stringtranslate.com

Арсенат

Арсенат представляет собой ион с химической формулой AsO . 3-4. [1] Связь в арсенате состоит из центрального атома мышьяка со степенью окисления +5, двойной связи с одним атомом кислорода и одинарной связи с еще тремя атомами кислорода . [2] Четыре атома кислорода ориентируются вокруг атома мышьяка в тетраэдрической геометрии . [2] Резонанс распределяет заряд -3 иона по всем четырем атомам кислорода.

Арсенат легко реагирует с металлами с образованием арсенатных соединений металлов . [2] [3] Арсенат является умеренным окислителем и акцептором электронов , с электродным потенциалом +0,56 В для его восстановления до арсенита . [4] Из-за того, что мышьяк имеет ту же валентность и атомный радиус , что и фосфор , арсенат имеет аналогичную 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 . Примеры арсенатсодержащих минералов включают адамит , аларсит , аннабергит , эритрит и леграндит . [7] Когда два иона арсената уравновешивают заряд в формуле, он называется диарсенатом, например диарсенат цинка, Zn 3 (AsO 4 ) 2 .

Использование

Пестициды на основе арсената, такие как арсенат свинца, широко использовались до их замены новыми пестицидами, такими как ДДТ , и последующего запрета несколькими регулирующими органами из-за проблем со здоровьем. [8] [9]

Соединения арсената переходного металла часто имеют яркую окраску и используются для изготовления пигментов . Арсенат меди был второстепенным соединением, используемым в египетском синем пигменте, используемом древними египтянами и римлянами . [10] Пигмент кобальтово-фиолетовый был изготовлен из арсената кобальта до того, как его токсичность привела к замене его 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 использования древесины, обработанной CCA, для жилищных проектов во многих странах. [14] CCA остается распространенным и экономичным вариантом лечения для нежилых помещений, таких как сельское хозяйство . [14] [15]

Видообразование

Диаграмма Пурбе , показывающая распределение арсенатов и арсенитов в воде. Кислородные воды имеют высокое значение PE и доминируют арсенатные виды. В деоксигенированной воде с низким PE преобладают виды арсенита. [16] [17]

В зависимости от pH арсенат может находиться в виде тригидрогенарсената (то есть мышьяковой кислоты H 3 AsO 4 ), дигидрогенарсената ( H 2 AsO−4), арсенат водорода ( HAsO2-4) или арсенат ( AsO3-4). [18] Тригидрогенарсенат также известен как мышьяковая кислота . При данном pH распределение этих видов арсената можно определить по их соответствующим константам кислотной диссоциации . [17]

H 3 AsO 4 + H 2 O ⇌ H 2 AsO−4+ [H 3 O] +  (p K a1 = 2,19)
Н 2 АсО−4+ H 2 O ⇌ HAsO2-4+ [H 3 O] +  (p K a2 = 6,94)
ХАСО2-4+ H 2 O ⇌ AsO3-4+ [Н 3 О] + Н  (р К а3 = 11,5)

Эти значения аналогичны значениям фосфорной кислоты . Арсенат водорода и арсенат дигидрогена преобладают в водном растворе с pH, близким к нейтральному. [17]

Восстановительный потенциал (pe) раствора также влияет на образование арсената. В природных водах содержание растворенного кислорода является основным фактором, влияющим на восстановительный потенциал. Арсенаты встречаются в кислородсодержащих водах с высоким значением PE, тогда как арсениты являются основной формой мышьяка в бескислородных водах с низким значением PE. [16]

Диаграмма Пурбе показывает совместное влияние pH и PE на образование арсената.

Загрязнение

Арсенаты, наряду с арсенитами, являются значительным источником загрязнения некоторых природных водных источников и могут привести к отравлению мышьяком при неоднократном воздействии. [19] [20] Страны с высоким содержанием минералов мышьяка в отложениях и горных породах, такие как Бангладеш , особенно подвержены риску загрязнения мышьяком. [21] [20]

Отравление арсенатом

Арсенат вреден для человека и животных , так как нарушает нормальное функционирование гликолиза и цикла Кребса . Арсенат заменяет неорганический фосфат на стадии гликолиза , в результате которого из глицеральдегид-3-фосфата образуется 1,3-бисфосфоглицерат . Вместо этого образуется 1-арсено-3-фосфоглицерат , который нестабилен и быстро гидролизуется , образуя следующий промежуточный продукт пути — 3-фосфоглицерат . Таким образом, гликолиз продолжается, но теряется молекула АТФ , которая могла бы образоваться из 1,3-бисфосфоглицерата – 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

Рекомендации

  1. ^ ПабХим. «Арсенат-ион». pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . Проверено 2 апреля 2023 г.
  2. ^ abc "Минерал арсенат | Британника" . www.britanica.com . Проверено 2 апреля 2023 г.
  3. ^ Ваалкес, Майкл П. (2019), Баан, Роберт А.; Стюарт, Бернард В.; Стрейф, Курт (ред.), «Мышьяк и металлы», Согласование локализации опухоли и механизмы канцерогенеза , Научные публикации IARC, Лион (Франция): Международное агентство по исследованию рака, ISBN 978-92-832-2217-0, PMID  33979075 , получено 2 апреля 2023 г.
  4. ^ «P1: Стандартные потенциалы восстановления по элементам» . Химия LibreTexts . 2 декабря 2013 года . Проверено 29 марта 2023 г.
  5. ^ ab Загрязнители, Комитет Национального исследовательского совета (США) по медицинскому и биологическому воздействию окружающей среды (1977). Химия мышьяка. Издательство национальных академий (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 . Проверено 2 апреля 2023 г.
  9. ^ «Глобальная проблема пестицида арсената свинца». Lead.org.au. _ Проверено 2 апреля 2023 г.
  10. ^ Дарис, Петра; Шмид, Томас (28 мая 2021 г.). «Микросоединения в раннесредневековом египетском синем цвете несут информацию о происхождении, производстве, применении и старении». Научные отчеты . 11 (1): 11296. Бибкод : 2021NatSR..1111296D. дои : 10.1038/s41598-021-90759-6. ISSN  2045-2322. ПМЦ 8163881 . ПМИД  34050218. 
  11. ^ Корбей, Мари-Клод; Шарланд, Жан-Пьер; Моффатт, Элизабет А. (2002). «Характеристика кобальтово-фиолетовых пигментов». Исследования в области консервации . 47 (4): 237–249. дои : 10.2307/1506784. ISSN  0039-3630. JSTOR  1506784.
  12. ^ "Кобальт фиолетовый". КолорЛекс . Проверено 10 апреля 2023 г.
  13. ^ "Арсенат кобальта - КАМЕЯ" . www.cameo.mfa.org . Проверено 10 апреля 2023 г.
  14. ^ abc Бартон, К. (1 января 2014 г.), «Древесина, обработанная CCA», в Векслере, Филиппе (редактор), Энциклопедия токсикологии (третье издание) , Оксфорд: Academic Press, стр. 751–752, ISBN 978-0-12-386455-0, получено 10 апреля 2023 г.
  15. ^ Ликар, М; Шауэр, П; Япель, М; Глобокар, М; Оклобдия, М; Повсе, А; Сунич, В. (1 января 1970 г.). «Синтез и противомикробная активность некоторых теноиламидов». Журнал медицинской химии . 13 (1): 159–161. дои : 10.1021/jm00295a053. ISSN  1520-4804. ПМИД  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 Джекель, М.; Эми, GL (1 января 2006 г.), Ньюкомб, Гейл; Диксон, Дэвид (ред.), «Глава 11. Удаление мышьяка при очистке питьевой воды», « Наука и технология интерфейса» , «Наука интерфейса в очистке питьевой воды», Elsevier, vol. 10, стр. 193–206 , получено 15 апреля 2023 г.
  18. ^ Загрязнители, Комитет Национального исследовательского совета (США) по медицинскому и биологическому воздействию окружающей среды (1977). Химия мышьяка. Издательство национальных академий (США).
  19. ^ Санчес-Родас, Даниэль; Луис Гомес-Ариса, Хосе; Хиральдес, Инмакулада; Веласко, Альфредо; Моралес, Эмилио (1 июня 2005 г.). «Видообразование мышьяка в речных и устьевых водах юго-запада Испании». Наука об общей окружающей среде . 345 (1–3): 207–217. Бибкод : 2005ScTEn.345..207S. doi : 10.1016/j.scitotenv.2004.10.029. ISSN  0048-9697. ПМИД  15919540.
  20. ^ аб "Мышьяк". www.who.int . Проверено 15 апреля 2023 г.
  21. ^ UCL (10 мая 2022 г.). «Снижение воздействия на население мышьяка в грунтовых водах в Бангладеш». UCL Науки о Земле . Проверено 15 апреля 2023 г.
  22. ^ «Как мышьяк убивает?». www.livscience.com . Проверено 31 марта 2023 г.
  23. ^ аб Хьюз, Майкл Ф. (7 июля 2002 г.). «Токсичность мышьяка и потенциальные механизмы действия». Письма по токсикологии . 133 (1): 1–16. дои : 10.1016/s0378-4274(02)00084-x. ISSN  0378-4274. ПМИД  12076506.