Arsen

český názevArsen
latinský názevArsenicum
anglický názevArsenic
chemická značkaAs
protonové číslo33
relativní atomová hmotnost74,92159
perioda4
skupinaV.A
zařazenípolokovy
rok objevu≈ 1250
teplota tání [°C]817
teplota varu [°C]613 sublimace
hustota [g cm-3]5,72
hustota při teplotě tání [g cm-3]5,22
elektronegativita2,18
oxidační stavy-III, III, V
elektronová konfigurace[Ar]3d10 4s2 4p3
atomový poloměr [pm]114
kovalentní poloměr [pm]119
specifické teplo [J g-1K-1]0,33
slučovací teplo [kJ mol-1]27,7
tepelná vodivost [W m-1 K-1]50
elektrická vodivost [S m-1]3,3.106
1. ionizační potenciál [eV]9,8152
2. ionizační potenciál [eV]18,633
3. ionizační potenciál [eV]28,351
tvrdost podle Mohse3,5
tvrdost podle Brinella [MPa]1440
modul pružnosti v tahu [GPa]8
skupenství za norm. podmíneks

Chemické vlastnosti a reakce arsenu

Chemický prvek arsen je znám v několika alotropických modifikacích, polokovový šedý α-As, amorfní černý nebo hnědý β-As a krystalický (orthorombický) žlutý měkký γ-As.

Nejrozšířenější je šedý arsen, lesklá, křehká krystalická látka, krystalizující v trigonální soustavě. Arsen přímo reaguje s chlorem a řadou dalších prvků. V plynném stavu tvoří čtyřatomové molekuly As4, při teplotě nad 1700°C se vyskytuje jako As2. Při zahřívání na vzduchu shoří modrým plamenem za vzniku bílého dýmu oxidu arsenitého As2O3, který se vyznačuje typickým zápachem po česneku.

Arsen se dobře rozpouští v lučavce královské a koncentrované kyselině dusičné za vzniku kyseliny trihydrogenarseničné H3AsO4. Ve zředěné kyselině dusičné a v koncentrované kyselině sírové se rozpouští za vzniku kyseliny trihydrogenarsenité H3AsO3. Reakce arsenu s horkými koncentrovanými roztoky hydroxidů probíhá za vzniku arsenitanů a vývoje vodíku:

3As + 5HNO3 + 2H2O → 3H3AsO4 + 5NO
As + HNO3 + H2O → H3AsO3 + NO
2As + 3H2SO4 → 2H3AsO3 + 3SO2
2As + 6KOH → 2K3AsO3 + 3H2

Reakce arsenu s kyselinou disírovou (oleum) probíhá za vzniku hydrogensíranu arsenitého:

2As + 6H2S2O7 → 2As(HSO4)3 + 3H2SO4 + 3SO2

Výskyt arsenu v přírodě

V přírodě se arsen vyskytuje ryzí ve formě celistvých, ledvinitých nebo miskovitých agregátů hydrotermálního původu a ve velkém množství minerálů, např. auripigment As2S3, realgar As4S4, arsenopyrit FeAsS, lolingit FeAs2, lautit CuAsS, alarsit AlAsO4, stibarsen SbAs, oregonit Ni2FeAs2 a řadě dalších. Nejvyšší obsah arsenu (90,33 % As) má duranusit As4S. Celkem je mineralogicky popsáno přes 550 nerostů s obsahem arsenu.

Z mineralogického hlediska je unikátní lokalita Jáchymov v Krušných horách, kde byla objevena a popsána řada nových minerálů arsenu, např. brassit Mg(AsO3OH)(H2O)4, haidingerit Ca(AsO3OH)(H2O), lavendulan NaCaCu5(AsO4)4Cl(H2O)5, metarauchit Ni(UO2AsO4)2(H2O)6, slavkovit Cu13(AsO4)6(AsO3OH)4(H2O)23 a řada dalších. Kyselé důlní vody jáchymovského dolu Svornost mají nejvyšší přírodní obsah arsenu na světě. Velká čočka ryzího arsenu, která se nalézá na 10. patře v jižní části žíly Geschieber dolu Svornost, poskytla vhodné redukční prostředí pro tvorbu v celosvětovém měřítku unikátních sulfátů a arseničnanů čtyřmocného uranu. Kromě Jáchymova byl výskyt ryzího arsenu i arsenopyritu zaznamenán také v rudných žilách v Příbrami, Kutné Hoře, Cínovci a Horním Slavkově.

Průměrný obsah arsenu v zemské kůře se pohybuje pod 0,001 % hmot, v množství až 1290 mg na 1 kg se arsen vyskytuje v některých druzích severočeského hnědého uhlí.

Přírodní arsen tvoří stabilní izotop 75As. Uměle bylo připraveno dalších 21 radioaktivních izotopů arsenu s nukleonovými čísly 65 až 87.

Celosvětová produkce oxidu arsenitého dosáhla v roce 2012 hodnoty 44 kt, z toho na Čínu připadá 25 kt, na Chile 10 kt a na Maroko 6 kt. Celosvětové zásoby rud arsenu se odhadují na dvacetinásobek současné roční těžby. V roce 2010 bylo do ČR dovezeno 56 kg arsenu za průměnou cenu 11 600 Kč/kg.

V období mezi světovými válkami probíhala těžba arsenopyritu v Horní Malé Úpě a ve Velké Úpě v Krkonoších a v Kovářské v Krušných horách.

Výroba arsenu

Výroba arsenu se provádí tepelným rozkladem arsenopyritu nebo lolingitu při teplotě 700-800°C bez přístupu vzduchu. Arsen sublimuje a posléze kondenzuje:

FeAsS → As + FeS
FeAs2 → As + FeAs

V současné době je největším zdrojem arsenu oxid arsenitý As2O3, který je součástí odpadních produktů při rafinaci kobaltu. Kovový arsen se z As2O3 získává redukcí oxidem uhelnatým nebo uhlíkem. Redukce oxidu arsenitého probíhá při teplotě 900°C:

As2O3 + 3CO → 2As + 3CO2
2As2O3 + 3C → 4As + 3CO2

Dalším významným zdrojem arsenu je arseničnan sodný Na3AsO4, který vzniká jako odpadní produkt rafinace olova harisováním.

Praktické využití

Volný arsen má pouze omezený praktický význam, nejčastěji se používá jako součást speciálních slitin a pro výrobu polovodičů. Na velmi vysokou čistotu se arsen rafinuje zonálním tavením pomocí vysokofrekvenčního ohřevu.

Sloučeniny arsenu se používají v lékařství a při výrobě organických barviv. Nerozpustný sulfid arsenitý As2S3 je znám jako pigment královská žluť a využívá se v koželužství jako odchlupovací činidlo. Oxid arsenitý As2O3 nachází využití ve sklářství, oxid arseničný As2O5 se používá jako silné oxidační činidlo. Arsenitan sodný Na3AsO3 a thioarsenitan vápenatý Ca3(AsS3)2 se používají jako fungicidní prostředky k moření dřeva, arseničnan olovnatý Pb3(AsO4)2 a arseničnan vápenatý Ca3(AsO4)2 slouží jako insekticidy. Hydrogenarsenitan měďnatý CuHAsO3 je znám jako pigment Scheeleova zeleň. Fluorid arseničný AsF5 se používá jako fluorační činidlo. Arsan AsH3 slouží při výrobě polovodičů jako dopant arsenu. Roztok sloučeniny C16H13N2O10S2As ve vodě, se pod obchodním názvem Thorin, používá jako komplexometrický indikátor ke stanovení iontů bismutu, thoria a uranu v kyselém prostředí.

Toxické účinky arsenu a jeho sloučenin

Elementární arsen není příliš toxický, ale v organismu je metabolizován na toxické látky, zejména na oxid arsenitý As2O3, který je pod názvem arsenik znám jako účinný jed. Smrtelná dávka arseniku pro člověka je 0,2 g.

Všechny rozpustné sloučeniny arsenu jsou prudce jedovaté, některé se používají k hubení škůdců. Mezi nejjedovatější sloučeniny arsenu patří chlorid arsenitý AsCl3, který je díky své značné toxicitě zařazen na seznam bojových chemických látek. Mezi velice silné jedy patří také arsan AsH3 (arsin). Organické sloučeniny arsenu patří také mezi silné jedy, některé jsou používány jako chemoterapeutika (Salvarsan, Neosalvarsan). Difenylarsinchlorid (C6H5)2AsCl, difenylarsinkyanid (C6H5)2AsCN a řada dalších organických sloučenin arsenu se používají jako bojové chemické látky (Adamsit, Lewisit, Clark I a II). Alkarsin (CH3)2AsOAs(CH3)2 je součástí samozápalných bojových látek. Na přítomnost arsenu a jeho sloučenin jsou velice citlivé včely, které mohou sloužit jako citlivý bioindikátor arsenu v přírodním prostředí. Jako protijed při otravách arsenem se obvykle podávají rozpustné soli cesia.

Během národního obrození byl pro arsen navrhován název otrušík a byl zařazen do čeledě prvků otrušivých. Další historické názvy chemických prvků. V ruštině má arsen libozvučný název myšjak.

Zdroje

TOPlist