الزرنيخ هو عنصر كيميائي من مجموعة النيتروجين (المجموعة 15 من الجدول الدوري). هذه مادة هشة (زرنيخ ألفا) رمادية مع لمعان معدني مع شبكة بلورية متجانسة السطوح. عند تسخينه إلى 600 درجة مئوية ، يتصاعد. عندما يتم تبريد البخار ، يظهر تعديل جديد - الزرنيخ الأصفر. فوق 270 درجة مئوية ، جميع الأشكال تتحول إلى زرنيخ أسود.
تاريخ الاكتشاف
كان الزرنيخ معروفًا قبل فترة طويلة من التعرف عليه كعنصر كيميائي. في القرن الرابع. قبل الميلاد ه. ذكر أرسطو مادة تسمى سانداراك ، والتي يعتقد الآن أنها ريالغار ، أو كبريتيد الزرنيخ. وفي القرن الأول بعد الميلاد. ه. وصف الكاتبان بليني الأكبر وبيدانيوس ديوسكوريدس orpiment - الصبغة على أنها2S3. في القرن الحادي عشر. ن. ه. تم تمييز ثلاثة أنواع من "الزرنيخ": أبيض (مثل4O6) ، أصفر (مثل2 S3) والأحمر (مثل4S4). ربما تم عزل العنصر نفسه لأول مرة في القرن الثالث عشر بواسطة ألبرت العظيم ، الذي لاحظ ظهور مادة شبيهة بالمعادن عند الزرنيخ ، وهو اسم آخر باسم2S3تم تسخينها بالصابون. لكن ليس هناك ما يقين من أن هذا العالم الطبيعي قد تلقى الزرنيخ النقي. أول دليل حقيقي على عزل عنصر كيميائي نقيبتاريخ 1649. قام الصيدلاني الألماني يوهان شرودر بتحضير الزرنيخ عن طريق تسخين أكسيده في وجود الفحم. لاحقًا ، لاحظ الطبيب والكيميائي الفرنسي نيكولاس ليميري تكوين هذا العنصر الكيميائي عن طريق تسخين خليط من أكسيده وصابونه وبوتاسه. بحلول بداية القرن الثامن عشر ، كان الزرنيخ معروفًا بالفعل بأنه شبه معدن فريد.
انتشار
في قشرة الأرض ، يكون تركيز الزرنيخ منخفضًا ويصل إلى 1.5 جزء في المليون. يحدث في التربة والمعادن ويمكن أن يطلق في الهواء والماء والتربة من خلال تآكل الرياح والمياه. بالإضافة إلى ذلك ، يدخل العنصر إلى الغلاف الجوي من مصادر أخرى. نتيجة للانفجارات البركانية ، يتم إطلاق حوالي 3 آلاف طن من الزرنيخ في الهواء سنويًا ، وتشكل الكائنات الحية الدقيقة 20 ألف طن من الميثيلارسين المتطاير سنويًا ، ونتيجة لاحتراق الوقود الأحفوري ، يتم إطلاق 80 ألف طن خلال نفس الفترة
على الرغم من كونه سمًا مميتًا ، إلا أنه جزء مهم من النظام الغذائي لبعض الحيوانات وربما البشر ، على الرغم من أن الجرعة المطلوبة لا تتجاوز 0.01 مجم / يوم.
من الصعب للغاية تحويل الزرنيخ إلى حالة قابلة للذوبان في الماء أو متطايرة. حقيقة أنه متحرك تمامًا يعني أنه لا يمكن أن تظهر تركيزات كبيرة من المادة في أي مكان. من ناحية ، يعد هذا أمرًا جيدًا ، ولكن من ناحية أخرى ، فإن سهولة انتشاره هي السبب في أن تلوث الزرنيخ أصبح مشكلة متزايدة. بسبب الأنشطة البشرية ، بشكل رئيسي من خلال التعدين والصهر ، يهاجر عنصر كيميائي غير متحرك بشكل طبيعي ، والآن يمكن العثور عليه ليس فقط في الأماكنتركيزه الطبيعي
كمية الزرنيخ في القشرة الأرضية حوالي 5 جرام لكل طن. في الفضاء ، يقدر تركيزه بـ 4 ذرات لكل مليون ذرة سيليكون. هذا العنصر واسع الانتشار. كمية صغيرة موجودة في الحالة الأصلية. كقاعدة عامة ، توجد تكوينات الزرنيخ بنقاوة 90-98٪ مع معادن مثل الأنتيمون والفضة. ومع ذلك ، يتم تضمين معظمها في تكوين أكثر من 150 نوعًا من المعادن المختلفة - الكبريتيدات والزرنيخيدات والسلفوارسينيدات والزرنيخ. Arsenopyrite FeAsS هي واحدة من المعادن الأكثر شيوعًا التي تحتوي على حمض الهيدروكلوريك. مركبات الزرنيخ الشائعة الأخرى هي معادن الريجار كما4S4 ،orpiment As2S 3 ،lellingite FeAs2و enargite Cu3AsS4. أكسيد الزرنيخ شائع أيضًا. معظم هذه المادة منتج ثانوي لصهر خامات النحاس والرصاص والكوبالت والذهب.
في الطبيعة ، لا يوجد سوى نظير واحد مستقر للزرنيخ -75As. من بين النظائر المشعة الاصطناعية ، يبرز76كما هو الحال مع نصف عمر 26.4 ساعة.يتم استخدام الزرنيخ 72 و -74 و -76 في التشخيص الطبي.
الإنتاج الصناعي والتطبيق
يتم الحصول على الزرنيخ المعدني عن طريق تسخين الزرنيخ إلى 650-700 درجة مئوية بدون هواء. إذا تم تسخين أرسينوبيريت وخامات معدنية أخرى بالأكسجين ، فعندئذٍ يدخل بسهولة في تركيبة معه ، مما يؤدي إلى التسامي بسهولة مثل4O6، المعروف أيضًا مثل "الأبيضالزرنيخ ". يتم جمع بخار الأكسيد وتكثيفه ، ثم يتم تنقيته لاحقًا عن طريق إعادة التسامي. يتم الحصول على معظم As عن طريق تقليل الكربون من الزرنيخ الأبيض.
الاستهلاك العالمي من الزرنيخ المعدني ضئيل نسبيًا - فقط بضع مئات من الأطنان سنويًا. يأتي معظم ما يتم استهلاكه من السويد. يتم استخدامه في علم المعادن بسبب خصائصه المعدنية. يستخدم حوالي 1٪ من الزرنيخ في إنتاج طلقة الرصاص ، حيث يحسن استدارة القطرة المنصهرة. تتحسن خصائص السبائك التي تحتوي على الرصاص من الناحية الحرارية والميكانيكية عندما تحتوي على حوالي 3٪ من الزرنيخ. وجود كمية صغيرة من هذا العنصر الكيميائي في سبائك الرصاص يقويها لاستخدامها في البطاريات ودروع الكابلات. الشوائب الصغيرة من الزرنيخ تزيد من مقاومة التآكل والخصائص الحرارية للنحاس والنحاس الأصفر. في شكله النقي ، يستخدم العنصر الكيميائي As لطلاء البرونز وفي الألعاب النارية. يستخدم الزرنيخ عالي النقاء في تكنولوجيا أشباه الموصلات ، حيث يستخدم مع السيليكون والجرمانيوم ، وفي شكل زرنيخيد الغاليوم (GaAs) في الثنائيات والليزر والترانزستورات.
اتصالات باسم
بما أن تكافؤ الزرنيخ هو 3 و 5 ، وله عدد من حالات الأكسدة من -3 إلى +5 ، يمكن أن يشكل العنصر أنواعًا مختلفة من المركبات. الأهم من الناحية التجارية هي أكاسيدها ، وأشكالها الرئيسية هي كما يلي4O6وكـ2O5. أكسيد الزرنيخ ، المعروف باسم الزرنيخ الأبيض ، هو منتج ثانوي لخامات تحميص النحاس والرصاص وبعض المعادن الأخرى ، بالإضافة إلى خامات الزرنيخ والكبريتيد. إنها مادة البداية لمعظم المركبات الأخرى. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدامه في مبيدات الآفات ، كعامل تبييض في إنتاج الزجاج ، وكمادة حافظة للجلود. يتكون خامس أكسيد الزرنيخ بفعل عامل مؤكسد (مثل حمض النيتريك) على الزرنيخ الأبيض. إنه المكون الرئيسي في المبيدات الحشرية ومبيدات الأعشاب والمواد اللاصقة المعدنية.
Arsine (AsH3) ، وهو غاز سام عديم اللون يتكون من الزرنيخ والهيدروجين ، وهو مادة أخرى معروفة. يتم الحصول على المادة ، التي تسمى أيضًا هيدروجين الزرنيخ ، عن طريق التحلل المائي للزرنيخيدات المعدنية وتقليل المعادن من مركبات الزرنيخ في المحاليل الحمضية. وجد استخدامه كمثبط في أشباه الموصلات وكغاز سام عسكري. في الزراعة ، حمض الزرنيخ (H3AsO4) ، زرنيخ الرصاص (PbHAsO44 4 ) وأرسينات الكالسيوم [Ca3(AsO4 )2
] ، والتي تستخدم في تعقيم التربة ومكافحة الآفات.
الزرنيخ عنصر كيميائي يشكل العديد من المركبات العضوية. HowOne (CH3)2As − As (CH3)2، على سبيل المثال ، يستخدم في تحضير مادة مجففة شائعة الاستخدام (مادة مجففة) - حمض كاكوديليك. تستخدم المركبات العضوية المعقدة للعنصر في علاج بعض الأمراض ، على سبيل المثال الزحار الأميبي ،بسبب الكائنات الحية الدقيقة.
الخصائص الفيزيائية
ما هو الزرنيخ من حيث خصائصه الفيزيائية؟ في أكثر حالاتها ثباتًا ، تكون مادة صلبة هشة ذات لون رمادي فولاذي مع توصيل حراري وكهربائي منخفض. على الرغم من أن بعض أشكال As تشبه المعدن ، إلا أن تصنيفها على أنها غير معدنية يعد توصيفًا أكثر دقة للزرنيخ. هناك أنواع أخرى من الزرنيخ ، لكنها لم تدرس جيدًا ، خاصة الشكل الأصفر النقيلي ، الذي يتكون من جزيئات4، تشبه الفوسفور الأبيض P4. يتسامى الزرنيخ عند 613 درجة مئوية ويوجد كبخار مثل4جزيئات لا تنفصل حتى 800 درجة مئوية. التفكك التام في جزيئات كما2يحدث عند 1700 درجة مئوية
هيكل الذرة والقدرة على تكوين روابط
الصيغة الإلكترونية للزرنيخ هي 1s22s22p63s23p63d104s24p3 -يشبه النيتروجين والفوسفور من حيث أنه يحتوي على خمسة إلكترونات في الغلاف الخارجي ، لكنه يختلف عنهم من خلال وجود 18 إلكترونًا في الغلاف قبل الأخير بدلاً من اثنين أو ثمانية. غالبًا ما تؤدي إضافة 10 شحنة موجبة في النواة أثناء ملء خمسة مدارات ثلاثية الأبعاد إلى انخفاض إجمالي في سحابة الإلكترون وزيادة في القدرة الكهربية للعناصر. يمكن مقارنة الزرنيخ في الجدول الدوري بالمجموعات الأخرى التي توضح هذا النمط بوضوح. على سبيل المثال ، من المقبول عمومًا أن الزنك موجودأكثر كهربية من المغنيسيوم والغاليوم من الألومنيوم. ومع ذلك ، في المجموعات اللاحقة ، يضيق هذا الاختلاف ، ويختلف الكثيرون في أن الجرمانيوم أكثر كهرسلبية من السيليكون ، على الرغم من وفرة الأدلة الكيميائية. يمكن أن يؤدي انتقال مماثل من غلاف مكون من 8 إلى 18 عنصرًا من الفوسفور إلى الزرنيخ إلى زيادة الكهربية ، لكن هذا لا يزال مثيرًا للجدل.
يشير تشابه الغلاف الخارجي لـ As و P إلى أنهما يمكنهما تكوين 3 روابط تساهمية لكل ذرة في وجود زوج إلكترون إضافي غير مرتبط. لذلك يجب أن تكون حالة الأكسدة +3 أو -3 ، اعتمادًا على النسبية الكهربية المتبادلة. تتحدث بنية الزرنيخ أيضًا عن إمكانية استخدام المدار الخارجي لتوسيع الثماني ، مما يسمح للعنصر بتكوين 5 روابط. يتم تحقيقه فقط عن طريق التفاعل مع الفلور. إن وجود زوج إلكترون حر لتكوين مركبات معقدة (من خلال التبرع بالإلكترون) في ذرة As أقل وضوحًا بكثير من وجوده في الفوسفور والنيتروجين.
الزرنيخ مستقر في الهواء الجاف ، لكن في الهواء الرطب يصبح مغطى بأكسيد أسود. يحترق بخاره بسهولة ، مكونًا على النحو التالي2O3. ما هو الزرنيخ الحر؟ لا يتأثر عمليا بالماء والقلويات والأحماض غير المؤكسدة ، ولكنه يتأكسد بحمض النيتريك إلى حالة +5. يتفاعل الكبريت والهالوجينات مع الزرنيخ ، وتشكل العديد من المعادن الزرنيخيدات.
كيمياء تحليلية
يمكن الكشف عن مادة الزرنيخ نوعيًا على أنها مادة صفراء أو رواسب تترسب تحت تأثير 25٪محلول حمض الهيدروكلوريك. يتم تحديد آثار As بشكل عام عن طريق تحويله إلى arsine ، والذي يمكن اكتشافه باستخدام اختبار Marsh. يتحلل الزرنيخ حرارياً مكوناً مرآة زرنيخ سوداء داخل أنبوب ضيق. وفقًا لطريقة Gutzeit ، فإن المسبار المشبع بكلوريد الزئبق ، تحت تأثير الزرنيخ ، يغمق بسبب إطلاق الزئبق.
الخصائص السامة للزرنيخ
تختلف سمية العنصر ومشتقاته على نطاق واسع على نطاق واسع ، من الزرنيخ شديد السمية ومشتقاته العضوية إلى ببساطة As ، وهو خامل نسبيًا. يخبرنا استخدام مركباته العضوية كعوامل حرب كيميائية (لويزيت) ، ومنفّط ومزيل أوراق الشجر (العامل الأزرق على أساس خليط مائي من 5٪ حمض كاكوديليك و 26٪ من ملح الصوديوم) ما هو الزرنيخ.
بشكل عام ، تهيج مشتقات هذا العنصر الكيميائي الجلد وتسبب التهاب الجلد. يوصى أيضًا بالحماية من الغبار المحتوي على الزرنيخ ، ولكن معظم حالات التسمم تحدث عند تناولها. أقصى تركيز مسموح به لـ As في الغبار لمدة ثماني ساعات يوم عمل هو 0.5 mg / m3. بالنسبة للأرسين ، يتم تقليل الجرعة إلى 0.05 جزء في المليون. بالإضافة إلى استخدام مركبات هذا العنصر الكيميائي كمبيدات للأعشاب ومبيدات الآفات ، فإن استخدام الزرنيخ في علم الأدوية جعل من الممكن الحصول على السلفارسان ، أول دواء ناجح ضد مرض الزهري.
تأثيرات صحية
الزرنيخ من أكثر العناصر سمية. المركبات غير العضوية لمادة كيميائية معينةتحدث المواد بشكل طبيعي بكميات صغيرة. يمكن أن يتعرض الإنسان للزرنيخ من خلال الطعام والماء والهواء. يمكن أن يحدث التعرض أيضًا من خلال ملامسة الجلد للتربة أو المياه الملوثة.
محتوى الزرنيخ في الطعام منخفض جدًا. ومع ذلك ، يمكن أن تكون المستويات في الأسماك والمأكولات البحرية عالية جدًا لأنها تمتص المادة الكيميائية من الماء الذي تعيش فيه. يمكن أن تشكل الكميات الكبيرة من الزرنيخ غير العضوي في الأسماك خطرًا على صحة الإنسان.
الأشخاص الذين يتعاملون مع المادة ، يعيشون في منازل مبنية من الخشب المعالج بها ، وعلى أرض زراعية استخدمت فيها المبيدات قديماً يتعرضون لها أيضاً.
يمكن أن يتسبب الزرنيخ غير العضوي في آثار صحية مختلفة للإنسان ، مثل تهيج المعدة والأمعاء ، وانخفاض إنتاج خلايا الدم الحمراء والبيضاء ، وتغيرات الجلد ، وتهيج الرئة. ويعتقد أن تناول كميات كبيرة من هذه المادة قد يزيد من فرص الإصابة بالسرطان ، وخاصة سرطان الجلد والرئة والكبد والجهاز الليمفاوي.
تركيزات عالية جدًا من الزرنيخ غير العضوي تسبب العقم والإجهاض عند النساء والتهاب الجلد وتقليل مقاومة الالتهابات ومشاكل القلب وتلف الدماغ. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يتسبب هذا العنصر الكيميائي في إتلاف الحمض النووي.
جرعة قاتلة من الزرنيخ الأبيض 100 ملغ
لا تسبب المركبات العضوية للعنصر الإصابة بالسرطان أو الإضرار بالشفرة الجينية ، لكن الجرعات العالية يمكن أن تسبب ذلكتسبب ضررا لصحة الإنسان مثل التسبب في اضطرابات عصبية أو آلام في البطن.
خصائص باسم
الخصائص الكيميائية والفيزيائية الرئيسية للزرنيخ هي كما يلي:
- العدد الذري - 33.
- الوزن الذري 74.9216.
- درجة انصهار القالب الرمادي هي 814 درجة مئوية عند ضغط 36 ضغط جوي.
- كثافة الرمادي 5.73 جم / سم3 عند 14 درجة مئوية
- كثافة العفن الأصفر 2.03 جم / سم3عند 18 درجة مئوية
- الصيغة الإلكترونية للزرنيخ هي 1s22s22p63s23p63d104s24p3.
- حالات الأكسدة - -3 ، +3 ، + 5.
- تكافؤ الزرنيخ هو 3 ، 5.
