L'arsenic est un élément chimique du groupe de l'azote (groupe 15 du tableau périodique). Il s'agit d'une substance cassante (α-arsenic) grise à reflet métallique avec un réseau cristallin rhomboédrique. Chauffé à 600°C, As se sublime. Lorsque la vapeur est refroidie, une nouvelle modification apparaît - l'arsenic jaune. Au-dessus de 270 °C, toutes les formes d'As se transforment en arsenic noir.
Historique des découvertes
L'arsenic était connu bien avant d'être reconnu comme un élément chimique. Au IVe siècle. avant JC e. Aristote a mentionné une substance appelée sandarak, que l'on pense maintenant être du réalgar, ou sulfure d'arsenic. Et au 1er siècle après J. e. les écrivains Pline l'Ancien et Pedanius Dioscoride ont décrit l'orpiment - le colorant As2S3. Au XIe siècle. n.m. e. trois variétés "d'arsenic" ont été distinguées: blanc (As4O6), jaune (As2 S 3) et rouge (As4S4). L'élément lui-même a probablement été isolé pour la première fois au 13ème siècle par Albert le Grand, qui a noté l'apparition d'une substance semblable à un métal lorsque l'arsenicum, un autre nom As2S3 , a été chauffé avec du savon. Mais il n'y a aucune certitude que ce scientifique naturel ait reçu de l'arsenic pur. La première preuve authentique de l'isolement d'un élément chimique purdaté de 1649. Le pharmacien allemand Johann Schroeder préparait l'arsenic en chauffant son oxyde en présence de charbon. Plus tard, Nicolas Lemery, médecin et chimiste français, a observé la formation de cet élément chimique en chauffant un mélange de son oxyde, de savon et de potasse. Au début du 18ème siècle, l'arsenic était déjà connu comme un semi-métal unique.
Prévalence
Dans la croûte terrestre, la concentration d'arsenic est faible et s'élève à 1,5 ppm. Il est présent dans le sol et les minéraux et peut être libéré dans l'air, l'eau et le sol par l'érosion éolienne et hydrique. De plus, l'élément pénètre dans l'atmosphère à partir d'autres sources. À la suite d'éruptions volcaniques, environ 3 000 tonnes d'arsenic sont rejetées dans l'air par an, les micro-organismes forment 20 000 tonnes de méthylarsine volatile par an et, à la suite de la combustion de combustibles fossiles, 80 000 tonnes sont libérées au cours de la même période..
Malgré le fait que l'As soit un poison mortel, il constitue une partie importante de l'alimentation de certains animaux et peut-être de l'homme, bien que la dose requise ne dépasse pas 0,01 mg/jour.
L'arsenic est extrêmement difficile à transformer en un état soluble dans l'eau ou volatil. Le fait qu'il soit assez mobile signifie que de grandes concentrations de la substance en un seul endroit ne peuvent pas apparaître. D'une part, c'est bien, mais d'autre part, la facilité avec laquelle il se propage est la raison pour laquelle la pollution à l'arsenic devient un problème croissant. En raison des activités humaines, principalement à travers l'exploitation minière et la fusion, un élément chimique normalement immobile migre, et maintenant il peut être trouvé non seulement dans des endroitssa concentration naturelle.
La quantité d'arsenic dans la croûte terrestre est d'environ 5 g par tonne. Dans l'espace, sa concentration est estimée à 4 atomes par million d'atomes de silicium. Cet élément est répandu. Une petite quantité est présente à l'état natif. En règle générale, des formations d'arsenic d'une pureté de 90 à 98% se trouvent avec des métaux tels que l'antimoine et l'argent. La majeure partie, cependant, entre dans la composition de plus de 150 minéraux différents - sulfures, arséniures, sulfoarséniures et arsénites. L'arsénopyrite FeAsS est l'un des minéraux porteurs d'As les plus courants. D'autres composés d'arsenic courants sont les minéraux de réalgar As4S4, orpiment As2S 3, lellingite FeAs2 et énargite Cu3AsS4. L'oxyde d'arsenic est également courant. La majeure partie de cette substance est un sous-produit de la fusion des minerais de cuivre, de plomb, de cob alt et d'or.
Dans la nature, il n'y a qu'un seul isotope stable de l'arsenic - 75As. Parmi les isotopes radioactifs artificiels, 76As avec une demi-vie de 26,4 heures se distingue. L'arsenic-72, -74 et -76 sont utilisés dans les diagnostics médicaux.
Production et application industrielle
L'arsenic métallique est obtenu en chauffant l'arsénopyrite à 650-700 °C sans air. Si l'arsénopyrite et d'autres minerais métalliques sont chauffés avec de l'oxygène, As entre facilement en combinaison avec lui, formant facilement sublimé As4O6, également connu comme "blancarsenic". La vapeur d'oxyde est collectée et condensée, puis purifiée par resublimation. L'essentiel de l'As est produit par réduction du carbone à partir de l'arsenic blanc ainsi obtenu.
La consommation mondiale d'arsenic métallique est relativement faible - seulement quelques centaines de tonnes par an. La plupart de ce qui est consommé vient de Suède. Il est utilisé en métallurgie en raison de ses propriétés métalloïdes. Environ 1% d'arsenic est utilisé dans la production de grenaille de plomb, car il améliore la rondeur de la goutte fondue. Les propriétés des alliages de roulement à base de plomb s'améliorent à la fois thermiquement et mécaniquement lorsqu'ils contiennent environ 3 % d'arsenic. La présence d'une petite quantité de cet élément chimique dans les alliages de plomb les durcit pour une utilisation dans les batteries et les armures de câbles. De petites impuretés d'arsenic augmentent la résistance à la corrosion et les propriétés thermiques du cuivre et du laiton. Sous sa forme pure, l'élémentaire chimique As est utilisé pour le bronzage et la pyrotechnie. L'arsenic hautement purifié est utilisé dans la technologie des semi-conducteurs, où il est utilisé avec le silicium et le germanium, et sous la forme d'arséniure de gallium (GaAs) dans les diodes, les lasers et les transistors.
Connexions comme
Puisque la valence de l'arsenic est de 3 et 5, et qu'il a un certain nombre d'états d'oxydation de -3 à +5, l'élément peut former différents types de composés. Les plus importants sur le plan commercial sont ses oxydes, dont les principales formes sont As4O6 etComme2O5. L'oxyde d'arsenic, communément appelé arsenic blanc, est un sous-produit de la torréfaction des minerais de cuivre, de plomb et de certains autres métaux, ainsi que des minerais d'arsénopyrite et de sulfure. C'est la matière première de la plupart des autres composés. De plus, il est utilisé dans les pesticides, comme agent de blanchiment dans la production de verre et comme conservateur pour les cuirs. Le pentoxyde d'arsenic est formé par l'action d'un agent oxydant (par exemple, l'acide nitrique) sur l'arsenic blanc. C'est le principal ingrédient des insecticides, des herbicides et des adhésifs métalliques.
Arsine (AsH3), un gaz toxique incolore composé d'arsenic et d'hydrogène, est une autre substance connue. La substance, également appelée hydrogène arsenical, est obtenue par l'hydrolyse d'arséniures métalliques et la réduction de métaux à partir de composés d'arsenic dans des solutions acides. Il a trouvé une utilisation comme dopant dans les semi-conducteurs et comme gaz toxique militaire. En agriculture, acide arsenique (H3AsO4), arséniate de plomb (PbHAsO44 4 ) et arséniate de calcium [Ca3(AsO4)2
], qui sont utilisés pour stériliser le sol et lutter contre les parasites.
L'arsenic est un élément chimique qui forme de nombreux composés organiques. HowOne (CH3)2As−As(CH3)2 , par exemple, est utilisé dans la préparation d'un déshydratant largement utilisé (déshydratant) - l'acide cacodylique. Les composés organiques complexes de l'élément sont utilisés dans le traitement de certaines maladies, par exemple la dysenterie amibienne,causée par des micro-organismes.
Propriétés physiques
Qu'est-ce que l'arsenic en termes de propriétés physiques ? Dans son état le plus stable, il s'agit d'un solide gris acier cassant à faible conductivité thermique et électrique. Bien que certaines formes d'As ressemblent à des métaux, le classer comme un non-métal est une caractérisation plus précise de l'arsenic. Il existe d'autres types d'arsenic, mais ils ne sont pas bien étudiés, en particulier la forme jaune métastable, constituée de molécules As4, similaires au phosphore blanc P4. L'arsenic se sublime à 613 °C et existe sous forme de vapeur sous forme de molécules As4 qui ne se dissocient pas jusqu'à environ 800 °C. La dissociation complète en molécules As2 se produit à 1700 °C.
La structure de l'atome et sa capacité à former des liaisons
La formule électronique de l'arsenic est 1s22s22p63s23p63d104s24p 3 - ressemble à l'azote et au phosphore en ce sens qu'il a cinq électrons dans la coque externe, mais il diffère d'eux en ayant 18 électrons dans l'avant-dernière coque au lieu de deux ou huit. L'ajout de 10 charges positives dans le noyau tout en remplissant cinq orbitales 3d provoque souvent une diminution globale du nuage d'électrons et une augmentation de l'électronégativité des éléments. L'arsenic dans le tableau périodique peut être comparé à d'autres groupes qui démontrent clairement ce modèle. Par exemple, il est généralement admis que le zinc estplus électronégatif que le magnésium et le gallium que l'aluminium. Cependant, dans les groupes suivants, cette différence se rétrécit et beaucoup ne sont pas d'accord sur le fait que le germanium est plus électronégatif que le silicium, malgré l'abondance de preuves chimiques. Une transition similaire de la coquille de 8 à 18 éléments du phosphore à l'arsenic peut augmenter l'électronégativité, mais cela reste controversé.
La similitude de l'enveloppe externe de As et P suggère qu'ils peuvent former 3 liaisons covalentes par atome en présence d'une paire d'électrons non liée supplémentaire. L'état d'oxydation doit donc être +3 ou -3, selon l'électronégativité mutuelle relative. La structure de l'arsenic évoque également la possibilité d'utiliser l'orbitale d externe pour étendre l'octet, ce qui permet à l'élément de former 5 liaisons. Il est réalisé uniquement par réaction avec le fluor. La présence d'une paire d'électrons libres pour la formation de composés complexes (par don d'électrons) dans l'atome d'As est beaucoup moins prononcée que dans le phosphore et l'azote.
L'arsenic est stable dans l'air sec, mais dans l'air humide, il se couvre d'oxyde noir. Sa vapeur brûle facilement, formant As2O3. Qu'est-ce que l'arsenic libre ? Il n'est pratiquement pas affecté par l'eau, les alcalis et les acides non oxydants, mais est oxydé par l'acide nitrique à un état de +5. Les halogènes, le soufre réagissent avec l'arsenic et de nombreux métaux forment des arséniures.
Chimie analytique
La substance arsenic peut être qualitativement détectée comme un orpiment jaune qui précipite sous l'influence de 25 %solution d'acide chlorhydrique. Les traces d'As sont généralement déterminées en le convertissant en arsine, qui peut être détectée à l'aide du test de Marsh. L'arsine se décompose thermiquement, formant un miroir d'arsenic noir à l'intérieur d'un tube étroit. Selon la méthode Gutzeit, une sonde imprégnée de chlorure de mercure, sous l'influence de l'arsine, s'assombrit en raison de la libération de mercure.
Caractéristiques toxicologiques de l'arsenic
La toxicité de l'élément et de ses dérivés varie considérablement sur une large gamme, de l'arsine extrêmement toxique et de ses dérivés organiques au simple As, qui est relativement inerte. L'utilisation de ses composés organiques comme agents de guerre chimique (lewisite), vésicant et défoliant (Agent Blue à base d'un mélange aqueux de 5% d'acide cacodylique et de 26% de son sel de sodium) nous renseigne sur ce qu'est l'arsenic.
En général, les dérivés de cet élément chimique irritent la peau et provoquent des dermatites. Une protection par inhalation contre la poussière contenant de l'arsenic est également recommandée, mais la plupart des intoxications se produisent lorsqu'elles sont ingérées. La concentration maximale autorisée d'As dans la poussière pour une journée de travail de huit heures est de 0,5 mg/m3. Pour l'arsine, la dose est réduite à 0,05 ppm. Outre l'utilisation de composés de cet élément chimique comme herbicides et pesticides, l'utilisation de l'arsenic en pharmacologie a permis d'obtenir le salvarsan, le premier médicament efficace contre la syphilis.
Effets sur la santé
L'arsenic est l'un des éléments les plus toxiques. Composés inorganiques d'un produit chimique donnéLes substances sont naturellement présentes en petites quantités. Les humains peuvent être exposés à l'arsenic par la nourriture, l'eau et l'air. L'exposition peut également se produire par contact cutané avec un sol ou de l'eau contaminés.
La teneur en arsenic des aliments est assez faible. Cependant, les niveaux dans les poissons et les fruits de mer peuvent être très élevés car ils absorbent les produits chimiques de l'eau dans laquelle ils vivent. Des quantités importantes d'arsenic inorganique dans le poisson peuvent présenter un risque pour la santé humaine.
Les personnes qui travaillent avec la substance, vivent dans des maisons construites à partir de bois traité avec et sur des terres agricoles où des pesticides ont été utilisés dans le passé sont également exposées à la substance.
L'arsenic inorganique peut avoir divers effets sur la santé humaine, tels qu'une irritation de l'estomac et des intestins, une réduction de la production de globules rouges et blancs, des modifications de la peau et une irritation des poumons. On pense que l'ingestion de quantités importantes de cette substance peut augmenter les risques de développer un cancer, en particulier des cancers de la peau, des poumons, du foie et du système lymphatique.
Des concentrations très élevées d'arsenic inorganique provoquent l'infertilité et des fausses couches chez les femmes, des dermatites, une résistance réduite aux infections, des problèmes cardiaques et des lésions cérébrales. De plus, cet élément chimique peut endommager l'ADN.
La dose mortelle d'arsenic blanc est de 100 mg.
Les composés organiques de l'élément ne causent pas de cancer ni de dommages au code génétique, mais des doses élevées peuventnuire à la santé humaine, par exemple en provoquant des troubles nerveux ou des douleurs abdominales.
Propriétés As
Les principales propriétés chimiques et physiques de l'arsenic sont les suivantes:
- Numéro atomique - 33.
- La masse atomique est de 74,9216.
- Le point de fusion de la moisissure grise est de 814 °C à une pression de 36 atmosphères.
- Gris Densité 5.73g/cm3 à 14°C.
- Densité de moisissure jaune 2,03 g/cm3 à 18°C.
- La formule électronique de l'arsenic est 1s22s22p63s23p63d104s24p 3 .
- États d'oxydation – -3, +3, +5.
- La valence de l'arsenic est 3, 5.
