Биогенные элементы. Мышьяк

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

на тему: Биогенные элементы. Мышьяк

Оглавление

Введение

1. Общая характеристика элемента

1.1 Физические свойства

1.2 Химические свойства мышьяка

1.3 Получение мышьяка

2. Биологическое значение

2.1 Источники поступления в живой организм

2.2 Функции элемента в организме

2.3 Гипо- и гиперэлементоз по мышьяку

Заключение

Введение

Биогенные элементы - химические элементы, постоянно входящие в состав организмов и имеющие определённое биологическое значение.

МЫШЬЯК (возможно, от слова "мышь"; в Древней Руси возникновение такого назв. могло быть связано с применением соединений мышьяка для истребления мышей и крыс; лат. Arsenicura, от греч. arsen-сильный, мощный) As, хим. элемент V гр. периодич. системы, ат. н. 33, ат. м. 74,9216. В природе один стабильный изотоп с маc. ч. 75.

1. Общая характеристика элемента

Свойства атома

Имя, символ, номер Мышьяк / Arsenicum (As), 33

Атомная масса (молярная масса) 74,92159 а. е. м. (г/моль)

Электронная конфигурация [Ar] 3d10 4s2 4p3

Радиус атома 139 пм

Химические свойства

Ковалентный радиус 120 пм

Радиус иона (+5e)46 (-3e)222 пм

Электроотрицательность 2,18 [1] (шкала Полинга)

Электродный потенциал 0

Степени окисления 5, 3, ?3

Энергия ионизации (первый электрон)

946,2(9,81) кДж/моль (эВ)

Термодинамические свойства простого вещества

Плотность (при н. у.) 5,73 (серый мышьяк) г/смі

Температура плавления 1090 K

Температура кипения 876 K

Теплота испарения 32,4 кДж/моль

Молярная теплоёмкость 25,05[2] Дж/(K·моль)

Молярный объём 13,1 смі/моль

Кристаллическая решётка простого вещества

Структура решётки ромбоэдрическая

Параметры решётки a=4,132 б=54,13 Е

Отношение c/a 2,805

Температура Дебая 285 K

Прочие характеристики

Теплопроводность (300 K) (50,2) Вт/(м·К)

1.1 Физические свойства

Мышьяк имеет несколько аллотропических модификаций. При обычных условиях наиболее устойчив так называемых металлический, или серый, Мышьяк (б-As) - серо-стальная хрупкая кристаллическая масса; в свежем изломе имеет металлический блеск, на воздухе быстро тускнеет, так как покрывается тонкой пленкой As₂O₃. Кристаллическая решетка серого Мышьяка ромбоэдрическая (а = 4,123Е, угол б = 54°10', х == 0,226), слоистая. Плотность 5,72 г/см³ (при 20°C), удельное электрическое сопротивление 35·10-8ом·м, или 35·10-6 ом·см, температурный коэффициент электросопротивления 3,9·10-3 (0°-100 °C), твердость по Бринеллю 1470 Мн/м², или 147 кгс/мм2 (3-4 по Moocy); Мышьяк диамагнитен. Под атмосферным давлением Мышьяк возгоняется при 615°C не плавясь, так как тройная точка б-As лежит при 816°C и давлении 36 aт. Пар Мышьяка состоит до 800°C из молекул As₄, выше 1700 °C - только из As₂. При конденсации пара Мышьяка на поверхности, охлаждаемой жидким воздухом, образуется желтый Мышьяк - 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 Мышьяк. Известны также стекловидно-аморфные модификации: черный Мышьяк и бурый Мышьяк, которые при нагревании выше 270°C превращаются в серый Мышьяк.

1.2 Химические свойства мышьяка

Конфигурация внешних электронов атома Мышьяка 3d104s24p3. B соединениях Мышьяк имеет степени окисления +5, +3 и -3. Серый Мышьяк значительно менее активен химически, чем фосфор. При нагревании на воздухе выше 400°C Мышьяк горит, образуя As₂O₃.

С галогенами Мышьяк соединяется непосредственно; при обычных условиях AsF₅ - газ; AsF₃, AsCl₃, AsBr₃ - бесцветные легко летучие жидкости; AsI₃ и As₂I₄ - красные кристаллы.

При нагревании Мышьяка с серой получены сульфиды: оранжево-красный As₄S₄ и лимонно-желтый As₂S₃.

Бледно-желтый сульфид As₂S₅ осаждается при пропускании H₂S в охлаждаемый льдом раствор мышьяковой кислоты (или ее солей) в дымящей соляной кислоте:

2H₃AsO₄ + 5H₂S = As₂S₅ + 8H₂O;

около 500 °C он разлагается на As₂S₃ и серу.

Все сульфиды Мышьяка 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 Мышьяк дает оксиды: оксид Мышьяка (III) As₂O₃ - мышьяковистый ангидрид и оксид Мышьяка (V) As₂O₅ - мышьяковый ангидрид. Первый из них образуется при действии кислорода на Мышьяк 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 Мышьяк (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 + ЗСО.

Оксид Мышьяка (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 Мышьяк по большей части образует соединения (арсениды).

1.3 Получение мышьяка

мышьяк химический биогенный колчедан

Мышьяк получают в промышленности нагреванием мышьякового колчедана:

FeAsS = FeS + As

или (реже) восстановлением As₂O₃ углем. Оба процесса ведут в ретортах из огнеупорной глины, соединенных с приемником для конденсации паров Мышьяка. Мышьяковистый ангидрид получают окислительным обжигом мышьяковых руд или как побочный продукт обжига полиметаллических руд, почти всегда содержащих Мышьяк. При окислительном обжиге образуются пары As₂O₃, которые конденсируются в уловительных камерах. Сырой As₂O₃ очищают возгонкой при 500-600°C. Очищенный As₂O₃ служит для производства Мышьяка и его препаратов.

2. Биологическое значение

2.1 Источники поступления в живой организм

Самым богатым источником мышьяка в пище можно считать съедобные моллюски, некоторые виды морских рыб.

В организм человека соединения мышьяка поступают с питьевой и минеральной водой, виноградными винами и соками, морепродуктами, медицинскими препаратами, пестицидами и гербицидами. Депонируется мышьяк преимущественно в ретикуло-эндотелиальной системе. Полагают, что оптимальная интенсивность поступления мышьяка в организм составляет 50-100 мкг/день. Дефицит этого элемента в организме может развиться при его недостаточном поступлении (1 мкг/день и менее), а порог токсичности равен 20 мг.

Значительные количества мышьяка содержатся в рыбьем жире и морской рыбе (до 10 мг/кг), винах (до 1 мг/л и более). В питьевой воде содержание мышьяка составляет менее 10 мкг/л. Около 80% мышьяка всасывается в желудочно-кишечном тракте, 10% поступает через легкие и около 1% - через кожу. Через 24 часа после поступления, из организма выводится 30% мышьяка с мочой и порядка 4% с фекалиями. Мышьяк накапливается в легких, печени, коже и тонком кишечнике. Всего в организме человека содержится около 15 мг мышьяка. Мышьяк относят к условно эссенциальным, иммунотоксичным элементам. Известно, что мышьяк взаимодействуют с тиоловыми группами белков, цистеином, глутатионом, липоевой кислотой. Мышьяк оказывает влияние на окислительные процессы в митохондриях и принимает участие во многих других важных биохимических процессах.

2.2 Функции элемента в организме

Мышьяк и все его соединения ядовиты. При остром отравлении мышьяком наблюдаются рвота, боли в животе, понос, угнетение центральной нервной системы. Сходство симптомов отравления мышьяком с симптомами холеры длительное время позволяло успешно использовать соединения мышьяка (чаще всего, триоксид мышьяка) в качестве смертельного яда. Во Франции порошок триоксида мышьяка за высокую «эффективность» получил обиходное название «наследственный порошок» (фр. poudre de succession). В 1832 появилась надёжная качественная реакция на мышьяк - проба Марша, значительно повысившая эффективность раскрытия отравлений.

Помощь и противоядия при отравлении мышьяком: приём водных растворов тиосульфата натрия Na₂S₂O₃, промывание желудка, приём молока и творога; специфическое противоядие - унитиол. ПДК в воздухе для мышьяка 0,5мг/мі. Работают с мышьяком в герметичных боксах, используя защитную спецодежду. Из-за высокой токсичности соединения мышьяка использовались Германией как отравляющие вещества в Первую мировую войну. Существует предположение, что соединениями мышьяка был отравлен Наполеон на острове Святой Елены.

На территориях, где в почве и воде избыток мышьяка, он накапливается в щитовидной железе у людей и вызывает эндемический зоб.

Мышьяк в малых дозах канцерогенен, его использование в качестве лекарства, «улучшающего кровь» (так называемый «белый мышьяк», например «Таблетки Бло с мышьяком», и др.) продолжалось до середины 1950-х гг., и внесло свой весомый вклад в развитие онкологических заболеваний.

Недавно широкую огласку получила техногенная экологическая катастрофа на юге Индии - из-за чрезмерного отбора воды из водоносных горизонтов мышьяк стал поступать в питьевую воду. Это вызвало токсическое и онкологическое поражение у десятков тысяч людей.

Считалось, что «микродозы мышьяка, вводимые с осторожностью в растущий организм, способствуют росту костей человека и животных в длину и толщину, в отдельных случаях рост костей может быть вызван микродозами мышьяка в период окончания роста» [5].

Считалось также, что «При длительном потреблении небольших доз мышьяка у организма вырабатывается иммунитет: Этот факт установлен как для людей, так и для животных. Известны случаи, когда привычные потребители мышьяка принимали сразу дозы, в несколько раз превышающие смертельную, и оставались здоровыми. Опыты на животных показали своеобразие этой привычки. Оказалось, что животное, привыкшее к мышьяку при его употреблении, быстро погибает, если значительно меньшая доза вводится в кровь или под кожу.» Однако такое «привыкание» носит очень ограниченный характер, в отношении т.н. «острой токсичности», и не защищает от новообразований. Тем не менее, в настоящее время исследуется влияние микродоз мышьяксодержащих препаратов в качестве противоракового средства.

В западных странах мышьяк был известен преимущественно как сильный яд, в то же время в традиционной китайской медицине он почти на протяжении двух тысяч лет использовался для лечения сифилиса и псориаза. Теперь медики доказали, что мышьяк оказывает положительный эффект и в борьбе с лейкемией. Китайские ученые обнаружили, что мышьяк атакует белки, которые отвечают за рост раковых клеток.

2.3 Гипо- и гиперэлементоз по мышьяку

Депрессия, расстройства памяти и речи, слуха, зрения, вкуса и обоняния.

Ретробульбарные и периферические невриты (преимущественно лучевого и малоберцового нервов);

Экзематозный дерматит, эксфолиативный дерматит, буллезные высыпания, многоформная эритема, пурпура и крапивница, эритродермия, фолликулярные гиперкератозы;

Атрофия и ломкость ногтей, преждевременное поседение и выпадение волос.

Покраснение конъюнктивы глаз, сухость в носоглотке, отечность век, хронический насморк, эрозии на слизистой носоглотки;

Агранулоцитоз, тромбопеническая пурпура, апластическая анемия

Геморрагическая энцефалопатия

Бронхиальная астма

Гастрит, токсический гепатит.

Гипофункция по мышьяку

Недостаток мышьяка в организме беременной ведет к выкидышам, мертворождению. Мышьяк принимает участие в противоопухолевом иммунитете. При дефиците мышьяка повышается количество Cu и Mn в тканях и органах; нарушается структура и функции микросом и митохондрий. В небольших дозах он использовался как тонизирующее, восстанавливающее силы средство. Показаниями к применению мышьяка является: длительное ощущение усталости, снижение аппетита, анемия, расстройства дыхания, туберкулез, сифилис, болезни суставов, экзема, псориаз.

Заключение

Мышьяк является важным биогенным элементом, однако, его употребление должно быть строго ограничено назначенной дозировкой. Ежедневно, вместе с пищей, при полноценном питании, человек получает достаточную норму мышьяка.

Размещено на Allbest.ru