砷
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| 砷 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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33As
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| 外觀 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
銀灰色 |
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| 概況 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 名稱·符號·序數(shù) | 砷（Arsenic）·As·33 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 元素類別 | 類金屬 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 族·周期·區(qū) | 15·4·s | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 標(biāo)準(zhǔn)原子質(zhì)量 | 74.921595（6） | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 電子排布 |
[氬] 3d104s24p3  |
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| 歷史 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 分離 | 艾爾伯圖斯·麥格努斯（1250年） | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 物理性質(zhì) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 物態(tài) | 固態(tài) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 密度 | （接近室溫） 5.727 g·cm?3 |
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| 熔點(diǎn)時液體密度 | 5.22 g·cm?3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 升華點(diǎn) | 887 K，615 °C，1137 °F | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 三相點(diǎn) | 1090 K（817 °C），3628 kPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 臨界點(diǎn) | 1673 K，? MPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 熔化熱 | (灰砷) 24.44 kJ·mol?1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 汽化熱 | ? 34.76 kJ·mol?1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 比熱容 | 24.64 J·mol?1·K?1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 原子性質(zhì) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 氧化態(tài) | 5, 3, 2, 1, -3 （酸性） |
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| 電負(fù)性 | 2.18（鮑林標(biāo)度） | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 電離能 |
第一：947.0 kJ·mol?1 |
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| 原子半徑 | 119 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 共價(jià)半徑 | 119±4 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 范德華半徑 | 185 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 雜項(xiàng) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 晶體結(jié)構(gòu) |
三方晶系[1] |
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| 磁序 | 抗磁性 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 電阻率 | （20 °C）333 n Ω·m | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 熱導(dǎo)率 | 50.2 W·m?1·K?1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 楊氏模量 | 8 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 體積模量 | 22 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 莫氏硬度 | 3.5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 布氏硬度 | 1440 MPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| CAS號 | 7440-38-2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 最穩(wěn)定同位素 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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主條目：砷的同位素
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砷，化學(xué)元素符號為As，原子序數(shù)為33。砷分布在多種礦物中，通常與硫和其它金屬元素共存，也有純的元素晶體。艾爾伯圖斯·麥格努斯在1250年首次對砷進(jìn)行了記載[2]。砷是一種非金屬元素。單質(zhì)以灰砷、黑砷和黃砷這三種同素異形體的形式存在，但只有灰砷在工業(yè)上具有重要的用途。
砷可用于合金的制造，比如生產(chǎn)銅的強(qiáng)化合金或是添加到制造車用鉛酸蓄電池的合金中。[3]制造半導(dǎo)體電子器件時用砷作為摻雜劑合成n形半導(dǎo)體材料，摻雜了硅的光電子化合物砷化鎵是在使用中最常見的半導(dǎo)體。砷和它的化合物，特別是三氧化二砷(砒霜)用于合成農(nóng)藥（用于處理木材產(chǎn)品）、除草劑和殺蟲劑。但這些方面的應(yīng)用正在逐漸消失[4]。
雖然有少數(shù)幾種細(xì)菌是能夠?qū)?a href="/index.php?title=%E7%A0%B7%E5%8C%96%E5%90%88%E7%89%A9&action=edit&redlink=1" class="new" title="砷化合物（尚未撰寫）" rel="nofollow">砷化合物作為呼吸代謝物的[5]，但是對于多細(xì)胞生物而言砷是有毒物質(zhì)。受砷污染的地下水是影響全世界幾百萬人的環(huán)境問題。
目錄 |
特性
物理特性
單質(zhì)砷的三種同素異形體是灰砷、黃砷和黑砷，其中以灰砷最為常見[6]。灰砷（空間群為R3m No. 166）采用了由許多互鎖豎起的六元環(huán)所構(gòu)成的雙層結(jié)構(gòu)。因?yàn)閷优c層之間的結(jié)合力弱，所以灰砷是脆性的，它的摩氏硬度較低僅為3.5，最近的和次近的原子構(gòu)成了一個扭曲的八面體結(jié)構(gòu)，三個在同一，這種相對緊密的堆積使得灰砷有達(dá)到5.73 g/cm3的較高密度[7]。灰砷是一種半金屬，但如果是非晶質(zhì)的灰砷則為帶隙達(dá)1.2-1.4 eV的半導(dǎo)體。黃砷質(zhì)地較軟且成蠟狀，一定程度上類似于白磷（P4）。黃砷饑和白磷的分子結(jié)構(gòu)都是由四個原子以單鍵的方式相互連接所構(gòu)成的四面體結(jié)構(gòu)。這類以分子晶體形式存在的不穩(wěn)定同素異形體最易揮發(fā)，密度最低而且毒性固體最大。黃砷固體是由快速冷卻砷蒸汽產(chǎn)生的，它在光照下迅速轉(zhuǎn)化成灰砷。黃砷的密度為1.97 g/cm3[7]。黑砷的結(jié)構(gòu)與紅磷的類似。[7][8][9][10][11][12][13]
同位素
砷在自然界中存在的穩(wěn)定同位素為75As[14]。截至2003年，至少有33種砷的放射性同位素已經(jīng)被合成出來，其中最穩(wěn)定的73As半衰期為80.3天。質(zhì)量比穩(wěn)定同位素75As輕的同位素傾向于發(fā)生β+衰變，比穩(wěn)定同位素75As重的同位素傾向于發(fā)生β-衰變，但也有一些例外。
至少已有10種砷的核同質(zhì)異能素已被報(bào)道出來，它們的原子質(zhì)量從66至84。這些核同質(zhì)異能素中最為68mAs，它的半衰期為11秒。[14]
化學(xué)
單質(zhì)砷在空氣中加熱后氧化生成三氧化砷，由這個反應(yīng)產(chǎn)生的煙霧有蒜臭味。這種氣味在用錘子敲擊含砷礦物比如砷黃鐵礦時也會產(chǎn)生并被檢測到。砷和一些含砷化合物在大氣壓下經(jīng)加熱后升華，在887K(614℃)時不經(jīng)過液態(tài)直接轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)。砷的三相點(diǎn)為3.63MPa、1090K（820℃）。砷與濃硝酸反應(yīng)得到砷酸,與稀硝酸反應(yīng)生成亞砷酸,單質(zhì)與濃硫酸反應(yīng)得到三氧化砷。
化合物
砷化合物的性質(zhì)在某些方面與周期表同族的磷化合物相似。正五價(jià)的砷化合物較為少見，砷常見的氧化態(tài)為3價(jià)的砷化物比如類似合金的金屬間化合物、+3價(jià)的亞砷酸和砷酸鹽以及大部分有機(jī)砷化物。
無機(jī)化合物
砷原子之間也容易形成化學(xué)鍵，比如方鈷礦中通過As-As鍵形成的正方形As43-離子。+3價(jià)的砷化合物分子由于存在孤對電子，因此通常是三角錐形的。
由單質(zhì)砷氧化形成的無色、無臭的晶狀氧化物As2O3（砒霜）和As2O5都有吸濕性的，它們均能速溶于水形成酸性溶液。砷酸是一種弱酸，它形成的鹽稱為砷酸鹽。砷污染地下水主要是砷酸鹽造成的，它影響著全世界許多人飲用水和生活用水的安全。人工合成的砷酸鹽包括巴黎綠（醋酸亞砷酸銅）、砷酸鈣和砷酸氫鉛。這三種砷酸鹽被用于農(nóng)用殺蟲劑和毒藥。
砷酸鹽質(zhì)子化形成砷酸的步驟與磷酸鹽到磷酸的過程相似。亞砷酸不同于亞磷酸，它可以寫成As(OH)3的氫氧化物形式。多種砷的硫化物已為人所知。雌黃（As2S3）和雄黃（As4S4）是比較豐富的，過去也用于油畫顏料。在As4S4中，砷的形式氧化態(tài)為+2價(jià)，但因?yàn)榉肿又写嬖谥鳤s-As鍵使得砷的實(shí)際氧化態(tài)仍是+3價(jià)。
三價(jià)砷的三氟化物、三氯化物、三溴化物和三碘化物都已被人所知，但五價(jià)砷的鹵化物中只有五氟化砷在室溫下能穩(wěn)定存在，五氯化砷僅在-50℃下穩(wěn)定，這反映了五價(jià)砷的穩(wěn)定性較低。
有機(jī)砷化合物
有機(jī)砷化合物絕大多數(shù)有毒，有些還有劇毒。而偶氮胂類的化合物常用來檢驗(yàn)錒系元素釷、鈾等元素的離子。
合金
砷用于制造三五半導(dǎo)體材料砷化鎵、砷化銦和砷化鋁。雖然砷化鎵的價(jià)電子和硅原子相同，但是兩者的價(jià)帶結(jié)構(gòu)完全不同，導(dǎo)致兩者整體性質(zhì)的不同。其他砷的合金包括二五半導(dǎo)體材料砷化鎘。
分布和生產(chǎn)
金屬的硫砷化物、金屬砷化物和雄黃以及自然界中的砷單質(zhì)是商品化的砷產(chǎn)品的主要來源。環(huán)境中也有有機(jī)砷化合物存在[15] 。有機(jī)無機(jī)砷及其化合物，一旦進(jìn)入食物鏈，通過甲基化過程逐步代謝為毒性較低的砷。
其他接觸到自然界中的砷元素的途徑包括火山灰、含砷礦物和礦石的風(fēng)化和被地下水溶解。砷也能存在于食物、水體、土壤和空氣中。[16]砷能被所有的植物吸收，但更容易在葉用蔬菜、稻米、蘋果和葡萄汁以及海產(chǎn)品中富集。通過呼吸吸入是另一條接觸砷的途徑。[17]
根據(jù)英國地質(zhì)調(diào)查局和美國地質(zhì)調(diào)查局的統(tǒng)計(jì)，在2005年中國出產(chǎn)的砒霜占了世界近50％的生產(chǎn)份額，是當(dāng)時世界上最大的砒霜生產(chǎn)國，排名其后的有智利、秘魯和摩洛哥。[18]因環(huán)境原因大部分在美國和歐盟的砒霜生產(chǎn)都已停止。砷主要是從提煉銅產(chǎn)生的副產(chǎn)物中提取回收出來的。從銅，黃金，鉛冶煉廠排出的粉塵就含有砷。[19]
在空氣中焙燒砷黃鐵礦，砷元素以三氧化二砷的形式升華與氧化鐵分離[15]。而在無氧條件下焙燒則生成砷單質(zhì)。通過在真空條件或氫氣氣氛中升華的方法可以將砷從硫或硫族元素中分離出來，也可以通過蒸餾熔融的鉛砷混合物來分離砷。[20]
歷史
英語中的arsenic一詞是通過借用自敘利亞語?? ??????和波斯語?????通過將兩者組合后（組合后的字面意思為“雌黃”）轉(zhuǎn)換為希臘語中的arsenikon，[21]arsenikos是與之相關(guān)的且有相似拼寫的希臘語單詞，意思是“強(qiáng)有力的”或是“有男子氣概的”。這個詞后被拉丁語采納形成了arsenicum一詞，又被古法語采納成為arsenic一詞，英語中的arsenic一詞就是從古法語衍生得到的[21]。砷的硫化物（雌黃和雄黃）和砷的氧化物從上古時期就為人所知和使用[22]。Panopolis的Zosimos（大約公元前300年）描述了焙燒雄黃以得到云砷（即三氧化二砷），接著又將其還原成砷單質(zhì)的過程。[23]
參見
參考資料
- ↑ Arsenic, mindat.org
- ↑ Emsley, John. Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford: Oxford University Press. 2001: pp. 43, 513, 529. ISBN 0-19-850341-5.
- ↑ J. Roger Loebenstein. Materials Flow of Arsenic in the United States. Federal Government Series: Information Circular - 9382. U.S. Bureau of Mines. 1994.
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- ↑ Norman, Nicholas C. Chemistry of Arsenic, Antimony and Bismuth. Springer. 1998: p. 50. ISBN 978-0-7514-0389-3.
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- ↑ Holmyard John Eric. Makers of Chemistry. Read Books. 2007. ISBN 1-4067-3275-3.
外部鏈接
- Los Alamos National Laboratory – Arsenic
- CTD's Arsenic page and CTD's Arsenicals page from the Comparative Toxicogenomics Database
- A Small Dose of Toxicology
- ATSDR - Case Studies in Environmental Medicine: Arsenic Toxicity
- Contaminant Focus: Arsenic by the EPA.
- Environmental Health Criteria for Arsenic and Arsenic Compounds, 2001 by the WHO.
- Evaluation of the carcinogenicity of arsenic and arsenic compounds by the IARC.
- National Institute for Occupational Safety and Health - Arsenic Page
- National Pollutant Inventory - Arsenic
- origen.net – CCA wood and arsenic: toxicological effects of arsenic
- WebElements.com – Arsenic
參考來源
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