Мышьяк и его характеристики
Общая характеристика мышьяка
Мышьяк встречается в природе большей частью в соединениях с металлами или серой и лишь изредка в свободном состоянии. Содержание мышьяка в земной коре составляет 0,0005%.
Обычно мышьяк получают из мышьяковистого колчедана FeAsS.
Атомная и молекулярная масса мышьяка
Относительной молекулярная масса вещества (Mr) – это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (Ar) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.
Поскольку в свободном состоянии мышьяк существует в виде одноатомных молекул As, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 74,9216.
Аллотропия и аллотропные модификации мышьяка
Подобно фосфору мышьяк существует в виде нескольких аллотропических форм. При быстром охлаждении пара (состоящего из молекул As4) образуется неметаллическая фракция – желтый мышьяк (плотность 2,0 г/см 3), изоморфный белому фосфору и подобно ему растворимый в сероуглероде. Эта модификация менее устойчива, чем белый фосфор, и при действии света или при слабом нагревании легко переходит в металлическую модификацию – серый мышьяк (рис. 1). Он образует серо-стальную хрупкую кристаллическую массу с металлическим блеском на свежем изломе. Плотность равна 5,75 г/см 3. При нагревании под нормальным давлением он сублимируется. Обладает металлической электрической проводимостью.
Рис. 1. Серый мышьяк. Внешний вид.
Изотопы мышьяка
Известно, что в природе мышьяк может находиться в виде единственного стабильного изотопа 75As. Массовое число равно 75, ядро атома содержит тридцать три протона и сорок два нейтрона.
Существует около 33-х искусственных не стабильных изотопов мышьяка, а также десять изомерных состояний ядер, среди которых наиболее долгоживущим является изотоп 73As с периодом полураспада равным 80,3 дня.
Ионы мышьяка
На внешнем энергетическом уровне атома мышьяка имеется пять электронов, которые являются валентными:
1s22s22p63s23p63d104s24p3.
В результате химического взаимодействия мышьяк отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:
As0 -3e → As3+;
As0 -5e → As5+.
Молекула и атом мышьяка
В свободном состоянии мышьяк существует в виде одноатомных молекул As. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу мышьяка:
|
Энергия ионизации атома, эВ |
9,81 |
|
Относительная электроотрицательность |
2,18 |
|
Радиус атома, нм |
0,139 |
Примеры решения задач
| Задание | Мышьяк образует два оксида. Массовая доля мышьяка в них равна 65,2% и 75,7%. Определите эквивалентные массы мышьяка в обоих оксидах. |
| Решение | Примем массу каждого оксида мышьяка за 100 г. Поскольку содержание мышьяка указано в массовых процентах, то в составе первого оксида находится 65,2 г мышьяка и 34,8 г кислорода (100 – 65,2 = 34,8); в 100 г второго оксида на мышьяк приходится 75,7 г, а на кислород – 24,3 г (100 – 75,7 = 24,3).
Эквивалентная масса кислорода равна 8. Применим закон эквивалентов для первого оксида: m (As) / m(O) = Meq (As) / Meq (O); Meq (As) = m (As) / m(O) × Meq (O); Meq (As) = 65,2 / 34,8 × 8 = 15 г/моль. Расчет для второго оксида проводим аналогично: m (As) / m(O) = Meq (As) / Meq (O); Meq (As) = m (As) / m(O) × Meq (O); Meq (As) = 75,7 / 24,3 × 8 = 25 г/моль. |
| Ответ | Эквивалентные массы мышьяка в оксидах равны 15 г/моль и 25 г/моль. |
| Задание | Приведите электронно-ионные и молекулярные уравнения реакций мышьяка: а) с хлорноватистой кислотой; б) с расплавом гидроксида натрия. |
| Ответ | а) Молекулярное уравнение:
As + HClO = H3AsO4 + HCl. Электронно-ионные уравнения: As0 -3e → As3+; Cl+ + 2e→ Cl— (). б) Молекулярное уравнение: 2As + 4NaOH = NaAsO2 + Na3As + 2H2O. Электронно-ионные уравнения: As0 -3e → As3+; As0 +3e →As3-. |
