Мышьяк: свойства, применение и обращение¶
Мышьяк (лат. Arsenicum, As) — химический элемент 15-й группы пятого периода периодической таблицы Менделеева, порядковый номер 33. Относится к классу металлоидов: по физическим свойствам схож с металлами, по химическому поведению — с неметаллами. В природе встречается преимущественно в виде сульфидных руд (арсенопирит, реальгар, аурипигмент) и входит в состав более 200 минералов. Мышьяк и его соединения известны с древности и исторически применялись как яд, лекарство, пигмент и компонент промышленных технологий.
¶Физические и химические свойства
Чистый мышьяк — хрупкое серебристо-серое вещество с металлическим блеском. Плотность 5,727 г/см³, температура плавления 817 °C (при давлении 3,59 МПа), температура кипения 614 °C — при нагреве на воздухе мышьяк возгоняется, не плавясь. Существует несколько аллотропных модификаций: серый (металлический) мышьяк, жёлтый мышьяк (полимерная форма, неустойчивая) и несколько аморфных разновидностей.
Химически мышьяк проявляет амфотерные свойства, образуя оксиды As₂O₃ (триоксид мышьяка) и As₂O₅ (пятиоксид мышьяка). При обычных условиях на воздухе покрывается защитной оксидной плёнкой. С галогенами, серой и металлами образует множество соединений; наиболее известные — арсениды (соединения с металлами) и арсин (AsH₃, водородный аналог аммиака).
¶Нахождение в природе
Мышьяк — довольно распространённый элемент: в земной коре его содержание оценивается в 1,5·10⁻⁴ % по массе. Основные рудные минералы:
| Минерал | Формула |
|---|---|
| Арсенопирит (мышьяковистый колчедан) | FeAsS |
| Реальгар | As₄S₄ |
| Аурипигмент | As₂S₃ |
| Скородит | FeAsO₄·2H₂O |
Крупнейшие месторождения мышьяковистых руд сосредоточены в Китае, Марокко, Перу, России (Дальневосточный и Уральский регионы), Норвегии и Франции. Мышьяк сопутствует медным, золотым и оловянным рудам и часто извлекается как побочный продукт их переработки.
¶Историческая справка
Соединения мышьяка использовались человеком с античности. Реальгар и аурипигмент применялись как красители и в огневых составах. В Средневековье мышьяк получил широкую известность как «наследство отравителей» — его соединения, не имеющие вкуса и запаха, были распространённым инструментом отравлений. В XVIII–XIX веках мышьяк использовался в медицине (препараты фовлерова жидкость и сальварсан), в производстве стекла, кожевенном деле и как инсектицид.
¶Применение
Мышьяк и его соединения находят применение в нескольких отраслях:
- Металлургия — легирование меди мышьяком повышает её прочность и износостойкость (арсенистая бронза).
- Электроника — соединения мышьяка (галлий-мышьяк GaAs, индий-мышьяк InAs) являются полупроводниковыми материалами для производства светодиодов, лазеров, солнечных элементов и интегральных схем.
- Сельское хозяйство — исторически применялся как инсектицид и гербицид; в настоящее время использование в этой области резко ограничено из-за токсичности.
- Стекольное производство — мышьяковый ангидрид использовался как осветлитель стекломассы.
- Деревообработка — ранее применялся для пропитки древесины.
¶Токсикология
Мышьяк и большинство его неорганических соединений относятся к сильнодействующим ядовитым веществам. Триоксид мышьяка (As₂O₃) — один из известнейших исторических ядов. Острое отравление проявляется тошнотой, рвотой, болями в животе, судорогами; смертельная доза для человека оценивается в 100–300 мг. Хроническое воздействие малых доз вызывает поражение кожи (гиперкератоз), нервной системы, повышенный риск онкологических заболеваний. Мышьяк — первый элемент, признанный МАИР канцерогеном для человека (1980 год).
В организме мышьяк метилируется в печени и выводится преимущественно с мочой; концентрация в волосах и ногтях сохраняется месяцами и используется в токсикологической диагностике.
¶Регулирование и обращение
Многие соединения мышьяка включены в списки прекурсоров и контролируемых веществ. В Российской Федерации оборот мышьяка и его соединений регулируется законодательством в области промышленной безопасности и охраны окружающей среды; ряд соединений подлежит учёту как потенциально опасные химические вещества. Приобретение мышьяка и его соединений осуществляется только юридическими лицами через легальные химические компании при наличии разрешительной документации и целевого назначения.
¶Экология
Основные источники загрязнения окружающей среды мышьяком — горно-обогатительные производства, цветная металлургия и сжигание угля. Мышьяк накапливается в донных отложениях и пищевых цепях. В ряде регионов мира (Бангладеш, Индия, Вьетнам) отмечено природное загрязнение подземных вод мышьяком, что привело к массовым случаям хронического отравления населения.
Источники:
- Периодическая таблица химических элементов Д. И. Менделеева
- «Справочник химика» — Б. П. Никольский (том 1–3)
- Хомченко Г. П. «Химия для поступающих в вузы»
- IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, Volume 23: Arsenic and Arsenic Compounds
- ГОСТ и нормативные акты РФ по обращению с опасными химическими веществами