Миш’як – хімічний елемент 5-групи 4-го періоду таблиці Менделєєва, з атомним номером 33. Є крихким полуметаллом сталевий забарвлення із зеленуватим відтінком. Сьогодні ми з вами розглянемо докладніше, що таке миш’як, і познайомимося з основними властивостями це елемента.
Загальна характеристика
Унікальність миш’яку полягає в тому, що він зустрічається буквально скрізь – в гірських породах, воді, мінералах, ґрунті, рослинному і тваринному світі. Тому його часто називають не інакше як всюдисущий елемент. Миш’як безперешкодно розподіляється по всіх географічних регіонах планети Земля. Причиною тому є летючість і розчинність його сполук.
Назва елемента пов’язане з його використанням для винищення гризунів. Латинське слово Arsenicum (формула миш’яку в періодичній таблиці – As) утворилося від грецького Arsen, що означає «сильний» або «потужний».
В організмі середньостатистичної дорослої людини міститься близько 15 мг цього елемента. В основному він концентрується в тонкому кишечнику, печінки, легенів та епітелії. Всмоктування речовини здійснюється шлунком і кишечником. Антагоністами миш’яку виступають сірка, фосфор, селен, деякі амінокислоти, а також вітаміни Е і С. Сам елемент погіршує всмоктування цинку, селену, а також вітамінів А, С, В9 і Є.
Як і багато інші речовини, миш’як може бути і отрутою, і ліками, все залежить від дози.
Серед корисних функцій такого елемента, як миш’як, можна виділити:
- Стимулювання засвоєння азоту і фосфору.
- Поліпшення кровотворення.
- Взаємодією з цистеїном, білками і ліпоєвої кислотою.
- Ослаблення окислювальних процесів.
Добова потреба в миш’як для дорослої людини становить від 30 до 100 мкг.
Історична довідка
Один з етапів розвитку людства носить назвою «бронзовий», так як у цей період люди змінили кам’яна зброя на бронзове. Даний метал являє собою сплав олова з міддю. Одного разу при виплавки бронзи майстри випадково використовували замість мідної руди продукти вивітрювання мідно-мышьякового сульфідного мінералу. Отриманий сплав легко отливался і відмінно кувався. У ті часи ніхто ще не знав, що таке миш’як, але поклади його мінералів навмисно шукали для виробництва якісної бронзи. З часом від цієї технології відмовилися, очевидно, із-за того, що при її використанні часто виникали отруєння.
У Стародавньому Китаї користувалися твердим мінералом під назвою реальгар (As4S4). Його застосовували для різьби по каменю. Так як під впливом температури і світла реальгар перетворювався в інше речовина – As2S3, від нього також незабаром відмовилися.
В 1 столітті до нашої ери, римський вчений Пліній Старший разом з ботаніком і лікарем Діоскоридом описували мінерал миш’яку під назвою ауріпігмент. Його назва перекладається з латини як «золота фарба». Речовина застосовували як жовтий барвник.
У середньовіччя алхіміки класифікували три форми елемента: жовту (сульфід As2S3), червону (сульфід As4S4) і білу (оксид Аѕ2О3). У 13 столітті при нагріванні жовтого миш’яку з милом алхіміки отримували металлоподобное речовина. Найімовірніше, воно було першим зразком чистого елемента, отриманого штучним чином.
Що таке миш’як в чистому вигляді, дізналися на початку 17 століття. Сталося це, коли Йоганн Шредер, відновлюючи деревним вугіллям оксид, виділив цей елемент. Через кілька років французькому хіміку Ніколя Лемері вдалося отримати речовину шляхом нагрівання його оксиду в суміші з милом і поташем. У наступному столітті миш’як був уже добре відомий у статусі полуметалла.
Хімічні властивості
У періодичній системі Менделєєва хімічний елемент миш’як розташований у п’ятій групі і зарахований до сімейства азоту. У природних умовах він представлений єдиним стабільним нуклидом. Штучним шляхом отримують більше десяти радіоактивних ізотопів речовини. Діапазон значень періоду напіврозпаду у них досить широкий – від 2-3 хвилин до декількох місяців.
Хоч миш’як іноді і нарікають металом, він скоріше відноситься до неметаллам. У з’єднанні з кислотами він не утворює солей, однак є сам по собі кислотоутворюючих речовиною. Саме тому елемент ідентифікують як напівметали.
Миш’як, як і фосфор, може перебувати в різних аллотропних конфігураціях. Одна з них – сірий миш’як, являє собою крихка речовина, яка на зламі має металевий блиск. Електропровідність даного полуметалла в 17 разів нижче, ніж у міді, але в 3,6 вище, ніж у ртуті. З підвищенням температури вона зменшується, що характерно для типових металів.
При швидкому охолодженні мышьяковых пари до температури рідкого азоту (-196 °С) можна отримати м’яке речовина жовтуватого кольору, що нагадує жовтий фосфор. При нагріванні та впливі ультрафіолету жовтий миш’як моментально перетворюється в сірий. Реакція супроводжується виділенням тепла. Коли пари конденсуються в інертній атмосфері, утворюється ще одна форма речовини – аморфна. Якщо осадити пари миш’яку, на склі з’являється дзеркальна плівка.
Зовнішня електронна оболонка даної речовини має таку ж будову, як фосфор і азот. Як і фосфор, миш’як утворює три ковалентні зв’язки. При сухому повітрі він має стійку форму, а з підвищенням вологості – тьмяніє і покривається чорною оксидною плівкою. При займанні пари речовини горять блакитним полум’ям.
Так як миш’як інертний, на нього не впливають вода, луги і кислоти, які не володіють окисними властивостями. При контакті речовини з розведеною азотної кислотою утворюється ортомышьяковистая кислота, а з концентрованою – ортомышьяковая. Також миш’як реагує із сіркою, утворюючи сульфіди різного складу.
Знаходження в природі
У природних умовах такий хімічний елемент, як миш’як, часто зустрічається в сполуках з міддю, нікелем, кобальтом і залізом.
Склад мінералів, які утворює речовину, обумовлений його полуметаллическими властивостями. На сьогоднішній день відомо більше 200 мінералів цього елемента. Так як миш’як може перебувати в негативній та позитивній ступенях окислення, він легко взаємодіє з багатьма іншими речовинами. При позитивному окисленні миш’яку він виконує функції металу (у сульфидах), а при негативному – складальні (в арсенидах). Містять цей елемент мінерали мають досить складний склад. У кристалічній решітці напівметали може замінювати атоми сірки, сурьми і металів.
Багато сполуки металів з миш’яком з точки зору складу скоріше відносяться не до арсенидам, а до інтерметалічних сполук. Деякі з них відрізняються змінним вмістом головного елемента. У арсенидах одночасно можуть бути відразу кілька металів, атоми яких при близькому радіусі іонів можуть заміщати один одного. Всі мінерали, які зараховують до арсенидам, наділені металевим блиском, непрозорі, важкі і міцні. Серед природних арсенидів (усього їх близько 25) можна відзначити наступні мінерали: скуттерудит, раммельсбрергит, нікелін, леллингрит, клиносаффлорит та інші.
Цікавими з точки зору хімії є ті мінерали, в яких миш’як присутній одночасно з сіркою і грає роль металу. Вони мають дуже складну будову.
Природні солі миш’яковистої кислоти (арсенати) можуть мати різне забарвлення: эритрит – кобальтовую; симплезит, аннабергит і скорид – зелену, а рузвельтит, кеттигит і гернесит – безбарвну.
За своїм хімічним властивостям миш’як досить інертний, тому його можна зустріти в самородному стані у вигляді зрощених кубиків і голочок. Вміст домішок в самородка не перевищує 15 %.
У ґрунті вміст миш’яку коливається в межах 0,1-40 мг/кг. В районах вулканів і місцях, де залягає миш’якова руда, цей показник може доходити до 8 г/кг. Рослини в таких місцях гинуть, а тварини хворіють. Подібна проблема характерна для степів і пустель, де не відбувається вимивання елементу з ґрунту. Збагаченими вважаються глинисті породи, так як в них зміст миш’яковистих речовин вчетверо більше, ніж у звичайних.
Коли чиста речовина в процесі биометилирования перетворюється в летку сполуку, воно може виноситися з грунту не тільки водою, але і вітром. У звичайних районах концентрація миш’яку в повітрі становить в середньому 0,01 мкг/м3. У промислових районах, де працюють заводи і електростанції, цей показник може досягати і 1 мкг/м3.
Помірна кількість миш’яковистих речовин може міститися у складі мінеральної води. У лікувальних мінеральних водах, згідно загальноприйнятим нормативам, концентрація миш’яку не повинна перевищувати 70 мкг/л. Тут варто відзначити, що навіть при більш високих показниках отруєння може відбутися тільки при регулярному вживанні такої води.
У природних водах елемент може перебувати в різних формах і з’єднаннях. Тривалентний миш’як, приміром, значно токсичніша, ніж п’ятивалентний.
Отримання миш’яку
Елемент отримують як побічний продукт переробки свинцевих, цинкових, мідних і кобальтових руд, а також під час добування золота. У складі деяких поліметалічних руд вміст миш’яку може доходити до 12 %. При їх нагріванні до 700 °С відбувається сублімація – перехід речовини з твердого стану в газоподібний, оминаючи рідкий. Важливою умовою для здійснення цього процесу є відсутність повітря. При нагріванні мышьяковых руд на повітрі утворюється летючий оксид, який отримав назву «білий миш’як». Піддавши його конденсації з вугіллям, відновлюють чистий миш’як.
Формула отримання елемента виглядає наступним чином:
- 2As2S3+9O2=6SO2+2As2O3;
- As2O3+3C=2As+3CO.
Видобування миш’яку відноситься до небезпечних виробництв. Парадоксальним є той факт, що найбільше забруднення навколишнього середовища цим елементом відбувається не поблизу підприємств, що його виробляють, а близько електростанцій і заводів кольорової металургії.
Ще один парадокс полягає в тому, що обсяги отримання металевого миш’яку перевищують потребу в ньому. У сфері добування металів це дуже рідкісне явище. Надлишок миш’яку доводиться утилізувати шляхом захоронення металевих контейнерів у старі шахти.
Найбільші поклади мышьяковых руд зосереджені в таких країнах:
- Мідно-миш’якові – США, Грузія, Японія, Швеція, Норвегія і держави Середньої Азії.
- Золото-миш’якові – Франція і США.
- Мышьяково-кобальтові – Канада і Нова Зеландія.
- Мышьяково-олов’яні – Англія і Болівія.
Визначення
Лабораторне визначення миш’яку проводиться шляхом осадження жовтих сульфідів з солянокислих розчинів. Сліди елемента визначають за методом Гутцейта або за допомогою реакції Маршу. В останні півстоліття були створені всілякі чутливі методики аналізу, які дозволяють виявити навіть зовсім невелика кількість цієї речовини.
Деякі сполуки миш’яку аналізують з допомогою селективного гібридного методу. Він передбачає відновлення досліджуваного речовини в летючий елемент арсин, який потім вымораживают в ємності, охолодженої з допомогою рідкого азоту. Згодом при повільному підігріві вмісту ємності різні арсины починають випаровуватися окремо один від одного.
Промислове використання
Практично 98% видобутого миш’яку не застосовують у чистому вигляді. Широке використання в різних галузях промисловості отримали його сполуки. Щорічно йде видобуток і переробка сотень тон миш’яку. Його додають в підшипникові сплави для підвищення їхньої якості, застосовують для підвищення твердості кабелів і свинцевих акумуляторів, а також використовують у виробництві напівпровідникових приладів разом з германієм або кремнієм. І це лише найбільш масштабні напрямку.
Як легирующая добавка миш’як надає провідність деяким «класичним» напівпровідників. Його добавка до свинцю значно збільшує міцність металу, а до міді – плинність, твердість і корозійну стійкість. Миш’як також іноді додають в деякі сорти бронз, латуней, баббитов і друкарських сплавів. Однак найчастіше металурги намагаються все ж уникати використання цієї речовини, так як воно небезпечно для здоров’я. Для деяких металів великі кількості миш’яку також шкідливі, оскільки вони погіршують властивості вихідного матеріалу.
Оксид миш’яку знайшов застосування в скловарінні в якості освітлювача скла. В цьому напрямі його використовували ще древні склодуви. Миш’яковисті сполуки є сильним антисептичним засобом, тому з їх допомогою консервують хутра, чучела та шкури, а також створюють необрастающие фарби для водного транспорту і просочення для деревини.
Завдяки біологічної активності деяких похідних миш’яку, речовина використовується у виробництві стимуляторів росту рослин, а також лікарських препаратів, у тому числі протиглистових коштів для худоби. Засоби, що містять даний елемент, застосовують для боротьби з бур’янами, гризунами і комах. Раніше, коли люди не замислювалися про те, чи можна миш’як використовувати для виробництва продуктів харчування, у сільському господарстві елемент мав більш широке застосування. Однак після виявлення його отруйних властивостей речовини довелося шукати заміну.
Важливими областями застосування даного елемента є: виробництво мікросхем, волоконної оптики, напівпровідників, плівковою електроніки, а також вирощування мікрокристалів для лазерів. Для цих цілей використовують газоподібні арсины. А виготовлення лазерів, діодів і транзисторів не обходиться без арсенидів галію та індію.
Медицина
У тканинах і органах людини елемент представлений головним чином в білкової фракції, меншою мірою – в кислоторастворимой. Він бере участь у бродінні, гліколізі і окислювально-відновних реакціях, а також забезпечує розпад складних вуглеводів. У біохімії з’єднання даного речовини використовуються в якості специфічних ферментних інгібіторів, які необхідні для вивчення метаболічних реакцій. Миш’як необхідний людському організму як мікроелемент.
Застосування елемента в медицині менш обширний, ніж у виробництві. Його мікроскопічні дози використовуються для діагностики різноманітних захворювань і патологій, а також лікування стоматологічних хвороб.
У стоматології миш’як застосовує для видалення пульпи. Невелика порція пасти містить миш’яковисту кислоту, буквально за добу забезпечує відмирання зуба. Завдяки її дії, видалення пульпи проходить безболісно і безперешкодно.
Широке застосування миш’як отримав також у лікуванні легких форм лейкозу. Він дозволяє знизити або навіть придушити патологічне формування лейкоцитів, а також простимулювати червоне кровотворення і виділення еритроцитів.
Як отрута, миш’як
Всі сполуки цього елемента є отруйними. Гостре отруєння миш’яком призводить до болю у животі, діареї, нудоті і пригнічення центральної нервової системи. Симптоматика інтоксикації цією речовиною нагадує симптоматику холери. Тому раніше в судовій практиці часто зустрічалися випадки навмисного отруєння миш’яком. У кримінальних цілях елемент найбільш часто використовувався у вигляді триоксиду.
Симптоми інтоксикації
На перших порах отруєння миш’яком проявляється металевим смаком в роті, блюванням і болем у животі. Якщо не вжити заходів, можуть початися судоми і навіть параліч. У найгіршому разі отруєння може призвести до летального результату.
Причиною отруєння можуть стати:
- Вдихання пилу, що містить миш’яковисті сполуки. Відбувається, як правило, на заводах з отримання миш’яку, на яких не дотримуються правил охорони праці.
- Вживання отруєної їжі або води.
- Застосування деяких лікарських засобів.
Перша допомога
Найбільш загальнодоступним і відомим протиотрутою у разі інтоксикації миш’яком є молоко. Міститься в ньому білок казеїн утворює з отруйною речовиною нерозчинні сполуки, які можуть всмоктуватися в кров.
У разі гострого отруєння для швидкої допомоги потерпілому йому потрібно зробити промивання шлунка. У лікарняних умовах проводять також гемодіаліз, націлений на очищення нирок. З лікарських засобів застосовують універсальний антидот – “Унітіол”. Додатково можуть бути використані речовини-антагоністи: селен, цинк, сірка і фосфор. Надалі хворому в обов’язковому порядку призначають комплекс амінокислот і вітамінів.
Дефіцит миш’яку
Відповідаючи на питання: «Що таке миш’як?», варто зазначити, що у невеликих кількостях він необхідний людському організму. Елемент вважається иммунотоксичным, умовно есенціальним. Він бере участь практично у всіх найважливіших біохімічних процесах людського організму. На дефіцит цієї речовини можуть вказувати такі ознаки: зниження в крові концентрації тригліцеридів, погіршення у розвитку і росту організму.
Як правило, при відсутності серйозних проблем зі здоров’ям про нестачу миш’яку в раціоні переживати не доводиться, так як елемент міститься чи не у всіх продуктах рослинного і тваринного походження. Цією речовиною особливо багаті морепродукти, злаки, виноградне вино, соки, і питна вода. Протягом доби з організму виводиться 34% споживаного миш’яку.
При анемії речовина приймають для підвищення апетиту, а при отруєння селеном він виступає дієвим протиотрутою.
