stringtranslate.com

Арсенат

Арсенат — это ион с химической формулой AsO3−4. [1] Связь в арсенате состоит из центрального атома мышьяка со степенью окисления +5, связанного двойной связью с одним атомом кислорода и одинарной связью с тремя другими атомами кислорода . [2] Четыре атома кислорода ориентируются вокруг атома мышьяка в тетраэдрической геометрии . [2] Резонанс распределяет заряд иона −3 по всем четырем атомам кислорода.

Арсенат легко реагирует с металлами, образуя арсенатные металлические соединения . [2] [3] Арсенат является умеренным окислителем и акцептором электронов с электродным потенциалом +0,56 В для его восстановления до арсенита . [4] Поскольку мышьяк имеет ту же валентность и аналогичный атомный радиус , что и фосфор , арсенат имеет схожую геометрию и реакционную способность с фосфатом . [5] Арсенат может заменять фосфат в биохимических реакциях и токсичен для большинства организмов . [5] [6]

Естественное явление

Адамит — природный арсенатный минерал.

Арсенаты встречаются в природе в гидратированной и безводной форме в различных минералах . Примерами арсенатсодержащих минералов являются адамит , аларсит , аннабергит , эритрит и леграндит . [7] Когда два иона арсената уравновешивают заряд в формуле, она называется диарсенатом, например, диарсенат цинка, Zn 3 (AsO 4 ) 2 .

Использует

Пестициды на основе арсената, такие как арсенат свинца, широко использовались до тех пор, пока их не заменили более новые пестициды, такие как ДДТ , и последовавший запрет со стороны многочисленных регулирующих органов из-за проблем со здоровьем. [8] [9]

Арсенатные соединения переходных металлов часто бывают ярко окрашены и использовались для изготовления пигментов . Арсенат меди был второстепенным соединением, использовавшимся в египетском синем пигменте, который использовали древние египтяне и римляне . [10] Кобальтовый фиолетовый пигмент был получен из арсената кобальта до того, как его токсичность привела к его замене фосфатом кобальта . [11] [12] [13]

Хромированный арсенат меди (CCA) широко используется в качестве консерванта для древесины с 1930-х годов. [14] Проблемы безопасности привели к постепенному отказу от древесины, обработанной CCA, для жилых проектов во многих странах. [14] CCA остается распространенным и экономичным выбором обработки для нежилых помещений, таких как сельское хозяйство . [14] [15]

Видообразование

Диаграмма Пурбэ, показывающая распределение видов арсената и арсенита в воде. Кислородсодержащие воды имеют высокое значение pe , и доминируют виды арсената. В обескислороженной воде с низким pe доминируют виды арсенита. [16] [17]

В зависимости от pH арсенат может быть обнаружен как тригидроарсенат (то есть мышьяковая кислота H3AsO4 ) , дигидроарсенат ( H2AsO−4), арсенат водорода ( HAsO2−4), или арсенат ( AsO3−4). [18] Тригидроарсенат также известен как мышьяковая кислота . При заданном pH распределение этих видов арсената может быть определено из их соответствующих констант кислотной диссоциации . [17]

H3AsO4 + H2O ⇌ H2AsO​​​​−4+ [H 3 O] +  (p K a1 = 2,19)
H2AsO​​−4+ Н2О ⇌ HAsO2−4+ [H 3 O] +  (p K a2 = 6,94)
ХАсо2−4+ Н2О ⇌ AsO3−4+ [H 3 O] + H  (p K a3 = 11,5)

Эти значения аналогичны значениям фосфорной кислоты . Арсенат водорода и дигидроарсенат преобладают в водном растворе вблизи нейтрального pH. [17]

Восстановительный потенциал (pe) раствора также влияет на видообразование арсената. В природных водах основным фактором, влияющим на восстановительный потенциал, является содержание растворенного кислорода . Арсенаты встречаются в насыщенных кислородом водах, которые имеют высокий pe, в то время как арсениты являются основными видами мышьяка в бескислородных водах с низким pe. [16]

Диаграмма Пурбэ показывает совместное влияние pH и pe на видообразование арсената.

Загрязнение

Арсенаты, наряду с арсенитами, являются существенным источником загрязнения некоторых природных источников воды и могут привести к отравлению мышьяком при многократном воздействии. [19] [20] Страны с высоким содержанием мышьяковых минералов в осадочных породах и горных породах, такие как Бангладеш , особенно подвержены риску загрязнения арсенатом. [21] [20]

отравление арсенатом

Арсенат вреден для людей и животных , поскольку он мешает нормальному функционированию гликолиза и цикла Кребса . Арсенат заменяет неорганический фосфат на этапе гликолиза , который производит 1,3-бисфосфоглицерат из глицеральдегид-3-фосфата . Это дает вместо этого 1-арсено-3-фосфоглицерат , который нестабилен и быстро гидролизуется , образуя следующий промежуточный продукт в пути, 3-фосфоглицерат . Таким образом, гликолиз продолжается, но молекула АТФ , которая была бы получена из 1,3-бисфосфоглицерата , теряется — арсенат является разобщителем гликолиза, что объясняет его токсичность. [22] [23]

Как и другие соединения мышьяка, арсенат связывается с липоевой кислотой , ингибируя превращение пирувата в ацетил-КоА , блокируя цикл Кребса и, следовательно, приводя к дальнейшей потере АТФ. [23]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ PubChem. "Арсенат-ион". pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . Получено 2 апреля 2023 г. .
  2. ^ abc "Минерал арсенат | Britannica". www.britannica.com . Получено 2 апреля 2023 г. .
  3. ^ Waalkes, Michael P. (2019), Baan, Robert A.; Stewart, Bernard W.; Straif, Kurt (ред.), «Мышьяк и металлы», Tumour Site Concordance and Mechanisms of Cancerogenes , IARC Scientific Publications, Лион (Франция): Международное агентство по изучению рака, ISBN 978-92-832-2217-0, PMID  33979075 , получено 2 апреля 2023 г.
  4. ^ "P1: Стандартные восстановительные потенциалы по элементам". Chemistry LibreTexts . 2 декабря 2013 г. Получено 29 марта 2023 г.
  5. ^ ab Загрязнители, Национальный исследовательский совет (США) Комитет по медицинским и биологическим эффектам окружающей среды (1977). Химия мышьяка. National Academies Press (США).
  6. ^ Элиас, Микаэль; Веллнер, Алон; Голдин-Азулай, Корина; Шабриер, Эрик; Ворхольт, Джулия А.; Эрб, Тобиас Дж.; Тауфик, Дэн С. (2012). «Молекулярная основа дискриминации фосфатов в средах, богатых арсенатом». Природа . 491 (7422): 134–137. Бибкод : 2012Natur.491..134E. дои : 10.1038/nature11517. ISSN  1476-4687. PMID  23034649. S2CID  99851438.
  7. ^ "Минералогия мышьяка". Mindat.org .
  8. ^ "Эволюция химических пестицидов". www.fishersci.ca . Получено 2 апреля 2023 г. .
  9. ^ "Глобальная проблема пестицида на основе арсената свинца". lead.org.au . Получено 2 апреля 2023 г. .
  10. ^ Дариз, Петра; Шмид, Томас (28 мая 2021 г.). «Следовые соединения в раннесредневековом египетском синем несут информацию о происхождении, производстве, применении и старении». Scientific Reports . 11 (1): 11296. Bibcode :2021NatSR..1111296D. doi :10.1038/s41598-021-90759-6. ISSN  2045-2322. PMC 8163881 . PMID  34050218. 
  11. ^ Корбейл, Мари-Клод; Шарланд, Жан-Пьер; Моффатт, Элизабет А. (2002). «Характеристика кобальтовых фиолетовых пигментов». Исследования по сохранению . 47 (4): 237–249. doi :10.2307/1506784. ISSN  0039-3630. JSTOR  1506784.
  12. ^ "Кобальт фиолетовый". ColourLex . Получено 10 апреля 2023 г. .
  13. ^ "Кобальтовый арсенат - CAMEO". cameo.mfa.org . Получено 10 апреля 2023 г. .
  14. ^ abc Barton, C. (1 января 2014 г.), «Древесина, обработанная CCA», в Wexler, Philip (ред.), Encyclopedia of Toxicology (третье издание) , Oxford: Academic Press, стр. 751–752, ISBN 978-0-12-386455-0, получено 10 апреля 2023 г.
  15. ^ Likar, M; Schauer, P; Japelj, M; Globokar, M; Oklobdzija, M; Povse, A; Sunjić, V (1 января 1970 г.). «Синтез и антимикробная активность некоторых теноиламидов». Журнал медицинской химии . 13 (1): 159–161. doi :10.1021/jm00295a053. ISSN  1520-4804. PMID  5412102.
  16. ^ аб Мариньо, Белиса А.; Кристовао, Ракель О.; Боавентура, Руй АР; Вилар, Витор Дж. П. (1 января 2019 г.). «Удаление оксианионов As (III) и Cr (VI) из воды с помощью усовершенствованных процессов окисления / восстановления - обзор». Наука об окружающей среде и исследования загрязнения . 26 (3): 2203–2227. дои : 10.1007/s11356-018-3595-5. ISSN  1614-7499. PMID  30474808. S2CID  53783178.
  17. ^ abc Jekel, M.; Amy, GL (1 января 2006 г.), Newcombe, Gayle; Dixon, David (ред.), «Глава 11 — Удаление мышьяка во время очистки питьевой воды», Interface Science and Technology , Interface Science in Drinking Water Treatment, т. 10, Elsevier, стр. 193–206 , получено 15 апреля 2023 г.
  18. ^ Загрязнители, Национальный исследовательский совет (США), Комитет по медицинским и биологическим эффектам окружающей среды (1977). Химия мышьяка. National Academies Press (США).
  19. ^ Санчес-Родас, Даниэль; Луис Гомес-Ариса, Хосе; Хиральдес, Инмакулада; Веласко, Альфредо; Моралес, Эмилио (1 июня 2005 г.). «Распределение мышьяка в речных и эстуарных водах юго-западной Испании». Наука об окружающей среде в целом . 345 (1–3): 207–217. Bibcode : 2005ScTEn.345..207S. doi : 10.1016/j.scitotenv.2004.10.029. ISSN  0048-9697. PMID  15919540.
  20. ^ ab "Мышьяк". www.who.int . Получено 15 апреля 2023 г. .
  21. ^ UCL (10 мая 2022 г.). «Сокращение воздействия мышьяка на население в грунтовых водах Бангладеш». UCL Earth Sciences . Получено 15 апреля 2023 г.
  22. ^ «Как мышьяк убивает?». livescience.com . Получено 31 марта 2023 г.
  23. ^ ab Hughes, Michael F. (7 июля 2002 г.). «Токсичность мышьяка и потенциальные механизмы действия». Toxicology Letters . 133 (1): 1–16. doi :10.1016/s0378-4274(02)00084-x. ISSN  0378-4274. PMID  12076506.