आर्सेनिक (As): गुणधर्म, अभिक्रियाएँ और महत्व

परिचय: आर्सेनिक की प्रासंगिकता

आर्सेनिक (As) एक रासायनिक तत्व है जिसे उपधातु के रूप में वर्गीकृत किया गया है। इसका महत्व इसके अद्वितीय गुणों से उत्पन्न होता है, जिसके कारण इसका उपयोग अर्धचालक प्रौद्योगिकी, मिश्र धातुओं और ऐतिहासिक रूप से कीटनाशकों में किया जाता रहा है। महत्वपूर्ण रूप से, इसकी उच्च विषाक्तता और कैंसरकारी प्रकृति इसे एक महत्वपूर्ण पर्यावरणीय और स्वास्थ्य संबंधी चिंता का विषय बनाती है। आर्सेनिक की रसायन विज्ञान को समझना लाभकारी प्रौद्योगिकियों और हानिकारक पर्यावरणीय संदर्भों दोनों में इसकी भूमिकाओं को समझने के लिए महत्वपूर्ण है।

सीबीएसई/जेईई त्वरित पुनरीक्षण नोट्स

• प्रतीक: As
• परमाणु संख्या: 33
• परमाणु द्रव्यमान: 74.92 g/mol
• समूह: 15 (Pnictogens)
• आवर्त: 4
• ब्लॉक: p-ब्लॉक
• प्रकृति: उपधातु
• सामान्य ऑक्सीकरण अवस्थाएँ: -3, +3, +5
• संयोजकता: 3, 5
• विद्युतऋणात्मकता (पॉलिंग): 2.18
• अपररूप: ग्रे (धातुई), पीला (आणविक As₄), काला (अक्रिस्टलीय)
• घनत्व (ग्रे As): 5.72 g/cm³
• गलनांक (ग्रे As): 817 °C (28 atm पर)
• ऊर्ध्वपातन बिंदु: 615 °C (1 atm पर)

इलेक्ट्रॉनिक विन्यास और बंधन व्यवहार

इलेक्ट्रॉनिक विन्यास

आर्सेनिक का मूल अवस्था इलेक्ट्रॉनिक विन्यास है: [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p³

बंधन विशेषताएँ

• संयोजक कोश विन्यास: 4s² 4p³
• ऑक्सीकरण अवस्थाएँ:
  • +3 ऑक्सीकरण अवस्था: तीन 4p इलेक्ट्रॉनों का उपयोग करके प्राप्त की जाती है। यह अवस्था “अक्रिय युग्म प्रभाव” (inert pair effect) के कारण सामान्य और स्थिर होती है, जहाँ 4s इलेक्ट्रॉन बंधन के लिए कम उपलब्ध होते हैं। AsCl₃ और As₂O₃ जैसे यौगिक इस अवस्था को प्रदर्शित करते हैं। As पर एक एकाकी युग्म (lone pair) की उपस्थिति के कारण ज्यामिति आमतौर पर त्रिकोणीय पिरामिड होती है।
  • +5 ऑक्सीकरण अवस्था: सभी पाँच संयोजक इलेक्ट्रॉनों (4s² 4p³) का उपयोग करके प्राप्त की जाती है। इसके लिए एक 4s इलेक्ट्रॉन को एक खाली 4d कक्षक में पदोन्नत करने की आवश्यकता होती है, या बंधन में सभी पाँच संयोजक इलेक्ट्रॉनों की भागीदारी की आवश्यकता होती है। AsF₅ और As₂O₅ जैसे यौगिक इस अवस्था को दर्शाते हैं। ज्यामिति अक्सर त्रिकोणीय द्विपिरामिड होती है।
  • -3 ऑक्सीकरण अवस्था: अत्यधिक विद्युतधनी धातुओं (जैसे Na₃As) के साथ आर्सेनाइड्स में देखी जाती है, जहाँ आर्सेनिक एक स्थिर अष्टक प्राप्त करने के लिए तीन इलेक्ट्रॉन ग्रहण करता है।
• सहसंयोजक बंधन: आर्सेनिक मुख्य रूप से सहसंयोजक यौगिक बनाता है। यह कम विद्युतऋणात्मक तत्वों के साथ मजबूत सहसंयोजक बंधन बनाता है।
• उपसहसंयोजन संख्या: भिन्न हो सकती है, आमतौर पर 3 या 5।

महत्वपूर्ण रासायनिक अभिक्रियाएँ

1. ऑक्सीजन (वायु) के साथ अभिक्रिया

गर्म करने पर आर्सेनिक आसानी से ऑक्सीजन के साथ संयोजित होता है।

• आर्सेनिक(III) ऑक्साइड (आर्सेनिक ट्रायऑक्साइड) का निर्माण: 4As (s) + 3O₂ (g) → 2As₂O₃ (s)
• उच्च तापमान/ऑक्सीजन दबाव पर आर्सेनिक(V) ऑक्साइड (आर्सेनिक पेंटाऑक्साइड) का निर्माण: 4As (s) + 5O₂ (g) → 2As₂O₅ (s)

2. हैलोजेन के साथ अभिक्रिया

आर्सेनिक हैलोजेन के साथ प्रबलता से अभिक्रिया करता है, आमतौर पर ट्राईहैलाइड और पेंटाहैलाइड बनाता है।

• क्लोरिन के साथ (ट्राईहैलाइड): 2As (s) + 3Cl₂ (g) → 2AsCl₃ (l)
• फ्लोरीन के साथ (पेंटाहैलाइड, F की उच्च विद्युतऋणात्मकता के कारण): 2As (s) + 5F₂ (g) → 2AsF₅ (g)

3. धातुओं के साथ अभिक्रिया

आर्सेनिक विद्युतधनी धातुओं के साथ आर्सेनाइड बनाता है।

• सोडियम के साथ: 2As (s) + 6Na (s) → 2Na₃As (s)

4. अम्लों के साथ अभिक्रिया

आर्सेनिक सामान्यतः गैर-ऑक्सीकारक अम्लों के साथ अक्रियाशील होता है। यह ऑक्सीकारक अम्लों के साथ अभिक्रिया करता है।

• सांद्र नाइट्रिक अम्ल के साथ: 2As (s) + 6HNO₃ (conc) → 2H₃AsO₃ (aq) + 6NO₂ (g) + 2H₂O (l) (आर्सेनिक(III) अम्ल बनाता है, फिर धीरे-धीरे आर्सेनिक(V) अम्ल में ऑक्सीकृत हो जाता है)
• तनु नाइट्रिक अम्ल के साथ: 2As (s) + 10HNO₃ (dil) → 2H₃AsO₄ (aq) + 10NO (g) + 4H₂O (l) (आर्सेनिक(V) अम्ल बनाता है)

5. मार्श परीक्षण (आर्सेनिक का पता लगाना)

यह आर्सेनिक का पता लगाने के लिए एक अत्यधिक संवेदनशील विधि है।

• आर्सेनिक यौगिकों को नवजात हाइड्रोजन (Zn + HCl द्वारा उत्पन्न) द्वारा आर्सीन गैस (AsH₃) में अपचयित किया जाता है। As₂O₃ (s) + 6Zn (s) + 12HCl (aq) → 2AsH₃ (g) + 6ZnCl₂ (aq) + 3H₂O (l)
• आर्सीन गैस को फिर एक गर्म नली से गुजारा जाता है, जहाँ यह तात्विक आर्सेनिक में विघटित हो जाती है, एक विशिष्ट चमकदार काला दर्पण बनाती है। 2AsH₃ (g) --(heat)--> 2As (s, mirror) + 3H₂ (g)

औद्योगिक और जैविक महत्व

औद्योगिक महत्व

• अर्धचालक उद्योग: गैलियम आर्सेनाइड (GaAs) एक महत्वपूर्ण अर्धचालक सामग्री है जिसका उपयोग उच्च गति वाले एकीकृत परिपथों, एलईडी, लेजर डायोड और फोटोवोल्टिक उपकरणों में सिलिकॉन की तुलना में इसकी बेहतर इलेक्ट्रॉन गतिशीलता के कारण किया जाता है।
• मिश्र धातु: आर्सेनिक का उपयोग लेड मिश्र धातुओं को कठोर बनाने के लिए किया जाता है, जैसे कि लेड शॉट, बैटरी ग्रिड और केबल शीथिंग।
• लकड़ी परिरक्षक (ऐतिहासिक/प्रतिबंधित): क्रोमेटेड कॉपर आर्सेनाइड (CCA) का व्यापक रूप से लकड़ी को क्षय और कीटों से बचाने के लिए उपयोग किया जाता था। पर्यावरणीय और स्वास्थ्य संबंधी चिंताओं के कारण इसका उपयोग अब कई क्षेत्रों में भारी रूप से प्रतिबंधित या वर्जित है।
• कीटनाशक और शाकनाशी (ऐतिहासिक/प्रतिबंधित): आर्सेनिक यौगिकों (जैसे लेड आर्सेनाइड, सोडियम आर्सेनाइट) का ऐतिहासिक रूप से कीटनाशकों और शाकनाशकों के रूप में उपयोग किया जाता था। विषाक्तता के कारण अधिकांश कृषि उपयोगों को बंद कर दिया गया है।
• कांच निर्माण: आर्सेनिक यौगिक कांच उत्पादन में शोधक एजेंट और रंगहीनक (decolourizer) के रूप में कार्य करते हैं, बुलबुले हटाते हैं और अवांछित रंगों को निष्प्रभावी करते हैं।

जैविक महत्व

• विषाक्तता: आर्सेनिक यौगिक अधिकांश जीवित जीवों के लिए कुख्यात रूप से विषैले होते हैं।
  • क्रियाविधि: अकार्बनिक आर्सेनिक कोशिकीय श्वसन, एंजाइम गतिविधि (विशेष रूप से सल्फहाइड्रिल समूह वाले) और ऑक्सीडेटिव फास्फोरिलेशन में हस्तक्षेप करता है, जिससे बहु-अंग क्षति होती है।
  • कैंसरजन्यता: आर्सेनिक को इंटरनेशनल एजेंसी फॉर रिसर्च ऑन कैंसर (IARC) द्वारा एक समूह 1 मानव कैंसरजनक के रूप में वर्गीकृत किया गया है, जो विभिन्न कैंसर (त्वचा, फेफड़े, मूत्राशय, यकृत, गुर्दे) से जुड़ा है।
• औषधीय उपयोग: इसकी विषाक्तता के बावजूद, आर्सेनिक ट्रायऑक्साइड (As₂O₃) ने चिकित्सा में एक विशिष्ट स्थान पाया है। इसे एक प्रकार के रक्त कैंसर, एक्यूट प्रोमायलोसाइटिक ल्यूकेमिया (APL) के उपचार के लिए अनुमोदित किया गया है, जो एक लक्षित चिकित्सीय एजेंट के रूप में इसकी क्षमता को दर्शाता है।
• पर्यावरणीय संदूषण: प्राकृतिक भूवैज्ञानिक स्रोत भूजल में आर्सेनिक के उच्च स्तर का कारण बन सकते हैं, जिससे दुनिया के कई हिस्सों में, विशेष रूप से दक्षिण और दक्षिण पूर्व एशिया (जैसे बांग्लादेश, भारत में पश्चिम बंगाल) में एक गंभीर सार्वजनिक स्वास्थ्य संकट पैदा हो गया है। दूषित पेयजल के माध्यम से लंबे समय तक संपर्क में रहने से आर्सेनिकोसिस होता है, जिसकी विशेषता त्वचा के घाव, न्यूरोलॉजिकल प्रभाव और कैंसर का बढ़ता जोखिम है।