三氧化二砷

无臭剧毒的白色霜状粉末

三氧化二 ( 砷 trioxide),俗称砒霜,是砷的 氧化物 , 化学式 为As 2 O 3 ,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 的 氢氧化物 或 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 和 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As 4 O 6 的形态存在,而As 2 O 3 只存在于高温气相中,即800 ℃以下时(包括常温)的形态为As 4 O 6 ,加热至800 ℃以上时As 4 O 6 分解为As 2 O 3 。 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(H 3 AsO 3 ), 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。 As 2 O 3 不燃 ,有剧毒 。

与酸或碱反应

As 2 O 3 溶于 稀盐酸 、 碱金属 的 氢氧化物 或 碳酸盐 溶液中。 As 2 O 3 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

As 2 O 3 常温下稳定,不易被氧化,在碱性溶液中容易被氧化。 As 2 O 3 可被 HClO 氧化为H 3 AsO 4 ,反应如下:

As 2 O 3 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

As 2 O 3 易被 还原剂 还原成元素砷,工业上用碳还原As 2 O 3 以制备高纯砷。

As 2 O 3 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 AsH 3 气体,与水煮沸也会生成AsH 3 气体:

与盐反应

As 2 O 3 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 臭氧 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 、 焰火 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 及 助催化剂 。如采用 过磷酸 钾- 硫酸亚铁 (K 4 P 2 O 7 -FeSO 4 )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 (V 2 O 5 )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

将 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 和 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/m 3 。 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/m 3 。

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

用 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 呈 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

  1. Arsenic oxide (As2O3) pubchem 2023-07-31
  2. 三氧化二砷 International Labour Organization 2023-08-15
  3. Arsenic Trioxide (Monograph) Drugs.com 2023-08-15
  4. ARSENIC TRIOXIDE ATAMAN CHEMICALS 2023-08-15
  5. 《医疗用毒性药品管理办法》(国务院令第23号) 国家药品监督管理局 2023-08-15
  6. 三氧化二砷 国际化学品安全卡 2023-07-31
  7. 标准号:GB 1256-2008 国家标准全文公开系统 2023-07-31