Свойства мышьяка

                                       МИНОРБНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования 

«Чувашский государственный  университет имени И.Н.Ульянова» 

 

                     Химико-фармацевтический факультет

Кафедра химической технологии и защиты окружающей среды

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Содержание

 

Введение 3

 

1. Токсичность соединений  мышьяка 4

 

2. Источники поступления  мышьяка в почву 8

 

4. Влияние почвенных  условий на подвижность и миграционную способность соединений мышьяка 14

 

5. Мышьяк в кормовых  и пищевых цепях 18

 

6. Выявление и контроль  загрязнения мышьяком 20

 

7. Охрана почв и  растений 22

 

Заключение 24

 

Список литературы 26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Мышьяк, наряду со свинцом и ртутью, входит в число особо опасных токсичных веществ. Он может провоцировать развитие рака кожи. Повышенный уровень загрязнения мышьяком регистрируется в городах вблизи медеплавильных производств на Урале. Эпидемиологические работы по оценке специфического воздействия этого вещества на здоровье населения в России нам не известны.

 

Мышьяк – рассеянный элемент. Содержание в земной коре 1,7•10-4% по массе. Это вещество может встречаться  в самородном состоянии, имеет вид  металлически блестящих серых скорлупок или плотных масс, состоящих из маленьких зернышек. Известно около 200 мышьяксодержащих минералов. В небольших концентрациях часто содержится в свинцовых, медных и серебряных рудах. Довольно часто встречаются два природных соединения мышьяка с серой: оранжево-красный прозрачный реальгар АsS и лимонно-желтый аурипигмент Аs2S3. Минерал, имеющий промышленное значение – арсенопирит (мышьяковый колчедан) FeAsS или FeS2•FeAs2.

Мышьяк и другие элементы пятой группы очень опасны для  окружающей среды и человека, поэтому изучение их особенностей и профилактика повышения норм содержания в почве и продуктах питания очень важно в настоящее время.

 

Целью курсовой работы является изучение свойств мышьяка и его  соединений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Токсичность соединений мышьяка

 

Соединения мышьяка  относятся к числу веществ, проявляющих  сильное токсическое действие на организм людей и животных. Отмечены случаи отравлений ангидридом мышьяковистой  кислоты, арсенитами, арсенатами, хлоридом мышьяка, мышьяковистым водородом, органическими препаратами мышьяка и др.

 

Ангидрид мышьяковистой  кислоты применяется в медицине, в сельском хозяйстве (как инсектицид), в стекольной и кожевенной промышленностях. Арсениты и арсенаты некоторых металлов применяются в качестве ядохимикатов. Сюда относится парижская (швейнфуртская) зелень (см. гл. VI, § 18). Определенное токсикологическое значение имеют органические соединения мышьяка, применяемые в медицине (новарсенол, осарсол и др.). Известны случаи отравлений мышьяковистым водородом. Очень токсичными являются боевые отравляющие вещества (люизит, адамсит и др.), содержащие мышьяк. Соединения пятивалентного мышьяка в организме превращаются в более токсичные соединения трехвалентного мышьяка. Определенное количество мышьяка содержится в тканях организма как составная их часть.

 

Водорастворимые соединения мышьяка  хорошо всасываются из пищевого канала. Пыль, содержащая ангидрид мышьяковистой  кислоты, мышьяксодержащие ядохимикаты, попадая в организм через дыхательные  пути, действует на ферменты, содержащие сульфгидрильные группы. Это приводит к торможению обменных процессов в организме. В ряде случаев под влиянием соединений мышьяка наступает паралич капилляров. Некоторые соединения мышьяка оказывают некротизирующее действие. Это свойство ангидрида мышьяковистой кислоты используется в зубоврачебной практике. Поступивший в организм мышьяковистый водород проникает преимущественно в эритроциты, в результате чего наступает их гемолиз. Это приводит к закупорке почечных канальцев, возникновению желтухи и т. д. Мышьяк способен кумулироваться в организме.

 

При остром отравлении соединениями мышьяка они накапливаются в  основном в паренхиматозных органах, а при хронических отравлениях  – в костях и ороговевших тканях (покровы кожи, ногти, волосы и др.).

 

Мышьяк выводится из организма через почки с мочой, кишки и через некоторые железы. Выделение мышьяка из организма  происходит медленно, чем и обусловлена  возможность его кумуляции. В  экскрементах мышьяк еще можно обнаружить через несколько недель, а в  трупном материале – и через несколько лет после смерти.

 

Применяемые в химико-токсикологическом  анализе методы обнаружения мышьяка  основаны на переведении его в  мышьяковистый водород и на последующем  определении мышьяковистого водорода при помощи реакции Зангер – Блека, реакции с раствором диэтилдитиокарбамата серебра в пиридине и реакции Марша. При всех этих реакциях из соединений мышьяка выделяется летучий и очень ядовитый мышьяковистый водород. Поэтому при выполнении всех перечисленных выше реакций на мышьяк требуется предосторожность.

 

Две первые реакции являются предварительными. При их отрицательном  результате дальнейшее исследование минерализата на наличие мышьяка не производится. При положительном результате указанных  реакций на мышьяк дополнительно  выполняют реакцию Марша.

 

Восстановление соединений мышьяка производится водородом  в момент его выделения, который  получают при взаимодействии металлического цинка с серной кислотой:

 

Металлический цинк и  серная кислота, применяемые для  получения водорода, не должны содержать мышьяка. Реакция между металлическим цинком и серной кислотой протекает медленно.

 

Для ее ускорения применяют  так называемый "купрированный" цинк (цинк, поверхность которого покрыта  сульфатом меди).

 

Водород, образовавшийся при взаимодействии серной кислоты и цинка, восстанавливает соединения мышьяка до AsH 3:

 

Скорость восстановления соединений трех-и пятивалентного мышьяка (арсенитов и арсенатов) водородом  неодинаковая. Арсениты восстанавливаются  водородом легче, чем арсенаты. Поэтому  вначале производят восстановление арсенатов в арсениты водородом в присутствии солей железа (II) или олова (II), затем арсениты восстанавливаются водородом с образованием мышьяковистого водорода:

 

Образовавшийся мышьяковистый  водород реагирует с хлоридом или бромидом ртути (II), которыми пропитана фильтровальная бумага. При реакции образуется ряд окрашенных соединений, которые располагаются на бумаге в виде желтых или коричневых пятен.

 

После обработки бумаги слабым раствором иодида калия вся  бумага (кроме пятна, содержащего указанные соединения мышьяка) приобретает красноватую окраску, обусловленную переходом хлорида или бромида ртути в иодид этого металла:

 

При дальнейшей обработке  бумаги концентрированным раствором  иодида калия бумага обесцвечивается (образуется K 2 [HgI 4 ]), а пятно, содержащее соединения мышьяка AsH 2 (HgCl), AsH(HgCl) 2, As(HgCl) 3, остается желтым или коричневым.

 

Реакции Зангер – Блека  мешает сероводород, который может  образоваться при взаимодействии водорода с серной кислотой: H 2 SO 4 + 8Н ---> H 2 S + 4Н 2 О.

 

Реакции Зангер – Блека  также мешают соединения, ионы которых  восстанавливаются водородом.

 

Сереводород, выделившийся при взаимодействии водорода с серной кислотой, на фильтровальной бумаге реагирует  с хлоридом или бромидом ртути (II). В результате этой реакции образуется черного цвета сульфид ртути, который маскирует окраску пятен, содержащих соединения мышьяка. Для связывания сероводорода применяют вату, пропитанную раствором ацетата свинца:

 

H 2 S + Pb (CH 3 COO) 2 ---> PbS + 2СН 3 СООН

 

Реакция Марша основана на восстановлении соединений мышьяка  водородом в момент его выделения  и на последующем термическом  разложении образовавшегося при  этом мышьяковистого водорода:

 

 

 

Мышьяк, образовавшийся при термическом разложении мышьяковистого водорода, откладывается на стенках восстановительной трубки аппарата Марша в виде налета ("мышьякового зеркала").

 

Реакция Марша является наиболее доказательной из всех реакций, рекомендованных для обнаружения  мышьяка в различных объектах. Она не только позволяет обнаружить малые количества мышьяка, но и отличить его от сурьмы.

 

2. Источники поступления  мышьяка в почву

Электроотрицательность  мышьяка (2,0) мала, но выше, чем у сурьмы (1,9) и у большинства металлов, поэтому степень окисления –3 наблюдается для мышьяка лишь в арсенидах металлов, а также в стибарсене SbAs и сростках этого минерала с кристаллами чистых сурьмы или мышьяка (минерал аллемонтит). Многие соединения мышьяка с металлами, судя по их составу, относятся скорее к интерметаллическим соединениям, а не к арсенидам; некоторые из них отличаются переменным содержанием мышьяка. В арсенидах может присутствовать одновременно несколько металлов, атомы которых при близком радиусе ионов замещают друг друга в кристаллической решетке в произвольных соотношениях; в таких случаях в формуле минерала символы элементов перечисляются через запятую. Все арсениды имеют металлический блеск, это непрозрачные, тяжелые минералы, твердость их невелика.

 

Примером природных  арсенидов (их известно около 25) могут  служить минералы лёллингит FeAs2 (аналог пирита FeS2), скуттерудит CoAs2–3 и никельскуттерудит NiAs2–3, никелин (красный никелевый колчедан) NiAs, раммельсбергит (белый никелевый колчедан) NiAs2, саффлорит (шпейсовый кобальт) CoAs2 и клиносаффлорит (Co,Fe,Ni)As2, лангисит (Co,Ni)As, сперрилит PtAs2, маухерит Ni11As8, орегонит Ni2FeAs2, альгодонит Cu6As. Из-за высокой плотности (более 7 г/см3) многие из них геологи относят к группе "сверхтяжелых" минералов.

 

Наиболее распространенный минерал мышьяка – арсенопирит (мышьяковый колчедан) FeAsS можно рассматривать как продукт замещения серы в пирите FeS2 атомами мышьяка (в обычном пирите тоже всегда есть немного мышьяка). Такие соединения называют сульфосолями. Аналогично образовались минералы кобальтин (кобальтовый блеск) CoAsS, глаукодот (Co,Fe)AsS, герсдорфит (никелевый блеск) NiAsS, энаргит и люцонит одинакового состава, но разного строения Cu3AsS4, прустит Ag3AsS3 – важная серебряная руда, которую иногда называют "рубиновым серебром" из-за ярко-красного цвета, она часто встречается в верхних слоях серебряных жил, где найдены великолепные большие кристаллы этого минерала. Сульфосоли могут содержать и благородные металлы платиновой группы; это минералы осарсит (Os,Ru)AsS, руарсит RuAsS, ирарсит (Ir,Ru,Rh,Pt)AsS, платарсит (Pt,Rh,Ru)AsS, холлингуортит (Rd,Pt,Pd)AsS. Иногда роль атомов серы в таких двойных арсенидах играют атомы сурьмы, например, в сейняйоките (Fe,Ni)(Sb,As)2, арсенопалладините Pd8(As,Sb)3, арсенполибазите (Ag,Cu)16(Ar,Sb)2S11.

 

Мышьяк входит в группу особо опасных загрязняющих веществ и в повышенных концентрациях оказывает токсическое действие на живые организмы. В процессе переработки полиметаллических и золотоносных руд, при сжигании угля и нефти, использовании мышьяксодержащих пестицидов элемент существенно загрязняет окружающую среду. Дальнейшая миграция As, его поступление в растительные и животные организмы определяется свойствами почвы.

 

Незагрязненные почвы  мира редко содержат более 10 мг/кг As, за исключением областей недавнего  вулканизма. Среднее содержание As в почвах бывшего СССР составляет 3.6 мг/кг, регионы, педосфера которых содержит 10-25 мг/кг, считаются геохимическими провинциями.

 

Оценка кларка мышьяка  в водах рек – 3 мкг/л, в морской  воде его содержание может достигать 10 мкг/л [Ковда В.А. Биогеохимия почвенного покрова./ М.:Наука, 1985].

 

Подземные воды разных районов  сильно отличаются по содержанию As, высокие  его концентрации установлены в  углекислых, нефтяных, кислых рудничных  водах- до 905 мг/л.

 

Мышьяк входит в состав многих растений, но его биологическая роль изучена недостаточно. Известно, что в растительном организме элемент ускоряет биосинтез этилена, увеличивает продукцию некоторых видов болотной растительности. Высокий уровень его биодоступных количеств негативно сказывается на жизнедеятельности растений: замедляется их рост, снижается урожайность, происходит увядание листьев и обесцвечивание корнеплодов. Фитотоксичность As интенсивно проявляется на участках с низкими концентрациями органического вещества и снижается при хорошей обеспеченности растений фосфором и серой. Наиболее токсичной формой мышьяка для растений большинством авторов признаются арсениты.

 

Как анионогенный элемент, мышьяк более интенсивно вовлекается  в биологический круговорот в  условиях щелочной среды. Среднее содержание мышьяка в растениях, произрастающих на незагрязненных почвах, составляет 0,01-5 мг/кг сухой массы. Гипераккумуляторами мышьяка являются лжетсуга тиссолистная (Pseudotsuga taxifolia) – 8200 мг/кг As в золе и папоротник Pityrogramma calomelanos – 400 мг/кг As на сухую массу.

 

Приведем пример исследования мышьяка в природе Западной Сибири. В 2007 году было отмечено, что фоновые концентрации As в педосфере региона сравнительно высокие: превышают российские ОДК, не согласуются с европейскими данными для незагрязненных территорий. На Алтае сосредоточена масса полиметаллических и ртутных месторождений, во многих из которых мышьяк является представителем парагенетической ассоциации элементов. Развитие горнодобывающей промышленности на Алтае и хранение отходов горно-обогатительного передела требует повышенного внимания к состоянию окружающей среды. Для региона с напряженной экологической обстановкой изучение содержания и выявление основных закономерностей распределения мышьяка в компонентах окружающей среды имеет большое теоретическое и практическое значение [Бабошкина, СВ., Тяжелые металлы в природных и техногенных ландшафтах Алтая / С.В.Бабошкина, А.В. Пузанов, И.В. Горба-чев // Природа. 2007. №3.].