砷酸

砷酸為砷(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。

砷酸
IUPAC名 Arsenic acid, arsoric acid
識別
CAS號	7778-39-4  Y
ChemSpider	229
SMILES	O=[As](O)(O)O
InChI	1/AsH3O4/c2-1(3,4)5/h(H3,2,3,4,5)
InChIKey	DJHGAFSJWGLOIV-UHFFFAOYAY
ChEBI	18231
RTECS	CG0700000
KEGG	C01478
性質
化學式	H3AsO4
莫耳質量	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（水）	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，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。

製取

由五氧化二砷溶於水而得。

${\displaystyle \mathrm {As_{2}O_{5}+3\ H_{2}O\rightleftharpoons 2\ H_{3}AsO_{4}} }$

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。

砷酸也可由砷或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]

${\displaystyle \mathrm {As+5\ HNO_{3}\longrightarrow 5\ NO_{2}+H_{2}O+H_{3}AsO_{4}} }$

${\displaystyle \mathrm {As_{2}O_{3}+2\ HNO_{3}+3\ H_{2}O\longrightarrow } }$ ${\displaystyle \mathrm {N_{2}O_{3}+2\ H_{3}AsO_{4}\cdot {\tfrac {1}{2}}H_{2}O} }$

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，溼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]

${\displaystyle {\rm {3H_{3}AsO_{4}\ {\overset {\mathit {\rm {\Delta }}}{\longrightarrow }}\ H_{5}As_{3}O_{10}+2H_{2}O}}}$

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) ${\displaystyle \rightleftarrows \ }$ 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與高氯酸。^[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（H_n+2As_nO_3n+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) ${\displaystyle \rightleftarrows \ }$ H₃O⁺(aq) + H₂AsO₄^-(aq),    pK_a1 = 2.24

H₂AsO₄^-(aq) + H₂O(l) ${\displaystyle \rightleftarrows \ }$ H₃O⁺(aq) + HAsO₄^2-(aq),    pK_a2 = 6.96

HAsO₄^2-(aq) + H₂O(l) ${\displaystyle \rightleftarrows \ }$ H₃O⁺(aq) + AsO₄^3-(aq),  pK_a3 = 11.50

與解離相關的標準焓、吉布斯能、與熵變值列在下面。^[5]

	${\displaystyle {\Delta }H^{\circ }}$	${\displaystyle {\Delta }G^{\circ }}$	${\displaystyle {\Delta }S^{\circ }}$
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

砷酸根離子

砷酸電離可產生三種陰離子：正砷酸根離子（AsO₄^3-）、一氫砷酸根離子（HAsO₄^2-）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。

${\displaystyle {\rm {2Na_{2}HAsO_{4}\ {\overset {\mathit {\rm {\Delta }}}{\longrightarrow }}\ Na_{4}As_{2}O_{7}+H_{2}O}}}$

${\displaystyle {\rm {2CaHAsO_{4}\ {\overset {\mathit {\rm {\Delta }}}{\longrightarrow }}\ Ca_{2}As_{2}O_{7}+H_{2}O}}}$

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。

• 砷酸鈣 (Ca₃(AsO₄)₂)
• 砷酸鈉 (Na₃AsO₄)

砷酸鹽礦物

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]。