砷酸

砷酸為砷(V)的含氧酸，分子式H₃AsO₄。三元中強酸，酸性及其他性質均類似磷酸。

砷酸
IUPAC名 Arsenic acid, arsoric acid
識別
CAS號	7778-39-4  Y
ChemSpider	229
SMILES	O=[As](O)(O)O
InChI	1/AsH3O4/c2-1(3,4)5/h(H3,2,3,4,5)
InChIKey	DJHGAFSJWGLOIV-UHFFFAOYAY
ChEBI	18231
RTECS	CG0700000
KEGG	C01478
性質
化學式	H3AsO4
摩爾質量	141.94 g/mol g·mol⁻¹
外觀	白色半透明潮解晶體
密度	2.5 g/cm3
熔點	35.5 °C（309 K）
沸點	≥ 100 °C 分解
溶解性（水）	16.7 g/100 mL
溶解性	溶於乙醇
pKa	2.19, 6.94, 11.5
結構
分子構型	四面體
危險性
警示術語	R：R23/25, R45, R50/53
安全術語	S：S53, S45, S60, S61
歐盟分類	T+ C N
NFPA 704	0 4 0
閃點	不可燃
相關物質
其他陰離子	磷酸
其他陽離子	砷酸鈉
相關化學品	亞砷酸 五氧化二砷
若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。

製取

由五氧化二砷溶於水而得。

${\displaystyle \mathrm {As_{2}O_{5}+3\ H_{2}O\rightleftharpoons 2\ H_{3}AsO_{4}} }$

反應也可向左進行，如加入五氧化二磷作吸水劑時，又可從砷酸產生五氧化二砷。

砷酸也可由砷或三氧化二砷被濃硝酸氧化而得。該反應會生成副產物三氧化二氮。反應後於29.5°C以下濃縮，可析出砷酸半水合物細小板狀結晶。於29.5℃以上，則析出三砷酸（H₅As₃O₁₀）。^[1][2]

${\displaystyle \mathrm {As+5\ HNO_{3}\longrightarrow 5\ NO_{2}+H_{2}O+H_{3}AsO_{4}} }$

${\displaystyle \mathrm {As_{2}O_{3}+2\ HNO_{3}+3\ H_{2}O\longrightarrow } }$ ${\displaystyle \mathrm {N_{2}O_{3}+2\ H_{3}AsO_{4}\cdot {\tfrac {1}{2}}H_{2}O} }$

反應結束後，若將所得液體冷卻，可得到以無色結晶形式析出的砷酸的半水合物H₃AsO₄·½H₂O。如果進一步降低溫度的話，還可以獲得砷酸的二水合物H₃AsO₄·2H₂O^[2]。

砷酸二水合物（H₃AsO₄ · 2H₂O）只可通過在−30°C下結晶數天得到。^[3]

五氧化二砷可緩慢與水反應生成砷酸。元砷酸或焦砷酸與冷水反應同樣可以生成砷酸。另外，濕潤的砷單質可與臭氧反應生成砷酸

2 As + 3 H₂O + 5 O₃ → 2 H₃AsO₄ + 5 O₂

性質

物理性質

砷酸固體在空氣中很快吸潮，產生水合物 H₃AsO₄ · ½H₂O 或 H₃AsO₄ · 2H₂O （於 −30 °C）。平穩加熱時，脫水產生三砷酸（H₅As₃O₁₀）。加熱至100°C時，分解為 As₂O₅ · 1.66H₂O。在500°C時全部失水。^[1]

${\displaystyle {\rm {3H_{3}AsO_{4}\ {\overset {\mathit {\rm {\Delta }}}{\longrightarrow }}\ H_{5}As_{3}O_{10}+2H_{2}O}}}$

飽和水溶液濃度約 80 %。

毒性雖不及亞砷酸，但仍較高。LD50（兔）為6 mg/1 kg。^[4]砷酸與砷酸鹽在日本被列為醫藥用外毒物。

化學性質

無水物結晶溶於水時微吸熱。（忽略電離）^[5]。

H₃AsO₄(s) ${\displaystyle \rightleftarrows \ }$ H₃AsO₄(aq),  ΔH°= 3.8 kJ mol^-1

砷酸水溶液的氧化性不強，但比同族的磷酸強。這與其他第4周期元素的含氧酸相似，如硒酸、高溴酸，其氧化性均強於對應的硫酸與高氯酸。^[6]

H₃AsO₄(aq) + 2 H⁺(aq) + 2 e^- = H₃AsO₃(aq) + H₂O(l),    E°= 0.575 V

例如砷酸可將碘離子氧化為碘：

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

此外還有焦砷酸（H₄As₂O₇）與多砷酸（H_n+2As_nO_3n+1、(HAsO₃)_n）。這兩者及其酸根離子在水溶液中都是不穩定的，遇水很快分解為砷酸。焦砷酸與多砷酸鹽在固態可以是穩定的。

水溶液中的電離平衡

砷酸分子在水溶液中分三步解離，第一步為微強，0.1mol dm^-3水溶液的電離度約0.25。第二步與第三步解離很弱，在酸性溶液中可以忽視。

H₃AsO₄(aq) + H₂O(l) ${\displaystyle \rightleftarrows \ }$ H₃O⁺(aq) + H₂AsO₄^-(aq),    pK_a1 = 2.24

H₂AsO₄^-(aq) + H₂O(l) ${\displaystyle \rightleftarrows \ }$ H₃O⁺(aq) + HAsO₄^2-(aq),    pK_a2 = 6.96

HAsO₄^2-(aq) + H₂O(l) ${\displaystyle \rightleftarrows \ }$ H₃O⁺(aq) + AsO₄^3-(aq),  pK_a3 = 11.50

與解離相關的標準焓、吉布斯能、與熵變值列在下面。^[5]

	${\displaystyle {\Delta }H^{\circ }}$	${\displaystyle {\Delta }G^{\circ }}$	${\displaystyle {\Delta }S^{\circ }}$
第一解離	-7.07 kJ mol-1	12.84 kJ mol-1	-66.9 J mol-K-1
第二解離	3.22 kJ mol-1	38.57 kJ mol-1	-118.7 J mol-1K-1
第三解離	18.20 kJ mol-1	66.19 kJ mol-1	-161.1 J mol-1K-1

砷酸根

砷酸根離子

砷酸電離可產生三種陰離子：正砷酸根離子（AsO₄^3-）、一氫砷酸根離子（HAsO₄^2-）與二氫砷酸根離子（H₂AsO₄^-）。三種陰離子的鹽類均已獲得。正砷酸根離子為正四面體結構，類似磷酸根離子；As-O鍵長169pm。酸液中有微弱的氧化性。

砷酸鹽

各種砷酸鹽可通過用不同計量的鹼中和砷酸獲得。可溶金屬鹽與砷酸鈉或砷酸氫鈉發生複分解，亦可得不可溶的砷酸鹽沉澱。

焦砷酸（H₄As₂O₇）與焦磷酸不同，不可通過砷酸加熱脫水製得，只能由砷酸氫鹽失水得到。

${\displaystyle {\rm {2Na_{2}HAsO_{4}\ {\overset {\mathit {\rm {\Delta }}}{\longrightarrow }}\ Na_{4}As_{2}O_{7}+H_{2}O}}}$

${\displaystyle {\rm {2CaHAsO_{4}\ {\overset {\mathit {\rm {\Delta }}}{\longrightarrow }}\ Ca_{2}As_{2}O_{7}+H_{2}O}}}$

砷酸鈉（Na₃AsO₄）水溶液呈鹼性（pH～12）、砷酸一氫鈉（Na₂HAsO₄）水溶液呈弱鹼性（pH～9）、砷酸二氫鈉（NaH₂AsO₄）水溶液則呈弱酸性（pH～4.4）。

砷酸鈣（Ca₃(AsO₄)₂）用作殺蟲劑。砷酸鈉可作除草劑，對作物應用效果顯著。^[1]

正砷酸鹽中，鹼金屬鹽、銨鹽可溶於水，鹼土金屬鹽等其他鹽類則難溶。

• 砷酸鈣 (Ca₃(AsO₄)₂)
• 砷酸鈉 (Na₃AsO₄)

砷酸鹽礦物

鈷華

砷酸鹽礦物可由含砷的硫化礦物經氧化生成，也可由磷酸鹽礦物中的磷酸根被砷酸根替換而得。砷酸鹽礦物例子如下：

• 水砷鋅礦，Adamite (Zn₂(AsO₄)(OH))
• 橄欖銅礦，Olivenite (Cu₂(AsO₄)(OH))
• 鈷華，Erythrite (Co₃(AsO₄)₂・8H₂O)
• 鎳華，Annaberigite (Ni₃(AsO₄)₂・8H₂O)
• 臭蔥石，Scorodite (FeAsO₄・2H₂O)
• 綠鉛礦，Mimetite (Pb₅Cl(AsO₄)₃)

應用

砷酸可用作木材防腐劑（英語：Wood preservation）、廣譜生物殺滅劑、玻璃和金屬的整理劑，並可參與合成部分染料及一些有機砷化合物。但砷酸毒性強烈，故其商業應用受到了限制。選兔作爲實驗對象時，砷酸的半致死量爲6 mg/kg（0.006 g/kg）^[7]。

參考

1. 化學大辭典編集委員會　『化學大辭典』　共立出版、1993年
2. G. Brauer (編). Arsenic Acid. Handbook of Preparative Inorganic Chemistry 1 2nd. New York: Academic Press. 1963: 601.
3. G. Brauer (Hrsg.), Handbook of Preparative Inorganic Chemistry 2nd ed., vol. 1, Academic Press 1963, S. 601.
4. Merck Index 13th
5. D.D. Wagman, W.H. Evans, V.B. Parker, R.H. Schumm, I. Halow, S.M. Bailey, K.L. Churney, R.I. Nuttal, K.L. Churney and R.I. Nuttal, The NBS tables of chemical thermodynamics properties, J. Phys. Chem. Ref. Data 11 Suppl. 2 (1982)
6. FA コットン, G. ウィルキンソン著, 中原 勝儼訳　『コットン・ウィルキンソン無機化學』　培風館、1987年，原書：F. ALBERT COTTON and GEOFFREY WILKINSON, Cotton and Wilkinson ADVANCED INORGANIC CHEMISTRY A COMPREHENSIVE TEXT Fourth Edition, INTERSCIENCE, 1980.
7. Joachimoglu, G. Biochemische Zeitschrift. 1915, 70: 144. 缺少或|title=為空 (幫助)