物理 [元素周期表] 砷
砷 (Arsenic)
基本信息
元素符号: As
原子序数: 33
原子量: 74.9216
位置: 位于元素周期表第四周期，第15族（VA族），属于类金属（半金属），位于磷和锑之间。
电子构型: [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p³
原子结构
电子特征: 4s轨道满电子，4p轨道三个电子（半满稳定构型）。常见氧化态为+3、+5、-3，其中+3毒性最强。
天然同位素: 只有⁷⁵As一种稳定同位素，是自然界中唯一的单同位素类金属元素。
物理性质
外观: 钢灰色金属光泽（灰砷），质脆。
同素异形体: 主要存在三种同素异形体——灰砷（稳态，类金属）、黄砷（分子晶体As₄，不稳定，光敏）、黑砷（无定形，类似黑磷）。
密度: 5.73 g/cm³（灰砷）。
熔点与沸点: 熔点817°C（加压下），在常压下约613°C时直接升华（不熔融），沸点约615°C（升华）。
升华特性: 加热时固体砷可直接转化为砷蒸气（黄橙色），蒸气冷凝后形成玻璃状黑砷或黄砷。
化学性质
常温稳定性: 常温下在干燥空气中稳定。在潮湿空气中表面可缓慢氧化形成黑色氧化膜。
高温氧化: 加热时与氧气反应生成三氧化二砷（As₂O₃，白色“砒霜”烟雾），具有大蒜气味。
酸溶性: 不溶于稀盐酸、稀硫酸和水。可溶于硝酸（生成砷酸）和王水。
碱反应: 与强碱反应生成亚砷酸盐和砷酸盐。
化合物特征: 三氧化二砷（As₂O₃，俗称砒霜）是最重要的砷化合物，剧毒，微溶于水。砷化氢（AsH₃）为无色剧毒气体，具有大蒜气味，是强还原剂。
存在与制备
自然丰度: 地壳中丰度约1.8 ppm，属于中等丰度元素。
主要矿石:
- 毒砂（FeAsS，砷黄铁矿）: 最主要的工业砷矿物。
- 雄黄（As₄S₄）: 橘红色，古代用作颜料和药材。
- 雌黄（As₂S₃）: 柠檬黄色，古代用作颜料。
- 砷华（As₂O₃）: 次生氧化矿物。
制备方法: 毒砂经加热分解（缺氧条件）→升华→冷凝收集单质砷。也可从铜、金等金属冶炼烟尘中回收。
安全与环境
剧毒性: 砷及其化合物具有高毒性。三价砷（如As₂O₃）毒性远高于五价砷（如砷酸盐），无机砷毒性高于有机砷。急性中毒可导致多器官衰竭；慢性中毒表现为皮肤角化、色素异常（“砷黑变病”）、周围神经病变。
致癌性: 长期摄入无机砷可导致皮肤癌、肺癌、膀胱癌等多种癌症。国际癌症研究机构将砷和无机砷化合物列为第1类致癌物。
环境污染（典型事件）: 砷是典型的地下水污染物。孟加拉国、印度、中国部分地区因地质成因导致地下水中砷含量超标（“地方性砷中毒”），数千万人受影响，称为“历史上最大的集体中毒事件”。
职业暴露: 铜冶炼、含砷农药生产、半导体材料（砷化镓）制造等行业工人需重点防护。作业场所须严格控制粉尘和烟气浓度。
古代用途: 砷化合物（雄黄、雌黄、砒霜）在历史上曾用作毒药（“毒药之王”）、颜料（“巴黎绿”）、防腐剂和药物（亚砷酸盐溶液“福勒氏液”治疗白血病，现已淘汰）。
环境行为: 天然土壤和岩石中普遍含微量砷。人为来源包括采矿、冶炼、含砷农药使用、煤燃烧。水中砷主要以As(III)和As(V)形式存在，As(III)毒性更高且更难去除。