Реакции мышьяка с металлами

№33 Мышьяк


История открытия:

Соединения мышьяка (англ. и франц. Arsenic, нем. Arsen) известны очень давно. Так уже в I в. древнегреческий военный врач, фармаколог и натуралист Диоскорид описал обжигание аурипигмента (сульфида мышьяка) с образованием при этом белого мышьяка (Аs2O3). Когда именно впервые был получен металлический мышьяк неизвестно, обычно это приписывается Альберту великому (ХIII в.). В названии «мышьяк» предположительно отражены ядовитые свойства соединений элемента и их применение (от «мышь-яд»).

Нахождение в природе, получение:

Содержание мышьяка в земной коре 1,7·10 -4 % по массе. Это рассеяный элемент, известно около 200 мышьяксодержащих 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.

Физические свойства:

Мышьяк существует в нескольких аллотропных формах и в этом отношении весьма напоминает фосфор. Самая устойчивая из них — серый мышьяк, весьма хрупкое вещество, но имеет металлический блеск и электропроводно (отсюда название «металлический мышьяк»). При быстром охлаждении паров мышьяка получается прозрачное мягкое вещество желтого цвета, состоящее из молекул As4, имеющих форму тетраэдра. Существует также черный мышьяк — аллотропная модификация с аморфным строением.
Мышьяк при нагревании возгоняется, расплавить его можно только в запаянных ампулах под давлением (817°C, 3,6МПа).

Химические свойства:

Мышьяк химически активен. При нагревании на воздухе сгорает с образованием оксида мышьяка(III), с фтором и хлором самовоспламеняется, взаимодействует с халькогенами: серой, селеном, теллуром, образуя различные соединения. Взаимодействует с водородом, образуя газ арсин AsH3.
Разбавленная азотная кислота окисляет мышьяк до H3AsO3, концентрированная — до H3AsO4:
As + 5HNO3 = H3AsO4 + 5NO2 + H2O
Мышьяк нерастворим, не взаимодействует с водой и растворами щелочей.

Важнейшие соединения:

Оксид мышьяка(III) , As2O3 — простейшая формула As4O6 — истинная, белые крист., ядовит, при растворении образует мышьяковистые кислоты. Реагирует с конц. соляной кислотой с образованием хлорида мышьяка(III): As2O3 + 6HCl = 2AsCl3 + 3H2O
Метамышьяковистая и ортомышьяковистая кислоты — HAsO2 и H3AsO3, очень слабые, соли — арсениты. Сильные восстановители
Оксид мышьяка(V) , As2O5, получают при осторожном обезвоживании мышьяковой кислоты или окислением оксида мышьяка(III) озоном, азотной кислотой. При небольшом нагревании распадается на As2O3 и кислород.
Растворяется в воде с образованием мышьяковой кислоты.
Мышьяковая кислота — H3AsO4, белые крист., к-та средней силы, соли — арсенаты, гидро- и дигидроарсенаты. Качественная реакция — образование арсената серебра Ag3AsO4 (осадок, цвет «кофе с молоком»)
Сульфиды мышьяка , As2S3 — темно-жёлтые крист. (минерал аурипигмент), As2S5 — ярко-жёлтые крист., не растворимы. При взаимодействии с растворами сульфидов щелочных металлов или аммония растворяются, образуя соли соотв. тиокислот: As2S3 + 3(NH4)2S = 2(NH4)3AsS3 (тиоарсенит аммония),
As2S5 + 3(NH4)2S = 2(NH4)3AsS4 (тиоарсенат аммония).
Растворяются и в щелочах, образуя смеси солей соответствующих кислот, например:
As2S3 + 6KOH = K3AsO3 + K3AsS3 + 3H2O
Хлорид мышьяка(III) — AsCl3, бесцветная маслянистая жидкость, на воздухе дымится. Водой разлагается: AsCl3 + 3H2O = H3AsO3 + 3HCl.
Арсин — AsH3, мышьяковистый водород, бесцв. очень токсичный газ, чесночный запах обусловлен примесями продуктов окисления. Сильный восстановитель. Образуется при восстановлении многих мышьяковистых соединений цинком в кислой среде по схеме: (As) + Zn + HCl => AsH3 + ZnCl2 + . .
На этом основана высокочувствительная качественная реакция на мышьяк — реакция Марша, поскольку выделяющийся арсин при пропускании через нагреваемую стеклянную трубку разлагается, образуя на ее стенках черный зеркальный налет.

Читайте также:  Домашняя лазерная резка по металлу

Применение:

Мышьяк используется в металлургии, как компонент, улучшающий свойства некоторых специальных сплавов. Важной областью применения является также синтез соединений с полупроводниковыми свойствами (GaAs — арсенид галия, третий в масштабах применения полупроводник после кремния и германия).
По-прежнему, многие соединения мышьяка используют для борьбы с насекомыми и грызунами (As2O3, Ca3As2, парижская зелень), для изготовления некоторых медицинских препаратов.

Арапова К., Хабарова М.
ХФ ТюмГУ, 561 группа.

Источник

Химические свойства мышьяка

Мышьяк является неметаллом, образует соединения, подобные по его химическим свойствам. Однако, наряду с неметаллическими свойствами, мышьяк проявляет и металлические. На воздухе при обычных условиях мышьяк слегка окисляется с поверхности. Ни в воде, ни в органических растворителях мышьяк и его аналоги нерастворимы.

Мышьяк химически активен. На воздухе при нормальной температуре даже компактный (плавленый) металлический мышьяк легко окисляется, при нагревании порошкообразный мышьяк воспламеняется и горит голубым пламенем с образованием оксида As2O3. Известен также термически менее устойчивый нелетучий оксид As2O5.

При нагревании (в отсутствие воздуха) As возгоняется (температура возгонки 615 о С). Пар состоит из молекул As4 с ничтожной (порядка 0,03%) примесью молекул As2.

Мышьяк относится к группе элементов окислителей-восстановителей. При действии сильных восстановителей он проявляет окислительные свойства. Так, при действии металлов и водорода в момент выделения он способен давать соответствующие металлические и водородистые соединения:

При действии сильных окислителей мышьяк переходит в трех- или пятивалентное состояние. Например, при накаливании на воздухе мышьяк, окисляясь кислородом, сгорает и образует белый дым – оксид мышьяка (III) As2O3:

Устойчивые формы оксида мышьяка в газовой фазе – сесквиоксид (мышьяковистый ангидрид) As2O3 и его димер As4O6. До 300 о С основная форма в газовой фазе – димер, выше этой температуры он заметно диссоциирован, а при температурах выше 1800 о С газообразный оксид состоит практически из мономерных молекул As2O3.

Газообразная смесь As4O6 и As2O3 образуется при горении As в кислороде, при окислительном обжиге сульфидных минералов As, например арсенопирита, руд цветных металлов и полимерных руд.

При конденсации пара As2O3 (As4O6) выше 310 о С образуется стекловидная форма As2O3. При конденсации пара ниже 310 о С образуется бесцветная поликристаллическая кубическая модификация арсенолит. Все формы As2O3 хорошо растворимы в кислотах и щелочах.

Оксид As(V) (мышьяковый ангидрид) As2O5 – бесцветные кристаллы ромбической сингонии. При нагревании As2O5 диссоциирует на As4O6 (газ) и О2. Получают As2O5 обезвоживанием концентрированных растворов H3AsO4 с последующим прокаливанием образующихся гидратов.

Известен оксид As2O4, получаемый спеканием As2O3 и As2O5 при 280 о С в присутствии паров воды. Известен также газообразный монооксид AsO, образующийся при электрическом разряде в парах триоксида As при пониженном давлении.

При растворении в воде As2O5 образует существующие только в растворе ортомышьяковистую H3AsO3, или As(OH)3, и метамышьяковистую HAsO2, или AsO(OH), кислоты, обладающие амфотерными, преимущественно кислыми, свойствами.

По отношению к кислотам мышьяк ведет себя следующим образом:

— с соляной кислотой мышьяк не реагирует, но в присутствии кислорода образуется трихлорид мышьяка AsCl3:

— разбавленная азотная кислота при нагревании окисляет мышьяк до ортомышьяковистой кислоты H3AsO3, а концентрированная азотная кислота – до ортомышьякой кислоты H3AsO4:

Ортомышьяковая кислота (мышьяковая кислота) H3AsO4*0.5H2O – бесцветные кристаллы; температура плавления – 36 о С (с разложением); растворима в воде (88% по массе при 20 о С); гигроскопична; в водных растворах – трехосновная кислота; при нагревании около 100 о С теряет воду, превращаясь в пиромышьяковую кислоту H4As5O7, при более высоких температурах переходит в метамышьяковую кислоту HAsO3. Получают окислением As или As2O3 концентрированной HNO3. Она легкорастворимая в воде и по силе приблизительно равна фосфорной.

Читайте также:  Гибка металла все виды

Окислительные свойства мышьяковой кислоты заметно проявляются лишь в кислой среде. Мышьяковая кислота способна окислить HI до I2 по обратимым реакциям:

Ортомышьяковистая кислота (мышьяковистая кислота) H3AsO3 существует только в водном растворе; слабая кислота; получают растворением As2O3 в воде; промежуточный продукт при получении арсенитов (III) и других соединений.

— концентрированная серная кислота реагирует с мышьяком по следующему уравнению c образованием ортомышьяковистой кислоты:

— растворы щелочей в отсутствие кислорода с мышьяком не реагируют. При кипячении мышьяка со щелочами он окисляется в соли мышьяковистой кислоты H3AsO3. При сплавлении со щелочами образуется арсин (мышьяковистый водород) AsH3 и арсенаты (III). Применяют AsH3

для легирования полупроводниковых материалов мышьяком, для получения As высокой чистоты.

Известны неустойчивые высшие арсины: диарсин As2H4, разлагается уже при -100 о С; триарсин As3H5.

Металлический мышьяк легко взаимодействует с галогенами, давая летучие галогениды AsHal3:

AsCl3 – бесцветная маслянистая жидкость, дымящаяся на воздухе, при застывании образует кристаллы с перламутровым блеском.

C F2 образует также и AsF5 — пентафторид – бесцветный газ, растворимый в воде и растворах щелочей (с небольшим количеством тепла), в диэтиловом эфире, этаноле и бензоле.

Порошкообразный мышьяк самовоспламеняется в среде F2 и Cl2.

С S, Se и Te мышьяк образует соответствующие халькогениды:

сульфиды — As2S5, As2S3 ( в природе – минерал аурипигмент), As4S4 (минерал реальгар) и As4S3 (минерал диморфит); селениды – As2Se3 и As4Se4; теллурид – As2Te3. Халькогениды мышьяка устойчивы на воздухе, не растворимы в воде, хорошо растворимы в растворах щелочей, при нагревании – в HNO3. Обладают полупроводниковыми свойствами, прозрачны в ИК области спектра.

С большинством металлов дает металлические соединения – арсениды. Галлия арсенид и индия арсенид – важные полупроводниковые соединения.

Известны многочисленные мышьякорганические соединения. Мышьякорганические соединения содержат связь As-C. Иногда к мышьякорганическим соединениям относят все органические соединения, содержащие As, например эфиры мышьяковистой кислоты (RO)3As и мышьяковой кислоты (RO)3AsO. Наиболее многочисленная группа мышьякорганических соединений – производные As с координационным числом 3. К ней относятся органоарсины RnAsH3-n, тетраорганодиарсины R2As-AsR2, циклические и линейные полиарганоарсины (RAs)n, а также органоарсонистые и диарганоарсинистые кислоты и их производные RnAsX3-n (X= OH, SH, Hal, OR’, NR2’ и др.). Большинство мышьякорганических соединений – жидкости, полиорганоарсины и органические кислоты As – твердые вещества, CH3AsH2 и CF3AsH2 – газы. Эти соединения, как правило, растворимы в органических растворителях, ограничено растворимы в воде, в отсутствие кислорода и влаги сравнительно устойчивы. Некоторые тетраорганодиарсины на воздухе воспламеняются.

Источник

Мышьяк

Его природные соединения необычайно красивы. Это сульфиды – красный реальгар As4S4 и золотисто-жёлтый аурипигмент As2S3, которые упоминаются уже античными авторами. Алхимики считали, что мышьяк является составной частью всех металлов. Особое отношение к мышьяку в Средние века объясняется не только тем, что многие его соединения ядовиты, но также и способностью этого элемента «превращать медь в серебро». Когда в расплавленную медь добавляют мышьяк, она приобретает белый цвет, становясь похожей на серебро. Выделение мышьяка в виде простого вещества традиционно связывают с именем теолога и алхимика XIII в. Альберта Великого. Русское название элемента – это, по-видимому, искаженное «мышиный яд», «мышь-яд». Латинское Arsenicum происходит от греческого наименования сернистых соединений мышьяка. «Арсеникон» по-гречески означает «сильный», «мужественный» — такую дань благоговения воздали древние исключительно ядовитым соединениям мышьяка.

Читайте также:  Можно ли заштукатурить металл

Мышьяк

Как и фосфор, мышьяк существует в виде нескольких аллотропных модификаций, из которых наиболее устойчив серый мышьяк – твердое вещество серого цвета с металлическим блеском, построенное наподобие черного фосфора. Когда мышьяк сгорает на воздухе, образуется оксид As2O3, известный еще алхимиками под названием «белый мышьяк». Это ангидрид слабой мышьяковистой кислоты H3AsO3. Её медная соль (арсенит меди) очень долго использовалась как зеленая краска – зелень Шееле CuHAsO3. В старину белый мышьяк был весьма «популярным» ядом, смертельная доза его для человека составляет 20 – 300 мг. Например, галицкий князь Дмитрий Шемяка, по приказу которого в 1446 г. ослепили великого князя московского Василия II, был отравлен именно соединениями мышьяка. Это доказано химическими методами при изучении останков князя в 80-х годах XX столетия. Несмотря на ядовитость, белый мышьяк до сих пор применяют в стоматологии.

Некоторые соединения мышьяка находят широкое применение в электронике. Так, германий при введении в него небольшого количества мышьяка становится полупроводником n-типа. Среди полупроводниковых материалов большое распространение получил арсенид галлия GaAs. На его основе выполняют многие элементы микросхем, фотодиодов, транзисторов, солнечных батарей.

Минерал аурипигмент

Химические свойства

В воде мышьяк нерастворим. На воздухе при комнатной температуре он окисляется очень медленно, при накаливании же сгорает, образуя белый оксид As2O3 и распространяя характерный чесночный запах. При высокой температуре мышьяк непосредственно соединяется со многими элементами. Сильные окислители переводят его в мышьяковую кислоту, напрмер:

В соединениях мышьяк проявляет степени окисления +5, +3 и -3.

Мышьяковистый водород AsH3, или арсин, представляет собой бесцветный, очень ядовитый газ с характерным чесночным запахом, малорастворимый в воде. Арсин образуется при восстановлении водородом в момент выделения всех соединений мышьяка. Например:

Арсин сравнительно нестоек и при нагревании легко разлагается на водород и свободный мышьяк. Это свойство арсина используется для открытия мышьяка в различных веществах. На анализируемое вещество действуют восстановителем и, если в нем содержится какое-либо соединение мышьяка или мышьяк в свободном состоянии, то образуется AsH3. Далее продукты восстановления нагревают, арсин разлагается, а выделяющийся мышьяк образует на холодных частях прибора характерный черный блестящий налет, называемый «мышьяковым зеркалом».

Мышьяковистый ангидрид

Оксид мышьяка (III) As2O3 образуется при сгорании мышьяка на воздухе или при прокаливании мышьяковых руд. Он довольно плохо растворим в воде. При растворении происходит присоединение воды к оксиду мышьяка (III) и образуется мышьяковистая кислота:

В свободном состоянии эта кислота не получена и известна только в водных растворах. При действии на As2O3 щелочей получаются соли мышьяковистой кислоты – арсениты. Например:

Соединения мышьяка (III) проявляют восстановительные свойства; при их окислении получают соединения мышьяка (V).

Мышьяковая кислота H3AsO4 при обычных условиях находится в твердом состоянии; она хорошо растворима в воде. По силе мышьяковая кислота почти равна фосфорной. Соли ее – арсенаты – очень похожи на соответствующие фосфаты. Известны также мета- и пиромышьяковая кислоты. При прокаливании мышьяковой кислоты получается оксид мышьяка (V), или мышьяковый ангидрид, As2O5 в виде белой стеклообразной массы.

Кислотные свойства мышьяковой кислоты выражены значительно сильнее, чем у мышьяковистой. Будучи трёхосновной она образует средние (арсенаты) и кислые (гидро- и дигидроарсенаты), например, Na3AsO4, Na2HAsO4, NaH2AsO4. В кислой среде мышьяковая кислота и арсенаты проявляют свойства окислителей.

Скачать:

Скачать бесплатно реферат на тему: «Мышьяк» Мышьяк.docx (228 Загрузок)

Скачать рефераты по другим темам можно здесь

*на изображении записи минерал красный реальгар

Источник

Поделиться с друзьями
Металл
Adblock
detector