비소 : 역사, 구조, 특성, 용도 - 화학 - 2025

비소 반 금속 또는 주기율표 제 15 족에 속하는 VA 또는 반 금속 A는. 그것은 화학 기호 As로 표시되고 원자 번호는 33이다. 그것은 세 가지 동소체 형태로 볼 수있다 : 노란색, 검은 색, 회색; 후자는 산업적으로 중요한 유일한 것입니다.

회색 비소는 강철 같은 결정 색 (아래 이미지)을 가진 깨지기 쉬운 금속성 고체입니다. 공기에 노출되면 빛을 잃어 산화 비소 (As ₂ O ₃ )를 형성하며 가열하면 마늘 냄새가납니다. 반면에 노란색과 검은 색 동소체는 각각 분자와 무정형입니다.

금속 비소. 출처 : 화학 원소의 고해상도 이미지

비소는 수많은 미네랄과 관련된 지각에서 발견됩니다. 네이티브 상태에서는 적은 비율 만 발견되지만 안티몬 및은과 관련이 있습니다.

비소가 발견되는 가장 일반적인 미네랄은 다음과 같습니다 : realgar (As ₄ S ₄ ), orpiment (As ₂ S ₃ ), loellingite (FeAs ₂ ) 및 enargite (Cu ₃ AsS ₄ ). 비소는 납, 구리, 코발트 및 금과 같은 금속을 제련 할 때 부산물로도 얻어집니다.

비소 화합물, 특히 아르 신 (AsH ₃ ) 은 독성이 있습니다. 그러나 비소는 자동차 배터리 제조에 사용되는 납과의 합금 및 전자 제품의 다양한 용도로 갈륨과의 합금을 포함하여 많은 산업 분야에 적용됩니다.

발견의 역사

'비소'라는 이름은 라틴어 arsenicum과 그리스어 arsenikon에서 유래했으며, 이는 연금술사가 비소를 사용하는 주요 형태 인 노란색 orpiment를 의미합니다.

화학 원소로 인식되기 훨씬 전에 비소는 그 화합물의 형태로 알려져 사용되었습니다. 예를 들어 기원전 4 세기의 아리스토텔레스는 현재 황화 비소로 여겨지는 물질 인 산다 라슈에 대해 썼습니다.

Pliny the Elder와 Pedanius Discórides는 AD 1 세기에 As ₂ S ₃ 로 구성된 광물 인 orpiment를 묘사했습니다 . 11 세기에는 흰색 (As ₄ O ₄ ), 노란색 (As ₂ S ₃ ) 및 빨간색 (As ₄ S ₄ )의 세 종의 비소가 인식되었습니다 .

순수 원소 인 비소는 Albertus Magnus (1250)에 의해 처음으로 관찰되었습니다. Magnus는 비누로 비소 황화물을 가열하여 이미지의 회색 동소체와 유사한 특성을 가진 물질의 모습을 주목했습니다. 그러나 그의 고립에 대한 최초의 확실한 보고서는 1649 년 독일 약사 인 Johann Schroeder에 의해 발표되었습니다.

Schroeder는 숯으로 산화물을 가열하여 비소를 준비했습니다. 나중에 Nicolas Lémery는 비소 산화물, 비누 및 칼륨의 혼합물을 가열하여 생산했습니다. 18 세기에이 원소는 마침내 반 금속으로 인식되었습니다.

비소의 구조

비소는 안티몬과 동형입니다. 즉, 구조적으로 동일하며 원자의 크기 만 다릅니다. 각 비소 원자는 3 개의 As-As 공유 결합을 형성 하며, As 원자의 혼성화가 sp ³ 이므로 "주름이 있거나 가파른" 육각형 As ₆ 단위 가 생성 됩니다.

그런 다음 As ₆ 장치가 연결되어 서로 약하게 상호 작용하는 가파른 비소 층이 생성됩니다. 무엇보다도 원자 질량에 의존하는 분자간 힘의 결과로 능 면체 회색 비소 결정은 고체에 깨지기 쉽고 부서지기 쉬운 질감을 제공합니다.

비소의 자유 전자 쌍의 반발로 인해 평행 층 사이에 형성된 As ₆ 단위 는 완벽하지만 왜곡 된 팔면체를 정의하지 않습니다.

회색 비소의 결정 구조. 출처 : Gabriel Bolívar.

검은 색 구체는 두 개의 가파른 레이어 사이의 공간에 왜곡 된 평면을 그립니다. 마찬가지로, 아래 레이어에는 검은 색 구체와 함께 섹션 시작 부분에서 언급 한 As ₆ 단위를 구성하는 푸른 색 구체가 있습니다.

구조가 정돈되어 있고 행이 위아래로 이동하므로 결정체입니다. 그러나 구형이 다른 방식으로 압착되어 무정형이 될 수 있습니다. 칙칙한 비소가 비정질이되면 반도체가됩니다.

노란색 비소

이 원소의 가장 유독 한 동소체 인 노란색 비소는 순수한 분자 고체입니다. 그것은 약한 분산력으로 인해 ₄ 단위 의 As 분자로 구성되어 있으며 휘발을 막지 않습니다.

검은 비소

흑색 비소는 무정형입니다. 그러나 회색 동소체가 어떻게 될 수 있는지는 아닙니다. 구조는 방금 설명한 것과 약간 유사하지만 As ₆ 단위 평면 이 더 넓은 영역과 다른 패턴의 무질서를 가지고 있다는 차이점이 있습니다.

전자 구성

3d ¹⁰ 4s ² 4p ³

레벨 3의 모든 궤도가 채워져 있습니다. 서로 다른 화학적 혼성화를 통해 4s 및 4p 오비탈 (및 4d)을 사용하여 결합을 형성합니다.

속성

분자 무게

74.922g / 몰

물리적 설명

회색 비소는 금속성 외관과 부서지기 쉬운 일관성을 가진 회색 고체입니다.

색깔

세 가지 동소체 형태, 노란색 (알파), 검은 색 (베타) 및 회색 (감마).

냄새

화장실

맛이 나다

맛없는

녹는 점

35.8 atm에서 1,090K (비소의 삼중점).

정상 압력에서는 887K로 승화하기 때문에 녹는 점이 없습니다.

밀도

-회색 비소 : 5.73g / cm ³ .

-황색 비소 : 1.97g / cm ³ .

수용성

불용성

원자 라디오

139 오후

원자량

13.1 cm ³ / 몰

공유 반경

오후 120시

비열

20 ° C에서 0.328 J / gmol

증발열

32.4 kJ / 몰

전기 음성도

2.18 폴링 척도

이온화 에너지

첫 번째 이온화 에너지 946.2 kJ / mol

산화 상태

-3, +3, +5

안정

원소 비소는 건조한 공기에서 안정적이지만 습한 공기에 노출되면 검은 색 산화 비소 층이 될 수있는 청동 색 노란색 층으로 코팅됩니다 (As ₂ O ₃ ).

분해

비소가 가열되어 분해되면 As ₂ O ₃ 의 흰 연기를 방출합니다 . 매우 유독 한 가스 인 아르 신도 방출 될 수 있기 때문에이 절차는 위험합니다.

자동 점화

180ºC

경도

모스 경도 척도 3.5.

반동

차가운 황산이나 진한 염산의 공격을받지 않습니다. 뜨거운 질산 또는 황산과 반응하여 비산 및 비산을 형성합니다.

회색 비소가 가열에 의해 휘발되고 증기가 급속히 냉각되면 노란색 비소가 형성됩니다. 이것은 자외선을 받으면 칙칙한 형태로 돌아갑니다.

응용

합금

납에 소량의 비소를 첨가하면 케이블 코팅 및 자동차 배터리 제조에 사용할 수있을만큼 합금을 경화시킵니다.

구리와 아연의 합금 인 황동에 비소를 첨가하면 내 부식성이 증가합니다. 반면에 황동에서 아연의 손실을 수정하거나 감소시켜 사용 수명을 증가시킵니다.

전자

정제 된 비소는 갈륨 및 게르마늄과 함께 사용되는 반도체 기술뿐만 아니라 두 번째로 널리 사용되는 반도체 인 갈륨 비소 (GaAs) 형태로도 사용됩니다.

GaA에는 다이오드, 레이저 및 LED 제조에 사용할 수있는 직접적인 밴드 갭이 있습니다. 갈륨 비소 외에도 III-V 반도체 인 인듐 비소 및 알루미늄 비소와 같은 다른 비소가 있습니다.

한편, 카드뮴 비소는 II-IV 형 반도체입니다. 아르 신은 반도체 도핑에 사용되었습니다.

농업 및 목재 보존

대부분의 응용 프로그램은 높은 독성과 화합물의 독성으로 인해 폐기되었습니다. 마찬가지로 ₂ O ₃ 같이 동안 살충제로 사용 된 ₂ O ₅ 제초제 및 살충제의 재료이다.

비 소산 (H ₃ AsO ₄ )과 칼슘 비산 염 및 납 비산 염과 같은 염은 토양을 살균하고 해충을 방제하는 데 사용되었습니다. 이것은 비소로 인한 환경 오염의 위험을 초래합니다.

납 비산 염은 20 세기 전반까지 과일 나무에 살충제로 사용되었습니다. 그러나 독성으로 인해 나트륨 메틸 비산 염으로 대체되었으며 2013 년 이후 같은 이유로 사용이 중단되었습니다.

약용

20 세기까지 몇 가지 화합물이 의약품으로 사용되었습니다. 예를 들어, Arsphenamine과 neolsalvarsan은 매독과 트리파노소마 증의 치료에 사용되었습니다.

2000 년에 고독성 화합물 인 As ₂ O ₃ 의 사용이 올 트랜스 레티노 산에 내성이있는 급성 전 골수성 백혈병 치료에 승인 되었습니다. 최근에는 방사성 동위 원소 ⁷⁴ As가 종양 국소화에 사용되었습니다.

동위 원소는 요오드가 갑상선으로 전달되어 신호에서 잡음을 생성하기 때문에 ¹²⁴ I에서 얻은 것보다 더 선명한 좋은 이미지를 생성합니다.

기타 용도

비소는 과거에 가금류 및 돼지 생산에서 사료 첨가제로 사용되었습니다.

에틸렌 옥사이드 제조에 촉매로 사용됩니다. 불꽃 놀이와 태닝에도 사용됩니다. 비소 산화물은 유리 제조에서 탈색제로 사용됩니다.

어디에 있습니까?

비소는 순도가 높은 원소 상태에서 소량으로 발견 될 수 있습니다. 황화물, 비소 및 설 포비 소화물과 같은 수많은 화합물에 존재합니다.

또한 arsenopyrite (FeSAs), loellingite (FeAs ₂ ), enargite (Cu ₃ AsS ₄ ), orpiment (As ₂ S ₃ ) 및 realgar (As ₄ S ₄ )를 포함한 여러 미네랄에서 발견됩니다 .

어떻게 얻습니까?

Arsenopyrite는 공기가 없을 때 650-700ºC로 가열됩니다. 비소가 증발하여 황화철 (FeS)이 잔류 물로 남습니다. 이 과정에서 비소는 산소와 결합하여 "백색 비소"로 알려진 As ₄ O ₆ 을 형성 합니다.

마찬가지로 ₄ O ₆ 같이 형태로 변형되어 ₂ O ₃ 의 증기가 수집되어 승화하여 비소 정화 벽돌 챔버 세트에서 응축.

대부분의 비소는 As ₂ O ₃ 의 생성 된 먼지의 탄소 환원에 의해 생성됩니다 .

참고 문헌

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