أرسين

الأكسدة

2 AsH3 + 3 O2 → As2O3 + 3 H2O

وفي هذا الصدد، يحترق الأرسين بأكسجين الهواء بلهب أزرق خافت إلى أكسيد الزرنيخ الثلاثي والماء:

وفي هذا السياق، في حال عدم وجود كمية كافية من الأكسجين أو عند درجة حرارة احتراق منخفضة، حيث يحترق (يتأكسد) الهيدروجين فقط إلى الماء. أما المؤكسدات القوية مثل فوق منغنات البوتاسيوم وتحت كلوريت الصوديوم وحمض النتريك.

التفكك الحراري

2 AsH3 → 3 H2 + 2 As

ومن ناحية أخرى، إن مركب الأرسين غير ثابت بالمقارنة مع العناصر المكونة له، أي أنه ثابت حركياً ولكنه غير ثابت ترموديناميكياً. يعد تفاعل التفكك هذا أساس اختبار مارش للكشف عن الزرنيخ الفلزي.

التحضير

Zn3As2 + 6 H+ → 2 AsH3 + 3 Zn2+

وفي هذا السياق، بإجراء عملية اختيار مناسبة للمواد الداخلة في التفاعل يمكن الحصول على شكل نقي من الأرسين.

الاستخدامات

في هذا الإطار، ينتج غاز الأرسين من تفاعل أملاح الزرنيخيدات مع الماء أو الأحماض الممددة (تفاعل حلمهة):

4 AsCl3 + 3 NaBH4 → 4 AsH3 + 3 NaCl + 3 BCl3

من جانب آخر، كما يمكن إجراء عملية التحضير من تفاعل أملاح الزرنيخ الثلاثي مع الهيدريدات مثل تفاعل بورهيدريد الصوديوم مع كلوريد الزرنيخ الثلاثي كما في المعادلة:

AsH3 + NaNH2 → NaAsH2 + NH3

وعلى صعيد آخر، من جهة أخرى يمكن برتنة الأرسين بالأحماض الفائقة ليعطي الملح +[AsH4] والذي يمكن فصله.

من جانب آخر، كما من الممكن أن يفقد الأرسين إحدى ذرات الهيدروجين وذلك في التفاعل مع ثلاثي ألكيل الألومنيوم حيث يشكل ثلاثي الوحدات R2AlAsH2]3] حيث R = (CH3)3C ثالثي البوتيل.

تطبيقات إلكترونية مكروئية

Ga(CH3)3 + AsH3 → GaAs + 3 CH4

علاوةً على ذلك، نظرا لسمية المركب فإن إصدار الغاز يتم عن طريق امتزاز الأرسين على مركب له خواص مسامية مكروئية Microporous material حيث يمكن التحكم بدرجة إصدار الغاز السام، مما يوفر شروط سلامة ملائمة أثناء العمل.

وفي هذا الصدد، يستعمل الأرسين في تحضير المواد الداخلة في تركيب أشباه الموصلات في هندسة الإلكترونيات الدقيقة، وليزر الحالة الصلبة. مثال على ذلك زرنيخيد الغاليوم GaAs الذي يحضر من عملية ترسيب كيميائي للبخار عند درجات حرارة تتراوح بين 700-900°س.

علم الأدلة الجنائية

كذلك، للأرسين تطبيقات في علم الأدلة الجنائية حيث يتشكل كمركب وسطي أثناء الكشف عن التسمم بالزرنيخ. من إحدى طرق الكشف عن التسمم بالزرنيخ اختبار مارش، والذي يولد الأرسين في حال وجود الزرنيخ. يتضمن الاختبار، الذي اكتشفه الكيميائي البريطاني James Marsh عام 1836، مفاعلة عينة يشك أنها حاوية على الزرنيخ من جسد الجثة (المعدة غالباً) مع الزنك بوجود حمض الكبريتيك الممدد. في حال وجود الزرنيخ يتشكل لدينا غاز الأرسين والذي يمرر على أنبوب زجاجي، حيث يخضع إلى عملية تفكك حراري، مما يؤدي إلى تشكل راسب أسود من الزرنيخ (مرآة سوداء).

إضافةً إلى ذلك، انتشر استخدام هذا الاختبار في نهاية القرن التاسع عشر وبداية القرن العشرين، إلا أنه في الوقت الحالي تستعمل أجهزة تحليلية مثل المطيافية الذرية وفلورية الأشعة السينية والبلازما المقترنة بالتحريض.

تفاعلات حمض-أساس

ومن ناحية أخرى، لا يعد الأرسين AsH3 من القواعد مقارنة مع الأمونياك NH3، لكن حمضيته بالمقابل هي موضع نقاش، إذ أنه من الممكن نزع بروتون منه كما في التفاعل مع أميد الصوديوم:

تفاعلات أخرى

AsH3 + 3H2O + 6Ag+ → As(OH)3 + 6H+ + 6Ag

ومن جهة أخرى، يتضمن هذا التفاعل إحدى مراحل الكشف عن الزرنيخ في اختبار غوتسايت Gutzeit test. يتضمن هذا الاختبار اختزال مركبات الزرنيخ المائية بالزنك بوجود حمض الكبريتيك، حيث ينتج الأرسين من هذا التفاعل، والذي يمرر على محلول الفضة، مما يؤدي إلى ترسب الفضة حيث تشكل مرآة فضية على إناء التفاعل.

ومن جهة أخرى، يتفاعل الأرسين في المحاليل المائية بصفة اختزالية حيث يقوم مثلاً باختزال محلول نترات الفضة مشكلاً الفضة الفلزية:

التاريخ

وفي السياق ذاته، ذكر كارل شيلي غاز الأرسين في مذكراته عام 1775 وذلك عندما قام باختزال أكسيد الزرنيخ الثلاثي باستخدام الزنك بوجود وسط حمضي.

الخواص

وفي هذا الصدد، استعمل غاز الأرسين كسلاح كيميائي في الحرب العالمية الأولى من قبل القوات الألمانية وكان ضمن فئة الأسلحة المرمزة بالصليب الأخضر.

As2O3 + 6Zn + 6H2SO4 → 2AsH3 + 6ZnSO4 + 3H2O

الفيزيائية

وفي السياق ذاته، يتكون الأرسين بنيوياً من هرم ثلاثي تشكل فيه ذرات الهيدروجين قاعدة مثلثة، وتكون ذرة الزرنيخ على رأس ذلك الهرم. زاوية الرابطة H-As-H مقدارها 91.83°، وهي بذلك أقل من زاوية رباعي السطوح 109.5°، وذلك نتيجة وجود زوج إلكتروني على ذرة الزرنيخ، والذي يؤدي أثر التدافع الكهربائي الساكن له إلى نقصان مقدار انفراج الزاوية، كما تلعب طول الرابطة As-H والتي تبلغ 1.519 أنغستروم دوراً في انخفاض تلك القيمة. لدى الأرسين عزم ثنائي قطب ضعيف مقداره 0.22 ديباي.

الكيميائية