كبريتيد الزرنيخ الثلاثي As2S3

في الكيمياء إن مركب كبريتيد الزرنيخ الثلاثي وفي الإنجليزية: (Arsenic trisulfide) أو (Arsenic(III) sulfide) عبارة عن مركب كيميائي غير عضوي، يمتلك الصيغة الكيميائية التالية: (As2S3)، يظهر ثلاثي كبريتيد الزرنيخ كمادة صلبة بلورية صفراء أو حمراء أو على شكل مسحوق، وهو غير قابل للذوبان في الماء، سام عن طريق الاستنشاق (الغبار) والابتلاع، يمتلك كتلة مولية مقدارها 246.04 غرام لكل مول.

كبريتيد الزرنيخ الثلاثي

• إن كبريتيد الزرنيخ الثلاثي عبارة عن مركب غير عضوي له الصيغة الكيميائية التالية: (As2S3)، يحدث بشكل طبيعي في المعادن (orpiment و realgar)، يمكن تصنيعه من عنصري الزرنيخ والكبريت، من خلال الترسيب المائي والتفاعلات مع الأكسجين، وهو عبارة عن مادة صلبة ذات لون أصفر فاتح، معروفة جيدًا لأنها تحدث على شكل مادة معدنية، وقد تم استخدامها كصبغة ولعبت دورًا في تحليل مركبات الزرنيخ.

• يمتلك كبريتيد الزرنيخ الثلاثي نقطة انصهار مقدارها 300 درجة مئوية، ونقطة الغليان 707 درجة مئوية، وكثافة 3.43 جم لكل مل عند 25 درجة مئوية، نقطة الوميض 707 درجة مئوية، يتواجد على شكل مسحوق أصفر اللون إلى برتقالي غير قابل للذوبان في الماء، وقابل للذوبان في كبريتيدات قلوية أو كربونات، قابل للذوبان في الأمونيا السائلة والقلويات، حمض الهيدروكلوريك الساخن، وهو حساس للرطوبة.

• كبريتيد الزرنيخ الثلاثي مسحوق أصفر إلى برتقالي غير قابل للاحتراق، عديم الرائحة، يتغير إلى شكل “أحمر” مختلف عند 170 درجة مئوية، ويتواجد أيضا على صورة بلور أحادي الميل أصفر أو برتقالي، ويحدث كبريتيد الزرنيخ الثلاثي في كل من الأشكال البلورية وغير المتبلورة، يتميز كلا النموذجين بهياكل بوليمرية تتكون من مراكز (III) ثلاثية الأبعاد منسقة بواسطة مراكز كبريتيد في هندسة هرمية مثلثية.

• تتكون مراكز الكبريتيد من شقين منسقين مع ذرتين من الزرنيخ، في الشكل البلوري، تشكل روابط (As-S) صفائح ملتصقة، يتكون الترابط من قوى فان دير فال، عادة ما يوجد الشكل البلوري في العينات الجيولوجية، لا يمتلك كبريتيد الزرنيخ الثلاثي غير المتبلور بنية طبقات ولكنه أكثر ارتباطًا، يعتبر كبريتيد الزرنيخ الثلاثي مشكلاً زجاجيًا جيدًا ويعرض منطقة واسعة لتشكيل الزجاج في مخطط الطور الخاص به.

• إن كبريتيد الزرنيخ الثلاثي غير قابل للذوبان لدرجة أنه يعتبر غير سام، ومع ذلك فإنه يميل كبريتيد الزرنيخ الثلاثي البلوري إلى التأكسد على السطح، مكونًا طبقة من ثالث أكسيد الزرنيخ السام، ومع ذلك من الممكن أن تحتوي المواد التجارية على كميات كبيرة من أكاسيد الزرنيخ، القابلة للذوبان وبالتالي شديدة السمية.

التوليف وردود الفعل لكبريتيد الزرنيخ الثلاثي

• يتم الحصول على كبريتيد الزرنيخ الثلاثي غير المتبلور عن طريق اندماج العناصر عند 390 درجة مئوية، يضمن التبريد السريع لذوبان التفاعل الترتيب غير المنتظم للروابط، مما ينتج عنه الزجاج، مثل التركيبات الكيميائية الأخرى، توفر السلائف النقية واستبعاد الهواء منتجًا أنقى، يمكن تمثيل التفاعل بالمعادلة الكيميائية:

2As + 3 S → As₂S₃

• عند التسخين في الفراغ، يتشقق البوليمر (As2S3) لإعطاء مزيج من الأنواع الجزيئية، بما في ذلك الجزيئي (As4S6) يتبنى (As4S6) هندسة (adamantane)، مثل تلك التي لوحظت في (P4O6) و (As4O6)، ويتشكل كبريتيد الزرنيخ الثلاثي عندما يتم معالجة المحاليل المائية المحتوية على (As (III)) باستخدام كبريتيد الهيدروجين.

• تم تحليل الزرنيخ وتقييمه في الماضي من خلال هذا التفاعل، مما أدى إلى ترسيب كبريتيد الزرنيخ الثلاثي، كبريتيد الزرنيخ الثلاثي غير قابل للذوبان لدرجة أنه ليس سامًا، يذوب كبريتيد الزرنيخ الثلاثي بشكل مميز عند المعالجة بالمحاليل المائية التي تحتوي على أيونات الكبريتيد، أنواع الزرنيخ الذائبة هي الترينيون الهرمي (AsS33-):

As2S3 + 6 NaSH → 2 AsS33- + 3 H2S

• كبريتيد الزرنيخ الثلاثي هو أنهيدريد حمض الثيوارسينوس الافتراضي (As(SH)3)، عند المعالجة بأيونات عديد الكبريتيد، يذوب كبريتيد الزرنيخ الثلاثي ليعطي مجموعة متنوعة من الأنواع التي تحتوي على روابط (S-S) و (As-S)، يذوب كبريتيد الزرنيخ الثلاثي أيضًا في محاليل قلوية شديدة ليعطي مزيجًا من (AsS33- و AsO33-).

• التفاعلات مع الأكسجين: “تحميص” كبريتيد الزرنيخ الثلاثي في الهواء يعطي مشتقات متطايرة وسامة، وهذا التحويل هو أحد المخاطر المرتبطة بتكرير خامات المعادن الثقيلة:

2As2S3 + 9 O2 → As4O6 + 6 SO2

تحضير كبريتيد الزرنيخ الثلاثي

• من الممكن تحضير كبريتيد الزرنيخ الثلاثي عن طريق تسخين ثالث أكسيد الزرنيخ بكبريتيد الهيدروجين، تبعا للتفاعل الكيميائي التالي:

As2O3 + 3 H2S → As2S3 + 3 H2O

• بدلاً من ذلك، فإنه يمكن ترسبه من محلول حمض الزرنيخ أو ثالث أكسيد الزرنيخ في حمض الهيدروكلوريك المخفف عن طريق تمرير كبريتيد الهيدروجين في المحلول، تبعا للتفاعل الكيميائي التالي:

2H3AsO3 + 3H2S → As2S3 + 6H2O

استخدامات كبريتيد الزرنيخ الثلاثي وتطبيقاته

• تم استخدام ثلاثي كبريتيد الزرنيخ وثنائي كبريتيد الزرنيخ (As2S2) منذ عام 2000 قبل الميلاد كأدوية، على سبيل المثال، لعلاج الأورام السرطانية والقرحة والأمراض الأخرى في ذلك الوقت، يجد ثلاثي كبريتيد الزرنيخ تطبيقات في المجالات التالية: صبغة، نظارات إرسال الأشعة تحت الحمراء، علاج ابيضاض الدم النخاعي الحاد، مقاومات الضوء غير العضوية.

• يستخدم كبريتيد الزرنيخ (III) في تصنيع الزجاج، وخاصة الزجاج الذي يعمل بالأشعة تحت الحمراء، وفي تصنيع قماش زيتي ومشمع، وفي أشباه الموصلات الكهربائية والموصلات الضوئية، وكصبغة لإزالة الشعر والجلود، وفي الألعاب النارية وهو مقاوم للضوء غير عضوي يستخدم في تصنيع البلورات الضوئية والبنى النانوية ثلاثية الأبعاد.

• كما ويستخدم كبريتيد الزرنيخ (III)  كمواد صوتية بصرية وكعامل دباغة وزجاج كالكوجينيد لبصريات الأشعة تحت الحمراء، وعلاوة على ذلك فإنه يتم استخدامه كاختبار تحليلي لوجود بكتيريا مخفضة للزرنيخ (DARB).

الاستخدامات المعاصرة لثلاثي كبريتيد الزرنيخ

• كمقاوم ضوئي غير عضوي: نظرًا لمعامل الانكسار العالي والصلابة الكبيرة مقارنةً بمقاومات الضوء العضوية، فقد تم فحص كبريتيد الزرنيخ (III) من أجل صناعة بلورات فوتونية ذات فجوة نطاق ضوئية كاملة، وقد سمح التقدم في تقنيات النقش بالليزر مثل الكتابة بالليزر المباشر ثلاثي الأبعاد (3-D DLW) وكيمياء النقش الكيميائي الرطب، باستخدام هذه المادة كمقاوم للضوء لتصنيع الهياكل النانوية ثلاثية الأبعاد.

• تم فحص كبريتيد الزرنيخ (III) لاستخدامه كمادة عالية الدقة للتصوير الضوئي منذ أوائل السبعينيات، باستخدام الخامات المائية، على الرغم من أن هذه المؤثرات المائية تسمح بتصنيع هياكل ثنائية الأبعاد ذات نسبة عرض إلى ارتفاع منخفضة، إلا أنها لا تسمح بحفر الهياكل ذات النسبة العالية مع دورية ثلاثية الأبعاد.

• تطبيقات طبية: تم فحص كبريتيد الزرنيخ (III) وكبريتيد الزرنيخ (II) كعلاجات لابيضاض الدم النخاعي الحاد (APL)، ويُعتقد أن طريقة العمل مشابهة لتلك الخاصة بأكسيد الزرنيخ الثلاثي (As2O3)، لنظارات إرسال الأشعة تحت الحمراء: يتم استخدام ثلاثي كبريتيد الزرنيخ المصنوع في شكل غير متبلور كزجاج كالكوجينيد لبصريات الأشعة تحت الحمراء، وهو شفاف بين 620 نانومتر و 11 ميكرومتر.

• يستخدم ثلاثي كبريتيد الزرنيخ  كعامل دباغة، كان يستخدم سابقًا مع صبغة النيلي لإنتاج قلم رصاص أزرق، مما سمح بإضافة درجات اللون الأزرق الداكن إلى القماش عن طريق قلم رصاص أو فرشاة.