Мышьяк (As)
ПолуметаллТвёрдое тело
Стандартная относительная атомная масса
74,921595 uЭлектронная конфигурация
[Ar] 4s2 3d10 4p3Температура плавления
816,85 °CТемпература кипения
613,85 °CПлотность
5776 kg/m³Степени окисления
−3, −2, −1, 0, +1, +2, +3, +4, +5Электроотрицательность (по Полингу)
2,18Энергия ионизации (1-я)
9,78855 eVГод открытия
1250Атомный радиус
115 pmПодробные сведения
Мышьяк — металлоид группы 15, химически родственный фосфору и сурьме. Он встречается главным образом в сульфидных минералах и в арсенидных или сульфосольных рудах, а не в виде самородного элемента. Его химия определяется степенями окисления +3 и +5, причем среди различных форм существуют важные различия в подвижности и токсичности. Мышьяк полезен в технологическом отношении в малых количествах, особенно в соединениях-полупроводниках, но более известен токсичностью многих своих неорганических соединений.
Элемент представляет собой стально-серое, очень хрупкое, кристаллическое, полуметаллическое твёрдое вещество; на воздухе оно тускнеет, а при нагревании быстро окисляется до мышьяковистого оксида, который пахнет чесноком. Мышьяк и его соединения ядовиты.
Название происходит от латинского arsenicium и греческого arsenikos, означающих «мужской» или «самец», поскольку древние считали, что металлы имеют разные полы. Мышьяк был известен в доисторические времена благодаря своим ядовитым сульфидам. Считается, что немецкий ученый и философ Альберт фон Болльштедт (Альберт Великий, или Альбертус Магнус) получил металл около 1250 года.
Хотя соединения мышьяка добывались древними китайской, греческой и египетской цивилизациями, считается, что сам мышьяк впервые был идентифицирован Альбертусом Магнусом, немецким алхимиком, в 1250 году. Мышьяк встречается в свободном виде в природе, но чаще всего обнаруживается в минералах арсенопирите (FeAsS), реальгаре (AsS) и аурипигменте (As2S3). Сегодня большую часть коммерческого мышьяка получают нагреванием арсенопирита.
От латинского слова arsenicum, греч. arsenikon. Элементарный мышьяк существует в двух твердых модификациях: желтой и серой, или металлической, с удельными плотностями 1,97 и 5,73 соответственно. Считается, что Альбертус Магнус получил этот элемент в 1250 году н. э. В 1649 году Шрёдер опубликовал два метода получения элемента. Миспикель арсенопирит, (FeSAs), является наиболее распространенным минералом, из которого при нагревании мышьяк сублимируется, оставляя сульфид железа.
Чистый мышьяк чаще всего встречается в виде серого мышьяка — хрупкого твёрдого вещества с металлическим видом и стально-серой поверхностью. При нагревании он легко сублимируется, а не плавится при обычном давлении. Известны жёлтая и чёрная аллотропные формы, но они менее устойчивы при обычных условиях.
Элементарный мышьяк имеет ограниченное прямое применение. Небольшие добавки использовались для упрочнения свинцовых сплавов, особенно для дроби, решёток и некоторых подшипниковых материалов. Наиболее важное современное применение — в высокочистых соединённых полупроводниках, прежде всего в арсениде галлия (GaAs), который используется в радиочастотной электронике, оптоэлектронике, инфракрасных устройствах и некоторых высокоэффективных солнечных элементах. Соединения мышьяка ранее широко использовались в пестицидах, гербицидах, древесных консервантах, пигментах и лекарствах, но многие такие применения были ограничены или прекращены из-за токсичности и стойкости.
Мышьяк и его соединения ядовиты. Их использовали для изготовления крысиного яда и некоторых инсектицидов. Небольшие количества мышьяка добавляют в германий для изготовления транзисторов. Арсенид галлия (GaAs) может непосредственно генерировать лазерный свет из электричества.
Если вы внимательно следили за приведёнными выше физическими данными, вы, возможно, заметили, что температура кипения мышьяка ниже температуры его плавления. Это происходит потому, что эти две температуры измеряются при разных атмосферных давлениях. При нагревании при стандартном атмосферном давлении мышьяк переходит непосредственно из твёрдого состояния в газообразное, то есть сублимирует, при температуре 887 K. Для образования жидкого мышьяка атмосферное давление должно быть повышено. При давлении, в 28 раз превышающем стандартное атмосферное, мышьяк плавится при температуре 1090 K. Если бы температура кипения также измерялась при давлении 28 атмосфер, она была бы выше температуры плавления, как и следовало бы ожидать.
Мышьяк используется в бронзировании, пиротехнике, а также для упрочнения и улучшения сферичности дроби. Наиболее важные соединения — белый мышьяк, сульфид, парижская зелень, арсенат кальция и арсенат свинца; последние три использовались как сельскохозяйственные инсектициды и яды. В пробе Марша используется образование и лёгкое разложение арсина. Мышьяк всё шире используется в качестве легирующей добавки в твердотельных устройствах, таких как транзисторы. Арсенид галлия используется как лазерный материал для непосредственного преобразования электричества в когерентный свет.
Изотопы в биологии
73As и 76As (с периодами полураспада 80,3 дня и 1,1 дня соответственно) являются важными радиоактивными трассерами, используемыми в экологических и биомедицинских исследованиях для количественной оценки поглощения мышьяка [270] J. De Kimpe, R. Cornelis, L. Mees, R. Vanholder. Fundam. Appl. Toxicol.34, 240 (1996).. 74As (с периодом полураспада 17,8 дня) использовался для изучения биотрансформации (модификации химического соединения организмом) арсената у млекопитающих. В одном исследовании кроликам вводили арсенат, меченный 74As. По прошествии определённого времени отбирали образцы крови и продуктов крови и исследовали их на наличие и количество мечёных метаболитов арсената [270] J. De Kimpe, R. Cornelis, L. Mees, R. Vanholder. Fundam. Appl. Toxicol.34, 240 (1996).. Считается, что вдыхание пыли или дыма, содержащих 74As, является причинным фактором рака лёгких. В одном исследовании [271] R. H. Holland, M. S. McCall, H. C. Lanz. Cancer Res.19, 1154 (1959). «скорость всасывания из бронхиального дерева (дыхательных путей, проводящих воздух в лёгкие) была быстрой в течение первых нескольких дней, а затем медленно снижалась. У трёх пациентов в среднем 45 процентов вдыхаемого мышьяка было выведено с мочой за 10 дней и около 0,5 процента — с калом. Остальное следует считать отложившимся в организме, выдыхаемым и/или выводимым с секретами и экскретами организма в течение длительного времени». См. рис. IUPAC.33.1.
Изотопы в медицине
72As (с периодом полураспада 26 ч) и 74As полезны в молекулярной визуализации, поскольку это радиоактивные изотопы, испускающие позитроны; их можно конструировать так, чтобы они связывались с моноклональными антителами (moAb), которые накапливаются в опухолях, после чего лиганды, меченные 72As или 74As, будут связываться с moAb. После связывания лиганда, меченного 72As или 74As, с moAb позитронно-эмиссионная томография (PET) используется для визуализации точного расположения опухоли [272] M. Jennewein, A. Hermanne, R. P. Mason, P. E. Thorpe, F. Rösch. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A569, 512 (2006).. Конкретный пример использования радиоиммуномеченых антител для лучшей визуализации опухолей — сочетание 74As с бавитуксимабом, который представляет собой антитело, прочно связывающееся с уникальными липидами на поверхности опухолей. Когда в бавитуксимаб вводят тиольную группу, мышьяк способен ковалентно связываться, создавая простой и элегантный радиомаркер для нацеливания на злокачественные опухоли [269] M. Jennewein, M. A. Lewis, D. Zhao, E. Tsyganov, N. Slavine, J. He, L. Watkins, V. D. Kodibagkar, S. O’Kelly, P. Kulkarni, P. P. Antich, A. Hermanne, F. Rösch, R. P. Mason, P. E. Thorpe. Clin. Cancer Res.14, 1377 (2008)..
Мышьяк образует ковалентные и ионные соединения в нескольких степенях окисления, главным образом −3, +3 и +5. Триоксид мышьяка (As₂O₃) является важным промышленным промежуточным веществом и растворяется с образованием арсенитных форм. Пентаоксид мышьяка (As₂O₅) и мышьяковая кислота (H₃AsO₄) содержат мышьяк в степени окисления +5 и связаны с арсенатными солями. Арсин (AsH₃) — высокотоксичный летучий гидрид. К важным минералам относятся арсенопирит (FeAsS), реальгар (As₄S₄) и аурипигмент (As₂S₃). Существуют также органмышьяковые соединения, включая метилированные виды, встречающиеся в биологических и экологических системах.
See more information at the Arsenic compound page.
Металлический мышьяк представляет опасность главным образом через пыль, пары и превращение в растворимые или летучие соединения. Многие неорганические соединения мышьяка(III) обладают острой токсичностью, а хроническое воздействие неорганического мышьяка в питьевой воде или на производстве связано с серьезными заболеваниями, включая рак. Арсин (AsH₃) особенно опасен, поскольку является мощным гемолитическим газом. Токсичность сильно зависит от химической формы, дозы, пути воздействия и растворимости; органические мышьяковые соединения в морепродуктах часто значительно менее токсичны, чем неорганический мышьяк.
Мышьяк поступает в окружающую среду через природное выветривание минералов, вулканические выбросы, геотермальные воды и вследствие человеческой деятельности, такой как горнодобыча, плавка, сжигание угля и историческое использование пестицидов. В подземных водах его подвижность определяется pH, окислительно-восстановительными условиями, адсорбцией на оксидах железа и марганца и микробными превращениями. При окислительных условиях обычно преобладают виды арсената, тогда как при восстановительных условиях более важны виды арсенита, которые часто более подвижны и токсичны.
Мышьяк обычно не добывают как основной товарный продукт. Его главным образом извлекают в виде триоксида мышьяка (As₂O₃) из пылей и остатков, образующихся при плавке и рафинировании меди, свинца, золота и других цветных руд. Спрос значительно меньше, чем в прошлом, поскольку сельскохозяйственные химикаты и древесные антисептики на основе хромированного арсената меди были сокращены или выведены из обращения во многих регионах. Высокочистый мышьяк для арсенида галлия (GaAs) представляет собой специализированный рынок, требующий строгой очистки. Предложение в значительной степени зависит от извлечения побочного продукта, экологического контроля на плавильных заводах и возможности обращения с мышьяксодержащими отходами или их стабилизации.
Встречается в миспикеле (арсенопирите)
Мышьяк является относительно редким элементом в космосе. Его стабильный изотоп, ⁷⁵As, образуется в процессах захвата нейтронов в эволюционировавших звёздах и средах, связанных со сверхновыми. В планетарных материалах мышьяк ведёт себя как умеренно халькофильный и сидерофильный рассеянный элемент, поэтому обычно ассоциируется с сульфидами и металлическими фазами, а не только с силикатными минералами. Метеориты содержат небольшие количества мышьяка в минеральной и металлической фракциях.
- Природный мышьяк по существу состоит из одного стабильного изотопа, ⁷⁵As.
- Серый мышьяк сублимирует при обычном давлении, что затрудняет простые измерения температуры плавления.
- Чесночный запах при нагревании часто обусловлен летучими соединениями мышьяка, а не является безопасным предупреждающим признаком.
- Арсенопирит (FeAsS) является одним из важнейших рудных минералов, содержащих мышьяк.
- Арсенид галлия (GaAs) обладает большей подвижностью электронов, чем кремний, но он дороже и более хрупок.
- Некоторые микроорганизмы могут превращать мышьяк между формами арсенита, арсената и метилированных соединений.
Изображения
Свойства
Физические свойства
- Атомный радиус (эмпирический)
- 115 pm Сравнить Атомный радиус (эмпирический) у всех элементов →
- Ковалентный радиус
- 119 pm Сравнить Ковалентный радиус у всех элементов →
- Ван-дер-ваальсов радиус
- 185 pm Сравнить Ван-дер-ваальсов радиус у всех элементов →
- Металлический радиус
- 121 pm Сравнить Металлический радиус у всех элементов →
- Плотность
- 5776 kg/m³ Сравнить Плотность у всех элементов →
- Молярный объём
- 0,0131 L/mol
- Фаза при стандартных температуре и давлении
- Твёрдое вещество Сравнить Фаза при стандартных температуре и давлении у всех элементов →
- Температура плавления
- 816,85 °C Сравнить Температура плавления у всех элементов →
- Температура кипения
- 613,85 °C Сравнить Температура кипения у всех элементов →
- Удельная теплоёмкость
- 0,329 Дж/(г·К) Сравнить Удельная теплоёмкость у всех элементов →
- Молярная теплоёмкость
- 24,64 Дж/(моль·К) Сравнить Молярная теплоёмкость у всех элементов →
- Кристаллическая структура
- Ромбоэдрическая Сравнить Кристаллическая структура у всех элементов →
Химические свойства
- Электроотрицательность (по Полингу)
- 2,18 Сравнить Электроотрицательность (по Полингу) у всех элементов →
- Электроотрицательность (по Аллену)
- 2,211
- Сродство к электрону
- 0,81 eV
- Энергия ионизации (1-я)
- 9,78855 eV Сравнить Энергия ионизации (1-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (2-я)
- 18,589264 eV Сравнить Энергия ионизации (2-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (3-я)
- 28,349098 eV Сравнить Энергия ионизации (3-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (4-я)
- 50,150173 eV Сравнить Энергия ионизации (4-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (5-я)
- 62,770216 eV Сравнить Энергия ионизации (5-я) у всех элементов →
- Степени окисления
- −3, −2, −1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 Сравнить Степени окисления у всех элементов →
- Валентные электроны
- 5 Сравнить Валентные электроны у всех элементов →
- Аллотропные модификации
- ["gray"]
- Электронная конфигурация
- [Ar] 4s2 3d10 4p3
Термодинамические свойства
- Тройная точка (температура)
- 817 °C
- Тройная точка (давление)
- 3,7e+6 Pa
- Критическая точка (температура)
- 1400 °C
- Критическая точка (давление)
- 2,23e+7 Pa
- Теплота испарения
- 0,36275069 eV Сравнить Теплота испарения у всех элементов →
- Теплота сублимации
- 3,138312 eV
- Теплота атомизации
- 3,138312 eV
- Энтальпия атомизации
- 3,135202 eV
Ядерные свойства
- Протоны
- 33 Сравнить Протоны у всех элементов →
- Нейтроны
- 42 Сравнить Нейтроны у всех элементов →
- Известные изотопы
- 33 Сравнить Известные изотопы у всех элементов →
- Стабильные изотопы
- 1 Сравнить Стабильные изотопы у всех элементов →
- Наиболее стабильный изотоп
- As-75
- Год открытия
- 1250
Распространённость
- Содержание в земной коре
- 1,8 мг/кг Сравнить Содержание в земной коре у всех элементов →
- Содержание в океане
- 3,7 мг/л Сравнить Содержание в океане у всех элементов →
Кристаллическая структура
- Параметр решётки a
- 413 pm
Электронная структура
- Электроны по оболочкам
- 2, 8, 18, 5 Сравнить Электроны по оболочкам у всех элементов →
Идентификаторы
- Номер CAS
- 7440-38-2 Сравнить Номер CAS у всех элементов →
- Символ терма
- 4S°3/2
- InChI
- InChI=1S/As
- Ключ InChI
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N
Электронная конфигурация Измеренные
As: 3d¹⁰ 4s² 4p³[Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p³1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p³Модель атома
Изотопы различаются числом нейтронов, массой и стабильностью, но не электронной конфигурацией нейтрального атома.
Схематическая модель атома, без соблюдения масштаба.
Атомный отпечаток
Спектр излучения / поглощения
Распределение изотопов
| Массовое число | Атомная масса (а. е. м.) | Содержание в природе | Период полураспада |
|---|---|---|---|
| 75 Стабильный | 74,92159457 ± 0,00000095 | 100,0000% | Стабильный |
Фаза / агрегатное состояние
Причина: на 588,9 °C ниже температуры сублимации (613,85 °C)
Схематично, без соблюдения масштаба
Температуры фазовых переходов
Энергии переходов
Энергия, необходимая для испарения 1 моль вещества при температуре кипения
Энергия, необходимая для сублимации 1 моль вещества при температуре сублимации
Плотность
При стандартных условиях
При стандартных условиях
Расширенные данные
Атомные спектры
Показано 10 из 33. Сортировка по заряду иона (по возрастанию).
Данные о спектральных линиях ?
| Ион | Заряд | Всего линий | Вероятности переходов | Обозначения уровней |
|---|---|---|---|---|
| As I | 0 | 52 | 14 | 51 |
| As II | +1 | 86 | 0 | 0 |
| As III | +2 | 14 | 0 | 0 |
| As IV | +3 | 8 | 0 | 0 |
| As V | +4 | 9 | 0 | 0 |
Данные об энергетических уровнях ?
| Ион | Заряд | Уровни |
|---|---|---|
| As I | 0 | 116 |
| As II | +1 | 167 |
| As III | +2 | 22 |
| As IV | +3 | 34 |
| As V | +4 | 9 |
| As VI | +5 | 44 |
| As VII | +6 | 50 |
| As VIII | +7 | 2 |
| As IX | +8 | 2 |
| As X | +9 | 2 |
Ионные радиусы
| Заряд | Координация | Спин | Радиус |
|---|---|---|---|
| +3 | 6 | Нет данных | 57.99999999999999 пм |
| +5 | 4 | Нет данных | 33.5 пм |
| +5 | 6 | Нет данных | 46 пм |
Соединения
Изотопы (1)
| Массовое число | Атомная масса (а. е. м.) | Содержание в природе | Период полураспада | Тип распада | |
|---|---|---|---|---|---|
| 75 Стабильный | 74,92159457 ± 0,00000095 | 100,0000% | Стабильный | stable |
Расширенные данные о свойствах
Ковалентные радиусы (расширенные данные)
- Ковалентный радиус (по Пююккё)
- 121 pm
- Ковалентный радиус (по Пююккё, двойная связь)
- 114 pm
- Ковалентный радиус (по Пююккё, тройная связь)
- 106 pm
- Ковалентный радиус (по Брэггу)
- 126 pm
Ван-дер-ваальсовы радиусы
- Bondi
- 185 pm
- Batsanov
- 205 pm
- Alvarez
- 188 pm
- UFF
- 423 pm
- MM3
- 236 pm
- Dreiding
- 415 pm
Атомные и металлические радиусы
- Атомный радиус (по Раму)
- 231 pm
- Металлический радиус (КЧ 12)
- 148 pm
Шкалы нумерации
- Mendeleev
- 95
- Pettifor
- 89
- Glawe
- 90
Шкалы электроотрицательности
- Ghosh
- 0
- Miedema
- 5
- Gunnarsson–Lundqvist
- 5
- Robles–Bartolotti
- 4
Поляризуемость и дисперсия
- Дипольная поляризуемость
- 30 a.u.
- Дипольная поляризуемость (неопределённость)
- 1 a.u.
- C₆
- 246 Ha·Bohr6
- C₆ (Gould–Bučko)
- 260 Ha·Bohr6
Параметры Мидемы
- Молярный объём по Мидеме
- 11,85 cm3/mol
- Электронная плотность по Мидеме
- 3
Риски поставок и экономика
- Концентрация производства
- 64
- Относительный риск поставок
- 8
- Политическая стабильность (ведущий производитель)
- 24
Фазовые переходы и аллотропные модификации
| Температура плавления | 1090,15 K |
| Температура кипения | 889,15 K |
| Критическая точка (температура) | 1673,15 K |
| Критическая точка (давление) | 22,3 MPa |
| Тройная точка (температура) | 1090,15 K |
| Тройная точка (давление) | 3700 kPa |
Категории степеней окисления
Расширенные справочные данные
Константы экранирования (8)
| n | Орбиталь | σ |
|---|---|---|
| 1 | s | 0,7217 |
| 2 | p | 3,9264 |
| 2 | s | 8,873 |
| 3 | d | 15,6216 |
| 3 | p | 15,1503 |
| 3 | s | 14,4045 |
| 4 | p | 25,5508 |
| 4 | s | 24,056 |
Подробные данные о кристаллических радиусах (3)
| Заряд | CN | Спин | rcrystal (pm) | Происхождение |
|---|---|---|---|---|
| 3 | VI | 72 | Ahrens (1952) ionic radius, | |
| 5 | IV | 47,5 | from r^3 vs V plots, | |
| 5 | VI | 60 | calculated, |
Типы распада изотопов (50)
| Изотоп | Режим | Интенсивность |
|---|---|---|
| 60 | p | — |
| 61 | p | — |
| 62 | p | — |
| 63 | p | — |
| 64 | B+ | 100% |
| 64 | B+p | — |
| 65 | B+ | 100% |
| 65 | B+p | — |
| 66 | B+ | 100% |
| 67 | B+ | 100% |
Факторы рассеяния рентгеновского излучения (506)
| Энергия (eV) | f₁ | f₂ |
|---|---|---|
| 10 | — | 4,62596 |
| 10,1617 | — | 4,67742 |
| 10,3261 | — | 4,72945 |
| 10,4931 | — | 4,78206 |
| 10,6628 | — | 4,83525 |
| 10,8353 | — | 4,88904 |
| 11,0106 | — | 4,94342 |
| 11,1886 | — | 4,99841 |
| 11,3696 | — | 5,05401 |
| 11,5535 | — | 5,11023 |
Дополнительные данные
Оценочная распространённость в земной коре
The estimated element abundance in the earth's crust.
Оценочная распространённость в земной коре
1.8 milligrams per kilogram
Источники (1)
Оценочная распространённость в океане
The estimated element abundance in the earth's oceans.
Оценочная распространённость в океане
3.7-3 milligrams per liter
Источники (1)
Источники
(9)
Data deposited in or computed by PubChem
The half-life and atomic mass data was provided by the Atomic Mass Data Center at the International Atomic Energy Agency.
Element data are cited from the Atomic weights of the elements (an IUPAC Technical Report). The IUPAC periodic table of elements can be found at https://iupac.org/what-we-do/periodic-table-of-elements/. Additional information can be found within IUPAC publication doi:10.1515/pac-2015-0703 Copyright © 2020 International Union of Pure and Applied Chemistry.
The information are cited from Pure Appl. Chem. 2018; 90(12): 1833-2092, https://doi.org/10.1515/pac-2015-0703.
Thomas Jefferson National Accelerator Facility (Jefferson Lab) is one of 17 national laboratories funded by the U.S. Department of Energy. The lab's primary mission is to conduct basic research of the atom's nucleus using the lab's unique particle accelerator, known as the Continuous Electron Beam Accelerator Facility (CEBAF). For more information visit https://www.jlab.org/
The periodic table at the LANL (Los Alamos National Laboratory) contains basic element information together with the history, source, properties, use, handling and more. The provenance data may be found from the link under the source name.
The periodic table contains NIST's critically-evaluated data on atomic properties of the elements. The provenance data that include data for atomic spectroscopy, X-ray and gamma ray, radiation dosimetry, nuclear physics, and condensed matter physics may be found from the link under the source name. Ref: https://www.nist.gov/pml/atomic-spectra-database
This section provides all form of data related to element Arsenic.
The element property data was retrieved from publications.