ARSEEN: GESCHIEDENIS, STRUCTUUR, EIGENSCHAPPEN, GEBRUIK - CHEMIE - 2026

Het arseen is een halfmetaal of halfmetaal behorend tot groep 15 of VA van het periodiek systeem. Het wordt weergegeven door het chemische symbool As, en het atoomnummer is 33. Het kan worden gevonden in drie allotrope vormen: geel, zwart en grijs; de laatste is de enige met industriële betekenis.

Grijs arseen is een broze, metaalachtige vaste stof met een staalachtige, kristallijne kleur (onderste afbeelding). Het verliest zijn glans bij blootstelling aan lucht en vormt arseenoxide (As ₂ O ₃ ), dat bij verhitting een knoflookgeur afgeeft. Aan de andere kant zijn de gele en zwarte allotropen respectievelijk moleculair en amorf.

Metallisch arseen. Bron: hoge resolutie afbeeldingen van chemische elementen

Arseen wordt gevonden in de aardkorst en wordt geassocieerd met tal van mineralen. Slechts een klein deel wordt in de oorspronkelijke staat aangetroffen, echter geassocieerd met antimoon en zilver.

Een van de meest voorkomende mineralen waarin arseen wordt aangetroffen, zijn de volgende: realgar (As ₄ S ₄ ), orpiment (As ₂ S ₃ ), loellingiet (FeAs ₂ ) en enargiet (Cu ₃ AsS ₄ ). Arseen wordt ook verkregen als bijproduct van het smelten van metalen zoals lood, koper, kobalt en goud.

Arseenverbindingen zijn giftig, vooral arsine (AsH ₃ ). Arseen heeft echter tal van industriële toepassingen, waaronder legering met lood, gebruikt bij de vervaardiging van autoaccu's, en legering met gallium met verschillende toepassingen in elektronica.

Geschiedenis van zijn ontdekking

De naam 'arseen' komt van het Latijnse arsenicum en het Griekse arsenikon, verwijzend naar gele orpiment, de belangrijkste vorm van gebruik van arseen door alchemisten.

Arseen, lang voordat het werd erkend als een chemisch element, was bekend en werd gebruikt in de vorm van zijn verbindingen. Zo schreef Aristoteles in de 4e eeuw voor Christus over sandarache, een stof waarvan men nu denkt dat het arseensulfide is.

Plinius de Oudere en Pedanius Discórides beschreven in de 1e eeuw na Christus orpiment, een mineraal bestaande uit As ₂ S ₃ . In de 11e eeuw werden drie soorten arseen herkend: wit (As ₄ O ₄ ), geel (As ₂ S ₃ ) en rood (As ₄ S ₄ ).

Arseen als een puur element werd voor het eerst waargenomen door Albertus Magnus (1250). Magnus verwarmde het arseensulfide met zeep en merkte het uiterlijk op van een stof met een kenmerk dat lijkt op de grijsachtige allotroop in de afbeelding. Het eerste authentieke rapport van zijn isolement werd echter in 1649 gepubliceerd door Johann Schroeder, een Duitse apotheker.

Schroeder bereidde het arseen voor door het oxide met houtskool te verhitten. Later slaagde Nicolas Lémery erin om het te produceren door een mengsel van arseenoxide, zeep en potas te verhitten. In de 18e eeuw werd dit element eindelijk erkend als een halfmetaal.

Structuur van arseen

Arseen is isomorf met antimoon; dat wil zeggen, ze zijn structureel identiek en verschillen alleen in de grootte van hun atomen. Elk arseenatoom vormt drie As-As covalente bindingen, op een zodanige manier dat ze "gerimpelde of steile" hexagonale As ₆ eenheden voortbrengen , aangezien de hybridisatie van de As-atomen sp ^{3 is} .

Vervolgens verbinden de As _6- eenheden zich en ontstaan ​​er steile arseenlagen, die zwak met elkaar in wisselwerking staan. Als resultaat van hun intermoleculaire krachten, die vooral afhankelijk zijn van hun atoommassa, geven de rhombohedrale grijze arseenkristallen de vaste stof een fragiele en broze textuur.

Mogelijk als gevolg van de afstoting van het vrije elektronenpaar van arseen, definiëren de As _6- eenheden gevormd tussen parallelle lagen geen perfecte maar vervormde octaëder:

Kristalstructuur van grijs arseen. Bron: Gabriel Bolívar.

Merk op dat de zwarte bollen het vervormde vlak tekenen in de ruimte tussen twee steile lagen. Evenzo zijn er in de laag eronder blauwachtige bollen die samen met de zwarte bol de As _6- eenheid vormen die aan het begin van de sectie wordt genoemd.

De structuur ziet er ordelijk uit, de rijen gaan op en neer en is daarom kristallijn. Het kan echter amorf worden, met bollen die op verschillende manieren worden samengedrukt. Wanneer grijsachtig arseen amorf wordt, wordt het een halfgeleider.

Geel arseen

Geel arseen, de meest giftige allotroop van dit element, is een puur moleculaire vaste stof. Het bestaat uit As-moleculen ₄ eenheden als gevolg van zwakke dispersiekrachten, die niet voorkomen dat ze vervluchtigen.

Zwart arseen

Zwart arseen is amorf; maar niet hoe de grijsachtige allotroop kan zijn. De structuur lijkt enigszins op de zojuist beschreven structuur, met het verschil dat de As _6- eenheidsvlakken grotere gebieden en verschillende patronen van wanorde hebben.

Elektronische configuratie

3d ¹⁰ 4s ² 4p ³

Het heeft alle orbitalen van niveau 3 gevuld. Het vormt bindingen met behulp van de 4s en 4p-orbitalen (evenals de 4d) door middel van verschillende chemische hybridisaties.

Eigendommen

Molecuulgewicht

74,922 g / mol

Fysieke beschrijving

Grijs arseen is een grijsachtige vaste stof met een metaalachtig uiterlijk en een broze consistentie.

Kleur

Drie allotrope vormen, geel (alfa), zwart (bèta) en grijs (gamma).

Geur

Toilet

Smaak

Smaakloos

Smeltpunt

1090 K bij 35,8 atm (tripelpunt van arseen).

Bij normale druk heeft het geen smeltpunt, aangezien het sublimeert tot 887 K.

Dichtheid

-Grijs arseen: 5,73 g / cm ³ .

-Geel arseen: 1,97 g / cm ³ .

Oplosbaarheid in water

Onoplosbaar

Atomaire radio

139 uur

Atoomvolume

13,1 cm ³ / mol

Covalente straal

120 uur

Specifieke hitte

0,328 J / gmol bij 20 ° C

Verdampingswarmte

32,4 kJ / mol

Elektronegativiteit

2.18 op de Pauling-schaal

Ionisatieenergie

Eerste ionisatie-energie 946,2 kJ / mol

Oxidatietoestanden

-3, +3, +5

Stabiliteit

Elementair arseen is stabiel in droge lucht, maar bij blootstelling aan vochtige lucht wordt het bedekt met een bronsgele laag die een zwarte laag arseenoxide kan worden (As ₂ O ₃ ).

Ontleding

Wanneer arseen tot ontbinding wordt verhit, geeft het een witte rook van As ₂ O _{3 af} . De procedure is gevaarlijk omdat ook arsine, een zeer giftig gas, kan vrijkomen.

Zelfontbranding

180 ºC

Hardheid

3,5 op de hardheidsschaal van Mohs.

Reactiviteit

Het wordt niet aangetast door koud zwavelzuur of geconcentreerd zoutzuur. Reageert met heet salpeterzuur of zwavelzuur, waarbij arseenzuur en arseenzuur worden gevormd.

Wanneer grijs arseen door verhitting wordt vervluchtigd en de dampen snel worden afgekoeld, wordt een geel arseen gevormd. Dit keert terug naar de grijsachtige vorm bij blootstelling aan ultraviolet licht.

Toepassingen

Legeringen

Een kleine hoeveelheid arseen die aan lood wordt toegevoegd, verhardt de legeringen ervan genoeg om ze te gebruiken bij het coaten van kabels en bij de productie van auto-accu's.

De toevoeging van arseen aan messing, een legering van koper en zink, verhoogt de weerstand tegen corrosie. Anderzijds corrigeert of vermindert het het verlies aan zink in het messing, waardoor de levensduur wordt verlengd.

elektronica

Gezuiverd arseen wordt gebruikt in halfgeleidertechnologie waar het wordt gebruikt in combinatie met gallium en germanium, evenals in de vorm van galliumarsenide (GaAs), de tweede meest gebruikte halfgeleider.

GaAs hebben een directe bandafstand, die kan worden gebruikt bij de productie van diodes, lasers en leds. Naast galliumarsenide zijn er nog andere arseniden, zoals indiumarsenide en aluminiumarsenide, die ook III-V halfgeleiders zijn.

Ondertussen is cadmiumarsenide een type II-IV halfgeleider. Arsine is gebruikt bij doping van halfgeleiders.

Landbouw en houtbehoud

De meeste toepassingen zijn geschrapt vanwege hun hoge toxiciteit en die van hun verbindingen. As ₂ O ₃ is gebruikt als pesticide, terwijl As ₂ O ₅ een ingrediënt is in herbiciden en insecticiden.

Arseenzuur (H ₃ AsO ₄ ) en zouten zoals calciumarsenaat en loodarsenaat zijn gebruikt om bodems te steriliseren en ongedierte te bestrijden. Hierdoor ontstaat een risico op milieuverontreiniging met arseen.

Loodarsenaat werd tot de eerste helft van de 20e eeuw als insecticide op fruitbomen gebruikt. Maar vanwege zijn toxiciteit werd het vervangen door natriummethylarsenaat, dat om dezelfde reden sinds 2013 niet meer wordt gebruikt.

Medicinaal

Tot de 20e eeuw werden verschillende van de verbindingen gebruikt als medicijnen. Arsphenamine en neolsalvarsan zijn bijvoorbeeld gebruikt bij de behandeling van syfilis en trypanosomiasis.

In 2000 werd het gebruik van As ₂ O ₃ , een zeer giftige stof , goedgekeurd bij de behandeling van acute promyelocytische leukemie die resistent is tegen all-trans-retinoïnezuur. Onlangs werd de radioactieve isotoop ⁷⁴ As gebruikt voor tumorlokalisatie.

De isotoop levert goede beelden op, duidelijker dan die verkregen met de ¹²⁴ I, omdat het jodium naar de schildklier wordt gevoerd en ruis in het signaal produceert.

Andere gebruiken

Arseen werd in het verleden gebruikt als toevoegingsmiddel voor diervoeding bij de productie van pluimvee en varkens.

Het wordt gebruikt als katalysator bij de vervaardiging van ethyleenoxide. Het wordt ook gebruikt bij vuurwerk en zonnebank. Arseenoxide wordt gebruikt als ontkleuringsmiddel bij de vervaardiging van glas.

Waar is het gelegen?

Arseen komt in kleine hoeveelheden voor in een elementaire toestand, met een hoge zuiverheidsgraad. Het is aanwezig in tal van verbindingen, zoals: sulfiden, arseniden en sulfoarseniiden.

Het wordt ook aangetroffen in verschillende mineralen, waaronder: arsenopyriet (FeSAs), loellingiet (FeAs ₂ ), enargiet (Cu ₃ AsS ₄ ), orpiment (As ₂ S ₃ ) en realgar (As ₄ S ₄ ).

Hoe wordt het verkregen?

Arsenopyriet wordt verwarmd tot 650-700ºC, in afwezigheid van lucht. Arseen verdampt, waardoor ijzersulfide (FeS) als residu achterblijft. Tijdens dit proces bindt arseen zich aan zuurstof om As ₄ O _{6 te vormen} , bekend als "wit arseen".

As ₄ O ₆ wordt gemodificeerd om As ₂ O _{3 te vormen} , waarvan de dampen worden verzameld en gecondenseerd in een reeks stenen kamers, waarbij het arseen wordt gezuiverd door sublimatie.

Het meeste arseen wordt geproduceerd door koolstofreductie van het gevormde stof van As ₂ O ₃ .

Referenties

1. Stephen R. Marsden. (23 april 2019). Chemie van arseen. Chemie LibreTexts. Hersteld van: chem.libretexts.org
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (3 december 2018). Interessante feiten over arseen. Hersteld van: thoughtco.com
3. Wikipedia. (2019). Arseen. Hersteld van: en.wikipedia.org
4. Dr. Dough Stewart. (2019). Feiten over arseenelementen. Chemicool. Hersteld van: chemicool.com
5. Royal Society of Chemistry. (2019). Arseen. Hersteld van: rsc.or
6. De redactie van Encyclopaedia Britannica. (3 mei 2019). Arseen. Encyclopædia Britannica. Hersteld van: britannica.com