e, a causa della combustione di combustibili fossili, nello stesso periodo vengono rilasciate 80mila tonnellate.
Nonostante il fatto che As sia un veleno mortale, è una parte importante della dieta di alcuni animali e forse degli esseri umani, sebbene la dose richiesta non superi 0,01 mg/die.
L'arsenico è estremamente difficile da convertire in uno stato solubile in acqua o volatile. Il fatto che sia abbastanza mobile significa che non possono comparire grandi concentrazioni della sostanza in un punto qualsiasi. Da un lato, questo è positivo, ma dall' altro, la facilità con cui si diffonde è il motivo per cui l'inquinamento da arsenico sta diventando un problema crescente. A causa delle attività umane, principalmente attraverso l'estrazione e la fusione, un elemento chimico normalmente immobile migra, e ora può essere trovato non solo in luoghila sua concentrazione naturale.
La quantità di arsenico nella crosta terrestre è di circa 5 g per tonnellata. Nello spazio, la sua concentrazione è stimata in 4 atomi per milione di atomi di silicio. Questo elemento è diffuso. Una piccola quantità è presente nello stato nativo. Di norma, si trovano formazioni di arsenico con una purezza del 90-98% insieme a metalli come l'antimonio e l'argento. La maggior parte di esso, tuttavia, è inclusa nella composizione di oltre 150 diversi minerali: solfuri, arseniuri, sulfoarsenidi e arseniti. Arsenopyrite FeAsS è uno dei minerali portatori di As più comuni. Altri composti comuni dell'arsenico sono minerali di realgar As4S4, orpimento As2S 3, lellingite FeAs2 e enargite Cu3AsS4. Anche l'ossido di arsenico è comune. La maggior parte di questa sostanza è un sottoprodotto della fusione di rame, piombo, cob alto e minerali d'oro.
In natura, esiste un solo isotopo stabile dell'arsenico - 75As. Tra gli isotopi radioattivi artificiali, spicca 76As con un'emivita di 26,4 ore Arsenico-72, -74 e -76 sono usati nella diagnostica medica.
Produzione e applicazioni industriali
L'arsenico metallico si ottiene riscaldando l'arsenopirite a 650-700 °C senza aria. Se l'arsenopirite e altri minerali metallici vengono riscaldati con l'ossigeno, As entra facilmente in combinazione con esso, formando As4O6 facilmente sublimato, noto anche come come "biancoarsenico". Il vapore di ossido viene raccolto e condensato e successivamente purificato mediante risublimazione. Most As è prodotto dalla riduzione del carbonio dall'arsenico bianco così ottenuto.
Il consumo mondiale di arsenico metallico è relativamente basso - solo poche centinaia di tonnellate all'anno. La maggior parte di ciò che viene consumato proviene dalla Svezia. È usato in metallurgia per le sue proprietà metalloidi. Circa l'1% di arsenico viene utilizzato nella produzione di pallini di piombo, poiché migliora la rotondità della goccia fusa. Le proprietà delle leghe per cuscinetti a base di piombo migliorano sia termicamente che meccanicamente quando contengono circa il 3% di arsenico. La presenza di una piccola quantità di questo elemento chimico nelle leghe di piombo le indurisce per l'uso in batterie e armature di cavi. Piccole impurità di arsenico aumentano la resistenza alla corrosione e le proprietà termiche del rame e dell'ottone. Nella sua forma pura, l'elementale chimico As viene utilizzato per la bronzatura e nella pirotecnica. L'arsenico altamente purificato trova impiego nella tecnologia dei semiconduttori, dove viene utilizzato con silicio e germanio, e sotto forma di arseniuro di gallio (GaAs) in diodi, laser e transistor.
Connessioni As
Poiché la valenza dell'arsenico è 3 e 5 e ha un numero di stati di ossidazione da -3 a +5, l'elemento può formare vari tipi di composti. I più importanti commercialmente sono i suoi ossidi, le cui forme principali sono As4O6 eAs2O5. L'ossido di arsenico, comunemente noto come arsenico bianco, è un sottoprodotto della tostatura di minerali di rame, piombo e alcuni altri metalli, nonché di minerali di arsenopirite e solfuro. È il materiale di partenza per la maggior parte degli altri composti. Inoltre, viene utilizzato nei pesticidi, come agente sbiancante nella produzione del vetro e come conservante per le pelli. Il pentossido di arsenico è formato dall'azione di un agente ossidante (ad es. acido nitrico) sull'arsenico bianco. È l'ingrediente principale di insetticidi, erbicidi e adesivi per metalli.
Arsine (AsH3), un gas velenoso incolore composto da arsenico e idrogeno, è un' altra sostanza nota. La sostanza, detta anche idrogeno arsenico, è ottenuta dall'idrolisi di arseniuri metallici e dalla riduzione di metalli dai composti di arsenico in soluzioni acide. Ha trovato impiego come drogante nei semiconduttori e come gas velenoso militare. In agricoltura, acido arsenico (H3AsO4), arseniato di piombo (PbHAsO44 4 ) e arseniato di calcio [Ca3(AsO4)2
], che vengono utilizzati per sterilizzare il suolo e il controllo dei parassiti.
L'arsenico è un elemento chimico che forma molti composti organici. HowOne (CH3)2As−As(CH3)2 , ad esempio, viene utilizzato nella preparazione di un essiccante (essiccante) ampiamente utilizzato - acido cacodilico. I composti organici complessi dell'elemento sono usati nel trattamento di alcune malattie, ad esempio la dissenteria amebica,causato da microrganismi.
Proprietà fisiche
Cos'è l'arsenico in termini di proprietà fisiche? Nel suo stato più stabile, è un solido grigio acciaio fragile con bassa conduttività termica ed elettrica. Sebbene alcune forme di As siano simili al metallo, classificarlo come non metallico è una caratterizzazione più accurata dell'arsenico. Esistono altri tipi di arsenico, ma non sono ben studiati, in particolare la forma metastabile gialla, costituita da molecole As4, simili al fosforo bianco P4. L'arsenico sublima a 613 °C ed esiste come vapore sotto forma di molecole As4 che non si dissociano fino a circa 800 °C. La completa dissociazione nelle molecole As2 avviene a 1700 °C.
La struttura dell'atomo e la capacità di formare legami
La formula elettronica dell'arsenico è 1s22s22p63s23p63d104s24p 3 - assomiglia ad azoto e fosforo in quanto ha cinque elettroni nel guscio esterno, ma differisce da loro per avere 18 elettroni nel penultimo guscio invece di due o otto. L'aggiunta di 10 cariche positive nel nucleo durante il riempimento di cinque orbitali 3d provoca spesso una diminuzione complessiva della nuvola di elettroni e un aumento dell'elettronegatività degli elementi. L'arsenico nella tavola periodica può essere confrontato con altri gruppi che dimostrano chiaramente questo schema. Ad esempio, è generalmente accettato che lo sia lo zincopiù elettronegativo del magnesio e gallio dell'alluminio. Tuttavia, nei gruppi successivi, questa differenza si restringe e molti non sono d'accordo sul fatto che il germanio sia più elettronegativo del silicio, nonostante l'abbondanza di prove chimiche. Una transizione simile dal guscio da 8 a 18 elementi dal fosforo all'arsenico può aumentare l'elettronegatività, ma questo rimane controverso.
La somiglianza del guscio esterno di As e P suggerisce che possono formare 3 legami covalenti per atomo in presenza di un'ulteriore coppia di elettroni non legati. Lo stato di ossidazione deve quindi essere +3 o -3, a seconda della relativa elettronegatività reciproca. La struttura dell'arsenico parla anche della possibilità di utilizzare l'orbitale d esterno per espandere l'ottetto, il che consente all'elemento di formare 5 legami. Si realizza solo per reazione con il fluoro. La presenza di una coppia di elettroni liberi per la formazione di composti complessi (attraverso la donazione di elettroni) nell'atomo di As è molto meno pronunciata che nel fosforo e nell'azoto.
L'arsenico è stabile nell'aria secca, ma nell'aria umida si ricopre di ossido nero. Il suo vapore brucia facilmente, formando As2O3. Cos'è l'arsenico libero? È praticamente insensibile all'acqua, agli alcali e agli acidi non ossidanti, ma viene ossidato dall'acido nitrico allo stato di +5. Alogeni, zolfo reagiscono con l'arsenico e molti metalli formano arseniuri.
Chimica analitica
La sostanza arsenico può essere qualitativamente rilevata come un orpimento giallo che precipita sotto l'influenza del 25%soluzione di acido cloridrico. Le tracce di As vengono generalmente determinate convertendolo in arsina, che può essere rilevata utilizzando il test di Marsh. L'arsina si decompone termicamente, formando uno specchio di arsenico nero all'interno di un tubo stretto. Secondo il metodo Gutzeit, una sonda impregnata di cloruro di mercurio, sotto l'influenza dell'arsina, si scurisce a causa del rilascio di mercurio.
Caratteristiche tossicologiche dell'arsenico
La tossicità dell'elemento e dei suoi derivati varia ampiamente su un ampio intervallo, dall'arsina estremamente velenosa e dai suoi derivati organici al semplice As, che è relativamente inerte. L'uso dei suoi composti organici come agenti di guerra chimica (lewisite), vescicante e defoliante (Agente Blu a base di una miscela acquosa di acido cacodilico al 5% e 26% di sale sodico) ci dice cos'è l'arsenico.
In generale, i derivati di questo elemento chimico irritano la pelle e provocano dermatiti. Si raccomanda anche una protezione per inalazione contro la polvere contenente arsenico, ma la maggior parte dell'avvelenamento si verifica quando viene ingerita. La concentrazione massima consentita di As nella polvere per una giornata lavorativa di otto ore è 0,5 mg/m3. Per l'arsina, la dose è ridotta a 0,05 ppm. Oltre all'uso dei composti di questo elemento chimico come erbicidi e pesticidi, l'uso dell'arsenico in farmacologia ha permesso di ottenere il salvarsan, il primo farmaco di successo contro la sifilide.
Effetti sulla salute
L'arsenico è uno degli elementi più tossici. Composti inorganici di una determinata sostanza chimicaLe sostanze si trovano naturalmente in piccole quantità. Gli esseri umani possono essere esposti all'arsenico attraverso cibo, acqua e aria. L'esposizione può verificarsi anche attraverso il contatto della pelle con il suolo o l'acqua contaminati.
Il contenuto di arsenico negli alimenti è piuttosto basso. Tuttavia, i livelli di pesce e frutti di mare possono essere molto elevati poiché assorbono la sostanza chimica dall'acqua in cui vivono. Quantità significative di arsenico inorganico nei pesci possono rappresentare un rischio per la salute umana.
Le persone che lavorano con la sostanza, vivono in case costruite con legno trattato con essa e su terreni agricoli dove sono stati usati pesticidi in passato sono anche esposte alla sostanza.
L'arsenico inorganico può causare vari effetti sulla salute negli esseri umani, come irritazione allo stomaco e all'intestino, ridotta produzione di globuli rossi e bianchi, alterazioni della pelle e irritazione ai polmoni. Si ritiene che l'ingestione di quantità significative di questa sostanza possa aumentare le possibilità di sviluppare il cancro, in particolare tumori della pelle, dei polmoni, del fegato e del sistema linfatico.
Concentrazioni molto elevate di arsenico inorganico causano infertilità e aborto spontaneo nelle donne, dermatiti, ridotta resistenza alle infezioni, problemi cardiaci e danni cerebrali. Inoltre, questo elemento chimico può danneggiare il DNA.
La dose letale di arsenico bianco è di 100 mg.
I composti organici dell'elemento non provocano il cancro o danni al codice genetico, ma dosi elevate possonocausare danni alla salute umana, come disturbi nervosi o dolore addominale.
Proprietà As
Le principali proprietà chimiche e fisiche dell'arsenico sono le seguenti:
- Numero atomico - 33.
- Il peso atomico è 74,9216.
- Il punto di fusione della muffa grigia è 814 °C a una pressione di 36 atmosfere.
- Grigio Densità 5,73 g/cm3 a 14°C.
- Densità stampo giallo 2,03 g/cm3 a 18°C.
- La formula elettronica dell'arsenico è 1s22s22p63s23p63d104s24p 3 .
- Stati di ossidazione – -3, +3, +5.
- La valenza dell'arsenico è 3, 5.
