Химични свойства на арсена
Арсенът е неметал, образува съединения, подобни по своите химични свойства. Въпреки това, наред с неметалните свойства, арсенът проявява и метални свойства. Във въздуха, при нормални условия, арсенът леко се окислява от повърхността. Арсенът и неговите аналози са неразтворими нито във вода, нито в органични разтворители.
Арсенът е реактивен. Във въздуха при нормална температура дори компактният (разтопен) метален арсен лесно се окислява; когато се нагрява, прахообразният арсен се запалва и гори със син пламък, за да образува оксид As2O3. Известен е и термично по-малко стабилен нелетлив оксид As2O5.
При нагряване (при липса на въздух) As сублимира (температура на сублимация 615 o C). Парите се състоят от молекули As4 с незначителна (около 0,03%) добавка на молекули As2.
Арсенът принадлежи към групата на окислително-редукционните агенти. Под действието на силни редуциращи агенти проявява окислителни свойства. Така че, под действието на метали и водород в момента на освобождаване, той е в състояние да даде съответните метални и водородни съединения:
Под действието на силни окислители арсенът преминава в три- или петвалентно състояние. Например, когато се нагрява във въздуха, арсенът, окислен от кислород, изгаря и образува бял дим - арсенов (III) оксид As2O3:
Стабилните форми на арсеновия оксид в газовата фаза са сесквиоксид (арсенов анхидрид) As2O3 и неговият димер As4O6. До 300 o C основната форма в газовата фаза е димер, над тази температура той забележимо се дисоциира, а при температури над 1800 o C газообразният оксид се състои практически от мономерни молекули As2O3.
Газообразна смес от As4O6 и As2O3 се образува по време на изгарянето на As в кислород, по време на окислителното печене на As сулфидни минерали, като арсенопирит, руди на цветни метали иполимерни руди.
Когато парите As2O3 (As4O6) кондензират над 310 o C, се образува стъкловидна форма на As2O3. Когато парата кондензира под 310 ° C, се образува безцветна поликристална кубична модификация на арсенолита. Всички форми на As2O3 са силно разтворими в киселини и основи.
Оксид As (V) (арсенов анхидрид) As2O5 - безцветни кристали от ромбична система. При нагряване As2O5 се разпада на As4O6 (газ) и O2. As2O5 се получава чрез дехидратиране на концентрирани разтвори на H3AsO4, последвано от калциниране на образуваните хидрати.
Известен оксид As2O4, получен чрез синтероване на As2O3 и As2O5 при 280°С в присъствието на водна пара. Известен е и газообразният моноксид AsO, който се образува при електрически разряд в парите на As триоксид при понижено налягане.
Когато се разтвори във вода, As2O5 образува ортоарсенова H3AsO3, или As(OH)3, и метаарсенова HAsO2, или AsO(OH), киселини, които съществуват само в разтвор и имат амфотерни, предимно киселинни свойства.
По отношение на киселините арсенът се държи, както следва:
- арсенът не реагира със солна киселина, но в присъствието на кислород се образува арсенов трихлорид AsCl3:
- разредената азотна киселина при нагряване окислява арсена до орто-арсенова киселина H3AsO3, а концентрираната азотна киселина - до орто-арсенова киселина H3AsO4:
Ортоарсенова киселина (арсенова киселина) H3AsO4*0.5H2O - безцветни кристали; точка на топене - 36 ° C (с разлагане); разтворим във вода (88% тегловни при 20°С); хигроскопичен; във водни разтвори - триосновна киселина; при нагряване до около 100 ° C, той губи вода, превръщайки се в пиро-арсенова киселина H4As5O7, при по-високи температури се превръща в мета-арсенова киселина HAsO3. Получава се чрез окисляване на As или As2O3концентрирана HNO3. Той е лесно разтворим във вода и е приблизително равен по сила на фосфора.
Окислителните свойства на арсеновата киселина се проявяват забележимо само в кисела среда. Арсеновата киселина е способна да окислява HI до I2 чрез обратими реакции:
Ортоарсеновата киселина (арсенова киселина) H3AsO3 съществува само във воден разтвор; слаба киселина; получен чрез разтваряне на As2O3 във вода; междинен продукт при получаването на арсенити (III) и други съединения.
- концентрирана сярна киселина реагира с арсен съгласно следното уравнение с образуването на ортоарсенова киселина:
- алкалните разтвори в отсъствието на кислород не реагират с арсен. Когато арсенът се вари с алкали, той се окислява до солта на арсеновата киселина H3AsO3. При сливане с алкали се образуват арсин (арсенов водород) AsH3 и арсенати (III). Нанесете AsH3
за легиране на полупроводникови материали с арсен, за получаване на As с висока чистота.
Известни са нестабилни висши арсини: диарсин As2H4 се разлага още при -100 o C; триарсин As3H5.
Металният арсен лесно реагира с халогени, давайки летливи халиди AsHal3:
AsCl3 е безцветна маслена течност, която димя на въздуха; когато се втвърди, образува кристали със седефен блясък.
C F2 също образува AsF5 - пентафлуорид - безцветен газ, разтворим във вода и алкални разтвори (с малко количество топлина), в диетилов етер, етанол и бензен.
Арсенът на прах се запалва спонтанно във F2 и Cl2.
С S, Se и Te арсенът образува съответните халкогениди:
сулфиди - As2S5, As2S3 (в природата - минералът орпимент), As4S4 (минералът реалгар) и As4S3 (минералът диморфит); селениди - As2Se3 и As4Se4; телурид - As2Te3.Арсеновите халкогениди са стабилни на въздух, неразтворими във вода, лесно разтворими в алкални разтвори и при нагряване в HNO3. Имат полупроводникови свойства и са прозрачни в инфрачервената област на спектъра.
С повечето метали дава метални съединения - арсениди. Галиевият арсенид и индиевият арсенид са важни полупроводникови съединения.
Известни са множество органоарсенови съединения. Арсеновите органични съединения съдържат As-C връзка. Понякога органоарсеновите съединения включват всички органични съединения, съдържащи As, например естери на арсенова киселина (RO)3As и арсенова киселина (RO)3AsO. Най-многобройната група органоарсенови съединения са производни на As с координационно число 3. Тя включва органоарсини RnAsH3-n, тетраорганодиарсини R2As-AsR2, циклични и линейни полиарганоарсини (RAs)n, както и органоарсонови и диарганоарсинови киселини и техните производни RnAsX3-n (X= OH, SH, Hal, ИЛИ’, NR2’ и т.н.). Повечето органоарсенови съединения са течности, полиорганоарсините и органичните киселини. Както и твърдите вещества, CH3AsH2 и CF3AsH2 са газове. Тези съединения, като правило, са разтворими в органични разтворители, са ограничено разтворими във вода и са относително стабилни в отсъствието на кислород и влага. Някои тетраорганодиарсини се запалват във въздуха.