Arsenidi (As3−) — määritelmä, kemialliset ominaisuudet ja reaktiot

Arsenidi (As3−): selkeä määritelmä, kemialliset ominaisuudet ja reaktiot — emäksisyys, voimakas pelkistyvyys, happoreaktiot ja arsiinikaasun muodostuminen. Turvallisuus ja käytännön esimerkit.

Arsenidi on ioni. Sen kemiallinen kaava on As^3-. Useimmissa arsenideissa arseenin hapetusaste on -3. Ioniset arsenidit ovat hyvin emäksisiä ja voimakkaita pelkistimiä. Useimmat arsenidit ovat metallisempia, kuten sinkkiarsenidi. Arsenidit reagoivat happojen kanssa muodostaen arsiinikaasua.

Määritelmä ja kemiallinen luonne

Arsenidi viittaa yleensä aineisiin, joissa arsenikki esiintyy anionina As^3- tai vastaavassa elektronirakenteessa. Usein puhuttaessa "arsenideista" voidaan tarkoittaa sekä ionisia yhdisteitä (esim. Na₃As) että kovalenttisia tai metallisia yhdisteitä, joissa arsenikin muodollinen varaus ei aina ole yksiselitteinen (esim. GaAs, InAs). Tästä syystä termi kattaa laajan joukko yhdisteitä, joiden sidokset vaihtelevat täysin ionisista kohti kovalenttisia ja metallisia.

Kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet

• Sidosluonne: Ionisissa arsenideissa As^3- muodostaa ionisidoksia metalli-kationien kanssa. Monissa metalliarsenideissa sidokset ovat metallisia tai kovalenttisia.
• Emäksisyys ja pelkistävyys: As^3- on voimakas pelkistin ja reagoi helposti protoneja sisältävien aineiden kanssa. Ioniset arsenidit ovat emäksisiä.
• Fysikaaliset ominaisuudet: Arsenidien sulamis- ja kiehumispisteet vaihtelevat suuresti. Monet metalliarsenidit ovat kiinteitä, metallinhohtoisia ja johtavat sähköä. Esimerkiksi puolijohdearsenidit (GaAs, InAs) ovat tärkeitä elektronisissa ja optoelektronisissa sovelluksissa.
• Rakenne: Joillakin tärkeillä III–V-arsenideilla, kuten GaAs ja AlAs, on zinkblende-rakenne, joka vaikuttaa niiden elektronisiin ominaisuuksiin.

Kemialliset reaktiot

Arsenidien tyypillisiä reaktioita:

• Protonointi / reaktio happojen kanssa: As^3- reagoi protoneja sisältävien aineiden kanssa muodostaen arsiinikaasua (arsine, AsH₃). Yksinkertainen summareaktio ionitasolla on: As^3- + 3 H⁺ → AsH₃. Arsiinikaasu on erittäin myrkyllistä ja syttyvää.
• Hydrolyysi: Monet ioniset arsenidit hydrolysoituvat vedessä tai kosteusolosuhteissa tuottaen emäksisiä liuoksia ja mahdollisesti arsiinia, erityisesti kun olosuhteet acidic ovat läsnä.
• Hapettuminen: Arsenidit hapettuvat helposti ilmakehän happi- tai happiyhdisteissä muodostaen arseeniyhdisteitä, kuten arseniteja tai arsenaatteja (As(III) ja As(V)).
• Yhdistyminen metallien kanssa: Monia metalleja ja metallioksideja voidaan reagoida arsenin kanssa korkeissa lämpötiloissa muodostaen metalliarsenideja (esim. FeAs, NiAs). Tämä on tyypillistä materiaalien synteesissä.

Esimerkkejä ja käyttökohteita

• Ioniset arsenidit: Na₃As, Ca₃As₂ (kemiassa ja tutkimuksessa).
• Puolijohdearsenidit: Galiumarsenidi (GaAs), indiumarsenidi (InAs) ja alumiiniarsenidi (AlAs) ovat tärkeitä elektronisissa, mikroaaltotekniikan ja optoelektronisissa laitteissa (LEDit, lasert diodit, korkeataajuuksiset transistorit).
• Metalliarsenidit: monet rauta- ja muista metalleista muodostuvat arsenidit ovat stabiileja kiinteitä aineita, joilla on erilaisia magneettisia ja elektronisia ominaisuuksia.

Valmistus ja esiintyminen

Laboratoriossa metalliarsenideja voidaan valmistaa reagoimalla puhtaita alkuaineita korkeassa lämpötilassa tai käyttämällä kaasufaasimenetelmiä (esim. epitaksiaalisesti kasvattamalla GaAs-kalvoja). Luonnossa tietyt arseeniyhdisteet esiintyvät mineraaleina, mutta vapaata As^3--anioneita ei esiinny erillisenä muodossa luonnossa – ne ovat osa mineraalirakenteita tai muodostavat oksideja ja yhdisteitä.

Myrkyllisyys ja turvallisuus

Arsenidiyhdisteet voivat olla erittäin myrkyllisiä. Erityisesti arsiinikaasu (AsH₃) on hengenvaarallinen pieninä pitoisuuksina. Ioniset ja metalliset arsenidit voivat vapauttaa arsiinia happojen tai kosteuden vaikutuksesta. Työskentelyssä pitää noudattaa asianmukaisia turvatoimia: hyvä ilmanvaihto, asianmukaiset suojavarusteet ja kemikaalien neutralointi ennen hävittämistä. Arseeniyhdisteiden ympäristö- ja terveysvaikutukset ovat merkittäviä, ja niiden käsittelyä säädellään tiukasti useilla aloilla.

Yhteenveto

Arsenidi (As^3-) on potentiaalinen pelkistin ja emäsinen anioni, joka esiintyy monenlaisissa yhdisteissä ionisista kovalenttisiin ja metallisiin materiaaleihin. Arsenideilla on merkittäviä sovelluksia erityisesti puolijohdeteollisuudessa, mutta niiden myrkyllisyyden ja reaktiivisuuden vuoksi turvallinen käsittely on välttämätöntä.

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mikä on arsenidi?

K: Mikä on arseenin hapetusaste useimmissa arsenideissa?

K: Miten ionisille arsenideille on ominaista emäksisyys ja pelkistyskyky?

Kysymys: Minkä tyyppisillä arsenideilla on metallisia ominaisuuksia?

K: Mitä tapahtuu, kun arsenidit reagoivat happojen kanssa?

K: Miten arsenideja voidaan kuvata niiden reagoimisen happojen kanssa?

K: Mitä arsenidien kemiallisista ominaisuuksista voidaan sanoa annetun tekstin perusteella?

Hae kirjaimella