砷酸 - Wikiwand
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砷酸

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砷酸
IUPAC名
Arsenic acid, arsoric acid
識別
CAS號 7778-39-4  ✓
ChemSpider 229
SMILES
InChI
InChIKey DJHGAFSJWGLOIV-UHFFFAOYAY
ChEBI 18231
RTECS CG0700000
KEGG C01478
性質
化學式 H3AsO4
摩爾質量 141.94 g/mol g·mol⁻¹
外觀 白色半透明潮解晶體
密度 2.5 g/cm3
熔點 35.5 °C(309 K)
沸點 ≥ 100 °C 分解
溶解性 16.7 g/100 mL
溶解性 溶於乙醇
pKa 2.19, 6.94, 11.5
結構
分子構型 四面體
危險性
警示術語 R:R23/25, R45, R50/53
安全術語 S:S53, S45, S60, S61
歐盟分類
T+
C
N
NFPA 704
0
4
0
 
閃點 不可燃
相關物質
其他陰離子 磷酸
其他陽離子 砷酸鈉
相關化學品 亞砷酸
五氧化二砷
若非註明,所有數據均出自一般條件(25 ℃,100 kPa)下。

砷酸(V)的含氧酸,分子式H3AsO4。三元中強酸,酸性及其他性質均類似磷酸

製取

五氧化二砷溶於水而得。

反應也可向左進行,如加入五氧化二磷作吸水劑時,又可從砷酸產生五氧化二砷。

砷酸也可由三氧化二砷被濃硝酸氧化而得。該反應會生成副產物三氧化二氮。反應後於29.5°C以下濃縮,可析出砷酸半水合物細小板狀結晶。於29.5℃以上,則析出三砷酸(H5As3O10)。[1][2]

反應結束後,若將所得液體冷卻,可得到以無色結晶形式析出的砷酸的半水合物H3AsO4·½H2O。如果進一步降低溫度的話,還可以獲得砷酸的二水合物H3AsO4·2H2O[2]

砷酸二水合物(H3AsO4 · 2H2O)只可通過在−30°C下結晶數天得到。[3]

五氧化二砷可緩慢與水反應生成砷酸。元砷酸或焦砷酸與冷水反應同樣可以生成砷酸。另外,濕潤的砷單質可與臭氧反應生成砷酸

2 As + 3 H2O + 5 O3 → 2 H3AsO4 + 5 O2

性質

物理性質

砷酸固體在空氣中很快吸潮,產生水合物 H3AsO4 · ½H2O 或 H3AsO4 · 2H2O (於 −30 °C)。平穩加熱時,脫水產生三砷酸(H5As3O10)。加熱至100°C時,分解為 As2O5 · 1.66H2O。在500°C時全部失水。[1]

飽和水溶液濃度約 80 %。

毒性雖不及亞砷酸,但仍較高。LD50(兔)為6 mg/1 kg。[4]砷酸與砷酸鹽在日本被列為醫藥用外毒物。

化學性質

無水物結晶溶於水時微吸熱。(忽略電離)[5]

H3AsO4(s) H3AsO4(aq),  ΔH°= 3.8 kJ mol-1

砷酸水溶液的氧化性不強,但比同族的磷酸強。這與其他第4周期元素的含氧酸相似,如硒酸高溴酸,其氧化性均強於對應的硫酸高氯酸[6]

H3AsO4(aq) + 2 H+(aq) + 2 e- = H3AsO3(aq) + H2O(l),    E°= 0.575 V

例如砷酸可將碘離子氧化為碘:

H3AsO4 + 2 H+ + 2 I → H3AsO3 + I2 + H2O

此外還有焦砷酸(H4As2O7)與多砷酸(Hn+2AsnO3n+1、(HAsO3)n)。這兩者及其酸根離子在水溶液中都是不穩定的,遇水很快分解為砷酸。焦砷酸與多砷酸鹽在固態可以是穩定的。

水溶液中的電離平衡

砷酸分子在水溶液中分三步解離,第一步為微強,0.1mol dm-3水溶液的電離度約0.25。第二步與第三步解離很弱,在酸性溶液中可以忽視。

H3AsO4(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + H2AsO4-(aq),    pKa1 = 2.24
H2AsO4-(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + HAsO42-(aq),    pKa2 = 6.96
HAsO42-(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + AsO43-(aq),  pKa3 = 11.50

與解離相關的標準吉布斯能、與變值列在下面。[5]

 
第一解離 -7.07 kJ mol-1 12.84 kJ mol-1 -66.9 J mol-K-1
第二解離 3.22 kJ mol-1 38.57 kJ mol-1 -118.7 J mol-1K-1
第三解離 18.20 kJ mol-1 66.19 kJ mol-1 -161.1 J mol-1K-1

砷酸根

砷酸電離可產生三種陰離子:正砷酸根離子(AsO43-)、一氫砷酸根離子(HAsO42-)與二氫砷酸根離子(H2AsO4-)。三種陰離子的鹽類均已獲得。正砷酸根離子為正四面體結構,類似磷酸根離子;As-O鍵長169pm。酸液中有微弱的氧化性。

砷酸鹽

各種砷酸鹽可通過用不同計量的鹼中和砷酸獲得。可溶金屬鹽與砷酸鈉或砷酸氫鈉發生複分解,亦可得不可溶的砷酸鹽沉澱。

焦砷酸(H4As2O7)與焦磷酸不同,不可通過砷酸加熱脫水製得,只能由砷酸氫鹽失水得到。

砷酸鈉(Na3AsO4)水溶液呈鹼性(pH~12)、砷酸一氫鈉(Na2HAsO4)水溶液呈弱鹼性(pH~9)、砷酸二氫鈉(NaH2AsO4)水溶液則呈弱酸性(pH~4.4)。

砷酸鈣(Ca3(AsO4)2)用作殺蟲劑。砷酸鈉可作除草劑,對作物應用效果顯著。[1]

正砷酸鹽中,鹼金屬鹽、銨鹽可溶於水,鹼土金屬鹽等其他鹽類則難溶。

砷酸鹽礦物

鈷華
鈷華

砷酸鹽礦物可由含砷的硫化礦物經氧化生成,也可由磷酸鹽礦物中的磷酸根被砷酸根替換而得。砷酸鹽礦物例子如下:

  • 水砷鋅礦,Adamite (Zn2(AsO4)(OH))
  • 橄欖銅礦,Olivenite (Cu2(AsO4)(OH))
  • 鈷華,Erythrite (Co3(AsO4)2・8H2O)
  • 鎳華,Annaberigite (Ni3(AsO4)2・8H2O)
  • 臭蔥石,Scorodite (FeAsO4・2H2O)
  • 綠鉛礦,Mimetite (Pb5Cl(AsO4)3)

應用

砷酸可用作木材防腐劑英語Wood preservation、廣譜生物殺滅劑、玻璃和金屬的整理劑,並可參與合成部分染料及一些有機砷化合物。但砷酸毒性強烈,故其商業應用受到了限制。選兔作爲實驗對象時,砷酸的半致死量爲6 mg/kg(0.006 g/kg)[7]

參考

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 化學大辭典編集委員會 『化學大辭典』 共立出版、1993年
  2. ^ 2.0 2.1 G. Brauer (編). Arsenic Acid. Handbook of Preparative Inorganic Chemistry 1 2nd. New York: Academic Press. 1963: 601. 
  3. ^ G. Brauer (Hrsg.), Handbook of Preparative Inorganic Chemistry 2nd ed., vol. 1, Academic Press 1963, S. 601.
  4. ^ Merck Index 13th
  5. ^ 5.0 5.1 D.D. Wagman, W.H. Evans, V.B. Parker, R.H. Schumm, I. Halow, S.M. Bailey, K.L. Churney, R.I. Nuttal, K.L. Churney and R.I. Nuttal, The NBS tables of chemical thermodynamics properties, J. Phys. Chem. Ref. Data 11 Suppl. 2 (1982)
  6. ^ FA コットン, G. ウィルキンソン著, 中原 勝儼訳 『コットン・ウィルキンソン無機化學』 培風館、1987年,原書:F. ALBERT COTTON and GEOFFREY WILKINSON, Cotton and Wilkinson ADVANCED INORGANIC CHEMISTRY A COMPREHENSIVE TEXT Fourth Edition, INTERSCIENCE, 1980.
  7. ^ Joachimoglu, G. Biochemische Zeitschrift. 1915, 70: 144.  缺少或|title=為空 (幫助)
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