三氧化二砷
无臭剧毒的白色霜状粉末
三氧化二( trioxide),俗称砒霜,是砷的氧化物化学式为As2O3,有剧毒。三氧化二砷呈白色或透明,玻璃状无定形块状或结晶粉末。天然产出的三氧化二砷矿物为砷华立方体)和白砷石(单斜体)。其在常温下稳定,加热时易升华,溶于稀盐酸碱金属氢氧化物碳酸根溶液中。
三氧化二砷是一种古老的毒物,古时多称砒霜,古时已应用于医疗领域,包括内科、外科、妇科学皮肤科以及恶性肿瘤等,也用于伴种以杀虫脒防病。
三氧化二砷具有生物毒性,主要影响神经系统毛细血管通透性,对皮肤和黏膜有刺激作用,会出现急性中毒,甚至导致癌症,人口服微量即可致死。同时三氧化二砷也被用来治疗急性早幼粒细胞白血病原发性肝癌晚期等疾病。工业上被用作玻璃的去氧和脱色剂、澄清剂,浸洗羊毛,制作砷合金和半导体原料,还可用于涂料和染料制造及化学分析试剂,以及陶瓷和搪[táng]瓷等工业。农业上可用于防治病虫害及作其他砷盐农药的原料等。
作为毒物的历史
砒霜记载于南北朝雷敦所著《雷公炮炙论》,证明其已有1400余年的应用历史。《开宝本草》云:“飞炼砒黄而成。”说明古代所用砒霜多由砒石经烧炼升华而得。宋慈的《洗冤集录》总结了砷中毒的诊断方法:“砒霜野葛毒,得一伏时,遍身发小疱作青黑色,眼睛耸出,腹肚关胀,十指甲青黑”;“若验服毒(砒霜)用银钗”等。元代颁布的《元医药政令》中规定的毒药包括砒霜等,2005年版《中华人民共和国药典》中对大毒、有毒类中药的描述与其基本一致。
中国古代砒霜也应用于医疗领域,在内科用于治疗哮喘、疟疾、痢疾、牛带绦虫绦虫[tāo chóng]),在外科病用于治疗疮疡肿痛,在皮肤科及五官科用于治疗癣疮、喉痹、牙痛,在妇科学用于治疗闭经、少腹疼痛等,以及噎膈[yē gé]、胁下癖、血积聚、翻花瘤和翻花痔、皮肤癌等恶性肿瘤。《天工开物》中还介绍了北方农民用砒霜伴种,以达到杀虫防病效果的技术。
古人所说的鹤顶红,是古文化对砒霜的一个美学化的称谓,其实就是不纯的三氧化二砷,呈绯红色,又叫红矾
此外,有将砒霜误作“碳酸钠”“Talcum powder”“面粉”“番薯面”而引起急性中毒。也有把盛过砒霜的麻袋,未经彻底扫净清洗后又装粮食而误食中毒。家庭配制毒饵以灭鼠,儿童不明情况误食中毒。配制含砷的杀虫脒喷雾剂,使用不慎吸入而致中毒。
物化性质
物理性质
三氧化二砷呈白色或透明,玻璃状无定形块状或结晶粉末。微溶于水,但溶解非常缓慢,20 °C时溶解度为1.2~3.7 g/100ml;更易溶于热水。在潮湿存在下对金属有腐蚀性。无嗅,水溶液略带甜味。其摩尔质量为197.841 g/摩尔
三氧化二砷有无色立方晶型、无色单斜晶系晶型和无定型三种变体。天然产出的三氧化二砷矿物为砷华立方体)和白砷石(单斜体)。
立方晶系转化为单斜晶系的温度为221 ℃,单斜晶系转化为无定形的温度为258.4 ℃(1.69 kPa)。三氧化二砷在低温气相时,以As4O6的形态存在,而As2O3只存在于高温气相中,即800 ℃以下时(包括常温)的形态为As4O6,加热至800 ℃以上时As4O6分解为As2O3。一般工业品以八面体状的立方晶型为主,或者为三者混合物,有时亦为无定型玻璃状物。因所含杂质不同,略呈现红色、灰色或黄色。
化学性质
三氧化二砷极缓慢地溶于冷水中成亚砷酸(H3AsO3),水溶液略带甜味。单斜晶体,立方晶体溶于乙醇;无定形体不溶于乙醇。As2O3不燃,有剧毒。
与酸或碱反应
As2O3溶于稀盐酸、碱金属的氢氧化物或碳酸盐溶液中。As2O3显两性,酸性强于碱性,所以它较易溶于强碱,生成亚砷酸盐或偏亚砷酸盐,溶于酸时生成三价的砷盐。例如:
氧化反应
As2O3常温下稳定,不易被氧化,在碱性溶液中容易被氧化。As2O3可被HClO氧化为H3AsO4,反应如下:
As2O3遇硝酸、臭氧和过氧化氢等强氧化剂生成五氧化二砷。
还原反应
As2O3易被还原剂还原成元素砷,工业上用碳还原As2O3以制备高纯砷。
As2O3在盐酸溶液或硫酸中,都可被金属锌还原成无色的、极毒的砷化氢AsH3气体,与水煮沸也会生成AsH3气体:
与盐反应
As2O3与盐类反应可生成各种砷酸盐
主要用途
医学用途
美国食品药品监督管理局(美国食品药品监督管理局,Food and Drug Administration)认证三氧二砷为抗肿瘤药,用于治疗难治性或复发性急性早幼粒细胞白血病,新诊断的急性早幼粒细胞白血病。中国药典临床用药须知记载,三氧二砷的适应症为急性早幼粒细胞白血病,原发性肝癌晚期。需要注意的是,三氧化二砷属于医疗用毒性药品,毒性剧烈、治疗量与中毒剂量相近,使用不当会致人中毒或死亡的药品。
工业用途
工业上三氧化二砷用以制造乳白色的玻璃以及玻璃的去氧和脱色剂、澄清剂;用作浸洗羊毛、皮毛的消毒防腐;还可用于涂料和染料制造及化学分析试剂;也用作防腐剂和锅炉防垢剂以及用于陶瓷和搪瓷、颜料、制革放礼花等工业。还可用作气体脱硫剂,锌选矿及鱼网防护剂,子弹头用铅的硬化剂,也用于提炼纯砷,制造金属砷和砷化物。在新兴电子工业方面可用于生产半导体砷化镓,三氧化二砷还可以提炼生产元素砷,进一步制备砷合金和半导体材料
三氧化二砷也用于有机合成催化剂助催化剂。如采用过磷酸钾-硫酸亚铁(K4P2O7-FeSO4)催化剂进行丁二烯-苯乙烯聚合时,加入少量三氧化二砷可改变单体转化率的比值。三氧化二砷对一些金属催化剂具有较强的致毒作用,如铂(Pt)、五氧化二钒(V2O5)等。
农业用途
农业方面三氧化二砷可用于防治病虫害及作其他砷盐农药的原料,防腐剂杀菌剂除草剂、皮革保存剂。三氧化二砷也是常用的杀鼠药。还可用作为电杆及柱桩的防腐。
制备方法
三氧化二砷的制备方法主要有火法工艺和湿法工艺。火法工艺主要有焙烧法、蒸馏法及熔炼法。湿法工艺主要有热水浸出法、氧化浸出-还原法、硫酸铜置换法、硫酸铁法等。
氧化焙烧法
雄黄矿石或雌黄矿石在反射炉或沸腾炉氧化焙烧经焙烧,除尘和沉降等处理后制得三氧化二砷,副产二氧化硫可回收利用。
副产法
大规模回收砷的矿石主要有铜砷矿、砷钴矿[shēn gǔ kuàng],砷金矿、砷铅矿、砷锡矿、砷铁矿、砷汞矿等,将破碎的矿石进行氧化焙烧,生成的气体经除尘、冷却、捕集,即得三氧化二砷。
实验室制法
三氯化砷溶于热电导水中,放置过夜,则析出三氧化二砷结晶。
安全事宜
毒理
毒理学数据
男人(经口)的半数致死量为1430 μg/kg,人口服致死剂量低于5 mg/kg。
GHS分类
GHS信号:危险
GHS危害声明:
H300:吞咽致命 [危险急性毒性,口服]
H314:造成严重的皮肤灼伤和眼睛损伤 [危险 皮肤腐蚀/刺激]
H331:吸入有毒 [危险 吸入急性毒性]
H341:怀疑引起遗传缺陷 [警告配子致突变性]
H350:可能致癌 [致癌危险性]
H372:长期或反复接触会对器官造成损害[危险 特定靶器官毒性,反复接触]
H410:对水生生物有剧毒,影响持久 [警告 对水生环境有害,长期危害]
主要影响神经系统毛细血管通透性,对皮肤和黏膜有刺激作用。口服中毒出现恶心,呕吐,腹痛,大便有时混有血液,四肢痛性肌肉痉挛,少尿,无尿昏迷,抽搐,呼吸麻痹而死亡。可在急性中毒的1~3周内发生周围神经病。可发生中毒性心肌炎肝炎。大量吸入可引起急性中毒,但消化道症状轻,指(趾)甲上出现米氏纹。消化系统症状,肝肾损害,皮肤色素沉着、角化过度或疣状增生[yóu zhuàng zēng shēng],以及多发性周围神经炎。可致肺癌、皮肤癌。
防护措施
防止粉尘扩散,避免孕妇接触,避免一切接触。局部排气通风或进行呼吸防护。需佩戴防护手套,穿防护服。如果为粉末,需佩戴安全护目镜或眼睛防护结合呼吸防护。工作时不得进食、饮水或吸烟。进食前洗手。
空气中最高允许浓度为0.3 mg/m3。美国职业安全及卫生管理局标准一空气时间加权平均值10 g/m3。
急救措施
吸入者需迅速脱离现场至空气新鲜处,休息,如呼吸困难,给输氧,给予医疗护理。皮肤接触者需脱去污染的衣服,冲洗,然后用水和肥皂冲洗皮肤,给予医疗护理。眼睛接触者先用大量水冲洗几分钟(如可能易行,摘除隐形眼镜),然后就医。食入者需漱口,催吐(仅对清醒病人),休息并给予医疗护理。
储存运输
塑料袋外套木箱贮运,需有“剧毒品”标志。应密闭贮存。
消防措施
周围环境着火时,允许使用各种灭火剂。火灾时须戴自给正压式呼吸器,穿全身防火防毒服
泄露应急处理
撤离危险区域,不要让该化学品进入环境,将泄漏物清扫进有盖的可密封的、塑料容器中。适当情况下,首先润湿防止扬尘。小心收集残余物中,然后按照当地规定储存和处置。 个人防护用具需要全套防护服包括自给式呼吸器。如果出现水污染,立即通知环保部门。 
测定方法
可按照《国家标准GB 1256-2008 工作基准试剂 三氧化二砷》进行测定,方法为碘溶液滴定法。具体方法为:三氧化二砷加入氢氧化钠溶解,以phenolphthalein为指示液,用硫酸溶液中和后,加碳酸氢钠及淀粉指示液,用碘标准溶液滴定至溶液呈浅蓝色。根据碘标准滴定溶液用量计算三氧化二砷的含量。
天然形态
三氧化二砷是一种剧毒药,天然产出的叫砷华。砷华是一种砷的氧化物矿物,俗称砒石,人工炼成的叫砒霜。立方晶系晶体八面体,有时有菱形十二面体;集合体常呈雪花状、土状、粉末状,或皮壳状、葡萄状、钟乳状。无色或白色,有时带蓝色、淡黄色或淡红等色调,玻璃光泽,丝绢光泽,透明;莫氏硬度1.5,完全解理;有剧毒。
白砷石是另外一种砷的氧化物矿物,属白砷石族。与砷华呈同质二象。单斜晶系。晶体常呈片状、柱状、针状、纤维状、板状(类似石膏薄板状),渗透或接触双晶常见;集合体呈皮壳状。无色、白色、橘红色,玻璃光泽,解理面上呈珍珠光泽,透明或半透明;摩氏硬度2.5,完全解理;有剧毒。
参考资料
Arsenic oxide (As2O3).pubchem.2023-07-31
三氧化二砷.International Labour Organization.2023-08-15
Arsenic Trioxide (Monograph).Drugs.com.2023-08-15
ARSENIC TRIOXIDE.ATAMAN CHEMICALS.2023-08-15
三氧化二砷.国际化学品安全卡.2023-07-31
标准号:GB 1256-2008.国家标准全文公开系统.2023-07-31
目录
概述
作为毒物的历史
物化性质
物理性质
化学性质
与酸或碱反应
氧化反应
还原反应
与盐反应
主要用途
医学用途
工业用途
农业用途
制备方法
氧化焙烧法
副产法
实验室制法
安全事宜
毒理
毒理学数据
GHS分类
防护措施
急救措施
储存运输
消防措施
泄露应急处理
测定方法
天然形态
参考资料