สารหนู

สารหนู เป็นชื่อธาตุลำดับที่ 33 สัญลักษณ์ As ลักษณะเป็นของแข็ง มีสามอัญรูป คือ สารหนูสีเทา สารหนูสีดำ และสารหนูสีเหลือง สารหนูเป็นพิษทั้งธาตุบริสุทธิ์และสารประกอบ หากร่างกายได้รับในปริมาณมาก

แหล่ง

สารหนูเป็นธาตุเสรี ในธรรมชาติมีอยู่เป็นจำนวนน้อย อาจพบได้ในสายแร่เงิน ส่วนใหญ่อยู่ในสารประกอบเป็นแร่หลายชนิดกระจายอยู่ทั่วโลก แร่ที่มีสารหนูเป็นตัวประกอบ เช่น อาร์เซโนไพไรต์ (FeAsS) หรดาลกลีบทองหรือออร์พิเมนต์ (As₂S₃) หรดาลแดงหรือรีอัลการ์ (As₄S₄) อาร์เซโนไลต์ (As₂O₃) เลิลลิงไกต์ (FeAs₂) นิกโคโลต์ (NiAs)

นอกจากนี้ สารหนูยังเป็นผลพลอยได้จากกระบวนการที่ปฏิบัติกับสินแร่เงิน ตะกั่ว ทองแดง นิกเกิล และโคบอลต์ ประเทศรายใหญ่ผู้ผลิตสารหนู ได้แก่ สหรัฐอเมริกา สวีเดน และเม็กซิโก

การเตรียม

การเตรียมสารหนูในเชิงพาณิชย์มักใช้แร่อาร์เซโนไพไรต์ซึ่งเป็นแร่ธรรมดาสามัญของสารหนู เผาอาร์เซโนไพไรต์ที่ 650-700°ซ. ในที่ไม่มีอากาศ ได้สารหนูระเหิดเป็นไอออกมา คงเหลือ FeS แล้วจึงควบแน่นไอสารหนูเป็นของแข็ง วิธีเตรียมสารหนูอีกวิธีหนึ่งคือรีดิวซ์ออกไซด์ As₂O₃ ด้วยถ่านที่ 700-800°ซ.

องค์ประกอบ

สารหนูมีเลขเชิงอะตอม 33 อยู่ในคาบที่ 4 หมู่ VA หรือหมู่ 15 ตามแต่วิธีจัดหมู่ของตารางพีริออดิก และเป็นธาตุกึ่งโลหะ

โครงแบบอิเล็กตรอนเป็นดังนี้ [Ar] 4s² 3d¹⁰ 4p³ โดย [Ar] คือโครงแบบอิเล็กตรอนแสดงการกระจายตัวของอิเล็กตรอนในระดับพลังงานต่าง ๆ ของธาตุอาร์กอน น้ำหนักเชิงอะตอม 74.9216 สารหนูมีไอโซโทปเสถียรเพียงไอโซโทปเดียว คือ As-75 และมีไอโซโทปกัมมันตรังสีสังเคราะห์อีกยี่สิบสองไอโซโทป

อัญรูป

สารหนูมีสามอัญรูป ได้แก่

1. สารหนูดำ อยู่ในรูปอสัณฐาน ได้จากอาร์ซีน (AsH₃) เมื่อสลายตัวด้วยความร้อน
2. ถ้าหากทำให้ไอของสารหนูเย็นลงอย่างรวดเร็วจะได้สารหนูเหลือง ประกอบด้วยโมเลกุล As₄ โครงผลึกเป็นลูกบาศก์ สารหนูเหลืองระเหยเป็นไอง่ายและว่องไวต่อปฏิกิริยาเคมีมากกว่าสารหนูที่เป็นโลหะ ความหนาแน่น 1.73 กรัมต่อหนึ่งลูกบาศก์เซนติเมตร
3. อัญรูปที่เสถียรอยู่ในอุณหภูมิห้องคือสารหนูเทา เป็นโลหะ เปราะ มีสีเทาซึ่งเปลี่ยนไปเป็นสีเทาแก่และสีดำต่อไปอย่างรวดเร็ว โครงผลึกเป็นรอมโบฮีดรัล ความหนาแน่น 5.73 กรัมต่อหนึ่งลูกบาศก์เซนติเมตร ที่อุณหภูมิห้องเมื่อเผาร้อนจะระเหิด จุดระเหิดเหลว 817.2°ซ. ที่ความดัน 28 บรรยากาศ นำความร้อนและไฟฟ้าได้ดีมาก

สมบัติ

1. สถานะออกซิเดชันของสารหนู คือ -3, 0, +3, +5 กล่าวคือเป็นได้ทั้งบวกและลบ สารหนูเป็นธาตุกึ่งโลหะ การมีสมบัติเป็นกึ่งโลหะหมายความว่าสามารถทำปฏิกิริยาได้กับทั้งโลหะและอโลหะ ออกไซด์ของสารหนูเป็นทั้งกรดและเบส ทำปฏิกิริยาได้ดีกับคลอรีนและฟอสฟอรัสซึ่งเป็นอโลหะ และทำปฏิกิริยากับโลหะอื่นจำนวนมากให้อาร์เซไนด์
2. สารหนูไม่ละลายในกรดไฮโดรคลอริกถ้าไม่มีออกซิเจน และถึงแม้จะมีออกซิเจนอยู่ด้วยก็ละลายได้ช้า ทั้งนี้ ไม่ละลายในกรดซัลฟิวริกเจือจาง แต่จะทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟิวริกเข้มข้นร้อนโดยให้ As₄O₆ และไม่ได้ซัลเฟต กับทั้งยังทำปฏิกิริยากับกรดไนทริกเจือจางร้อนโดยให้กรดอาร์เซเนียส (H₃AsO₃) และกับกรดไนทริกเข้มข้นโดยให้กรดอาร์เซนิก (H₃AsO₄)
3. เมื่อเผาสารหนูจะได้อาร์เซนิกเซสควิออกไซด์ (As₄O₆) ซึ่งมีกลิ่นกระเทียม มักเรียกกันว่า “สารหนูขาว” ละลายในน้ำได้เล็กน้อย ให้สารละลายกรดอาร์เซเนียส As₄O₆ เป็นแอมโฟเทอริก แต่ค่อนข้างเป็นกรดมากกว่าเบส ละลายได้ดีในแอลคาไลโดยให้อาร์เซไนต์
4. สารหนูไม่ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนโดยตรงในการให้อาร์เซนิกเพนทอกไซด์ (As₂O₅) ซึ่งกรณีนี้ไม่เหมือนฟอสฟอรัสที่ให้ฟอสฟอรัสเพนทอกไซด์ (P₂O₅) แต่จะเตรียม As₂O₅ ได้จากการออกซิไดส์สารหนูด้วยกรดไนทริก As₂O₅ ละลายได้ดีในน้ำโดยให้สารละลายกรดอาร์เซนิก
5. สารหนูรวมกับแฮโลเจนได้โดยตรงและให้อาร์เซนิกไทรแฮไลด์ หรือจะใช้ปฏิกิริยาระหว่างออกไซด์หรือซัลไฟด์กับแฮโลเจนก็ได้
6. สารหนูรวมกับกำมะถันให้ซัลไฟด์หลายชนิด เช่น As₂S₄ (สารหนูแดง) As₂S₃ (สารหนูเหลือง) และ As₂S₅ ซัลไฟด์เหล่านี้มีสมบัติเป็นกรดและละลายได้ในเบสแก่

ประโยชน์และโทษ

ทั้งธาตุและสารประกอบของสารหนูมีพิษมาก เมื่อเข้าไปในร่างกายทั้งโดยการกินและการหายใจจะทำลายระบบทางเดินอาหารและส่วนอื่น ๆ ของร่างกาย และในที่สุดก็ทำให้ถึงแก่ความตาย จึงนิยมใช้เป็นยาเบื่อหนูและเป็นที่มาของชื่อ “สารหนู” ในภาษาไทย นอกจากนี้ยังนิยมใช้ในการฆาตกรรมอีกด้วย สารแก้พิษสารหนูที่ดีคือสารแขวนลอยของแมกนีเซียมหรือเฟร์ริกไฮดรอกไซด์ หรืออาจใช้น้ำปูนใส (แคลเซียมไฮดรอกไซด์) เนื่องจากสารดังกล่าวทำให้อาร์เซไนต์ที่ไม่ละลายเกิดตกตะกอนออกมา

ถึงแม้จะทราบกันมานานแล้วว่าสารหนูเป็นพิษ แต่ผู้คนก็ยังยอมรับว่าสารหนูมีประโยชน์อยู่บ้าง ในสมัยพุทธกาล ฮิปโปคราตีสได้นำสารประกอบของสารหนูมาเป็นองค์ประกอบของยารักษาโรค ชาวกรีกและชาวโรมันใช้สารหนูแดงและสารหนูเหลืองซึ่งเป็นซัลไฟด์ทำสารสีเมื่อต้องการสีแดงและสีเหลือง ใน พ.ศ. 2452 พอล แอร์ลิช (Paul Ehrlich) นักวิทยาแบคทีเรียชาวเยอรมันพบว่า สารอินทรีย์ที่มีสารหนูสามารถใช้รักษาโรคซิฟิลิส การใช้สารหนูเป็นองค์ประกอบของยารักษาโรคซิฟิลิสยังคงดำเนินต่อมาเรื่อย ๆ ในสมัยที่ยังไม่มีแพนนิซิลลิน

สารหนูยังใช้ในการทำทองบรอนซ์และทำดอกไม้ไฟ นอกจากนี้ ในการทำแบตเตอรี่สะสมไฟฟ้าถ้าผสมสารหนูเล็กน้อยในตะกั่วและพลวงจะทำให้ได้โลหะผสมที่มีคุณภาพดีขึ้น

การทดสอบ

เนื่องจากสารหนูเป็นอันตรายต่อคนอย่างร้ายแรง จึงควรรู้จักวิธีทดสอบสารหนู สารประกอบของสารหนูในสถานะออกซิเดชัน-3 ที่รู้จักกันดีที่สุดคือ อาร์ซีน (AsH₃) ซึ่งเป็นแก๊สไร้สีและเป็นพิษมาก อาร์ซีนได้จากการแยกสลายอาร์เซไนต์ด้วยน้ำ หรือการรีดิวซ์สารประกอบของสารหนูด้วยสังกะสีหรือดีบุกในสารละลายกรด ดังนั้น ถ้าสามารถตรวจพิสูจน์ได้ว่ามีอาร์ซีนเกิดขึ้น ย่อมแสดงว่าสารที่สงสัยนั้นมีสารหนู วิธีทดสอบมีสองวิธีซึ่งใช้ได้ดีมีประสิทธิภาพแม้มีสารหนูอยู่เพียงเล็กน้อยก็ตาม ดังนี้

• การทดสอบแบบมาร์ช (Marsh Test) เมื่อได้แก๊สที่สงสัยว่าเป็นอาร์ซีน เผาแก๊สนั้นด้วยความร้อนให้แยกสลายในหลอดทดลอง ถ้าเกิดเงาโลหะบนผนังหลอดทดลองแสดงว่ามีสารหนู
• การทดสอบแบบกุทไซท์ (Gutzeit Test) เอากระดาษทดสอบชุบเมอร์คิวริกคลอไรด์หรือเมอร์คิวริกบรอไมด์สัมผัสแก๊สต้องสงสัย ถ้าเป็นอาร์ซีนกระดาษจะเปลี่ยนเป็นสีน้ำตาล

อาร์ซีนเป็นแก๊สพิษอย่างแรง ระหว่างทำการทดสอบต้องหลีกเลี่ยงการสูดหายใจเอาอาร์ซีนเข้าไป

ที่มา วิกิพีเดีย