(一种化学元素)

砷元素是一种非金属元素,有黄、灰、黑褐三种同素异形体。其中灰色晶体具有金属性,脆而硬,具有金属般的光泽,并善于传热导电,易被捣成粉沫。密度5.727克/立方厘米。熔点817℃(28大气压),加热到613℃,便可不经液态,直接升华,成为蒸气,砷蒸气具有一股难闻的大蒜臭味。砷的化合价+3和+5。第一电离能9.81电子伏特。游离的砷是相当活泼的。在空气中加热至约200℃时,有萤光出现,于400℃时,会有一种带蓝色的火焰燃烧,并形成白色的氧化砷烟。游离元素易与氟和氮化合,在加热情况亦与大多数金属和非金属发生反应。不溶于水,溶于硝酸和王水,也能溶解于强碱,生成砷酸盐。

Arsenic
注音
shēn
元素名称
原子序数
33
元素原子量
74.92
元素类型
非金属
原子体积
13.1(立方厘米/摩尔)
元素在海水中的含量
0.00145(ppm)
地壳中含量
1.5(ppm)
发现人
马格努斯
发现年代
1250年
晶体结构
晶胞为三斜晶胞。

1元素简介

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砷元素砷元素
砷元素是一种非金属元素,有黄、灰、黑褐三种同素异形体。其中灰色晶体具有金属性,脆而硬,具有金属般的光泽,并善于传热导电,易被捣成粉沫。密度5.727/立方厘米。熔点817℃(28大气压),加热到613℃,便可不经液态,直接升华,成为蒸气,砷蒸气具有一股难闻的大蒜臭味。砷的化合价+3+5。第一电离能9.81电子伏特。游离的砷是相当活泼的。在空气中加热至约200℃时,有萤光出现,于400℃时,会有一种带蓝色的火焰燃烧,并形成白色的氧化砷烟。游离元素易与氟和氮化合,在加热情况亦与大多数金属和非金属发生反应。不溶于水,溶于硝酸和王水,也能溶解于强碱,生成砷酸盐。

2砷的用途

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砷作合金添加剂生产铅制弹丸、印刷合金、黄铜(冷凝器用)、蓄电池栅板、耐磨合金、高强结构钢及耐蚀钢等。黄铜中含有重量砷时可防止脱锌。高纯砷是制取化合物半导体砷化镓、砷化铟等的原料,也是半导体材料锗和硅的掺杂元素,这些材料广泛用作二极管、发光二极管、红外线发射器、激光器等。砷的化合物还用于制造农药、防腐剂、染料和医药等。

用于制造硬质合金;黄铜中含有微量砷时可以防止脱锌;砷的化合物可用于杀虫及医疗。砷和它的可溶性化合物都有毒。

3元素砷制取

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由白砷或含砷矿物生产金属砷的过程。有碳还原和蒸馏两种生产方法。大部分元素砷均由还原As2O3制得,只有少量砷是由砷黄铁矿或砷化物中分馏制取的。后者是将含砷矿物放在升华炉内,加热至1173K在无氧的情况下使其解离,升华后经冷凝得元素砷。

碳还原法工业上生产砷的主要方法。将粉状工业纯白砷配入25%木炭粉作还原剂,混合后加入铸铁或不锈钢制的反应器中,外加热至9731173K,白砷被还原升华在冷凝器中析出,其反应为:

As4O6+6C===As4+6CO

由于在还原过程中部分As2O3来不及还原即挥发,因此砷回收率仅为60%左右,且产物因夹杂部分未还原As2O3和炭粉而纯度不高,需经反复精炼才能得到纯度99%的砷。日本三井矿业公司将反应器改成为挥发区、还原区和冷凝区三部分,将As2O3盛放在挥发区,还原区装木炭,白砷蒸气经还原区木炭层还原后在冷凝区析出元素砷,纯度达到99%,砷回收率为95%左右。在碳还原As2O3过程中,由于砷蒸气腐蚀性强,会腐蚀合金钢反应器使其中的铁、镍、钴、铬和钼等组分进入元素砷。瑞典波利顿公司(BolidenMetallAB)973K温度下往As2O3中通入NH3NH3As2O3催化分解为H2。氢气将As2O3还原为砷,产物纯度达到99%,砷回收率在93%98%。和常规用H2C0还原As2O3方法比较,此法具有反应快、处理量大、回收率高、减少了毒性和爆炸危险性,且可进行连续生产等优点。蒸馏法适用于从砷矿物和砷铁渣制取砷。将含砷物料装入粘土罐内间接加热至543643K,砷化物即分解为元素砷:

升华物中经冷凝得到粗砷。为防止产出As2O3,必须在配料中加入石灰或碳酸钾。此法只能蒸馏出约50%的砷,残渣须再经焙烧回收白砷。玻利维亚文托(Vinto)炼锡厂用感应加热蒸馏法从铁砷渣生产粗黑砷(99%)即属此例。

4砷的测定

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砷中毒砷中毒
砷不是生物所必需的元素。元素砷毒性极低,而砷的化合物均有剧毒,三价砷化合物比其他砷化物毒性更强,如As2O3(砒霜)毒性最大。工业生产中大部分是三价砷的化合物。

砷化物容易在人体内积累,造成急性或慢性中毒。砷污染主要来源于采矿、冶金、化工、化学制药、农药生产、玻璃制革等工业废水。砷化物能随粉尘、烟尘和污水等形式进入水体中。

测定水体中砷的方法有新银盐分光光度法、二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度法和原子吸收分光光度法等。

1)新银盐分光光度法(硼氰化钾-硝酸银分光光度法)

原理:硼氰化钾在酸性溶液中产生新生态氢,将水样中无机砷还原为砷化氢气体,以HNO3-AgNO3-聚乙烯醇-乙醇溶液吸收,则砷化氢将吸收液中的银离子还原为单质胶态银,使溶液显黄色,其颜色强度与生成氢化物的量成正比,于400nm处测其吸光度,比色测定。

特点:灵敏度高,操作严格,应用范围广。适用于地面水和地下水中痕量砷的测定,最低检测浓度可达0.16PPb,并可进行不同形态砷分析。检测限为:0.4-12μg/L

2)二乙氨基二硫代甲酸银分光光度法——总砷的测定

在碘化钾、酸性氯化亚锡作用下,五价砷被还原为三价砷,并与新生态氢(由锌与酸作用产生)反应,生成气态砷化氢(胂),被吸收于二乙氨基二硫代甲酸银(AgDDC-三乙醇胺的三氯甲烷溶液中,生成红色的胶体银,在510nm波长处,以三氯甲烷为参比测其经空白校正后的吸光度,用标准曲线法定量。该法最低检测浓度为0.007mg/L砷,测定上限为0.50mg/L

5代谢吸收

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膳食中各种砷很容易被吸收,也可通过皮肤或呼吸进入体内。无机砷酸盐和亚砷酸盐的水溶液中的砷有90%以上可被吸收,不同形式的有机砷其砷的吸收程度也不一样,胂甜菜碱较胂胆碱多,而口服羟乙酰期砷酸钠后,大部分都由粪便排出。砷酸盐的吸收是依靠尝试梯度的转运,而有机砷的吸收主要通过肠界而脂质区扩散。砷被吸收后在肝脏进行甲基化,并受体内谷胱甘肽、蛋氨酸和胆碱状态的影响。砷以甲基化衍生物的形式由尿排出。有机砷中,胂甜菜碱在体内不经过生物转化即从尿排出,而胂胆碱大多数转化为胂甜菜碱后由尿排出,另一些与胆碱相似,掺入体内磷脂。

6生理功能

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大量的羊、微型猪和鸡的研究结果提出,砷是必需微量元素。饮料中含砷较低时(1030mg/g),导致生长滞缓,怀孕减少,自发流产较多,死亡率较高。骨骼矿化减低,在羊和微型猪还观察至心肌和骨骼肌纤维萎缩,线粒体膜有变化可破裂。砷在体内的生化功能还未确定,但研究提示砷可能在某些酶反应中起作用,以砷酸盐替代磷酸盐作为酶的激活剂,以亚砷酸盐的形式与巯基反应作为酶抑制剂,从而可明显影响某些酶的活性。有人观察到,在做血透析的患者其血砷含量减少,并可能与患者中枢神经系统紊乱、血管疾病有关。

参考资料

[添加]
[1].网易:中国1958万人的砷中毒危机
[2].世界卫生组织:砷

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标签: 化学元素

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