비소

비소 설명

비소는 기호 As와 원자 번호 33을 가진 화학 원소입니다 . 비소는 많은 광물에서 발생하며, 일반적으로 황 및 금속과 결합되어 있지만 순수한 원소 결정으로도 존재합니다. 비소는 메탈로이드입니다. 비소는 다양한 동소체를 가지고 있지만 금속성 외관을 가진 회색 형태만이 산업에 중요합니다.

비소의 주요 용도는 납 합금(예: 자동차 배터리 및 탄약)에 사용됩니다. 비소는 반도체 전자 장치에서 흔히 사용되는 n형 도펀트이며, 광전자 화합물인 갈륨 비소는 도핑된 실리콘 다음으로 가장 일반적으로 사용되는 반도체입니다. 비소와 그 화합물, 특히 삼산화 비소는 살충제, 처리된 목재 제품, 제초제 및 살충제 생산에 사용됩니다. 비소와 그 화합물의 독성에 대한 인식이 높아짐에 따라 이러한 용도는 감소하고 있습니다.

비소 화합물

비소 화합물은 주기율표의 같은 그룹(열)을 차지하는 인 화합물과 어떤 면에서 유사합니다. 비소의 가장 일반적인 산화 상태는 합금과 같은 금속 간 화합물인 비소의 경우 -3, 비소산염의 경우 +3, 비소산염과 대부분의 유기비소 화합물의 경우 +5입니다. 비소는 또한 광물 스커터루다이트의 정사각형 As3-4 이온에서 볼 수 있듯이 자기 자신과 쉽게 결합합니다. 3 산화 상태에서 비소는 외로운 전자 쌍의 영향으로 인해 일반적으로 피라미드 형태를 띠게 됩니다.

무기 화합물

가장 단순한 비소 화합물 중 하나는 독성이 강하고 가연성이 있는 발열성 아르신(AsH3)인 삼수화물입니다. 이 화합물은 실온에서 천천히 분해되기 때문에 일반적으로 안정적인 것으로 간주됩니다. 250-300°C의 온도에서는 비소와 수소로 빠르게 분해됩니다.[25] 습도, 빛의 존재, 특정 촉매(예: 알루미늄)와 같은 여러 요인이 분해 속도를 촉진합니다. 비소는 공기 중에서 쉽게 산화되어 삼산화비소와 물을 형성하며, 산소 대신 황과 셀레늄과 유사한 반응이 일어납니다.

비소는 흡습성이 있고 물에 쉽게 용해되어 산성 용액을 형성하는 무색, 무취의 결정성 산화물 As2O3("백색 비소")와 As2O5를 형성합니다. 비소(V)산은 약산이며 이 염은 지하수의 가장 흔한 비소 오염 물질이자 많은 사람들에게 영향을 미치는 문제인 비산염이라고 불립니다. 합성 비소산염에는 셸레 그린(비소산 구리 수소, 산성 구리 비소), 비소산 칼슘, 비소산 납이 포함됩니다. 이 세 가지 물질은 농업용 살충제 및 독극물로 사용되어 왔습니다.

비산염과 비소산 사이의 양성자화 단계는 인산염과 인산 사이의 양성자화 단계와 유사합니다. 인산과 달리 비소는 화학식이 As(OH)3인 진정한 3염기입니다.

비소의 황 화합물은 매우 다양하게 알려져 있습니다. 오르피먼트(As2S3)와 레알가(As4S4)는 다소 풍부하며 이전에는 페인트 안료로 사용되었습니다. As4S10에서 비소는 As4S4에서 +2의 공식적인 산화 상태를 가지며, As-As 결합을 특징으로 하여 As의 총 공유도는 여전히 3입니다. 오르피멘트와 레알가르, 그리고 As4S3에는 셀레늄 유사체가 있는데, 이와 유사한 As2Te3는 광물 칼굴리이테로 알려져 있고 음이온인 As2Te-는 코발트 착물의 리간드로 알려져 있습니다.

비소(III)의 삼할라이드는 아스타타이드를 제외하고는 모두 잘 알려져 있습니다. 5불화비소(AsF5)는 +5 산화 상태의 낮은 안정성을 반영하는 유일한 중요한 5할화물이며, 그럼에도 불구하고 매우 강력한 불소화 및 산화제입니다. (펜타클로라이드는 -50°C 이하에서만 안정하며, 이 온도에서는 삼염화물로 분해되어 염소 가스를 방출합니다.

합금

비소는 III-V 반도체 갈륨 비소, 인듐 비소 및 알루미늄 비소의 5족 원소로 사용됩니다. GaAs의 원자가 전자 수는 한 쌍의 Si 원자와 동일하지만 밴드 구조가 완전히 다르기 때문에 벌크 특성이 뚜렷합니다. 다른 비소 합금으로는 II-V 반도체 카드뮴 비소 등이 있습니다.

비소 응용 분야

농업

비소는 곤충, 박테리아, 곰팡이에 대한 독성 때문에 목재 방부제로 사용되었습니다. 비소는 또한 다양한 농업용 살충제와 독극물에도 사용되었습니다. 비소는 특히 미국에서 가금류 및 돼지 생산에서 사료 첨가제로 사용되어 체중 증가, 사료 효율 개선, 질병 예방에 사용됩니다.

의학

18세기, 19세기, 20세기에는 아르스페나민(폴 에를리히)과 삼산화비소(토마스 파울러)를 비롯한 여러 비소 화합물이 의약품으로 사용되었습니다. 삼산화 비소는 지난 500년 동안 다양한 방식으로 사용되어 왔으며, 가장 일반적으로 암 치료에 사용되었지만 파울러의 건선 치료제처럼 다양한 약품에도 사용되었습니다. 최근 연구자들은 비소-74(양전자 방출체)를 사용하여 종양의 위치를 찾고 있습니다. 이 동위원소는 신체가 요오드를 갑상선으로 운반하여 신호 잡음을 생성하는 경향이 있기 때문에 이전의 방사성 물질인 요오드-124보다 더 선명한 PET 스캔 이미지를 생성합니다. 비소 나노 입자는 다른 비소 제형보다 세포 독성이 적고 암세포를 죽이는 능력이 있는 것으로 나타났습니다.

합금

비소의 주요 용도는 납과의 합금입니다. 자동차 배터리의 납 성분은 매우 적은 양의 비소가 존재함으로써 강화됩니다. 황동(구리-아연 합금)의 탈아연화는 비소를 첨가하면 크게 감소합니다. 비소 함량이 0.3%인 "인 탈산 비소 구리"는 특정 환경에서 부식 안정성이 향상되었습니다. 갈륨 비소는 집적 회로에 사용되는 중요한 반도체 소재입니다. GaAs로 만든 회로는 실리콘으로 만든 회로보다 훨씬 빠르지만 훨씬 더 비쌉니다. 실리콘과 달리 GaAs는 직접 밴드갭이 있어 레이저 다이오드 및 LED에서 전기 에너지를 빛으로 직접 변환하는 데 사용할 수 있습니다.

군사

제1차 세계대전 후 미국은 무기화된 르위사이트(ClCH=CHAsCl2), 유기비소성 소포제(블리스터제), 폐 자극제를 20,000톤 비축했습니다. 이 비축량은 표백제로 중화되어 1950년대에 멕시코만에 버려졌습니다. 베트남 전쟁 중 미국은 카코딜레이트 나트륨과 산성 형태의 혼합물인 에이전트 블루를 레인보우 제초제 중 하나로 사용하여 북베트남 병사들의 잎사귀와 쌀을 빼앗았습니다.