Ի՞նչ է մկնդեղը: Բնութագրերը, հատկությունները և կիրառությունները

2024 Հեղինակ: Angel Austin | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-17 05:30

Մկնդեղը ազոտային խմբի քիմիական տարր է (պարբերական աղյուսակի 15-րդ խումբ): Սա փխրուն նյութ է (α-մկնդեղ) մոխրագույն՝ մետաղական փայլով՝ ռոմբոեդրային բյուրեղյա վանդակով։ Երբ տաքացվում է մինչև 600°C, As sublimates. Երբ գոլորշին սառչում է, հայտնվում է նոր փոփոխություն՝ դեղին մկնդեղ: 270°C-ից բարձր ջերմաստիճանում բոլոր ձևերը վերածվում են սև մկնդեղի:

Հայտնաբերման պատմություն

Մկնդեղը հայտնի է եղել որպես քիմիական տարր ճանաչվելուց շատ առաջ: IV դարում։ մ.թ.ա ե. Արիստոտելը նշել է սանդարակ կոչվող նյութը, որն այժմ համարվում է ռեալգար կամ մկնդեղի սուլֆիդ։ Իսկ 1-ին դարում մ.թ.ա. ե. գրողներ Պլինիոս Ավագը և Պեդանիոս Դիոսկորիդեսը նկարագրել են զարդարանք՝ ներկանյութը որպես ₂S₃: XI դարում։ n. ե. «արսենի» երեք տեսակ է առանձնացվել՝ սպիտակ (As₄O₆), դեղին (As₂ S ₃) և կարմիր (As₄S₄): Տարրն ինքնին, հավանաբար, առաջին անգամ մեկուսացվել է 13-րդ դարում Ալբերտ Մեծի կողմից, ով նշել է մետաղի նման նյութի տեսքը մկնդեղում, մեկ այլ անվանում՝ As₂S_3: , տաքացրին օճառով։ Բայց վստահություն չկա, որ այս բնագետը մաքուր մկնդեղ է ստացել։ Մաքուր քիմիական տարրի մեկուսացման առաջին իսկական ապացույցըթվագրված 1649 թ. Գերմանացի դեղագործ Յոհան Շրյոդերը մկնդեղը պատրաստել է՝ տաքացնելով դրա օքսիդը ածխի առկայությամբ։ Ավելի ուշ ֆրանսիացի բժիշկ և քիմիկոս Նիկոլա Լեմերին նկատեց այս քիմիական տարրի ձևավորումը՝ տաքացնելով դրա օքսիդի, օճառի և պոտաշի խառնուրդը։ 18-րդ դարի սկզբին մկնդեղն արդեն հայտնի էր որպես եզակի կիսամետաղ։

տարածվածություն

Երկրակեղևում մկնդեղի կոնցենտրացիան ցածր է և կազմում է 1,5 ppm: Այն առաջանում է հողում և հանքային նյութերում և կարող է արտանետվել օդի, ջրի և հողի մեջ քամու և ջրային էրոզիայի միջոցով: Բացի այդ, տարերքը մթնոլորտ է ներթափանցում այլ աղբյուրներից: Հրաբխային ժայթքման արդյունքում օդ է արտանետվում տարեկան մոտ 3 հազար տոննա մկնդեղ, միկրոօրգանիզմները տարեկան կազմում են 20 հազար տոննա ցնդող մեթիլարսին, իսկ հանածո վառելիքի այրման արդյունքում նույն ժամանակահատվածում արտանետվում է 80 հազար տոննա:.

Չնայած այն հանգամանքին, որ քանի որ մահացու թույն է, այն որոշ կենդանիների և, հնարավոր է, մարդկանց սննդակարգի կարևոր մասն է, թեև անհրաժեշտ չափաբաժինը չի գերազանցում 0,01 մգ/օրը։

Մկնդեղը չափազանց դժվար է վերածվել ջրում լուծվող կամ ցնդող վիճակի: Այն, որ այն բավականին շարժական է, նշանակում է, որ նյութի մեծ կոնցենտրացիաները ցանկացած վայրում չեն կարող հայտնվել: Սա մի կողմից լավ է, բայց մյուս կողմից տարածման դյուրինությունն է պատճառը, որ մկնդեղի աղտոտումը գնալով ավելի ու ավելի է դառնում։ Մարդու գործունեության շնորհիվ, հիմնականում հանքարդյունաբերության և ձուլման միջոցով, սովորաբար անշարժ քիմիական տարրը գաղթում է, և այժմ այն կարելի է գտնել ոչ միայն տեղ-տեղ։դրա բնական կոնցենտրացիան։

Երկրակեղևում մկնդեղի քանակը կազմում է մոտ 5 գ մեկ տոննայի համար: Տիեզերքում նրա կոնցենտրացիան գնահատվում է 4 ատոմ մեկ միլիոն սիլիցիումի ատոմի համար։ Այս տարրը տարածված է. Փոքր քանակությամբ առկա է հայրենի նահանգում։ Որպես կանոն, 90–98% մաքրությամբ մկնդեղի գոյացությունները հանդիպում են մետաղների հետ, ինչպիսիք են անտիմոնը և արծաթը։ Դրա մեծ մասը, սակայն, ներառված է ավելի քան 150 տարբեր միներալների՝ սուլֆիդների, արսենիդների, սուլֆոարսենիդների և արսենիտների բաղադրության մեջ։ Արսենոպիրիտ FeAsS-ը ամենատարածված As կրող միներալներից է: Մկնդեղի այլ տարածված միացություններ են ռեալգարի հանքանյութերը As₄S_4, orpiment As₂S _3, լելինգիտ FeAs₂ և էնարգիտ Cu₃AsS₄: Տարածված է նաև մկնդեղի օքսիդը: Այս նյութի մեծ մասը պղնձի, կապարի, կոբալտի և ոսկու հանքաքարերի հալման կողմնակի արտադրանք է։

Բնության մեջ կա մկնդեղի միայն մեկ կայուն իզոտոպ՝ ⁷⁵Աս: Արհեստական ռադիոակտիվ իզոտոպներից առանձնանում է ⁷⁶Ինչպես 26,4 ժամ կիսամյակային կյանքով: Բժշկական ախտորոշման մեջ օգտագործվում են մկնդեղ-72, -74 և -76:

Արդյունաբերական արտադրություն և կիրառություն

Մետաղական մկնդեղը ստացվում է արսենոպիրիտը տաքացնելով մինչև 650-700 °C առանց օդի: Եթե արսենոպիրիտը և այլ մետաղական հանքաքարերը տաքացվում են թթվածնով, ապա As-ը հեշտությամբ մտնում է նրա հետ համակցման մեջ՝ ձևավորելով հեշտությամբ սուբլիմացվող As₄O₆, որը նաև հայտնի է. ինչպես «սպիտակմկնդեղ»: Օքսիդի գոլորշին հավաքվում և խտացվում է, իսկ ավելի ուշ մաքրվում է վերասուբլիմացիայի միջոցով: As-ի մեծ մասը արտադրվում է այդպիսով ստացված սպիտակ մկնդեղից ածխածնի վերացման արդյունքում:

Մետաղական մկնդեղի համաշխարհային սպառումը համեմատաբար փոքր է՝ տարեկան ընդամենը մի քանի հարյուր տոննա: Սպառվողի մեծ մասը գալիս է Շվեդիայից։ Օգտագործվում է մետալուրգիայում՝ շնորհիվ իր մետալոիդ հատկությունների։ Կապարի կրակոցի արտադրության մեջ օգտագործվում է մոտ 1% մկնդեղ, քանի որ այն բարելավում է հալած կաթիլի կլորությունը։ Կապարի հիմքով կրող համաձուլվածքների հատկությունները բարելավվում են ինչպես ջերմային, այնպես էլ մեխանիկական առումով, երբ դրանք պարունակում են մոտ 3% մկնդեղ: Այս քիմիական տարրի փոքր քանակի առկայությունը կապարի համաձուլվածքներում կարծրացնում է դրանք մարտկոցներում և մալուխային զրահներում օգտագործելու համար: Մկնդեղի փոքր կեղտը մեծացնում է պղնձի և արույրի կոռոզիոն դիմադրությունը և ջերմային հատկությունները: Իր մաքուր տեսքով քիմիական տարրային As-ն օգտագործվում է բրոնզապատման և պիրոտեխնիկայում: Բարձր մաքրված մկնդեղը օգտագործվում է կիսահաղորդչային տեխնոլոգիայի մեջ, որտեղ այն օգտագործվում է սիլիցիումի և գերմանիումի հետ, ինչպես նաև գալիումի արսենիդի (GaAs) տեսքով դիոդներում, լազերներում և տրանզիստորներում:

Միացումներ որպես

Քանի որ մկնդեղի վալենտությունը 3 և 5 է, և այն ունի մի շարք օքսիդացման վիճակներ՝ -3-ից մինչև +5, տարրը կարող է ձևավորել տարբեր տեսակի միացություններ: Առևտրային առումով ամենակարևորը նրա օքսիդներն են, որոնց հիմնական ձևերն են՝ As₄O₆ ևՈրպես ₂O₅: Արսենի օքսիդը, որը սովորաբար հայտնի է որպես սպիտակ մկնդեղ, պղնձի, կապարի և որոշ այլ մետաղների, ինչպես նաև արսենոպիրիտի և սուլֆիդային հանքաքարերի թրծման կողմնակի արտադրանք է: Այն մեկնարկային նյութ է այլ միացությունների մեծ մասի համար: Բացի այդ, այն օգտագործվում է թունաքիմիկատներում, որպես սպիտակեցնող նյութ ապակու արտադրության մեջ և որպես կաշվի կոնսերվանտ։ Արսենի պենտօքսիդը ձևավորվում է սպիտակ մկնդեղի վրա օքսիդացնող նյութի (օրինակ՝ ազոտական թթվի) ազդեցությամբ։ Այն միջատասպանների, թունաքիմիկատների և մետաղական սոսինձների հիմնական բաղադրիչն է։

Մեկ այլ հայտնի նյութ է

Արսինը (AsH₃), անգույն թունավոր գազ, որը կազմված է մկնդեղից և ջրածնից։ Նյութը, որը նաև կոչվում է մկնդեղի ջրածին, ստացվում է մետաղների արսենիդների հիդրոլիզից և թթվային լուծույթներում մկնդեղի միացություններից մետաղների վերականգնումից։ Այն օգտագործվել է որպես կիսահաղորդիչների մեջ որպես դոպանտ և որպես ռազմական թունավոր գազ: Գյուղատնտեսության մեջ մկնդեղի թթու (H₃AsO₄), կապարի արսենատ (PbHAsO₄4 4 _{) և կալցիումի արսենատ [Ca}3_(AsO4₎2

], որոնք օգտագործվում են հողը մանրէազերծելու և վնասատուների դեմ պայքարելու համար։

Մկնդեղը քիմիական տարր է, որը ձևավորում է բազմաթիվ օրգանական միացություններ: HowOne (CH₃)₂As−As(CH₃)₂ , օրինակ, օգտագործվում է լայնորեն կիրառվող չորացուցիչի (չորացուցիչ)՝ կակոդիլաթթվի պատրաստման մեջ։ Տարրի բարդ օրգանական միացություններն օգտագործվում են որոշ հիվանդությունների բուժման մեջ, օրինակ՝ ամեոբային դիզենտերիա,առաջացած միկրոօրգանիզմների կողմից։

Ֆիզիկական հատկություններ

Ի՞նչ է մկնդեղն իր ֆիզիկական հատկություններով: Իր ամենակայուն վիճակում այն փխրուն, պողպատե մոխրագույն պինդ է, ցածր ջերմային և էլեկտրական հաղորդունակությամբ: Թեև As-ի որոշ ձևեր մետաղական են, այն որպես ոչ մետաղ դասակարգելը մկնդեղի ավելի ճշգրիտ բնութագրումն է: Կան մկնդեղի այլ տեսակներ, բայց դրանք լավ ուսումնասիրված չեն, հատկապես դեղին մետաստաբիլ ձևը, որը բաղկացած է As₄ մոլեկուլներից, որոնք նման են սպիտակ ֆոսֆորի P_{4. Մկնդեղը սուբլիմացվում է 613 °C-ում և գոյություն ունի գոլորշու ձևով որպես} 4 _{մոլեկուլներ, որոնք չեն տարանջատվում մինչև մոտ 800 °C: Ամբողջական տարանջատումը As}2 _{մոլեկուլների մեջ տեղի է ունենում 1700 °C ջերմաստիճանում:}

Ատոմի կառուցվածքը և կապեր ստեղծելու կարողությունը

Մկնդեղի էլեկտրոնային բանաձևն է 1s²2s²2p⁶3s2^3p6^3d10^4s2^4p 3 - ^{-ը նման է ազոտին և ֆոսֆորին նրանով, որ այն ունի հինգ էլեկտրոն արտաքին թաղանթում, սակայն այն տարբերվում է դրանցից նրանով, որ նախավերջին թաղանթում երկու կամ ութի փոխարեն 18 էլեկտրոն կա: Միջուկում 10 դրական լիցքերի ավելացումը հինգ 3d օրբիտալներ լրացնելիս հաճախ առաջացնում է էլեկտրոնային ամպի ընդհանուր նվազում և տարրերի էլեկտրաբացասականության բարձրացում։ Պարբերական աղյուսակում մկնդեղը կարելի է համեմատել այլ խմբերի հետ, որոնք հստակորեն ցույց են տալիս այս օրինաչափությունը: Օրինակ, ընդհանուր առմամբ ընդունված է, որ ցինկըավելի էլեկտրաբացասական, քան մագնեզիումը և գալիումը, քան ալյումինը: Այնուամենայնիվ, հետագա խմբերում այս տարբերությունը նեղանում է, և շատերը համաձայն չեն, որ գերմանիումը ավելի էլեկտրաբացասական է, քան սիլիցիումը, չնայած քիմիական ապացույցների առատությանը: Նմանատիպ անցումը 8-ից 18-տարր ունեցող թաղանթից ֆոսֆորից մկնդեղի կարող է մեծացնել էլեկտրաբացասականությունը, սակայն դա մնում է հակասական:}

As-ի և P-ի արտաքին թաղանթի նմանությունը հուշում է, որ նրանք կարող են ձևավորել 3 կովալենտային կապ յուրաքանչյուր ատոմի համար լրացուցիչ չկապված էլեկտրոնային զույգի առկայության դեպքում: Հետևաբար, օքսիդացման վիճակը պետք է լինի +3 կամ -3՝ կախված հարաբերական փոխադարձ էլեկտրաբացասականությունից: Մկնդեղի կառուցվածքը խոսում է նաև արտաքին d-ուղեծրի օգտագործման հնարավորության մասին՝ օկտետն ընդարձակելու համար, ինչը թույլ է տալիս տարրին ձևավորել 5 կապ։ Այն իրականացվում է միայն ֆտորի հետ ռեակցիայի միջոցով։ As ատոմում բարդ միացությունների առաջացման համար ազատ էլեկտրոնային զույգի առկայությունը (էլեկտրոնների նվիրատվության միջոցով) շատ ավելի քիչ է արտահայտված, քան ֆոսֆորի և ազոտի մեջ։

Մկնդեղը կայուն է չոր օդում, իսկ խոնավ օդում ծածկվում է սև օքսիդով։ Նրա գոլորշին հեշտությամբ այրվում է՝ ձևավորելով որպես ₂O₃: Ի՞նչ է ազատ մկնդեղը: Այն գործնականում չի ազդում ջրի, ալկալիների և չօքսիդացող թթուների վրա, սակայն օքսիդացված է ազոտական թթվով մինչև +5 աստիճան: Հալոգենները, ծծումբը փոխազդում են մկնդեղի հետ, և շատ մետաղներ ձևավորում են արսենիդներ։

Անալիտիկ քիմիա

Մկնդեղ նյութը կարող է որակապես հայտնաբերվել որպես դեղին ծաղիկ, որը նստում է 25%-ի ազդեցության տակ:աղաթթվի լուծույթ: As-ի հետքերը սովորաբար որոշվում են՝ այն վերածելով արսինի, որը կարելի է հայտնաբերել Marsh թեստի միջոցով: Արսինը ջերմորեն քայքայվում է՝ նեղ խողովակի ներսում ձևավորելով սև մկնդեղի հայելի։ Գուտցեյթի մեթոդի համաձայն՝ սնդիկի քլորիդով ներծծված զոնդը՝ արսինի ազդեցությամբ, մթնում է սնդիկի արտազատման պատճառով։

Մկնդեղի թունաբանական բնութագրերը

Տարրի և նրա ածանցյալների թունավորությունը լայնորեն տատանվում է լայն տիրույթում՝ սկսած ծայրահեղ թունավոր արսինից և նրա օրգանական ածանցյալներից մինչև ուղղակի As, որը համեմատաբար իներտ է: Նրա օրգանական միացությունների օգտագործումը որպես քիմիական պատերազմի նյութեր (լյուիզիտ), վեզիկանտ և տերևավորող (Agent Blue հիմնված է 5% կակոդիլաթթվի և 26% նրա նատրիումի աղի ջրային խառնուրդի վրա) մեզ ցույց է տալիս, թե ինչ է մկնդեղը:

Ընդհանուր առմամբ, այս քիմիական տարրի ածանցյալները գրգռում են մաշկը և առաջացնում դերմատիտ: Խորհուրդ է տրվում նաև ինհալացիոն պաշտպանություն մկնդեղի պարունակող փոշուց, սակայն թունավորումների մեծ մասը տեղի է ունենում այն ընդունելու ժամանակ: As-ի առավելագույն թույլատրելի կոնցենտրացիան փոշու մեջ ութժամյա աշխատանքային օրվա համար կազմում է 0,5 մգ/մ³: Արսինի համար դոզան կրճատվում է մինչև 0,05 ppm: Ի հավելումն այս քիմիական տարրի միացությունների՝ որպես թունաքիմիկատների և թունաքիմիկատների օգտագործման, դեղագիտության մեջ մկնդեղի օգտագործումը հնարավորություն տվեց ձեռք բերել սալվարսան՝ սիֆիլիսի դեմ առաջին հաջող դեղամիջոցը:

Առողջության հետևանքներ

Մկնդեղը ամենաթունավոր տարրերից է։ Տվյալ քիմիական նյութի անօրգանական միացություններՆյութերը բնականաբար հանդիպում են փոքր քանակությամբ: Մարդիկ կարող են ենթարկվել մկնդեղի ազդեցությանը սննդի, ջրի և օդի միջոցով: Շփումը կարող է առաջանալ նաև աղտոտված հողի կամ ջրի հետ մաշկի շփման արդյունքում:

Սննդի մեջ մկնդեղի պարունակությունը բավականին ցածր է. Այնուամենայնիվ, ձկների և ծովամթերքի մակարդակը կարող է շատ բարձր լինել, քանի որ դրանք կլանում են քիմիական նյութը իրենց ապրած ջրից: Ձկների մեջ անօրգանական մկնդեղի զգալի քանակությունը կարող է վտանգ ներկայացնել մարդու առողջության համար:

Այն մարդիկ, ովքեր աշխատում են նյութի հետ, ապրում են դրանով մշակված փայտից կառուցված տներում և գյուղատնտեսական հողերում, որտեղ նախկինում թունաքիմիկատներ են օգտագործվել, նույնպես ենթարկվում են այդ նյութին:

Անօրգանական մկնդեղը կարող է մարդու առողջության վրա տարբեր ազդեցություններ առաջացնել, ինչպիսիք են ստամոքսի և աղիների գրգռումը, կարմիր և սպիտակ արյան բջիջների արտադրության նվազում, մաշկի փոփոխություններ և թոքերի գրգռում: Ենթադրվում է, որ այս նյութի զգալի քանակություն ընդունելը կարող է մեծացնել քաղցկեղի, հատկապես մաշկի, թոքերի, լյարդի և ավշային համակարգի քաղցկեղի զարգացման հավանականությունը։

Անօրգանական մկնդեղի շատ բարձր կոնցենտրացիաները կանանց մոտ առաջացնում են անպտղություն և վիժում, դերմատիտ, վարակների նկատմամբ դիմադրողականության նվազում, սրտի հետ կապված խնդիրներ և ուղեղի վնաս: Բացի այդ, այս քիմիական տարրը կարող է վնասել ԴՆԹ-ն։

Սպիտակ մկնդեղի մահացու չափաբաժինը 100 մգ է։

Տարրի օրգանական միացությունները չեն առաջացնում քաղցկեղ կամ վնասում գենետիկական կոդի, սակայն բարձր չափաբաժինները կարող ենվնաս պատճառել մարդու առողջությանը, ինչպես օրինակ՝ նյարդային խանգարումներ կամ որովայնի ցավ պատճառելը։