Arsen

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[a][1]
Stan skupienia	stały
Gęstość	5727 kg/m³
Temperatura topnienia	814 °C (36 atm)[2]
Temperatura wrzenia	614 °C (temperatura sublimacji)[2]
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[3] 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 Globalnie zharmonizowany system klasyfikacji i oznakowania chemikaliów[4] Niebezpieczeństwo Zwroty H H301, H331, H410 Zwroty P P261, P273, P301+P310, P311, P501 NFPA 704[5] 0 4 0   Numer RTECS CG0525000
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)

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

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 i realgar. Towarzyszy także złożom siarczkowym innych metali, np. pirytom, chalkopirytom, galenie i blendzie cynkowej. W naturze 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.

Naturalnym źródłem arsenu w przyrodzie są erupcje wulkanów (około 17 tysięcy ton rocznie) oraz w mniejszym stopniu ługowanie arsenu ze skał osadowych i magmowych. Źródłem antropogenicznym jest uboczna emisja w procesach wydobycia i hutnictwa rud metali nieżelaznych (około 61 tysięcy ton rocznie) oraz spalanie paliw kopalnianych, głównie węgla brunatnego i kamiennego.

Łączne wydobycie arsenu na świecie wynosi około 35 tysięcy 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 poprzez rozkład arsenopirytu lub lelingitu w temperaturze 650–700 °C lub 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.

Jego związki były znane od starożytności. W formie czystej wyodrębnił go jako pierwszy prawdopodobnie alchemik Albert Wielki w 1250^[6], 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 rosnąć. W XVIII i XIX w. arsen stał się podstawą farmakologii. Preparaty arsenowe, w postaci past, roztworów, tabletek, zastrzyków dożylnych i podskórnych, 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 mniej toksyczne od związków nieorganicznych. W II poł. XX w. wycofano z obiegu, mimo dużej skuteczności, niemal wszystkie leki arsenowe, głównie za sprawą właściwości rakotwórczych. 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 w postaci arsenku 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, dający 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 zmalało na rzecz mniej toksycznych odczynników.

Nietrwały^[b], syntetyczny izotop ⁷⁶As ma zastosowanie np. w metodzie atomów znaczonych. Narząd krytyczny stanowi przewód pokarmowy (dopuszczalne skażenie: 740 kBq).

Mimo iż arsen jest jednym z mikroelementów, jego nadmiar powoduje silne zatrucia. Wszystkie związki arsenu mają mniej lub bardziej 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 przewyższającej arszenik (LD₅₀ = 35 mg/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. 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 odsetek ludzi posiada wrodzoną odporność na pochodne arsenu.

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

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