Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Челябинский государственный университет» (ФГБОУ ВО «ЧелГУ»)

Химический факультет

Кафедра химии твердого тела и нанопроцессов

Реферат

Мышьяк

Выполнил студент

Пирогова Наталья Андреевна

группа ХБ-302, курс 3

очной формы обучения

направления подготовки 04.03.01 Химия

Челябинск 2022

Оглавление

• Введение
• 1. Нахождение в природе
• 2. Получение
• 3. Физические и химические свойства
• 4. Структура
• 5. Применение
• 6. Биологическая роль и физиологические воздействия
• 7. Традиционная медицина
• 8. Загрязнение мышьяком
• Вывод
• Список литературы

Введение

Мышьяк -- химический элемент 15-й группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, с атомным номером 33. Простое вещество мышьяк -- это хрупкий полуметалл стального цвета с зеленоватым оттенком.

Мышьяк является одним из древнейших элементов, используемых человеком. Сульфиды мышьяка As₂S₃ и As₄S₄, так называемые аурипигмент («арсеник») и реальгар, были знакомы римлянам и грекам. Эти вещества ядовиты.

Простое вещество мышьяк -- это хрупкий полуметалл стального цвета с зеленоватым оттенком. Его можно сравнительно легко выделить из соединений. Поэтому история не знает, кто впервые получил в свободном состоянии элементарный мышьяк.

Многие историки науки предполагают, что металлический мышьяк был получен значительно раньше, но он считался разновидностью самородной ртути. Это можно объяснить тем, что сульфид мышьяка был очень похож на ртутный минерал. Выделение из него было очень легким, как и при выделении ртути. Элементарный мышьяк был известен в Европе и в Азии ещё со средних веков. Китайцы получали его из руд. В отличие от европейцев, они могли диагностировать смерть от отравления мышьяком. Но этот метод анализа не дошёл до настоящих времён. Европейцы научились определять наступление смерти при отравлении мышьяком гораздо позже, это впервые сделал Джеймс Марш. Данная реакция используется и в настоящее время.

Мышьяк иногда встречается в оловянных рудах. В китайской литературе средних веков описаны случаи смерти людей, которые выпивали воду или вино из оловянных сосудов, из-за наличия в них мышьяка. Сравнительно долго люди путали сам мышьяк и его оксид, принимая их за одно вещество. Это недоразумение было устранено Георгом Брандтом и Антуаном Лораном Лавуазье, которые и доказали, что это разные вещества, и что мышьяк -- самостоятельный химический элемент. Оксид мышьяка долгое время использовался для уничтожения грызунов. Отсюда и происхождение русского названия элемента. Оно происходит от слов «мышь» и «яд».

1. Нахождение в природе

Содержание мышьяка в земной коре 1,7·10-4% по массе. Это рассеянный элемент, известно около 200 мышьяк-содержащих минералов, часто содержится в свинцовых, медных и серебряных рудах. Наиболее известны два природных соединения мышьяка с серой: оранжево-красный прозрачный реальгар AsS и лимонно-жёлтый аурипигмент As2S3. Главный промышленный минерал мышьяка -- арсенопирит FeAsS. Мышьяк получают как сопутствующий продукт при переработке содержащих его золотых, свинцово-цинковых, медноколчеданных и других руд. При их обжиге образуется летучий оксид мышьяка(III), который конденсируют и восстанавливают углем.

Минерал - Реальгар - AsS Минерал - Аурипигмент - As2S3

Минерал - Арсенопирит - FeAsS

Содержание мышьяка в морской воде 0,003мг/л, в питьевой воде 0,01 мг/л.

2. Получение

Существует множество способов получения мышьяка: сублимацией природного мышьяка, способом термического разложения мышьякового колчедана, восстановлением мышьяковистого ангидрида и др.

В настоящее время для получения металлического мышьяка чаще всего нагревают арсенопирит в муфельных печах без доступа воздуха. При этом освобождается мышьяк, пары которого конденсируются и превращаются в твёрдый мышьяк в железных трубках, идущих от печей, и в особых керамических приёмниках. Остаток в печах потом нагревают при доступе воздуха, и тогда мышьяк окисляется в As₂O₃. Металлический мышьяк получается в довольно незначительных количествах, и главная часть мышьякосодержащих руд перерабатывается в белый мышьяк, то есть в триоксид мышьяка -- мышьяковистый ангидрид As₂О₃.

Основной способ получения -- обжиг сульфидных руд с последующим восстановлением оксида углём.

Мышьяк получают, в основном, как побочный продукт переработки медных, свинцовых, цинковых и кобальтовых руд, а также при добыче золота. Некоторые полиметаллические руды содержат до 12% мышьяка. Получение мышьяка - вредное производство. Раньше, когда слово «экология» было известно лишь узким специалистам, «белый мышьяк» выпускали в атмосферу, и он оседал на соседних полях и лесах. В отходящих газах мышьяковых заводов содержится от 20 до 250 мг/м3 As₂O₃, тогда как обычно в воздухе содержится примерно 0,00001мг/м3. Среднесуточной допустимой концентрацией мышьяка в воздухе считают всего 0,003 мг/м3. Парадоксально, но и сейчас намного сильнее загрязняют окружающую среду мышьяком не заводы по его производству, а предприятия цветной металлургии и электростанции, сжигающие каменный уголь. В донных осадках вблизи медеплавильных заводов содержится огромное количество мышьяка - до 10 г/кг. Мышьяк может попасть в почву и с фосфорными удобрениями.

3. Физические и химические свойства

Цвет на свежем изломе цинково-белый, оловянно-белый до светло-серого, быстро тускнеет за счет образования тёмно-серой побежалости; чёрный на выветрелой поверхности. Твёрдость по шкале Мооса 3-3,5. Плотность 5,63 - 5,8 г/см³. Хрупкий. Диагностируется по характерному запаху чеснока при ударе. Спайность совершенная по {0001} и менее совершенная по {0112}. Излом зернистый. Уд. вес 5,63-5,78. Черта серая, оловянно-белая. Блеск металлический, сильный (в свежем изломе), быстро тускнеет и становится матовым на окислившейся, почерневшей с течением времени поверхности. Является диамагнетиком.

Химические свойства мышьяка очень схожи с другими элементами 15 группы таблицы Менделеева -- группы пниктогенов, которые, однако, имеют свои особенности. Мышьяк является полуметаллом -- то есть сочетает в себе как свойства металла, так и неметалла, и имеет как металлические аллотропные модификации (см. выше про аллотропию), так и модификации молекулярного строения.

1) Как неметалл, мышьяк не реагирует с разбавленными кислотами - не окислителями (теми кислотами, которые окисляют в растворе только за счёт катионов H+H+), например, с растворами соляной HCl и серной H₂SO₄ кислот.

1.1) Серная кислота в концентрированном состоянии может окислять мышьяк до его самого устойчивого оксида -- оксида мышьяка (III):

4As+6H₂SO₄>2As₂O₃+6SO₂^+6H₂O

1.2) Разбавленная азотная кислота с мышьяком образует мышьяковистую кислоту, представляющую из себя соединение сложного состава, которое можно условно назвать гидратом оксида мышьяка (III) и записать в форме H₃AsO₃ или As₂O₃-nH₂O:

As+HNO₃+H₂O>H₃AsO₃v+NO^

1.3) Концентрированная азотная кислота -- сильный окислитель -- окисляет мышьяк до высшей степени окисления +5:

3As+5HNO₃+2H₂O>3H₃AsO₄+5NO^

При этом образуется высшая кислота H₃AsO₄ -- мышьяковая.

2) Со щелочами мышьяк сам по себе не взаимодействует, но в присутствии окислителя реакция идёт с образованием соли -- метаарсената:

8As+3KOH+5KNO₃+6H₂O>8KAsO₃+5NH3^

3) Мышьяк может растворяться и в водном растворе гипохлорита натрия:

2As+5NaClO+3H₂O?2H₃AsO₄+5NaCl

4) Мышьяк образует гидрид -- чрезвычайно токсичный газ арсин AsH₃, который можно получить реакцией арсенида металла с кислотой:

Ca₃As₂+6HCl>3CaCl₂+2AsH₃^Ca₃As₂+6HCl>3CaCl₂+2AsH₃^

4.1) Или восстановлением оксида мышьяка(III) или солей мышьяковых кислот атомарным водородом (получаемым в реакции цинка с соляной кислотой):

As₂O₃+6Zn+12HCl?2AsH₃^+6ZnCl₂+3H₂O

4. Структура

Кристаллическая структура мышьяка дитригонально-скаленоэдрическая симметрия. Кристаллы крайне редки, имеют ромбоэдрический или псевдокубический габитус.

Установлено несколько аллотропных модификаций мышьяка. В обычных условиях устойчив металлический, или серый мышьяк (альфа-мышьяк). Кристаллическая решетка серого мышьяка ромбоэдрическая. Температура плавления альфа-мышьяка 816° С при давлении 36 атмосфер.

Под атм. давлением мышьяк возгоняется при температуре 615° С не плавясь. Теплота сублимации 102 кал/г. Пары мышьяка бесцветны, до т-ры 800° С состоят из молекул As₄, от 800 до 1700° С -- из смеси As₄ и As₂, выше температуры 1700° С -- только из As₂. При быстрой конденсации паров мышьяк на поверхности, охлаждаемой жидким воздухом, образуется желтый мышьяк-- прозрачные мягкие кристаллы кубической системы с плотностью 1,97 г/см³. Известны также другие метастабильные модификации мышьяка: бета-мышьяк -- аморфная стеклообразная, гамма-мышьяк -- желто-коричневая и дельта-мышьяк -- коричневая аморфная с плотностями соответственно 4,73; 4,97 и 5,10 г/см³. Выше температуры 270° С эти модификации переходят в серый мышьяк.

5. Применение

1) Мышьяк используется для легирования сплавов свинца, идущих на приготовление дроби, так как при отливке дроби башенным способом капли сплава мышьяка со свинцом приобретают строго сферическую форму, и кроме того, прочность и твёрдость свинца существенно возрастают.

2) Мышьяк особой чистоты (99,9999 %) используется для синтеза ряда полезных и важных полупроводниковых материалов -- арсенидов (например, арсенида галлия) и других полупроводниковых материалов с кристаллической решёткой типа цинковой обманки.

3) Сульфидные соединения мышьяка -- аурипигмент и реальгар -- используются в живописи в качестве красок и в кожевенной отрасли промышленности в качестве средств для удаления волос с кожи.

4) В пиротехнике реальгар употребляется для получения «греческого», или «индийского», огня, возникающего при горении смеси реальгара с серой и селитрой (при горении образует ярко-белое пламя). 5) Некоторые элементоорганические соединения мышьяка являются боевыми отравляющими веществами, например, люизит.

6) Многие из мышьяковых соединений в очень малых дозах применяются в качестве препаратов для борьбы с малокровием и рядом других тяжелых заболеваний, так как оказывают клинически заметное стимулирующее влияние на ряд специфических функций организма, в частности, на кроветворение.

7) Из неорганических соединений мышьяка мышьяковистый ангидрид может применяться в медицине для приготовления пилюль и в зубоврачебной практике в виде пасты как некротизирующее лекарственное средство. Этот препарат в обиходе и жаргонно называли «мышьяк» и применяли в стоматологии для локального омертвления зубного нерва.

8) В настоящее время препараты мышьяка редко применяются в зубоврачебной практике из-за их токсичности. Сейчас разработаны и применяются другие методы безболезненного омертвления нерва зуба под местной анестезией.

6. Биологическая роль и физиологические воздействия

Мышьяк и все его соединения ядовиты и канцерогенны. Смертельная доза мышьяка для человека составляет 50-170 мг (1,4 мг/кг массы тела). При остром отравлении мышьяком наблюдаются рвота, боли в животе, угнетение центральной нервной системы. Сходство симптомов отравления мышьяком с симптомами холеры длительное время позволяло маскировать использование соединений мышьяка (чаще всего, триоксида мышьяка, т. н. «белого мышьяка») в качестве смертельного яда.

Во Франции порошок триоксида мышьяка за высокую эффективность получил обиходное название «наследственный порошок».

На территориях, где в почве и воде избыток мышьяка, он накапливается в щитовидной железе у людей и вызывает эндемический зоб.

Помощь и противоядия при отравлении мышьяком: приём водных растворов тиосульфата натрия Na₂S₂O₃, промывание желудка, приём молока и творога; специфическое противоядие -- унитиол. ПДК в воздухе для мышьяка 0,5 мг/мі. Работают с мышьяком в герметичных боксах, используя защитную спецодежду. Из-за высокой токсичности соединения мышьяка использовались как отравляющие вещества в Первую мировую войну.

Недавно широкую огласку получила техногенная экологическая катастрофа на юге Индии -- из-за чрезмерного отбора воды из водоносных горизонтов мышьяк стал поступать в питьевую воду. Это вызвало токсическое и онкологическое поражение у десятков тысяч людей.

Считалось, что при длительном потреблении небольших доз мышьяка у организма вырабатывается иммунитет. Этот факт установлен как для людей, так и для животных. Известны случаи, когда привычные потребители мышьяка принимали сразу дозы, в несколько раз превышающие смертельную, и оставались здоровыми. Опыты на животных показали своеобразие этой привычки. Оказалось, что животное, привыкшее к мышьяку при его употреблении, быстро погибает, если значительно меньшая доза вводится в кровь или под кожу. Однако такое «привыкание» носит очень ограниченный характер, в отношении т. н. «острой токсичности», и не защищает от новообразований. Тем не менее, в настоящее время исследуется влияние микродоз мышьяк-содержащих препаратов в качестве противоракового средства.

Как органические, так и неорганические соединения мышьяка токсичны для живых организмов. Тем не менее, в малых дозах некоторые соединения мышьяка способствуют обмену веществ, укреплению костей, оказывают положительное влияние на кроветворную функцию и имунную систему, увеличивают усвоение азота и фосфора из пищи. С растениями, наиболее заметный эффект мышьяка -- замедление обмена веществ, что снижает урожайность, но мышьяк также стимулирует фиксацию азота.

Отмечалось, что для растущего организма у человека и животных микродозы мышьяка способствуют росту костей в длину и толщину, а в отдельных случаях рост костей под воздействием микродозам мышьяка отмечался и в период окончания роста.

Некоторые авторы рассматривают мышьяк, как жизненно важный микроэлемент и причисляют его к ультрамикроэлементам -- микроэлементам, необходимым в особо малых концентрациях (подобно селену, ванадию, хрому и никелю). Необходимая суточная доза для человека составляет 10-15 мкг.

7. Традиционная медицина

В западных странах мышьяк был известен преимущественно как сильный яд, в то же время в традиционной китайской медицине он почти на протяжении двух тысяч лет использовался для лечения сифилиса и псориаза.

Мышьяк в малых дозах канцерогенен, его использование в качестве лекарства, «улучшающего кровь» (так называемый «белый мышьяк», например, «Таблетки Бло с мышьяком», и др.) продолжалось до середины 1950-х гг., и внесло свой весомый вклад в развитие онкологических заболеваний.

Соединение мышьяка сальварсан (также известен как «препарат 606» и арсфенамин) -- исторически первое эффективное и в то же время относительно безвредное этиотропное лекарство от сифилиса, созданное химиком Паулем Эрлихом. К настоящему времени сальварсан вышел из употребления и заменён другими, гораздо более эффективными и безопасными средствами.

8. Загрязнение мышьяком

На территории Российской Федерации в городе Скопине Рязанской области вследствие многолетней работы местного металлургического комбината СМК «Металлург» в могильниках предприятия было захоронено около полутора тысяч тонн пылеобразных отходов с высоким содержанием мышьяка. Мышьяк является характерным сопутствующим элементом многих месторождений золота, что приводит к дополнительными экологическим проблемам в золотодобывающих странах, таких как, например, Румыния.

металлический мышьяк химический

Вывод

1) Мышьяк -- химический элемент 15-й группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 33.

2) Простое вещество мышьяк -- это хрупкий полуметалл стального цвета с зеленоватым оттенком.

3) Простое вещество мышьяк -- это хрупкий полуметалл стального цвета с зеленоватым оттенком.

4) Сульфиды мышьяка As₂S₃ и As₄S₄, так называемые аурипигмент («арсеник») и реальгар, были знакомы римлянам и грекам. Эти вещества ядовиты

Список литературы

1) «Александров С.Е. Технология полупроводниковых материалов: учебное пособие / С.Е. Александров, Ф.Ф. Греков. -- 2-е изд., -- 240 с.

2) «Егоров В.В. Бионеорганическая химия: учебное пособие / В.В. Егоров. -- 3-е изд., -- 412 с.

3) «Саргаев П.М. Неорганическая химия : учебное пособие / П.М. Саргаев. -- 2-е изд., -- 384 с.

4) Бурова Т.Е. Продовольственная безопасность / Т.Е. Бурова. -- 1-е изд. -- 364 с.

5) Мифтахутдинов А.В. Токсикологическая экология: учебник / А.В. Мифтахутдинов. -- 2-е изд., стер. -- 308 с.

Размещено на Allbest.ru