Мышьяк
Общие сведения
Мышьяк является химическим элементом пятнадцатой группы периодической системы с атомным номером тридцать три. По своим физико-химическим свойствам он представляет собой хрупкий полуметалл. Латинское название элемента происходит от греческого слова арсеникон, которое впоследствии трансформировалось в латыни в арсеникум. В тысяча семьсот восемьдесят девятом году французский химик Антуан Лавуазье окончательно выделил мышьяк, отделив его от оксида, и признал самостоятельным химическим элементом. Русскоязычное название связано с исторической практикой использования соединений этого элемента в девятнадцатом веке для уничтожения мышей. Соединения мышьяка, в частности сульфиды, были известны еще в античности древним грекам и римлянам. В Средние века чистый мышьяк умели получать алхимики, а также китайские исследователи, которые описывали его высокую токсичность в медицинских трактатах. Элемент является сильным ядом и относится к первой категории канцерогенов.
Свойства и характеристики
В чистом виде мышьяк имеет стальной цвет, иногда с зеленоватым оттенком. На влажном воздухе поверхность элемента быстро окисляется, покрываясь золотистым налетом. В природе существует тридцать три изотопа мышьяка, однако стабильным является лишь один из них с массовым числом семьдесят пять. Остальные изотопы радиоактивны и характеризуются быстрым распадом. При нагревании на воздухе мышьяк испаряется в виде летучего и ядовитого оксида, процесс сопровождается характерным чесночным запахом. При высоких температурах реакция окисления вызывает фосфоресценцию, сопровождающуюся свечением. В избытке кислорода элемент ярко горит с образованием оксида мышьяка в пятой степени окисления. Элемент бурно реагирует со фтором, образуя пентафторид, а также с другими галогенами с образованием соответствующих хлоридов, бромидов и иодидов. С водой, кислотами и щелочами элемент взаимодействует слабо, проявляя химическую нейтральность. Исключение составляет реакция с концентрированной азотной кислотой, в результате которой образуется мышьяковая кислота. Со щелочами мышьяк образует ортоарсениты. При восстановлении мышьяка из соединений водородом выделяется арсин, представляющий собой высокотоксичный, горючий и бесцветный газ. В чистом виде арсин не имеет запаха, но при окислении на воздухе приобретает чесночный аромат. Острое отравление мышьяком вызывает рвоту, боли в животе, диарею и угнетение центральной нервной системы, что по симптоматике очень напоминает холеру. В качестве антидотов при отравлениях применяются унитиол, дитиолпропансульфонат натрия и тиосульфат натрия.
Нахождение в природе
В природной среде мышьяк может встречаться в самородном виде. Известно около двухсот минералов, содержащих данный химический элемент. В земной коре мышьяк часто сопутствует свинцовым, медным и серебряным рудам. К наиболее типичным минералам мышьяка относятся сульфиды, такие как реальгар и аурипигмент. Также в природе широко распространены арсенопирит, известный как мышьяковый колчедан, лёллингит и скородит.
Получение
Существует несколько основных промышленных и лабораторных методов получения мышьяка. К ним относятся перегонка природного мышьяка, термическое разложение мышьякового колчедана и восстановление мышьяковистого ангидрида. Наиболее распространенный способ включает нагревание минерала арсенопирита без доступа воздуха. В ходе этого процесса мышьяк переходит в парообразное состояние, после чего пары конденсируются в железных трубках и керамических приемниках, превращаясь в твердое вещество. При нагревании руды с доступом воздуха образуется оксид мышьяка, также известный как белый мышьяк. Для получения чистого элемента из оксида применяется метод восстановления углеродом при высоких температурах, в результате которого выделяется чистый мышьяк.
Применение
В современной промышленности мышьяк используется преимущественно в металлургии для легирования сплавов свинца, в частности при производстве оружейной дроби. Важнейшей сферой применения является электронная промышленность, где арсениды, такие как арсенид галлия, выступают в роли ключевых полупроводниковых материалов. Исторически сульфидные соединения мышьяка, такие как аурипигмент и реальгар, применялись в живописи в качестве красок, а в пиротехнике смесь реальгара с серой и селитрой использовалась для создания бенгальских огней с ярко-белым пламенем. В начале двадцатого века элемент находил применение в военной сфере в качестве основы для боевых отравляющих веществ, таких как люизит. В тот же период соединения мышьяка активно использовались в медицине, например, в препаратах для лечения сифилиса, таких как сальварсан, и в стоматологической практике для омертвления зубного нерва. В настоящее время использование мышьяка в медицине категорически запрещено из-за его доказанной высокой токсичности и способности вызывать онкологические заболевания. Работа с элементом на производствах требует соблюдения строгих мер безопасности, использования герметичных боксов и защитной спецодежды. Проблема утилизации промышленных отходов, содержащих мышьяк, возникающих при добыче золота и переработке руд, остается острой экологической задачей из-за сохранения высокой токсичности элемента в местах захоронений.