ARSENIK: TARIH, YAPI, ÖZELLIKLER, KULLANIMLAR - KIMYA - 2025

Arsenik yarı metal ya da Periyodik Tablonun Grup 15 ya da VA ait yarı metal bir taslaktır. Kimyasal simge As ile temsil edilir ve atom numarası 33'tür. Üç allotropik biçimde bulunabilir: sarı, siyah ve gri; ikincisi, endüstriyel öneme sahip tek kişidir.

Gri arsenik, çelik gibi kristal bir renge sahip kırılgan, metalik görünümlü bir katıdır (alttaki resim). Havaya maruz kaldığında parlaklığını kaybeder, arsenik oksit (As ₂ O ₃ ) oluşturur ve ısıtıldığında sarımsak kokusu yayar. Öte yandan, sarı ve siyah allotropları sırasıyla moleküler ve amorftur.

Metalik arsenik. Kaynak: Kimyasal Elementlerin Yüksek Çözünürlüklü Görüntüleri

Arsenik, yer kabuğunda çok sayıda mineralle ilişkili olarak bulunur. Doğal durumda sadece küçük bir oran bulunur, ancak antimon ve gümüş ile ilişkilidir.

Arseniğin bulunduğu en yaygın mineraller şunlardır: realgar (As ₄ S ₄ ), orpiment (As ₂ S ₃ ), loellingite (FeAs ₂ ) ve enarjit (Cu ₃ AsS ₄ ). Arsenik ayrıca kurşun, bakır, kobalt ve altın gibi eritme metallerinin bir yan ürünü olarak elde edilir.

Arsenik bileşikleri, özellikle arsin (AsH ₃ ) toksiktir . Bununla birlikte, arsenik, otomotiv pillerinin imalatında kullanılan kurşunla alaşımlama ve elektronikte çeşitli kullanımlarla galyum ile alaşımlama dahil olmak üzere birçok endüstriyel uygulamaya sahiptir.

Keşfinin tarihi

'Arsenik' adı, simyacılar tarafından arseniğin ana kullanım şekli olan sarı orpiment'e atıfta bulunarak Latince arsenik ve Yunan arsenikonundan gelmektedir.

Arsenik, kimyasal bir element olarak tanınmadan çok önce biliniyordu ve bileşikleri şeklinde kullanılıyordu. Örneğin, MÖ 4. yüzyılda Aristoteles, şimdi arsenik sülfür olduğu düşünülen bir madde olan sandarache hakkında yazdı.

Pliny the Elder ve Pedanius Discórides, MS 1. yüzyılda As ₂ S _3'ten oluşan bir mineral olan orpimenti tanımladılar . 11. yüzyılda, üç tür arsenik tanındı: beyaz (As ₄ O ₄ ), sarı (As ₂ S ₃ ) ve kırmızı (As ₄ S ₄ ).

Saf bir element olarak arsenik ilk olarak Albertus Magnus (1250) tarafından gözlemlendi. Magnus, arsenik sülfiti sabunla ısıtarak, görüntüdeki grimsi allotropa benzer bir karakteristiğe sahip bir maddenin görünümünü fark etti. Bununla birlikte, izolasyonunun ilk gerçek raporu 1649'da bir Alman eczacı olan Johann Schroeder tarafından yayınlandı.

Schroeder arseniği oksitini odun kömürü ile ısıtarak hazırladı. Daha sonra Nicolas Lémery, arsenik oksit, sabun ve potas karışımını ısıtarak üretmeyi başardı. 18. yüzyılda, bu element nihayet yarı metal olarak kabul edildi.

Arseniğin yapısı

Arsenik, antimon için izomorfiktir; yani, yapısal olarak özdeştirler, yalnızca atomlarının boyutlarında farklılık gösterirler. Her bir arsenik atomu üç form olarak-de kendi oluşturdukları bir şekilde kovalent bağlar, “buruşuk ya da dik” olarak altıgen ₆ birim atomu olarak hibritlenmesi için, sp ³ .

Ardından As ₆ üniteleri , birbirleriyle zayıf bir şekilde etkileşime giren dik arsenik katmanlarına yol açarak bağlanır. Her şeyden önce atomik kütlelerine bağlı olan moleküller arası kuvvetlerinin bir sonucu olarak, rhombohedral gri arsenik kristalleri katıya kırılgan ve kırılgan bir doku verir.

Muhtemelen arseniğin serbest elektron çiftinin itmelerinden dolayı, paralel katmanlar arasında oluşan As ₆ birimleri mükemmel ancak bozuk bir oktahedron tanımlamaz:

Gri arseniğin kristal yapısı. Kaynak: Gabriel Bolívar.

Siyah kürelerin, iki dik katman arasındaki boşlukta bozuk düzlemi çizdiğine dikkat edin. Aynı şekilde aşağıdaki katmanda da siyah küre ile birlikte bölümün başında bahsettiğimiz As ₆ birimini oluşturan mavimsi küreler bulunmaktadır .

Yapı düzenli görünüyor, sıralar yukarı ve aşağı gidiyor ve bu nedenle kristalin. Bununla birlikte, farklı şekillerde sıkıştırılmış kürelerle amorf hale gelebilir. Grimsi arsenik şekilsiz hale geldiğinde yarı iletken olur.

Sarı arsenik

Bu elementin en toksik allotropu olan sarı arsenik, tamamen moleküler bir katıdır. Zayıf dispersiyon kuvvetleri nedeniyle uçucu hale gelmelerini engellemeyen As moleküllerinden ₄ birim oluşur .

Siyah arsenik

Siyah arsenik şekilsizdir; ama grimsi allotropun nasıl olabileceği değil. Yapısı, biraz önce anlatılana biraz benzer, ancak farkı, As ₆ birim düzlemlerinin daha geniş alanlara ve farklı düzensizlik modellerine sahip olmasıdır.

Elektronik konfigürasyon

3b ¹⁰ 4s ² 4p ³

Seviye 3'ün tüm orbitalleri doldurulmuştur. Farklı kimyasal hibridizasyonlarla 4s ve 4p orbitallerini (ve 4d'yi) kullanarak bağlar oluşturur.

Özellikleri

Moleküler ağırlık

74.922 g / mol

Fiziksel tanım

Gri arsenik, metalik bir görünüme ve kırılgan bir kıvama sahip grimsi bir katıdır.

Renk

Üç allotropik form, sarı (alfa), siyah (beta) ve gri (gama).

Koku

Tuvalet

Damak zevki

Tatsız

Erime noktası

35,8 atm'de 1,090 K (üçlü arsenik noktası).

Normal basınçta 887 K'ye yüceltildiği için erime noktası yoktur.

Yoğunluk

Gri arsenik: 5,73 g / cm ³ .

Sarı arsenik: 1.97 g / cm ³ .

Su çözünürlüğü

çözünmez

Atomik radyo

139 pm

Atom hacmi

13.1 cm ³ / mol

Kovalent yarıçap

120 pm

Özısı

20 ° C'de 0,328 J / gmol

Buharlaşma ısısı

32.4 kJ / mol

Elektronegativite

Pauling ölçeğinde 2.18

İyonlaşma enerjisi

İlk iyonlaşma enerjisi 946,2 kJ / mol

Oksidasyon durumları

-3, +3, +5

istikrar

Elemental arsenik kuru havada stabildir, ancak nemli havaya maruz kaldığında, siyah bir arsenik oksit tabakasına dönüşebilen bronz-sarı bir tabaka ile kaplanır (As ₂ O ₃ ).

ayrışma

Arsenik ayrışmaya kadar ısıtıldığında beyaz bir As ₂ O ₃ dumanı yayar . Prosedür tehlikelidir çünkü çok zehirli bir gaz olan arsin de açığa çıkabilir.

Otomatik ateşleme

180ºC

Sertlik

Mohs sertlik ölçeğinde 3.5.

Reaktivite

Soğuk sülfürik asit veya konsantre hidroklorik asit tarafından saldırıya uğramaz. Sıcak nitrik asit veya sülfürik asitle reaksiyona girerek arsenik asit ve arsenik asit oluşturur.

Gri arsenik ısıtılarak buharlaştığında ve buharlar hızla soğutulduğunda sarı bir arsenik oluşur. Ultraviyole ışığa maruz kaldığında bu, grimsi forma döner.

Uygulamalar

alaşımlar

Kurşuna eklenen az miktarda arsenik, alaşımlarını kablo kaplamasında ve araba akülerinin imalatında kullanacak kadar sertleştirir.

Bakır ve çinko alaşımı olan pirince arsenik ilavesi korozyona karşı direncini artırır. Öte yandan pirinçteki çinko kaybını düzeltir veya azaltır, bu da kullanım ömrünün artmasına neden olur.

elektronik

Saflaştırılmış arsenik, galyum ve germanyum ile birlikte kullanıldığı yarı iletken teknolojisinde ve ikinci en yaygın kullanılan yarı iletken olan galyum arsenit (GaAs) formunda kullanılır.

GaA'lar diyot, lazer ve LED üretiminde kullanılabilen doğrudan bant aralığına sahiptir. Galyum arsenide ek olarak, indiyum arsenit ve alüminyum arsenit gibi, yine III-V yarı iletkenler olan başka arsenitler de vardır.

Bu arada kadmiyum arsenit, bir tip II-IV yarı iletkendir. Arsine yarı iletken dopingde kullanılmıştır.

Tarım ve odun koruma

Çoğu uygulama, yüksek toksisiteleri ve bileşikleri nedeniyle hurdaya çıkarılmıştır. Zira ₂ O ₃ pestisit olarak kullanılırken, As ₂ O ₅ herbisitlerde ve insektisitlerde bir bileşendir.

Toprakları sterilize etmek ve zararlıları kontrol etmek için arsenik asit (H ₃ AsO ₄ ) ve kalsiyum arsenat ve kurşun arsenat gibi tuzlar kullanılmıştır. Bu, arsenikle çevre kirliliği riski oluşturur.

Kurşun arsenat, 20. yüzyılın ilk yarısına kadar meyve ağaçlarında böcek ilacı olarak kullanılmıştır. Ancak toksisitesi nedeniyle, 2013'ten beri aynı nedenle kullanılmayı bırakan sodyum metillarsenat ile değiştirildi.

Tıbbi

20. yüzyıla kadar, bazı bileşikleri ilaç olarak kullanıldı. Örneğin Arsphenamine ve neolsalvarsan, sifiliz ve tripanosomiyazın tedavisinde kullanılmıştır.

2000 yılında, oldukça toksik bir bileşik olan As ₂ O _3'ün all-trans retinoik aside dirençli akut promiyelositik löseminin tedavisinde kullanımı onaylandı . Son zamanlarda, radyoaktif izotop ⁷⁴ As, tümör lokalizasyonu için kullanıldı.

İzotop, ¹²⁴ I ile elde edilenlerden daha net, iyi görüntüler üretir , çünkü iyot tiroide taşınır ve sinyalde gürültü üretir.

Diğer kullanımlar

Arsenik, geçmişte kümes hayvanları ve domuz üretiminde bir yem katkı maddesi olarak kullanılmıştır.

Etilen oksit üretiminde katalizör olarak kullanılır. Ayrıca havai fişek ve tabaklama işlemlerinde de kullanılır. Arsenik oksit, cam üretiminde renk giderici olarak kullanılır.

Nerede bulunuyor?

Arsenik, yüksek derecede saflıkta, temel bir durumda küçük miktarlarda bulunabilir. Sülfitler, arsenitler ve sülfoarsenitler gibi çok sayıda bileşikte bulunur.

Ayrıca arsenopirit (FeSAs), loellingit (FeAs ₂ ), enarjit (Cu ₃ AsS ₄ ), orpiment (As ₂ S ₃ ) ve realgar (As ₄ S ₄ ) dahil olmak üzere çeşitli minerallerde bulunur .

Nasıl elde edilir?

Arsenopirit, havasız ortamda 650-700ºC'ye kadar ısıtılır. Arsenik buharlaşır ve kalıntı olarak demir sülfit (FeS) bırakır. Bu işlem sırasında arsenik oksijene bağlanarak "beyaz arsenik" olarak bilinen As ₄ O _{6 oluşturur} .

Olarak ₄ O ₆ olarak oluşturmak için değiştirildiği ₂ O ₃ , süblimleştirme yolu ile arsenik saflaştırılması, olan buharlar toplandı ve tuğla bölmelerin bir dizi yoğunlaştınlır.

Arseniğin çoğu, As ₂ O _3'ün oluşan tozunun karbon azaltılmasıyla üretilir .

Referanslar

1. Stephen R. Marsden. (23 Nisan 2019). Arsenik kimyası. Kimya LibreTexts. Chem.libretexts.org adresinden kurtarıldı
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (3 Aralık 2018). Arsenik Hakkında İlginç Gerçekler. Kurtarıldı: thinkco.com
3. Vikipedi. (2019). Arsenik. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
4. Dough Stewart. (2019). Arsenik elementi gerçekleri. Chemicool. Chemicool.com'dan kurtarıldı
5. Kraliyet Kimya Derneği. (2019). Arsenik. Kurtarıldı: rsc.or
6. Encyclopaedia Britannica'nın Editörleri. (3 Mayıs 2019). Arsenik. Encyclopædia Britannica. Britannica.com'dan kurtarıldı