Трисульфид мышьяка — неорганическое соединение с формулой As 2 S 3 . Это темно-желтое твердое вещество, нерастворимое в воде. Он также встречается в виде минерала аурипигмента (лат. auripigmentum), который использовался в качестве пигмента, называемого королевским желтым. Он производится при анализе соединений мышьяка. Это группа V/VI, собственный полупроводник p-типа , проявляющий свойства фотоиндуцированного фазового перехода. [ необходимо разъяснение ]
As 2 S 3 встречается как в кристаллической, так и в аморфной форме. Обе формы характеризуются полимерными структурами, состоящими из тригональных пирамидальных центров As(III), связанных сульфидными центрами. Сульфидные центры дважды координируются с двумя атомами мышьяка. В кристаллической форме соединение принимает гофрированную листовую структуру. [5] Связь между листами состоит из сил Ван-дер-Ваальса . Кристаллическая форма обычно встречается в геологических образцах. Аморфный As 2 S 3 не обладает слоистой структурой, но более сильно сшит. Как и в других стеклах , нет среднего или дальнего порядка, но первая координационная сфера хорошо определена. As 2 S 3 является хорошим стеклообразователем и демонстрирует широкую область стеклообразования на своей фазовой диаграмме .
Это полупроводник с прямой запрещенной зоной 2,7 эВ. [6] Широкая запрещенная зона делает его прозрачным для инфракрасного света в диапазоне от 620 нм до 11 мкм.
Аморфный As 2 S 3 получается путем сплавления элементов при 390 °C. Быстрое охлаждение реакционного расплава дает стекло. Реакцию можно представить химическим уравнением:
As 2 S 3 образуется при обработке водных растворов, содержащих As(III), H 2 S. Мышьяк в прошлом анализировали и определяли количественно с помощью этой реакции, которая приводит к осаждению As 2 S 3 , которое затем взвешивают. As 2 S 3 можно даже осадить в 6 M HCl. As 2 S 3 настолько нерастворим , что он нетоксичен.
При нагревании в вакууме полимерный As 2 S 3 «трескается», давая смесь молекулярных видов, включая молекулярный As 4 S 6 . [7] [8] As 4 S 6 принимает геометрию адамантана , подобную той, которая наблюдается для P 4 O 6 и As 4 O 6 . Когда пленка этого материала подвергается воздействию внешнего источника энергии, такого как тепловая энергия (посредством термического отжига [9] ), электромагнитное излучение (т. е. УФ-лампы, лазеры [10] , электронные пучки) [11] ), As 4 S 6 полимеризуется:
As 2 S 3 характерно растворяется при обработке водными растворами, содержащими сульфид -ионы. [ необходимо разъяснение ] Растворенная форма мышьяка представляет собой пирамидальный анион тритиоарсенита AsS 3−3:
As 2 S 3 — это ангидрид гипотетической тритиомышьяковой кислоты As(SH) 3 . При обработке полисульфидными ионами As 2 S 3 растворяется, давая множество видов, содержащих как связи S–S, так и связи As–S. Одним из производных является S 7 As−S − , восьмичленное кольцо, содержащее 7 атомов S и 1 атом As, а также экзоциклический сульфидоцентр , присоединенный к атому As. As 2 S 3 также растворяется в сильнощелочных растворах, давая смесь AsS 3−3и АсО3−3. [12]
«Обжиг» As 2 S 3 на воздухе дает летучие, токсичные производные, это превращение является одной из опасностей, связанных с очисткой руд тяжелых металлов :
Благодаря высокому показателю преломления 2,45 и большой твердости по Кнупу по сравнению с органическими фоторезистами , As 2 S 3 исследовался для изготовления фотонных кристаллов с полной фотонной запрещенной зоной. Достижения в области лазерной структурной обработки, такие как трехмерная прямая лазерная запись (3-D DLW) и химическая химия влажного травления , позволили использовать этот материал в качестве фоторезиста для изготовления трехмерных наноструктур. [13] [14]
Поскольку 2 S 3 исследовался для использования в качестве фоторезистивного материала высокого разрешения с начала 1970-х годов, [15] [16] с использованием водных травителей. Хотя эти водные травители позволяли изготавливать двумерные структуры с низким соотношением сторон, они не позволяют травить структуры с высоким соотношением сторон и трехмерной периодичностью. Некоторые органические реагенты, используемые в органических растворителях, допускают высокую селективность травления, необходимую для производства структур с высоким соотношением сторон и трехмерной периодичностью.
As 2 S 3 и As 4 S 4 исследовались в качестве средств лечения острого промиелоцитарного лейкоза (ОПЛ).
Трисульфид мышьяка, произведенный в аморфной форме, используется в качестве халькогенидного стекла для инфракрасной оптики . Он прозрачен для света в диапазоне длин волн от 620 нм до 11 мкм. Стекло из трисульфида мышьяка более устойчиво к окислению, чем кристаллический трисульфид мышьяка, что сводит к минимуму проблемы токсичности. [17] Его также можно использовать в качестве акустооптического материала.
Трисульфид мышьяка использовался для создания характерной восьмигранной конической носовой части инфракрасной головки самонаведения ракеты de Havilland Firestreak .
По имеющимся данным, древние египтяне использовали аурипигмент, натуральный или синтетический, в качестве пигмента в искусстве и косметике.
Трисульфид мышьяка также используется в качестве дубильного вещества. Ранее он использовался с красителем индиго для производства карандашной синьки, которая позволяла добавлять темно-синие оттенки к ткани с помощью карандаша или кисти.
Осаждение трисульфида мышьяка используется в качестве аналитического теста на присутствие диссимиляционных мышьяквосстанавливающих бактерий (DARB). [18]
Поскольку 2 S 3 настолько нерастворим, что его токсичность низкая. Старые образцы могут содержать значительные количества оксидов мышьяка, которые растворимы и поэтому очень токсичны.
Аурипигмент встречается в вулканических средах, часто вместе с другими сульфидами мышьяка, в основном с реальгаром . Иногда его находят в низкотемпературных гидротермальных жилах вместе с некоторыми другими сульфидными и сульфосолевыми минералами.