Arsenik adalah unsur kimia dari kelompok nitrogen (kelompok 15 dari tabel periodik). Ini adalah zat rapuh (α-arsenik) abu-abu dengan kilau metalik dengan kisi kristal rombohedral. Ketika dipanaskan hingga 600 ° C, As menyublim. Ketika uap didinginkan, modifikasi baru muncul - arsenik kuning. Di atas 270 °C, semua bentuk As berubah menjadi arsenik hitam.
Riwayat penemuan
Arsenik sudah dikenal jauh sebelum diakui sebagai unsur kimia. Pada abad IV. SM e. Aristoteles menyebutkan zat yang disebut sandarak, yang sekarang diyakini sebagai realgar, atau arsenik sulfida. Dan pada abad ke-1 M. e. penulis Pliny the Elder dan Pedanius Dioscorides menggambarkan orpiment - pewarna As2S3. Pada abad XI. n. e. tiga varietas "arsenik" dibedakan: putih (As4O6), kuning (As2 S 3) dan merah (As4S4). Unsur itu sendiri mungkin pertama kali diisolasi pada abad ke-13 oleh Albert Agung, yang mencatat kemunculan zat seperti logam ketika arsenicum, nama lain As2S3 , dipanaskan dengan sabun. Tetapi tidak ada kepastian bahwa ilmuwan alam ini menerima arsenik murni. Bukti otentik pertama dari isolasi unsur kimia murnitanggal 1649. Apoteker Jerman Johann Schroeder menyiapkan arsenik dengan memanaskan oksidanya dengan adanya batu bara. Kemudian, Nicolas Lemery, seorang dokter dan ahli kimia Prancis, mengamati pembentukan unsur kimia ini dengan memanaskan campuran oksida, sabun, dan kaliumnya. Pada awal abad ke-18, arsenik sudah dikenal sebagai semimetal yang unik.
Prevalensi
Dalam kerak bumi, konsentrasi arsenik rendah dan mencapai 1,5 ppm. Ini terjadi di tanah dan mineral dan dapat dilepaskan ke udara, air dan tanah melalui erosi angin dan air. Selain itu, elemen memasuki atmosfer dari sumber lain. Sebagai hasil dari letusan gunung berapi, sekitar 3 ribu ton arsenik dilepaskan ke udara per tahun, mikroorganisme membentuk 20 ribu ton metilarsin yang mudah menguap per tahun, dan sebagai akibat dari pembakaran bahan bakar fosil, 80 ribu ton dilepaskan pada periode yang sama..
Meskipun As merupakan racun yang mematikan, As merupakan bagian penting dari diet beberapa hewan dan mungkin manusia, meskipun dosis yang diperlukan tidak melebihi 0,01 mg / hari.
Arsenik sangat sulit diubah menjadi larut dalam air atau mudah menguap. Fakta bahwa itu cukup bergerak berarti bahwa konsentrasi besar zat di satu tempat tidak dapat muncul. Di satu sisi, ini bagus, tetapi di sisi lain, kemudahan penyebarannya adalah alasan mengapa polusi arsenik menjadi masalah yang meningkat. Karena aktivitas manusia, terutama melalui penambangan dan peleburan, unsur kimia yang biasanya tidak bergerak bermigrasi, dan sekarang dapat ditemukan tidak hanya di tempatkonsentrasi alaminya.
Jumlah arsenik di kerak bumi sekitar 5 g per ton. Di luar angkasa, konsentrasinya diperkirakan mencapai 4 atom per sejuta atom silikon. Elemen ini tersebar luas. Sejumlah kecil hadir dalam keadaan asli. Sebagai aturan, formasi arsenik dengan kemurnian 90-98% ditemukan bersama dengan logam seperti antimon dan perak. Namun, sebagian besar termasuk dalam komposisi lebih dari 150 mineral berbeda - sulfida, arsenida, sulfoarsenida, dan arsenit. Arsenopirit FeAsS adalah salah satu mineral pembawa As yang paling umum. Senyawa arsenik umum lainnya adalah mineral realgar As4S4, orpiment As2S 3, lellingite FeAs2 dan enargit Cu3AsS4. Oksida arsenik juga umum. Sebagian besar zat ini adalah produk sampingan dari peleburan bijih tembaga, timbal, kob alt, dan emas.
Di alam, hanya ada satu isotop stabil arsenik - 75As. Di antara isotop radioaktif buatan, 76As dengan waktu paruh 26,4 jam menonjol. Arsenik-72, -74 dan -76 digunakan dalam diagnostik medis.
Produksi dan aplikasi industri
Arsenik logam diperoleh dengan memanaskan arsenopirit hingga 650-700 °C tanpa udara. Jika arsenopirit dan bijih logam lainnya dipanaskan dengan oksigen, maka As dengan mudah bergabung dengannya, membentuk As4O6 yang mudah tersublimasi, juga dikenal seperti "putiharsenik". Uap oksida dikumpulkan dan dikondensasi, dan kemudian dimurnikan dengan resublimasi. Sebagian besar As dihasilkan melalui reduksi karbon dari arsenik putih yang diperoleh.
Konsumsi arsenik logam dunia relatif kecil - hanya beberapa ratus ton per tahun. Sebagian besar yang dikonsumsi berasal dari Swedia. Ini digunakan dalam metalurgi karena sifat metaloidnya. Sekitar 1% arsenik digunakan dalam produksi tembakan timbal, karena meningkatkan kebulatan tetesan cair. Sifat-sifat paduan bantalan berbasis timbal meningkat baik secara termal maupun mekanis ketika mengandung sekitar 3% arsenik. Kehadiran sejumlah kecil unsur kimia ini dalam paduan timbal mengeraskannya untuk digunakan dalam baterai dan pelindung kabel. Kotoran kecil arsenik meningkatkan ketahanan korosi dan sifat termal tembaga dan kuningan. Dalam bentuknya yang murni, unsur kimia As digunakan untuk pelapisan perunggu dan kembang api. Arsenik yang sangat murni ditemukan digunakan dalam teknologi semikonduktor, di mana ia digunakan dengan silikon dan germanium, dan dalam bentuk galium arsenida (GaAs) dalam dioda, laser dan transistor.
Koneksi Sebagai
Karena valensi arsenik adalah 3 dan 5, dan memiliki bilangan oksidasi dari -3 hingga +5, unsur tersebut dapat membentuk berbagai jenis senyawa. Yang paling penting secara komersial adalah oksidanya, bentuk utamanya adalah As4O6 danSeperti2O5. Oksida arsenik, umumnya dikenal sebagai arsenik putih, adalah produk sampingan dari pemanggangan bijih tembaga, timbal, dan beberapa logam lainnya, serta bijih arsenopirit dan sulfida. Ini adalah bahan awal untuk sebagian besar senyawa lainnya. Selain itu, digunakan dalam pestisida, sebagai zat pemutih dalam produksi kaca, dan sebagai pengawet untuk kulit. Pentoksida arsenik dibentuk oleh aksi zat pengoksidasi (misalnya, asam nitrat) pada arsenik putih. Ini adalah bahan utama dalam insektisida, herbisida dan perekat logam.
Arsine (AsH3), gas beracun tidak berwarna yang terdiri dari arsenik dan hidrogen, adalah zat lain yang diketahui. Substansi, juga disebut hidrogen arsenik, diperoleh dengan hidrolisis arsenida logam dan reduksi logam dari senyawa arsenik dalam larutan asam. Telah ditemukan digunakan sebagai dopan dalam semikonduktor dan sebagai gas beracun militer. Di bidang pertanian, asam arsenat (H3AsO4), timbal arsenat (PbHAsO44 4 ) dan kalsium arsenat [Ca3(AsO4)2
], yang digunakan untuk mensterilkan tanah dan pengendalian hama.
Arsenik adalah unsur kimia yang membentuk banyak senyawa organik. HowOne (CH3)2As−As(CH3)2, misalnya, digunakan dalam pembuatan pengering (pengering) yang banyak digunakan - asam cacodylic. Senyawa organik kompleks dari unsur tersebut digunakan dalam pengobatan penyakit tertentu, misalnya disentri amuba,disebabkan oleh mikroorganisme.
Sifat fisik
Apa arsenik dalam hal sifat fisiknya? Dalam keadaan paling stabil, ini adalah padatan abu-abu rapuh seperti baja dengan konduktivitas termal dan listrik yang rendah. Meskipun beberapa bentuk As mirip logam, mengklasifikasikannya sebagai non-logam adalah karakterisasi arsenik yang lebih akurat. Ada jenis arsenik lain, tetapi mereka tidak dipelajari dengan baik, terutama bentuk metastabil kuning, terdiri dari molekul As4, mirip dengan fosfor putih P4. Arsenik menyublim pada 613 °C dan ada sebagai uap sebagai molekul As4 yang tidak terdisosiasi hingga sekitar 800 °C. Disosiasi sempurna menjadi molekul As2 terjadi pada 1700 °C.
Struktur atom dan kemampuan membentuk ikatan
Rumus elektronik arsenik adalah 1s22s22p63s 23p63d104s24p 3 - menyerupai nitrogen dan fosfor karena memiliki lima elektron di kulit terluar, tetapi berbeda dari mereka dengan memiliki 18 elektron di kulit kedua dari belakang, bukan dua atau delapan. Penambahan 10 muatan positif dalam nukleus saat mengisi lima orbital 3d sering menyebabkan penurunan keseluruhan awan elektron dan peningkatan keelektronegatifan unsur. Arsenik dalam tabel periodik dapat dibandingkan dengan kelompok lain yang dengan jelas menunjukkan pola ini. Misalnya, secara umum diterima bahwa seng adalahlebih elektronegatif dari magnesium dan galium dari aluminium. Namun, dalam kelompok berikutnya, perbedaan ini menyempit, dan banyak yang tidak setuju bahwa germanium lebih elektronegatif daripada silikon, meskipun banyak bukti kimia. Transisi serupa dari cangkang 8- ke 18-elemen dari fosfor ke arsenik dapat meningkatkan elektronegativitas, tetapi ini tetap kontroversial.
Kesamaan kulit terluar As dan P menunjukkan bahwa mereka dapat membentuk 3 ikatan kovalen per atom dengan adanya pasangan elektron tak terikat tambahan. Oleh karena itu, keadaan oksidasi harus +3 atau -3, tergantung pada elektronegativitas timbal balik relatif. Struktur arsenik juga menunjukkan kemungkinan penggunaan orbital d terluar untuk memperluas oktet, yang memungkinkan unsur tersebut membentuk 5 ikatan. Hal ini diwujudkan hanya dengan reaksi dengan fluor. Kehadiran pasangan elektron bebas untuk pembentukan senyawa kompleks (melalui sumbangan elektron) dalam atom As jauh lebih sedikit daripada di fosfor dan nitrogen.
Arsenik stabil di udara kering, tetapi di udara basah ia menjadi tertutup oksida hitam. Uapnya mudah terbakar, membentuk As2O3. Apa itu arsenik bebas? Ini praktis tidak terpengaruh oleh air, alkali dan asam non-pengoksidasi, tetapi dioksidasi oleh asam nitrat ke keadaan +5. Halogen, belerang bereaksi dengan arsenik, dan banyak logam membentuk arsenida.
Kimia analitik
Zat arsenik dapat dideteksi secara kualitatif sebagai orpiment kuning yang mengendap di bawah pengaruh 25%larutan asam klorida. Jejak As umumnya ditentukan dengan mengubahnya menjadi arsin, yang dapat dideteksi menggunakan uji Marsh. Arsine terurai secara termal, membentuk cermin arsenik hitam di dalam tabung sempit. Menurut metode Gutzeit, probe yang diresapi dengan merkuri klorida, di bawah pengaruh arsin, menjadi gelap karena pelepasan merkuri.
Karakteristik toksikologi arsenik
Toksisitas elemen dan turunannya sangat bervariasi dalam rentang yang luas, dari arsin yang sangat beracun dan turunan organiknya hingga As, yang relatif inert. Penggunaan senyawa organiknya sebagai agen perang kimia (lewisite), vesicant dan defoliant (Agent Blue berdasarkan campuran air 5% asam cacodylic dan 26% garam natriumnya) memberi tahu kita apa itu arsenik.
Pada umumnya turunan dari unsur kimia ini mengiritasi kulit dan menyebabkan dermatitis. Perlindungan inhalasi terhadap debu yang mengandung arsenik juga dianjurkan, tetapi kebanyakan keracunan terjadi ketika tertelan. Konsentrasi maksimum As dalam debu yang diperbolehkan selama delapan jam kerja adalah 0,5 mg/m3. Untuk arsin, dosisnya dikurangi menjadi 0,05 ppm. Selain penggunaan senyawa unsur kimia ini sebagai herbisida dan pestisida, penggunaan arsenik dalam farmakologi memungkinkan diperolehnya salvarsan, obat pertama yang berhasil melawan sifilis.
Efek kesehatan
Arsenik adalah salah satu unsur yang paling beracun. Senyawa anorganik dari bahan kimia tertentuZat secara alami terjadi dalam jumlah kecil. Manusia dapat terpapar arsenik melalui makanan, air, dan udara. Paparan juga dapat terjadi melalui kontak kulit dengan tanah atau air yang terkontaminasi.
Kandungan arsenik dalam makanan cukup rendah. Namun, kadar dalam ikan dan makanan laut bisa sangat tinggi karena mereka menyerap bahan kimia dari air tempat mereka tinggal. Sejumlah besar arsenik anorganik dalam ikan dapat menimbulkan risiko bagi kesehatan manusia.
Orang yang bekerja dengan zat tersebut, tinggal di rumah yang dibangun dari kayu yang diolah dengan zat itu, dan di lahan pertanian yang dulu pernah menggunakan pestisida juga terpapar zat tersebut.
Arsenik anorganik dapat menyebabkan berbagai efek kesehatan pada manusia, seperti iritasi lambung dan usus, penurunan produksi sel darah merah dan putih, perubahan kulit, dan iritasi paru-paru. Dipercaya bahwa menelan sejumlah besar zat ini dapat meningkatkan kemungkinan terkena kanker, terutama kanker kulit, paru-paru, hati, dan sistem limfatik.
Konsentrasi arsenik anorganik yang sangat tinggi menyebabkan kemandulan dan keguguran pada wanita, dermatitis, penurunan daya tahan terhadap infeksi, masalah jantung dan kerusakan otak. Selain itu, unsur kimia ini dapat merusak DNA.
Dosis mematikan arsenik putih adalah 100 mg.
Senyawa organik dari unsur tersebut tidak menyebabkan kanker atau kerusakan pada kode genetik, tetapi dosis tinggi dapatmembahayakan kesehatan manusia, seperti menyebabkan gangguan saraf atau sakit perut.
Properti Sebagai
Sifat kimia dan fisika utama arsenik adalah sebagai berikut:
- Nomor atom - 33.
- Berat atom adalah 74,9216.
- Titik leleh cetakan abu-abu adalah 814 °C pada tekanan 36 atmosfer.
- Grey Density 5.73g/cm3 pada 14°C.
- Kepadatan cetakan kuning 2,03 g/cm3 pada 18°C.
- Rumus elektronik arsenik adalah 1s22s22p63s 23p63d104s24p 3 .
- Kondisi oksidasi – -3, +3, +5.
- Valensi arsenik adalah 3, 5.
