Arsen

Arsen (As, łac. arsenicum) – pierwiastek chemiczny z grupy azotowców o właściwościach metaloidu. Arsen i jego związki są silnie trujące.

Arsen

german ← arsen → selen
P ↑ As ↓ Sb 33 As
Wygląd
stalowoszary (arsen-α); żółty proszek (arsen-β)
Arsen-α
Widmo emisyjne arsenu
Ogólne informacje
Nazwa, symbol, l.a.	arsen, As, 33 (łac. arsenicum)
Grupa, okres, blok	15, 4, p
Stopień utlenienia	±III, V
Właściwości metaliczne	półmetal
Właściwości tlenków	średnio kwasowe
Masa atomowa	74,922 ± 0,001
Stan skupienia	stały
Gęstość	5727 kg/m³
Temperatura topnienia	814 °C (36 atm)
Temperatura wrzenia	614 °C (temperatura sublimacji)
Numer CAS	7440-38-2
PubChem	5359596
Właściwości atomowe Promień • atomowy 115 (114) pm Konfiguracja elektronowa [Ar]4s23d104p3 Zapełnienie powłok 2, 8, 18, 5 (wizualizacja powłok) Elektroujemność • w skali Paulinga • w skali Allreda 2,18 2,20 Potencjały jonizacyjne I 947,0 kJ/mol II 1798 kJ/mol III 2735 kJ/mol
Właściwości fizyczne Punkt krytyczny 1400 °C Ciepło parowania 34,76 kJ/mol Ciepło topnienia 369,9 kJ/mol Konduktywność 3,45×106 S/m Ciepło właściwe 330 J/(kg·K) Przewodność cieplna 50 W/(m·K) Układ krystalograficzny trygonalny Twardość • w skali Mohsa 3,5 Objętość molowa 12,95×10−6 m³/mol
Najbardziej stabilne izotopy izotop wyst. o.p.r. s.r. e.r. MeV p.r. 73As {syn.} 80,3 dni w.e. 0,341 73Ge 74As {syn.} 17,78 dni w.e., β+ β− 2,562 1,353 74Ge 74Se 75As 100% stabilny izotop z 42 neutronami
Niebezpieczeństwa Karta charakterystyki: dane zewnętrzne firmy Sigma-Aldrich [dostęp 2011-09-29] Globalnie zharmonizowany system klasyfikacji i oznakowania chemikaliów Na podstawie Rozporządzenia CLP, zał. VI Niebezpieczeństwo Zwroty H H301, H331, H410 Zwroty P P261, P273, P301+P310, P311, P501 NFPA 704 Na podstawie podanego źródła 0 4 0   Numer RTECS CG0525000
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)

Występuje w skorupie ziemskiej w ilości 2,5 ppm (zajmując 20. miejsce pod względem rozpowszechnienia wśród pierwiastków). Tworzy ponad 200 minerałów, z których najbardziej rozpowszechnione są: arsenopiryt, lelingit, aurypigment, realgar. Często towarzyszący także złożom siarczkowym innych metali, np. pirytom, chalkopirytom, galenie, blendzie cynkowej. W naturze arsen występuje również w stosunkowo dużej liczbie związków arsenoorganicznych. Są to np. kwas kakodylowy i inne kwasy arsenoorganiczne, organiczne pochodne arsyny, arsenowe analogi biocząsteczek, np. arsenobetaina lub arsenocholina.

Do naturalnych źródeł arsenu w przyrodzie zalicza się erupcje wulkanów (około 17 000 ton rocznie) oraz (w mniejszym stopniu) ługowanie arsenu ze skał osadowych i magmowych. Jako źródła antropogeniczne wymienia się: uboczną emisję w wyniku procesów wydobycia i hutnictwa rud metali nieżelaznych (około 61 000 ton rocznie), spalanie paliw kopalnianych (głównie węgla brunatnego i kamiennego).

Łączne wydobycie arsenu na świecie wynosi około 35 000 ton (w przeliczeniu na As₂O₃), z czego jedynie 3% stanowi czysty metal. Największymi jego wydobywcami są Chiny (około 50% światowego wydobycia) i Chile (25%). Metaliczny arsen uzyskuje się głównie na 2 sposoby: poprzez rozkład arsenopirytu lub lelingitu w temperaturze 650–700 °C; poprzez redukcję arszeniku węglem lub tlenkiem węgla.

Arsen ma dwie odmiany alotropowe:

• α – jest kruchym metalem, który matowieje w kontakcie z powietrzem i silnie reaguje z wodą;
• β – jest żółtym, bezpostaciowym proszkiem, dużo mniej reaktywnym od odmiany α.

Zastosowanie

Jego związki były znane od starożytności. W formie czystej wyodrębnił go jako pierwszy (prawdopodobnie) alchemik Albert Wielki w 1250, choć do tego odkrycia pretendują też starsi alchemicy arabscy i chińscy lekarze ludowi. W czasach starożytnych mieszaniny zawierające aurypigment i realgar stosowano do leczenia chorób płuc i skóry. W późniejszych wiekach znaczenie arsenu w medycynie zaczęło znacznie rosnąć. W XVIII i XIX w. arsen stał się wręcz podstawą ówczesnej farmakologii. Preparaty arsenowe, stosowane w przeróżnej postaci od past, roztworów, tabletek począwszy, na zastrzykach dożylnych i podskórnych skończywszy, używano do zwalczania większości chorób: reumatyzmu, astmy, malarii, gruźlicy, cukrzycy, śpiączki afrykańskiej, nadciśnienia, wrzodów żołądka, zgagi, egzemy, łuszczycy, a nawet białaczki. Na przełomie XIX i XX w. zaczęto stosować związki arsenoorganiczne, które okazały się być znacznie mniej toksyczne dla ludzi i zwierząt niż związki nieorganiczne. W II poł. XX w. wycofano jednak z obiegu, mimo ich dużej skuteczności, niemal wszystkie leki arsenowe (głównie za sprawą właściwości rakotwórczych). Obecnie poza melarsoprolem, acetarsolem, salwarsanem i trójtlenkiem arsenu nie stosuje się w lecznictwie związków arsenu. W ostatnich latach zaczyna wzrastać zainteresowanie arszenikiem, jako środkiem w terapii przeciwnowotworowej.

Poza medycyną arsen znalazł zastosowanie w produkcji półprzewodników (jako arsenek galu), polepszania jakości niektórych stopów (m.in. 0,5–2% dodatek do ołowiu poprawia sferyczność amunicji ołowianej, a 0,1–3% dodatek do stopów łożyskowych zawierających ołów zwiększa ich wytrzymałość), w produkcji bojowych środków trujących (luizyty), przy impregnacji drewna i jako dodatek do szkła (dając mu zielonkawą poświatę).

Przez wiele lat związki arsenu stosowane były również w garbarstwie oraz jako pigmenty i środki ochrony roślin (głównie arseniany), jednak ich znaczenie w ostatnich latach zmalało znacznie na rzecz mniej toksycznych odczynników.

Arsen-76

Nietrwały syntetyczny izotop arsenu o największym zastosowaniu, np. w metodzie atomów znaczonych. Narząd krytyczny stanowi przewód pokarmowy, a dopuszczalne skażenie to 740 kBq.

Znaczenie biologiczne arsenu

Mimo iż arsen jest jednym z mikroelementów, to jego nadmiar powoduje niezwykle silne zatrucia. Wszystkie związki arsenu, mniej lub bardziej, posiadają właściwości protoplazmatyczne (niszczą ściany komórkowe bakterii) i rakotwórcze. Arsen zakłóca również procesy enzymatyczne w komórkach, hamując enzymy zależne od NAD. Toksyczność związków arsenu zależy jednak od formy w jakiej są przyjmowane. Ogólnie przyjmuje się, że szkodliwość związków arsenu maleje w szeregu:

AsH₃ → nieorg. As³⁺ → org. As³⁺ → nieorg. As⁵⁺ → org. As⁵⁺ → związki arsoniowe → arsen metaliczny

lecz są znane zarówno mało toksyczne związki nieorganiczne As³⁺, jak i związki organiczne As⁵⁺ o toksyczności znacznie przewyższającej słynny arszenik (LD₅₀=35mg/kg). Ostre zatrucia arsenem i jego związkami pojawiają się od 0,5–30 godzin od intoksykacji i charakteryzują się zaburzeniami ze strony układu nerwowego, ostrym podrażnieniem żołądkowo-jelitowym i obniżeniem ciśnienia krwi. Pojawia się również krwiomocz i żółtaczka.

Objawy zatrucia przewlekłego występują zwykle po kilku latach. Mogą nimi być liczne nowotwory skóry, płuc, nerek, wątroby, a niekiedy i pęcherza moczowego. Sam długotrwały kontakt skóry z pyłem arsenowym może wywołać kilkanaście odmian nowotworu skóry. Bardzo często jednak przewlekłe zatrucia doprowadzają jedynie do zwykłych zmian skórnych – rogowacenie, przebarwienia, zapalenia skórne, a w przypadku zatrucia drogą pokarmową – podrażnienie i stany zapalne układu pokarmowego. Dłuższe przyjmowanie małych dawek związków arsenu wywołuje wzrost odporności na zatrucia ostre tymi substancjami. Pewien minimalny odsetek ludzi posiada również wrodzoną odporność na pochodne arsenu.

Znane są mikroorganizmy zdolne do wzrostu przy wysokim stężeniu arsenu, np. bakterie GFAJ-1.

Bibliografia

• Wiadomości chemiczne nr 3–4 (59), „Arsen w technice i środowisku”; E. Kociołek-Balawejder, D. Ociński; Wrocław 2005