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

สถานะออกซิเดชันของสารหนู คือ -3, 0, +3, +5 กล่าวคือเป็นได้ทั้งบวกและลบ สารหนูเป็นธาตุกึ่งโลหะ การมีสมบัติเป็นกึ่งโลหะหมายความว่าสามารถทำปฏิกิริยาได้กับทั้งโลหะและอโลหะ ออกไซด์ของสารหนูเป็นทั้งกรดและเบส ทำปฏิกิริยาได้ดีกับคลอรีนและฟอสฟอรัสซึ่งเป็นอโลหะ และทำปฏิกิริยากับโลหะอื่นจำนวนมากให้อาร์เซไนด์

สารหนูไม่ละลายในกรดไฮโดรคลอริกถ้าไม่มีออกซิเจน และถึงแม้จะมีออกซิเจนอยู่ด้วยก็ละลายได้ช้า ทั้งนี้ ไม่ละลายในกรดซัลฟิวริกเจือจาง แต่จะทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟิวริกเข้มข้นร้อนโดยให้ As4O6 และไม่ได้ซัลเฟต กับทั้งยังทำปฏิกิริยากับกรดไนทริกเจือจางร้อนโดยให้กรดอาร์เซเนียส (H3AsO3) และกับกรดไนทริกเข้มข้นโดยให้กรดอาร์เซนิก (H3AsO4)

เมื่อเผาสารหนูจะได้อาร์เซนิกเซสควิออกไซด์ (As4O6) ซึ่งมีกลิ่นกระเทียม มักเรียกกันว่า "สารหนูขาว" ละลายในน้ำได้เล็กน้อย ให้สารละลายกรดอาร์เซเนียส As4O6 เป็นแอมโฟเทอริก แต่ค่อนข้างเป็นกรดมากกว่าเบส ละลายได้ดีในแอลคาไลโดยให้อาร์เซไนต์

สาระหนูไม่ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนโดยตรงในการให้อาร์เซนิกเพนทอกไซด์ (As2O5) ซึ่งกรณีนี้ไม่เหมือนฟอสฟอรัสที่ให้ฟอสฟอรัสเพนทอกไซด์ (P2O5) แต่จะเตรียม As2O5 ได้จากการออกซิไดส์สารหนูด้วยกรดไนทริก As2O5 ละลายได้ดีในน้ำโดยให้สารละลายกรดอาร์เซนิก

สารหนูรวมกับแฮโลเจนได้โดยตรงและให้อาร์เซนิกไทรแฮไลด์ หรือจะใช้ปฏิกิริยาระหว่างออกไซด์หรือซัลไฟด์กับแฮโลเจนก็ได้

สารหนูรวมกับกำมะถันให้ซัลไฟด์หลายชนิด เช่น As2S4 (สารหนูแดง) As2S3 (สารหนูเหลือง) และ As2S5 ซัลไฟด์เหล่านี้มีสมบัติเป็นกรดและละลายได้ในเบสแก่