Описание мышьяка. 
Описание мышьяка

Описание мышьяка

Мышьяк — химический элемент V группы периодической таблицы, относится к семейству азота. Относительная атомная масса 74,9216. В природе мышьяк представлен только одним стабильным нуклидом 75As. Искусственно получены также более десяти его радиоактивных изотопов с периодом полураспада от нескольких минут до нескольких месяцев. Типичные степени окисления в соединениях -3, +3, +5. Название мышьяка в русском языке связывают с употреблением его соединений для истребления мышей и крыс; латинское название Arsenicum происходит от греческого «арсен» — сильный, мощный.

Свойства и соединения. Мышьяк относится к неметаллам, хотя из трех его аллотропных модификаций (желтой, черной и металлической, или серой) серая представляет собой кристаллическую массу с металлическим блеском на свежем изломе и, в отличие от других модификаций, обладает металлической электрической проводимостью. Серая форма наиболее стабильна при комнатной температуре и свойства в таблице приведены для нее. СВОЙСТВА СЕРОГО МЫШЬЯКА Атомный номер 33 Атомная масса 74,9216 Изотопы стабильные 75.

нестабильные 70−74, 76−79, 81.

Температура плавления,° С 817 (при 37 атм) Температура кипения,° С 615 (сублимация) Плотность, г/см3 5,73 Твердость (по Моосу) 3,5 Содержание в земной коре, % (масс.) 0,0005 Степени окисления -3, +3, +5 Мышьяк и все его соединения очень ядовиты. Мышьяк не растворяется в воде, на воздухе медленно окисляется, при сильном нагревании сгорает с образованием оксида As2O3 («белый мышьяк» с характерным чесночным запахом, плохо растворяется в воде, но взаимодействует с ней с образованием амфотерного гидроксида мышьяка (III) As (OH) 3, или ортомышьяковой кислоты H3AsO3, которая в свободном состоянии не получена, а известна лишь в водном растворе, где находится в равновесии с метамышьяковистой кислотой:

При взаимодействии As2O3 со щелочами образуются соли мышьяковистой кислоты — арсениты). Соединения мышьяка (III) — восстановители; окисляясь, они переходят в соединения мышьяка (V). Мышьяковая кислота H3AsO4 — твердое, хорошо растворимое в воде вещество, более сильная кислота, чем мышьяковистая. При прокаливании образует белую стеклообразную массу — As2O5 (оксид мышьяка (V), или мышьяковый ангидрид). Соли мышьяковой кислоты — арсенаты (средние) и гидрои дигидроарсенаты (кислые). Мышьяковая кислота и ее соли — окислители. Гидрид мышьяка, или арсин, AsH3 — бесцветный газ с чесночным запахом, малорастворимый в воде. Образуется при восстановлении соединений мышьяка. При нагревании разлагается с выделением свободного мышьяка, который, оседая на холодной поверхности, образует черный блестящий налет («мышьяковое зеркало»). С некоторыми металлами мышьяк образует арсениды, например Cu3As, Ca3As2.

Применение. В промышленности элементный мышьяк применяют для производства сплавов различного назначения. При добавлении мышьяка к сплавам на основе меди получают мышьяковые латуни и бронзы (в том числе зеркальную бронзу) и тугоплавкие сплавы. Сплавы на основе свинца с добавками мышьяка используются для изготовления аккумуляторных пластин, подшипников, защитной оболочки кабеля, а добавки мышьяка к свинцу применяются для повышения прочности дроби. Однако наибольшее применение находят соединения мышьяка. Растворимые в воде соединения мышьяка применяются в малых дозах в медицине — в стоматологии, для лечения кожных болезней и органов дыхания. Соединения мышьяка используются также в производстве стеклянных изделий, инсектицидов, для уничтожения грызунов, сорняков, при дублении кож и защите кожаных изделий, для обработки музейных экспонатов от порчи.

Около 97% добываемого мышьяка используют в виде его соединений. Чистый мышьяк применяют редко. В год во всем мире получают и используют всего несколько сотен тонн металлического мышьяка. В количестве 3% мышьяк улучшает качество подшипниковых сплавов. Добавки мышьяка к свинцу заметно повышают его твердость, что используется при производстве свинцовых аккумуляторов и кабелей. Малые добавки мышьяка повышают коррозионную устойчивость и улучшают термические свойства меди и латуни. Мышьяк высокой степени очистки применяют в производстве полупроводниковых приборов, в которых его сплавляют с кремнием или с германием. Мышьяк используют и в качестве легирующей добавки, которая придает «классическим» полупроводникам (Si, Ge) проводимость определенного типа.

Мышьяк как ценную присадку используют и в цветной металлургии. Так, добавка к свинцу 0,2…1% As значительно повышает его твердость. Уже давно заметили, что если в расплавленный свинец добавить немного мышьяка, то при отливке дроби получаются шарики правильной сферической формы. Добавка 0,15…0,45% мышьяка в медь увеличивает ее прочность на разрыв, твердость и коррозионную стойкость при работе в загазованной среде. Кроме того, мышьяк увеличивает текучесть меди при литье, облегчает процесс волочения проволоки. Добавляют мышьяк в некоторые сорта бронз, латуней, баббитов, типографских сплавов. И в то же время мышьяк очень часто вредит металлургам. В производстве стали и многих цветных металлов умышленно идут на усложнение процесса — лишь бы удалить из металла весь мышьяк. Присутствие мышьяка в руде делает производство вредным. Вредным дважды: во-первых, для здоровья людей; во-вторых, для металла — значительные примеси мышьяка ухудшают свойства почти всех металлов и сплавов.

Более широкое применение имеют различные соединения мышьяка, которые ежегодно производятся десятками тысяч тонн. Оксид As₂O₃применяют в стекловарении в качестве осветлителя стекла. Еще древним стеклоделам было известно, что белый мышьяк делает стекло «глухим», т. е. непрозрачным. Однако небольшие добавки этого вещества, напротив, осветляют стекло. Мышьяк и сейчас входит в рецептуры некоторых стекол, например, «венского» стекла для термометров.

Соединения мышьяка применяют в качестве антисептика для предохранения от порчи и консервирования шкур, мехов и чучел, для пропитки древесины, как компонент необрастающих красок для днищ судов. В этом качестве используют соли мышьяковой и мышьяковистой кислот: Na₂HAsO₄, PbHAsO₄, Ca₃(AsO₃)₂ и др. Биологическая активность производных мышьяка заинтересовала ветеринаров, агрономов, специалистов санэпидслужбы. В итоге появились мышьяксодержащие стимуляторы роста и продуктивности скота, противоглистные средства, лекарства для профилактики болезней молодняка на животноводческих фермах. Соединения мышьяка (As₂O₃, Ca₃As₂, Na₃As, парижская зелень) используются для борьбы с насекомыми, грызунами, а также с сорняками. Раньше такое применение было широко распространено, особенно при обработке фруктовых деревьев, табачных и хлопковых плантаций, для избавления домашнего скота от вшей и блох, для стимулирования прироста в птицеводстве и свиноводстве, а также для высушивания хлопчатника перед уборкой. Еще в Древнем Китае оксидом мышьяка обрабатывали рисовые посевы, чтобы уберечь их от крыс и грибковых заболеваний и таким образом поднять урожай. А в Южном Вьетнаме американские войска применяли в качестве дефолианта какодиловую кислоту («Эйджент блю»). Сейчас из-за ядовитости соединений мышьяка их использование в сельском хозяйстве ограничено.

Важные области применения соединений мышьяка — производство полупроводниковых материалов и микросхем, волоконной оптики, выращивание монокристаллов для лазеров, пленочная электроника. Для введения небольших строго дозированных количеств этого элемента в полупроводники применяют газообразный арсин. Арсениды галлия GaAs и индия InAs применяют при изготовлении диодов, транзисторов, лазеров.

Ограниченное применение находит мышьяк и в медицине. Изотопы мышьяка ⁷²As, ⁷⁴As и ⁷⁶As с удобными для исследований периодами полураспада (26 ч, 17,8 сут. и 26,3 ч соответственно) применяются для диагностики различных заболеваний.