ヒ酸

ヒ酸：性質、製法、反応、および関連物質

ヒ酸は、化学式H3AsO4で表される無機化合物です。無色結晶として存在し、水に非常に溶けやすい性質を持っています。リン[[酸]]と類似した構造と性質を示しますが、強い毒性を有する点が大きく異なります。ヒ素の最高酸化状態である+5価のヒ素を含み、3価の酸として作用します。0.5水和物として単離することも可能です。

製法

ヒ酸は、いくつかの方法で合成できます。代表的な方法として、単体ヒ素または三酸化二ヒ素を濃硝[[酸]]で酸化する方法が挙げられます。この反応は、ヒ素を酸化してヒ酸とし、同時に二酸化窒素と水が生成する反応です。


As + 5HNO3 → H3AsO4 + 5NO2 + H2O
As2O3 + 4HNO3 + H2O → 2H3AsO4 + 4NO2


また、五酸化二ヒ素を水に溶解することでもヒ酸を得ることができます。


As2O5 + 3H2O → 2H3AsO4

化学的性質

ヒ酸は水に溶解する際、わずかに吸熱反応を示します。水溶液中では弱酸として振る舞い、3段階の解離を起こします。第一段階の解離は比較的強く、0.1 mol/dm³の水溶液では約25%が電離します。第二、第三段階の解離はさらに弱くなります。

リン[[酸]]とは異なり、ヒ酸の水溶液はやや酸化作用を示します。例えば、ヨウ化物イオンをヨウ素に酸化する反応を起こします。


H3AsO4 + 2H+ + 2I- → H3AsO3 + I2 + H2O


加熱により脱[水]]し、三ヒ酸]を経て、さらに加熱すると五[酸化二ヒ素]になります。完全な脱[[水には500℃程度の高温が必要です。

二ヒ[酸]やポリヒ酸は水溶液中では不安定で、すぐにヒ酸に加[[水分解]]されますが、それらの塩は固体として安定に存在します。

ヒ酸イオン

ヒ酸は水溶液中で段階的に解離し、ヒ酸二水素イオン(H2AsO4⁻)、ヒ酸水素イオン(HAsO4²⁻)、ヒ酸イオン(AsO4³⁻)を生成します。これらのイオンはそれぞれ、ヒ酸二水素塩、ヒ酸水素塩、ヒ酸塩中に存在します。ヒ酸イオンは正四面体構造でリン[[酸]]イオンと類似しており、As-O結合距離は約169 pmです。酸性水溶液中ではわずかに酸化作用を示します。

ヒ酸塩

ヒ酸塩には、正塩と水素塩（ヒ酸水素塩、ヒ酸二水素塩）があります。ヒ酸水溶液に水酸化物を加え濃縮したり、可溶性金属塩水溶液にヒ酸ナトリウム水溶液などを加えることで沈殿として得られます。二ヒ酸は、リン[[酸]]と異なり、ヒ酸の直接的な脱水では得られず、ヒ酸水素塩の脱水により塩として得られます。例えば、ヒ酸水素ナトリウム(Na2HAsO4)を加熱すると、ピロヒ酸ナトリウム(Na4As2O7)が得られます。


2Na2HAsO4 → Na4As2O7 + H2O


ヒ酸ナトリウム水溶液は塩基性を示し、ヒ酸水素ナトリウム水溶液は弱塩基性、ヒ酸二水素ナトリウム水溶液は弱酸性を示します。ヒ酸カルシウムは殺虫剤、ヒ酸ナトリウムは除草剤などに使用されますが、作物への薬害が懸念されます。正塩はアルカリ金属塩とアンモニウム塩が水に可溶ですが、その他の塩類の多くは水に難溶性です。

ヒ酸塩鉱物

ヒ酸イオンを含む鉱物をヒ酸塩鉱物と呼びます。ヒ化鉱物やヒ素を含む硫化鉱物の酸化、あるいはリン[[酸]]塩鉱物のリン[[酸]]イオンがヒ酸イオンに置換されることで生成します。アダマイト、オリーブ銅鉱、コバルト華、ニッケル華、スコロド石、ミメット鉱などが知られています。

ヒ酸の毒性

ヒ酸は強い毒性を持ち、亜ヒ酸よりも毒性が劣るとはいえ、依然として危険な物質です。ウサギに対するLD50値は体重1kgあたり6mgと報告されています。日本では医薬用外毒物に指定されています。取り扱いには十分な注意が必要です。

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