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砷
(化學元素)
鎖定
砷(Arsenic),元素週期表第四周期第15族準金屬元素,元素符號As,原子序數33,相對原子質量74.92。
[2]
砷主要與銅、鉛和其他金屬形成合金,也用於製造砷酸鹽、藥物和殺蟲劑等,高純砷還可用於半導體和激光技術中。
[2]
- 中文名
- 砷
- 外文名
- Arsenic
- 別 名
- 砒
- 分子量
- 74.92 [5]
- CAS登錄號
- 7440-38-2
- EINECS登錄號
- 231-148-6
- 熔 點
- 814 ℃ [5]
- 沸 點
- 615 ℃(昇華) [5]
- 水溶性
- 不溶
- 密 度
- 5.73 g/cm³ [5]
- 外 觀
- 銀灰色發亮的塊狀固體,質硬而脆
- 應 用
- 製造砷酸鹽、藥物和殺蟲劑等
- 安全性描述
- S20/21;S28;S45;S60;S61;S26;S53
- 危險性符號
- R23/25;R50/53
- 危險性描述
- T
- UN危險貨物編號
- 1558
砷研究簡史
18世紀時,瑞典化學家、礦物學家布蘭特闡明砷和三氧化二砷以及其他砷化合物之間的關係。
2017年10月27日,世界衞生組織國際癌症研究機構公佈的致癌物清單初步整理參考,砷和無機砷化合物在一類致癌物清單中。
砷理化性質
砷物理性質
砷是類金屬元素,有灰砷(金屬砷)、黃砷和黑砷三種同素異形體。常温下灰砷最穩定,具有金屬性,質脆而硬、不溶於水、密度5.73g/cm³,熔點814℃,沸點615℃,可昇華。砷以三價和五價狀態廣泛存在於自然界中。砷的氧化物主要為三氧化二砷(As₂O₃)和五氧化二砷(As₂O₅)。As₂O₃俗稱砒霜,為白色粉末,微溶於水,劇毒。As₂O₅又稱砷酐,為白色無定形固體,高毒,易溶於水,在空氣中易潮解,315℃時分解為As₂O₃和O₂,砷的硫化物主要為三硫化二砷(As₂S₃)和五硫化二砷(As₂S₅)。As₂S₃為黃色或紅色單斜晶體,微溶於水,溶於乙醇。As₂S₅為黃色或橘黃色粉末,不溶於水,溶於鹼可生成砷酸鹽及硫代硫酸鹽。
[5]
砷化學性質
- 砷與空氣的反應
砷在乾燥的空氣中是穩定的,但是在潮濕的空氣中,砷的表面會被慢慢氧化,開始時變成古銅色,最後變成黑色。在空氣中加熱砷,會生成三氧化二砷(六氧化四砷)。如果條件適宜,這個反應會發出磷光。在加熱的氧氣中點燃砷,會反應生成五氧化二砷(十氧化四砷)。
[3]
- 砷與鹵素單質的反應
砷在可控條件下與氟氣(F₂)、氯氣(Cl₂)、溴單質(Br₂)、碘單質(I₂)分別反應生成三鹵化物氟化砷(Ⅲ)(AsF₃)、氯化砷(Ⅲ)(AsCl₃)、溴化砷(Ⅲ)(AsBr₃)和碘化砷(Ⅲ)(AsI₃)。
[3]
- 砷與酸的反應
- 砷與鹼的反應
溶鹼能將砷氧化成亞砷酸鹽,並析出氫氣:
砷應用領域
砷工業用途
砷及其化合物用途廣泛。砷可作為合鑄劑用於增加鑄件的硬度、韌性和防腐能力;有機和無機砷農藥用於殺蟲、殺菌、除草和滅螺等;As₂O₃用於玻璃脱色劑、皮毛消毒防腐劑等;砷化鈉用於木材防腐;雄黃用於製造鞭炮、焰火及油漆和顏料。
[5]
- 光電材料
砷用於固態電子元件的摻雜半導體,有砷化鎵(GaAs)、砷化銦(InAs)等。GaAs作為第二代半導體的代表,是鎵與砷按1:1的原子比化合形成的金屬間化合物,廣泛應用於二極管、顯像管、微波爐和太陽能電池等。砷化鍺鎘(CdGeAs₂)是一個黃銅礦類半導體,具有優越的非線性光學性質,因此砷化鍺鎘晶體在光電領域具有廣泛的應用前景,倍受國內外矚目。
[9]
- 合金材料
砷醫療用途
砷在抗癌方面的研究比較早,臨牀證明氧化砷對抗癌有較好的效果。大量體外研究結果表明,As₂O₃在低濃度(0.1—0.5μmol/L)下,可誘導食管癌細胞分化;在0.5—2.0μmol/L濃度下,As₂O₃可誘導多發性骨髓瘤、肝癌、惡性淋巴瘤、肺癌、結腸癌等細胞凋亡。在3.0—14.0μmol/L濃度下,可誘導非小細胞肺癌、卵巢癌、宮頸癌、乳腺癌等細胞凋亡。在0.1—100.0μmol/L濃度下,可誘導胃癌細胞凋亡。As₂O₃對多種實體瘤的治療非常有效,在惡性腫瘤的治療中發揮着越來越重要的作用,甲基化代謝產物成為很有潛力的抗腫瘤藥物。
[9]
砷分佈情況
砷在地殼中的平均丰度約1.5mg/kg。自然界中砷極少以單質狀態存在,多以砷化物存在於岩石、煤炭、空氣、土壤、地面和地下水中。在岩石和煤炭中主要以砷黃鐵礦(FeAsS)、雄黃(As₄S₄)和雌黃(As₂S₃)等硫化物形態存在;空氣、土壤、沉積物、水及陸生植物中主要以亞砷酸鹽、砷酸鹽等形態存在;在海產品中則以砷甜菜鹼、砷膽鹼、砷糖和砷酯等形態存在。空氣中砷主要來源於砷礦開採冶煉、含砷材料焚燒和含砷塵土,通過降水到達地面,並隨水流遷移。水中的砷主要是砷酸鹽,可被水生微生物轉化為亞砷酸鹽和有機砷。土壤中的砷主要為無機砷,大部分是交換態及難溶性砷,吸附於黏粒表面的交換性砷可被植物吸收,而難溶性砷很難被吸收,累積在土壤中。
[5]
砷安全措施
砷健康危害
凡與砷及其化合物有關的冶金、有色金屬冶煉、輕工業、農藥、醫藥等領域、在作業、貯存、運輸及使用過程中均可接觸到砷及其化合物。砷及其化合物可通過呼吸道、消化道和皮膚等途徑進入生物體。特定地理環境下的居民由於長期飲用高砷水或敞灶燃用高砷煤,可從飲用水、砷污染的食物或空氣中攝入過量砷化物而發生中毒,即地方性砷中毒。
[5]
砷危害防治
改飲低砷水是預防飲水型砷中毒最有效的措施。另外有研究發現,水果等抗氧化物質的攝入可能對砷中毒起保護作用。對含砷毒物要嚴加保管:砷劑農藥必須染成紅色,以便識別並防止與麪粉、面鹼、小蘇打等混淆。外包裝必須標有“毒”字。剩餘的拌砷毒谷、毒餌應深埋,剩餘的藥種,應絕對禁止食用或作飼料。凡接觸過砷製劑的器具,用後必須仔細刷洗,並不得再盛裝任何食物。禁止用加工糧食的碾子等磨壓砷製劑。
砷毒理資料
砷中毒症狀
砷毒理作用
砷毒性危害
砷化合物引起的急性中毒,最初引起咽喉、食道下嚥困難症狀,其次引起胃的痙攣疼痛、嘔吐、嚴重的腹瀉等消化道症狀,並引起蛋白尿、血尿以及尿量減少的腎功能衰竭而死亡。As₂O₃中毒量約為5—50mg,人的最小致死量約為60—180mg。三價砷為原漿毒,可與細胞內酶巰基結合而使酶失去活性。As₂O₃的LD₅₀鼠經口為45mg/kg體重。
[10]
砷引起的慢性中毒為砷皮膚疹,其他色素沉着異常、毛髮萎縮、鼻中隔穿孔,胃腸症狀為嚴重嘔吐、腹瀉、便秘,另外有神經症狀、震顫、末梢神經炎。砷化合物不僅被認為與皮膚癌有關,也被認為是肺癌及肝癌的原因物質。
[10]
砷儲存運輸
儲存於陰涼、通風的庫房。遠離火種、熱源。庫內相對濕度不超過80%。包裝必須密封,切勿受潮。應與氧化劑、酸類、鹵素、食用化學品分開存放,切忌混儲。配備相應品種和數量的消防器材。儲區應備有合適的材料收容泄漏物。
[4]
砷檢測方法
- 砷斑法
砷斑法又稱為古蔡氏法(Gutzeit),是一種傳統的半定量測定方法。其原理是利用金屬鋅與酸作用產生新生態的氫,與樣品中的微量亞砷酸鹽反應生成具揮發性的砷化氫,遇溴化汞試紙產生不同程度的黃色、棕色至黑色的砷斑,砷斑顏色的深淺和樣品中的砷含量成正比,將樣品砷斑與同等條件下一定量標準砷溶液所產生的砷斑比較,以判定砷鹽的。
[8]
- 銀比色法
銀比色法是傳統的定量檢測砷的方法。其原理是在酸性介質中,氯化亞錫和碘化鉀將高價砷還原為亞砷酸,然後用鋅粒將亞砷酸還原為砷化氫氣體。
把砷化氫氣體通入吸收液,與溶於三乙醇胺-氯仿中的二乙氨基二硫代甲酸銀作用,生成棕紅色的膠態銀,與標準比較定量。該法的優點是成本低、簡易、靈敏、重複性好和回收率高,缺點是操作過程煩瑣、有毒性、分析時間長。
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- 參考資料
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- 1. 關於發佈《有毒有害水污染物名錄(第一批)》的公告 .生態環境部[引用日期2019-08-01]
- 2. 常文保.化學詞典.北京:科學出版社,2008.05:67.
- 3. 佘煊彥、袁婉清.化學元素知識精編.北京:化學工業出版社,2022.07:81-83.
- 4. 砷 .物競化學品數據庫[引用日期2024-03-28]
- 5. 王心如.中華醫學百科全書-毒理學.北京:中國協和醫科大學出版社,2019.03:338-340.
- 6. 本·哈伯德.毒藥.北京:北京時代華文書局,2021.07:47-48.
- 7. 曲勝利.砷冶金.北京:冶金工業出版社,2021.03:1-2.
- 8. 唐綱嶺.煙用三乙酸甘油酯質量分析與檢驗技術.北京:中國輕工業出版社,2016.06:198-199.
- 9. 曲勝利.砷冶金.北京:冶金工業出版社,2021.02:26-28.
- 10. 曲徑.食品衞生與安全控制學.北京:化學工業出版社,2007.01:118-119.