Мышьяковая кислота: химические свойства, формула. Высокоопасные вещества

Воздействие различных химических веществ на организм человека неоднозначно. Большинство нам известных соединений или являются нейтральными, или играют положительную роль в жизнедеятельности человека. Но есть группа веществ, представляющих серьёзную угрозу для здоровья. Они разделены на несколько классов. Рассматриваемая в данной статье мышьяковая кислота – одно из таких токсичных химических соединений. Согласно принятой в настоящее время классификации, она входит во второй класс повышенной опасности, наряду с хлороформом, соединениями свинца и лития. Изучим свойства мышьяковой кислоты более подробно.

Строение молекулы и агрегатное состояние вещества

Это соединение при обычных условиях имеет кристаллическую структуру. Являясь трехосновной, мышьяковая кислота, формула которой H₃AsO₄, имеет как средние, так и кислые соли. Например, гидроарсенат калия – K₂HAsO₄, дигидроарсенат натрия – NaH₂AsO₄, арсенат лития – Li₃AsO₄. Прокаливая мышьяковую кислоту, получают гемипентоксид мышьяка, называемый мышьяковым ангидридом. Его белые прозрачные кристаллы образуют стекловидную массу, плохо растворяющуюся в воде.

Диссоциация

H3AsO₄, наряду с муравьиной кислотой и гидроксидом свинца, является умеренно слабым электролитом. Так, в таблице ионизации важнейших кислот ортомышьяковая кислота имеет три константы диссоциации: 5,6 х 10^-3, 1,5 х 10^-7 и 3, 89 х 10^-12. Эти показатели количественно характеризуют силу кислоты. В соответствии с константами диссоциации, в ряду неорганических кислот H₃AsO₄ занимает положение между хромовой и сурьмяной кислотами. Российские химики-экспериментаторы А. Л. и И. Л. Агафоновы сформулировали математическое выражение, в котором вывели зависимость первой и второй константы диссоциации мышьяковой кислоты от температуры в интервале от 0°С до 50°С.

Особенности химических свойств

Степень окисления атома мышьяка, входящего в состав молекулы кислоты, равна +5. Это говорит о том факте, что само соединение в химических реакциях с другими веществами проявляет окислительные свойства. Так, при её взаимодействии с иодидом калия, выступающим в качестве восстановителя, в кислой среде среди продуктов реакции мы обнаружим мышьяковистую кислоту H₃AsO₃. Напомним, что мышьяковая кислота, формула которой H₃AsO_4, является трехосновной, а значит, в реакциях со щелочами или нерастворимыми основаниями она может давать три вида солей: средние, гидро- и дигидроарсенаты. Качественной реакцией на ион AsO₄^3- в аналитической химии служит взаимодействие самой мышьяковой кислоты или её солей с растворимыми солями серебра, например, с нитратом. В результате наблюдаем выпадение осадка Ag₃AsO₄ кофейного цвета.

Йодометрический метод определения мышьяковой кислоты

В аналитической химии важной задачей является обнаружение химических соединений в исследуемых растворах. Мышьяковая кислота, химические свойства которой мы рассматривали ранее, может быть выявлена микрометодом йодометрии. К 1 мл её раствора приливают такой же объем 4н. раствора соляной кислоты и 1 мл 4% раствора йодида калия. Образуется сесквиоксид мышьяка As₂O_3, масса которого при строгом соблюдении количественных объемов реагентов всегда одинакова и равна 0,5746 мг.

Окислительная способность мышьяковой кислоты

Как известно, H₃AsO_4, как и ортофосфорная кислота, является электролитом средней силы. Её белые прозрачные кристаллы расплываются на воздухе и имеют состав 2H₃AsO₄ х H₂O. Её соли, образованные щелочными металлами (как средние, так и кислые), в водных растворах имеют рН больше 7. Арсенаты лития, калия, натрия и аммония хорошо растворимы в воде, а остальные средние соли в ней не растворяются. Мышьяковая кислота – хороший окислитель. В окислительно-восстановительных реакциях она восстанавливается до мышьяковистой кислоты или арсина.

H₃AsO₄ + 2e + 2H⁺ = H₃AsO₃ + H₂O

H₃AsO₄ + 8e + 8H⁺ = AsH₃ + 4H₂O

Кроме того, мышьяковая кислота легко окисляет различные металлы, сульфитную и йодидную кислоты, а также сероводород.

Получение мышьяковой кислоты

В лабораторных условиях H₃AsO₄ может быть получена реакцией сесквиоксида мышьяка с нитратной кислотой при нагревании. В продуктах обнаруживается оксид трехвалентного азота и H₃AsO_4. Еще один способ получения – это растворение в воде оксида мышьяка. Часто для её получения применяют одновременное окисление и гидролиз триалкиларсенитов подогретым до 50° С раствором пероксида водорода. Одновременно из реакционной смеси отводят воду и спирт. Затем раствор упаривают и получают мышьяковую кислоту особой чистоты. В природе сырьем для получения мышьяковой кислоты служат минералы: арсенолит и арсенопирит, залежами которых богаты Челябинская и Читинская области Российской Федерации.

Применение H3AsO4

Учитывая тот факт, что ортомышьяковая кислота является одним из сильных ядов. Её применение в промышленности и быту ограничено. Более распространены соли – арсенаты, чья токсичность значительно меньше, чем у самой H₃AsO_4. Так, в деревообрабатывающей промышленности вместе с сернокислым цинком и натриевой солью пентахлорфенола, мышьяковую кислоту применяют для обработки древесины. Такой метод сводит к минимуму потери от разрушения целлюлозы грибковыми инфекциями и личинками жуков-древоточцев. В медицине H₃AsO₄ применяют в составе препарата «Атоксил» для лечения протозойных инфекций, таких как лямблиоз, балантидиаз, изоспороз.

Нужно отметить, что зараженность населения этими инфекциями в последнее время резко выросла. Причин несколько – например, заражение через продукты питания, содержащие споры простейших, через укусы насекомых или половым путем. Мышьяковая кислота используется в качестве исходного вещества в процессах производства оптических стекол, а также в электротехнике. Производное H₃AsO₄ - её натриевую соль, успешно применяют в дерматологии и фтизиатрии. Соединения мышьяка используются в стоматологии (мышьяковая паста) в качестве препарата, используемого для снижения болевой чувствительности воспаленного нерва при его удалении из зубного канала.

Действие кислоты на организм человека

Как уже было сказано ранее, H₃AsO₄ входит во второй класс повышенной опасности – высоко опасные вещества. Смертельной считается дозировка как самой кислоты, так и её солей в пределах от 15 до 150 мг на килограмм массы тела человека. Наряду с общим отравляющим эффектом, мышьяковая кислота вызывает некроз кожных покровов и слизистых оболочек внутренних органов: легких, желудка, кишечника.

В лаборатории при проведении опытов с арсенатами и H₃AsO₄ обязательно использование защитных перчаток, а сами эксперименты проводят под вытяжкой. В случае интоксикации на уровне клетки нарушается её ферментативная система, так как происходит инактивация энзимов. В организме человека отравление арсенатами приводит к парезам и даже параличам. В онкологии при проведении химиотерапии при несоблюдении режима дозирования препаратов регистрируются случаи отравления миарсенолом и новарсенолом. Первая помощь при отравлении солями мышьяковой кислоты заключается в немедленном промывании желудка (например, раствором унитиола или препаратами диоксида кремния).

Чтобы не допустить острой почечной недостаточности, назначают процедуру гемодиализа. В качестве антидота, кроме 5% раствора унитиола, можно использовать антидот Стрижевского. До приезда неотложной скорой помощи в домашних условиях для снижения уровня интоксикации можно применить раствор лимонной кислоты, затем вызвать рвоту и промыть желудок. Все лечебные мероприятия необходимо проводить с соблюдением строгого постельного режима под наблюдением врача.