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。

## 製取

由五氧化二砷溶於水而得。

$$\mathrm{As_2O_5 + 3\ H_2O \rightleftharpoons 2 \ H_3AsO_4}$$

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）。

$$\mathrm{As + 5 \ HNO_3 \longrightarrow 5 \ NO_2 + H_2O + H_3AsO_4}$$

$\mathrm{As_2O_3 + 2 \ HNO_3 + 3\ H_2O \longrightarrow}$ $\mathrm{N_2O_3 + 2 \ H_3AsO_4\cdot\tfrac12H_2O}$

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。

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

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，溼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。

$$\rm 3 H_3AsO_4 \ \overset{\mathit{\rm \Delta}}{\longrightarrow} \ H_5As_3O_{10} + 2 H_2O$$

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。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）。

H3AsO4(s) $\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。

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（Hn+2AsnO3n+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) $\rightleftarrows\ $ H3O+(aq) + H2AsO4-(aq), pKa1 = 2.24

H2AsO4-(aq) + H2O(l) $\rightleftarrows\ $ H3O+(aq) + HAsO42-(aq), pKa2 = 6.96

HAsO42-(aq) + H2O(l) $\rightleftarrows\ $ H3O+(aq) + AsO43-(aq), pKa3 = 11.50

與解離相關的標準焓、吉布斯能、與熵變值列在下面。

${\Delta} H^\circ$｜${\Delta} G^\circ$｜${\Delta} S^\circ$

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

砷酸電離可產生三種陰離子：正砷酸根離子（AsO43-）、一氫砷酸根離子（HAsO42-）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。

$$\rm 2 Na_2HAsO_4 \ \overset{\mathit{\rm \Delta}}{\longrightarrow} \ Na_4As_2O_7 + H_2O$$

$$\rm 2 CaHAsO_4 \ \overset{\mathit{\rm \Delta}}{\longrightarrow} \ Ca_2As_2O_7 + H_2O$$

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。

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

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、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）。

## 基本資料

- verifiedrevid：444189976
- 說明：結構
- 說明：球棍模型
- IUPACName：Arsenic acid, arsoric acid
- ChemSpiderID：229
- PubChem：234
- UNII：N7CIZ75ZPN
- KEGG：C01478
- InChI：1/AsH3O4/c2-1(3,4)5/h(H3,2,3,4,5)
- ChEBI：18231
- 3D模型（JSmol）：O=As(O)(O)O
- InChIKey：DJHGAFSJWGLOIV-UHFFFAOYAY
- StdInChI：1S/AsH3O4/c2-1(3,4)5/h(H3,2,3,4,5)
- StdInChIKey：DJHGAFSJWGLOIV-UHFFFAOYSA-N
- CASNo：7778-39-4
- RTECS：CG0700000
- 化學式：H3AsO4
- MolarMass：141.94 g/mol
- 外貌：白色半透明潮解晶體
- 密度：2.5 g/cm3
- 水溶性：16.7 g/100 mL
- SolubleOther：溶於乙醇
- MeltingPtC：35.5
- BoilingPt：≥ 100 °C 分解
- pKa：2.19, 6.94, 11.5
- MolShape：四面體
- EUClass： T+ C N
- FlashPt：不可燃
- RPhrases：吸入及吞食有毒, 可能致癌, 對水生生物劇毒，可能對水生環境造成長期的不良影響
- SPhrases：防止暴露：使用前需獲特別指導, 發生事故或感到不適時立即求醫，可能的話出示標籤, 該物質及容器必須按危險廢物放置, 防止排向環境，參考特別指示或安全技術說明書操作
- NFPA-H：4
- NFPA-F：0
- NFPA-R：0
- OtherAnions：磷酸
- OtherCations：砷酸鈉
- OtherCpds：亞砷酸、五氧化二砷