Мышьяк: свойства, токсичность и применение¶

Мышьяк — химический элемент 15-й группы (подгруппа азота) периодической системы, атомный номер 33, атомная масса 74,9216. Обозначается символом As. Относится к неметаллам, хотя проявляет некоторые металлические свойства; простое вещество — хрупкое серо-стальное кристаллическое тело. В природе встречается главным образом в виде сульфидных минералов, чаще всего в составе арсенопирита (FeAsS). Мышьяк и его соединения известны с древности и historically применялись как яды, лекарства и пигменты.

¶Свойства

Мышьяк существует в нескольких аллотропных модификациях. Наиболее устойчив при обычных условиях серый (металлический) мышьяк — хрупкий, с металлическим блеском, плотностью около 5,7 г/см³. Известны также жёлтый (молекулярный, As₄) и чёрный (аморфный) мышьяк. Температура возгонки серого мышьяка — около 615 °C (при обычном давлении он не плавится, а сублимируется).

По химическим свойствам мышьяк амфотерен. С кислородом образует оксиды As₂O₃ (белый мышьяк) и As₂O₅. С водородом даёт арсин AsH₃ — чрезвычайно токсичный газ. В соединениях проявляет степени окисления −3, +3 и +5. Взаимодействует с галогенами, серой, многими металлами, образуя арсениды.

¶Токсичность

Мышьяк и его соединения высокотоксичны. Особенно опасны трёхвалентные формы, в частности триоксид мышьяка (As₂O₃) — классический «наследственный яд» средневековья. Механизм действия связан с блокированием сульфгидрильных групп ферментов, что нарушает клеточное дыхание и обмен веществ.

Пути поступления: ingestion (с водой и пищей), ингаляция пыли и пара, реже — через кожу. Хроническое отравление проявляется поражением кожи (гиперкератоз, пигментация), периферической нейропатией, анемией, повышенным риском рака кожи, лёгких и мочевого пузыря. Острое отравление сопровождается рвотой, диареей, болями в животе, нарушением сердечного ритма и может привести к смерти.

Мышьяк широко распространён в окружающей среде. Наибольшую проблему представляет загрязнение подземных вод в ряде регионов — Бангладеш, Западная Бенгалия, частично Китай, Аргентина, Мексика. Предельно допустимая концентрация мышьяка в питьевой воде по рекомендациям ВОЗ составляет 10 мкг/л.

¶Применение

Несмотря на токсичность, мышьяк и его соединения находят практическое применение:

• Металлургия — как легирующая добавка к свинцу (для повышения твёрдости, например в аккумуляторных решётках) и к некоторым сплавам.
• Полупроводниковая техника — арсенид галлия (GaAs) используется в высокочастотных и оптоэлектронных приборах, светодиодах, солнечных элементах.
• Древесные консерванты — historically применялись арсенаты меди (CCA) для защиты древесины; во многих странах ограничены или запрещены.
• Медицина — триоксид мышьяка применяется при лечении острого промиелоцитарного лейкоза; органические производные (меларсопрол) использовались против паразитарных инфекций.
• Стекло и пигменты — оксиды мышьяка служили осветлителями стекла и основой для пигментов (например, «парижская зелень»).

¶История и обнаружение

Соединения мышьяка были известны ещё в античности: греки и римляне использовали сульфиды как лекарства и красители. В чистом виде элемент, по-видимому, впервые получил Альберт Великий в XIII веке, а надёжно описал его свойства Парацельс в XVI веке. Название происходит от греческого «arsenikon». В 1250 году мышьяк был выделен нагреванием мыла с реальгаром.

¶Анализ и определение

Для обнаружения мышьяка применяют метод Марша (образование арсина с последующим разложением), спектральные методы, атомно-абсорбционную спектрометрию и масс-спектрометрию с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS). Эти методы позволяют определять микроколичества элемента в воде, почве, биологических образцах.