Lyijyarsenaatti (PbHAsO4) — kemiallinen määritelmä, rakenne ja ominaisuudet

Lyijyarsenaatti (PbHAsO4) — kemiallinen määritelmä, rakenne ja ominaisuudet. Tutustu koostumukseen, hapetusasteisiin, reaktioihin ja turvallisuustietoihin tutkimus- ja opetusnäkökulmasta.

Lyijyarsenaatti on kemiallinen yhdiste. Sen kemiallinen kaava on PbHAsO₄. Siinä on lyijy-, vety- ja arsenaatti-ioneja (HAsO₄^2-). Lyijy on hapetusasteeltaan +2.

Rakenne ja stokiometria

Lyijyarsenaatti on ioninen yhdiste, jossa Pb²⁺-kationit varautuvat arsenaatti-anionien HAsO₄^2– kanssa. Kiderakenne muodostuu tyypillisesti tiiviistä ionisidoksilla sidotusta verkostosta, jossa vetyatomi on osa monetroivaa (hydrogenoitu) arsenaatti-ryhmää. Yhdiste esiintyy kiinteänä, usein valkoisena tai kellertävänä pölymäisenä aineena.

Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet

• Olomuoto: kiinteä aine, jauhemaista tai kiteistä.
• Väri: valkoinen tai kellertävä riippuen epäpuhtauksista.
• Liukoisuus: hyvin heikosti liukeneva veteen; liukenee paremmin vahvoihin happoihin ja emäksiin, jolloin voi vapautua liukenevia arsenaatti- tai arseeniyhdisteitä.
• Terminen stabiilisuus: hajoaa kuumennettaessa muodostaen arseeniyhdisteitä ja lyijyoksideja; altistuminen korkeille lämpötiloille voi vapauttaa myrkyllisiä höyryjä.
• Kemiallinen käyttäytyminen: reagoi happojen kanssa vapauttaen arsenaatti-ioneja; pelkistyksissä (reduktiivisissa olosuhteissa) arsenaatti voi muuttua arseeni(III)-muotoon (asentiitiksi), joka on biologisesti aktiivisempi ja usein liikkuvampi maaperässä.

Valmistus ja reaktiot

Yleisin laboratorio- tai teollinen valmistusmenetelmä perustuu saostukseen: liuoksesta, joka sisältää Pb²⁺-ioneja (esim. liuos lyijysuolasta) lisätään arsenaattia sisältävää liuosta (esim. natriumarsenaattia) ja muodostuu PbHAsO₄ saostumana. Reaktio on yksinkertaistettuna:

Pb²⁺ (aq) + HAsO₄^2– (aq) → PbHAsO₄ (s)

Lyijyarsenaatti voi edelleen reagoida emästen, happojen tai muiden kompleksimuodostajien kanssa muodostaen erilaisia lyijy- tai arseeniyhdisteitä.

Käyttö ja historiallinen merkitys

Lyijyarsenaattia on käytetty historiallisesti esimerkiksi torjunta-aineena (öisin ja hedelmäpuiden kasvinsuojeluaineissa) sekä pigmenttinä joissain sovelluksissa. Nykyään sen käyttö on rajoittunut tai kielletty monilla alueilla helpon myrkyllisyyden ja ympäristövaikutusten vuoksi.

Mykyllisyys, ympäristö ja turvallisuus

• Myrkyllisyys: sekä lyijy että arseeni ovat merkittäviä myrkkyjä. Lyijy vaikuttaa hermostoon, verenmuodostukseen ja munuaisiin, kun taas arseeni on tunnettu myrkyllinen ja karsinogeeninen alkuaine. Lyijyarsenaatti on siten erittäin vaarallinen aine ja voi aiheuttaa vakavia terveysongelmia altistuttaessa.
• Ympäristö: aine on pysyvä ja voi sitoutua maaperään. Reduktiivisissa (hapettomissa) olosuhteissa arsenaatti voi pelkistyä liikkuvammaksi ja bioaktiivisemmaksi arseeni(III)-muodoksi, mikä lisää ympäristöriskiä ja pohjavesien saastumisen mahdollisuutta.
• Käsittely: käsittelyssä tulee käyttää asianmukaisia suojavarusteita (hengityssuojain, suojakäsineet, suojavaatteet) ja välttää pölyn syntymistä. Jätteet on luokiteltava ja hävitettävä paikallisten vaarallisten jätteiden määräysten mukaisesti.

Analytiikka ja tunnistus

Lyijyarsenaatin tunnistuksessa ja määrityksessä käytetään muun muassa:

• XRD- ja FTIR-spektrianalyyseja kiderakenteen ja funktionaalisten ryhmien tunnistukseen.
• ICP-MS- tai AAS-menetelmiä lyijyn määritykseen ja elementtianalyysiin.
• Väri- ja spektrofotometrisia menetelmiä arseenin kvantitatiiviseen määritykseen esikäsittelyllä (esim. happolisäyksellä ja sopivalla reduktiolla).

Korvaavat aineet ja sääntely

Koska lyijyarsenaatti on huomattavan vaarallinen sekä ihmisille että ympäristölle, monet maat ovat rajoittaneet tai kieltäneet sen käytön kasvinsuojelussa ja muissa sovelluksissa. Nykyiset torjunta-aineet ja pigmentit pyritään valitsemaan siten, että ne ovat vähemmän pysyviä ja vähemmän myrkyllisiä sekä turvallisempia käsitellä.

Yhteenveto

Lyijyarsenaatti (PbHAsO₄) on ioninen, heikosti vesiliukoinen lyijy-arsenaattiyhdiste, jolla on historiallista käyttöä mutta merkittävä toksisuus ja ympäristöriski. Sen käsittelyssä ja hävittämisessä on noudatettava tiukkoja turvallisuus- ja ympäristösääntöjä.

Hae kirjaimella