Мышьяк

Мышья'к (лат. Arsenicum), As, химический элемент V группы периодической системы Менделеева, атомный номер 33, атомная масса 74,9216; кристаллы серо-стального цвета. Элемент состоит из одного устойчивого изотопа ⁷⁵As.

  Историческая справка. Природные соединения М. с серой (аурипигмент As₂S₃, реальгар As₄S₄) были известны народам древнего мира, которые применяли эти минералы как лекарства и краски. Был известен и продукт обжигания сульфидов М. — оксид М. (III) As₂O₃ («белый М.»). Название arsenikon встречается уже у Аристотеля; оно произведено от греч. arsen — сильный, мужественный и служило для обозначения соединений М. (по их сильному действию на организм). Русское название, как полагают, произошло от «мышь» (по применению препаратов М. для истребления мышей и крыс). Получение М. в свободном состоянии приписывают Альберту Великому (около 1250). В 1789 А. Лавуазье включил М. в список химических элементов.

  Распространение в природе. Среднее содержание М. в земной коре (кларк) 1,7·10^-4% (по массе), в таких количествах он присутствует в большинстве изверженных пород. Поскольку соединения М. летучи при высоких температурах, элемент не накапливается при магматических процессах; он концентрируется, осаждаясь из горячих глубинных вод (вместе с S, Se, Sb, Fe, Co, Ni, Cu и др. элементами). При извержении вулканов М. в виде своих летучих соединений попадает в атмосферу. Так как М. многовалентен, на его миграцию оказывает большое влияние окислительно-восстановительная среда. В окислительных условиях земной поверхности образуются арсенаты (As⁵⁺) и арсениты (As³⁺). Это редкие минералы, встречающиеся только на участках месторождений М. Ещё реже встречается самородный М. и минералы As²⁺. Из многочисленных минералов М. (около 180) основное промышленное значение имеет лишь арсенопирит FeAsS (см. Мышьяковые руды ).

  Малые количества М. необходимы для жизни. Однако в районах месторождении М. и деятельности молодых вулканов почвы местами содержат до 1% М., с чем связаны болезни скота, гибель растительности. Накопление М. особенно характерно для ландшафтов степей и пустынь, в почвах которых М. малоподвижен. Во влажном климате М. легко вымывается из почв.

  В живом веществе в среднем 3·10^-5% М., в реках 3·10^-7%. М., приносимый реками в океан, сравнительно быстро осаждается. В морской воде лишь 1·10^-7% М., но зато в глинах и сланцах 6,6·10^-4%. Осадочные железные руды, железомарганцевые конкреции часто обогащены М.

  Физические и химические свойства. М. имеет несколько аллотропических модификаций. При обычных условиях наиболее устойчив так называемый металлический, или серый, М. (a-As) — серо-стальная хрупкая кристаллическая масса; в свежем изломе имеет металлический блеск, на воздухе быстро тускнеет, т. к. покрывается тонкой плёнкой As₂O₃. Кристаллическая решётка серого М. ромбоэдрическая (а = 4,123 A, угол a = 54°10', х = 0,226), слоистая. Плотность 5,72 г/см³ (при 20°C), удельное электрическое сопротивление 35·10^-8 ом?м, или 35·10^-6 ом?см, температурный коэффициент электросопротивления 3,9·10^-3 (0°—100 °C), твёрдость по Бринеллю 1470 Мн/м², или 147 кгс/мм² (3—4 по Моосу); М. диамагнитен. Под атмосферным давлением М. возгоняется при 615 °C не плавясь, т. к. тройная точка (см. Диаграмма состояния ) a-As лежит при 816 °C и давлении 36 ат. Пар М. состоит до 800 °C из молекул As₄, выше 1700 °C — только из As₂. При конденсации пара М. на поверхности, охлаждаемой жидким воздухом, образуется жёлтый М. — прозрачные, мягкие как воск кристаллы, плотностью 1,97 г/см³, похожие по свойствам на белый фосфор . При действии света или при слабом нагревании он переходит в серый М. Известны также стекловидно-аморфные модификации: чёрный М. и бурый М., которые при нагревании выше 270°C превращаются в серый М.

  Конфигурация внешних электронов атома М. 3d¹⁰4s²4p³. В соединениях М. имеет степени окисления + 5, + 3 и – 3. Серый М. значительно менее активен химически, чем фосфор. При нагревании на воздухе выше 400°C М. горит, образуя As₂O₃. С галогенами М. соединяется непосредственно; при обычных условиях AsF₅ — газ; AsF₃, AsCl₃, AsBr₃ — бесцветные легко летучие жидкости; AsI₃ и As₂l₄ — красные кристаллы. При нагревании М. с серой получены сульфиды: оранжево-красный As₄S₄ и лимонно-жёлтый As₂S₃. Бледно-жёлтый сульфид As₂S₅ осаждается при пропускании H₂S в охлаждаемый льдом раствор мышьяковой кислоты (или её солей) в дымящей соляной кислоте: 2H₃AsO₄ + 5H₂S = As₂S₅ + 8H₂O; около 500°C он разлагается на As₂S₃ и серу. Все сульфиды М. нерастворимы в воде и разбавленных кислотах. Сильные окислители (смеси HNO₃ + HCl, HCl + KClO₃) переводят их в смесь H₃AsO₄ и H₂SO₄. Сульфид As₂S₃ легко растворяется в сульфидах и полисульфидах аммония и щелочных металлов, образуя соли кислот — тиомышьяковистой H₃AsS₃ и тиомышьяковой H₃AsS₄. С кислородом М. даёт окислы: оксид М. (III) As₂O₃ — мышьяковистый ангидрид и оксид М. (V) As₂O₅ — мышьяковый ангидрид. Первый из них образуется при действии кислорода на М. или его сульфиды, например 2As₂S₃ + 9O₂ = 2As₂O₃ + 6SO₂. Пары As₂O₃ конденсируются в бесцветную стекловидную массу, которая с течением времени становится непрозрачной вследствие образования мелких кристаллов кубической сингонии, плотность 3,865 г/см³. Плотность пара отвечает формуле As₄O₆: выше 1800°C пар состоит из As₂O₃. В 100 г воды растворяется 2,1 г As₂O₃ (при 25°C). Оксид М. (III) — соединение амфотерное, с преобладанием кислотных свойств. Известны соли (арсениты), отвечающие кислотам ортомышьяковистой H₃AsO₃ и метамышьяковистой HAsO₂; сами же кислоты не получены. В воде растворимы только арсениты щелочных металлов и аммония. As₂O₃ и арсениты обычно бывают восстановителями (например, As₂O₃ + 2I₂ + 5H₂O = 4HI + 2H₃AsO₄), но могут быть и окислителями (например, As₂O₃ + 3C = 2As + 3CO).

  Оксид М. (V) получают нагреванием мышьяковой кислоты H₃AsO₄ (около 200°C). Он бесцветен, около 500°C разлагается на As₂O₃ и O₂. Мышьяковую кислоту получают действием концентрированной HNO₃ на As или As₂O₃. Соли мышьяковой кислоты (арсенаты) нерастворимы в воде, за исключением солей щелочных металлов и аммония. Известны соли, отвечающие кислотам ортомышьяковой H₃AsO₄, метамышьяковой HAsO₃, и пиромышьяковой H₄As₂O₇; последние две кислоты в свободном состоянии не получены. При сплавлении с металлами М. по большей части образует соединения ( арсениды ).

  Получение и применение. М. получают в промышленности нагреванием мышьякового колчедана: