Arsen

Ukoliko ste tražili lično ime, pogledajte članak Arsen (ime).

Arsen (As, lat. arsenium) metaloid je VA, grupe. Ima četiri izotopa: 73, 74, 75 i 76, od kojih je postojan samo 75.

Arsen

Opšta svojstva
Ime, simbol	arsen, As
U periodnom sistemu
Vodonik Helijum Litijum Berilijum Bor Ugljenik Azot Kiseonik Fluor Neon Natrijum Magnezijum Aluminijum Silicijum Fosfor Sumpor Hlor Argon Kalijum Kalcijum Skandijum Titanijum Vanadijum Hrom Mangan Gvožđe Kobalt Nikl Bakar Cink Galijum Germanijum Arsen Selen Brom Kripton Rubidijum Stroncijum Itrijum Cirkonijum Niobijum Molibden Tehnecijum Rutenijum Rodijum Paladijum Srebro Kadmijum Indijum Kalaj Antimon Telur Jod Ksenon Cezijum Barijum Lantan Cerijum Prazeodijum Neodijum Prometijum Samarijum Evropijum Gadolinijum Terbijum Disprozijum Holmijum Erbijum Tulijum Iterbijum Lutecijum Hafnijum Tantal Volfram Renijum Osmijum Iridijum Platina Zlato Živa Talijum Olovo Bizmut Polonijum Astat Radon Francijum Radijum Aktinijum Torijum Protaktinijum Uranijum Neptunijum Plutonijum Americijum Kirijum Berklijum Kalifornijum Ajnštajnijum Fermijum Mendeljevijum Nobelijum Lorencijum Raderfordijum Dubnijum Siborgijum Borijum Hasijum Majtnerijum Darmštatijum Rendgenijum Kopernicijum Nihonijum Flerovijum Moskovijum Livermorijum Tenesin Oganeson P ↑ As ↓ Sb germanijum ← arsen → selen ‍
Atomski broj (Z)	33
Grupa, perioda	grupa 15 (pniktogeni), perioda 4,
Blok	p-blok
Kategorija	metaloid
Rel. at. masa (Ar)	74,921595(6)
El. konfiguracija	[Ar]3d104s24p3
po ljuskama	2, 8, 18, 5
Fizička svojstva
Boja	metalnosiva
Agregatno stanje	čvrsto
Tačka topljenja	1.090 K (817 °‍C)
Tačka ključanja	887 K (614 °‍C)
Gustina	5.727 kg/m3
Molarna zapremina	12,95×10−3 m3/mol
Toplota fuzije	369,9 kJ/mol
Toplota isparavanja	34,76 kJ/mol
Sp. topl. kapacitet	330 J/(kg·K)
Atomska svojstva
Oksidaciona stanja	±3, 5
Osobine oksida	srednje kiseli
Elektronegativnost	2,18 (Poling) 2,20 (Olred)
Energije jonizacije	1: 947,0 kJ/mol 2: 1.798 kJ/mol 3: 2.735 kJ/mol (ostale)
Atomski radijus	115 (114) pm
Kovalentni radijus	119 pm
Valsov radijus	185 pm
Spektralne linije
Ostalo
Kristalna struktura	​romboedarska
Topl. vodljivost	50 W/(m·K)
Sp. el. vodljivost	3,45×106 S/m
Mosova tvrdoća	3,5
CAS broj	7440-38-2

Zastupljen je u zemljinoj kori u količini od 2,5 ppm (engl. parts per million) u obliku nekoliko minerala od kojih je najrasprostranjeniji arsenopirit koji se često nalazi i u ležištima pirita.

Njegova jedinjenja su bila poznata još u antičko doba. U čistom obliku prvi ga je izdvojio alhemičar Albert Veliki u dvanaestom veku, mada na to otkriće pretenduju i stariji arapski alhemičari i kineski narodni lekari.

Sigurno najpoznatije jedinjenje arsena je vrlo toksičan As₂O₃. Netoksične soli arsen(V) su sastojci pesticida, kao i dodaci staklu dajući mu zelenkastu boju.

Prirodan arsen

Biološki značaj - nekoliko enzima koji su neophodni za život sadrže arsen. Arsen je jedan od mikroelemenata i njegova minimalna dnevna količina je veoma niska 0,04 miligrama. Soli arsena(III) su veoma otrovne i izazivaju rak. Smrtonosna doza iznosi 50 miligrama. Soli arsena(V) su neotrovne, ali imaju jako baktericidno dejstvo. Ipak unošenjem velikih količina one se nagomilavaju u organizmu i redukuju se do toksičnih soli arsena(III).

Arsen poseduje dve alotropske modifikacije: prva modifikacija- alfa je krh metal, koji burno reaguje sa vodom. Druga modifikacija- beta je zlatne boje, mnogo manje reaktivna od alfa modifikacije. Čist arsen se dodaje nekim legurama čelika, a i dodaje se silicijumu u elektronskoj industriji.

Istorija

Ime elementa arsen izvedeno je neposredno iz grčkog αρσενικόν (arsenikón), izraza koji je prvobitno označavao mineral arsena auripigment. Spomenut je već u 1. veku u delima grčkog lekara i botaničara Dioskorida. S druge strane, postoje naznake da reč potiče iz srednjopersijskog al-zarnik izraza koji je prvobitno označavao mineral arsena auripigment. Spomenut je već u 1. veku u delima grčkog lekara i botaničara Dioskorida. S druge strane, postoje naznake da reč potiče iz srednjopersijskog arsenikós, što otprilike znači muški, snažno. Tek od 19. veka počinje se koristiti današnji naziv arsen. Simbol elementa As predložio je 1814. godine Jakob Bercelijus.

Smatra se da se prvi kontakti i upotreba arsena od strane antičkih ljudi može dokazati počev od 3. veka p. n. e. U kosi mumije pronađene u glečeru u Alpama nazvane Eci pronađene su velike količine arsena, što u arheološkom smislu predstavlja dokaz da se unesrećeni čovek bavio preradom bakra, jer su rude bakra često zagađene arsenom. U klasičnoj antici, arsen je bio poznat u oblicima sulfida auripigmenta (As₂S₃) i realgara (As₄S₄) koje je opisao Teofrast, naslednik Aristotela. Takođe je i grčki filozof Demokrit u 2. veku p. n. e. je znao za određena jedinjenja arsena. Iz papirusa X iz holandskog grada Lajden iz 3. veka može se zaključiti da se arsen koristio za bojenje srebra u zlatnu boju kao i bakra u belo. Rimski car Kaligula je navodno u 1. veku n. e. naredio projekat za pravljenje zlata iz (zlatnožutog) auripigmenta. Alhemisti, koji su poznavali jedinjenja arsena iz antičkih radova poput Physica et Mystica, smatrali su da je arsen u nekoj vezi sa živom i sumporom. arsen(III)-sulfid se tada koristio kao boja u molerskim radovima i sredstvo za depilaciju, kao i spoljašnju i oralnu primenu kod lečenja nekih plućnih bolesti.

Simbol za arsen u alhemiji

U srednjem veku arsenik (arsen(III)-oksid) se mogao naći u isparenjima iz brojnih kovačnica i metalurških topionica. U čistom obliku prvi ga je izdvojio alhemičar Albert Veliki oko 1250. godine, putem redukcije arsenika sa ugljom. Zbog toga se on tradicionalno smatra otkrivačem elementa, mada postoje brojni dokazi da se elementarni arsen dobijao i mnogo ranije. Paracelsus ga je u 16. veku uveo u medicinu. Otprilike u isto vreme jedinjenja i lekovi na bazi arsena su opisani u kineskoj enciklopediji Benkao Gangmu koju je sastavio apotekar Li Ši-džen. On je naročito isticao njegovu upotrebu kao pesticid na rižinim poljima.

U 17. veku holandski slikari su mnogo koristili žuti auripigment kao boju kraljevsku žutu za svoje radove. Pošto se pigment tokom vremena pretvara u arsen(III)-oksid i mrvi sa platna, nastaju velike poteškoće pri restauriranju tih slika. Od 1740-ih godina preparati od arsena počeli su se uspešno koristiti za bojenje i zaštitu semena biljaka pre sijanja. Dodaci arsena su se dodavali u liveno olovo da bi se takvim olovnim legurama dala veća tvrdoća. Takva legura je našla primenu u proizvodnji olovne sačme. Iako je davno uočena otrovnost arsena i poznata njegova primena kao ubojiti otrov, početkom 19. veka arsen je bio jedno od najznačajnijih sredstava protiv astme. Osnov za ovakvo korištenje su bile priče u kojima se Kinezima pripisivalo da koriste arsen u kombinaciji sa duvanom za pušenje, da bi, kako se verovalo, pluća bila jaka kao kovački mehovi. Arsen se koristio i u obliku bakarnih arsenata u sredstvima za bojenje poput pariskog zelenog za izradu tapeta. Pri povećanoj vlažnosti ovaj pigment se pod uticajem gljivica plesni pretvarao u otrovna isparljiva arsenova jedinjenja, koja su često vodila do hroničnog trovanja arsenom.

Arsen je našao primenu čak i ratu: u Prvom svetskom ratu jedinjenja arsena su se koristila u hemijskim oružjima kao što su luizit i plavi krst. Delujući na kožu i pluća žrtava, ovi otrovi nanosili su strahovite bolove i teška telesna oštećenja.

Rasprostranjenost

Samorodni arsen kao mineralni agregat pronađen u Sankt Andreasbergu u nemačkom Harzu
(Izložen u minerološkom muzeju Univerziteta u Bonu)

Ultračisti arsen u zaštitnoj atmosferi argona

Arsen se u malim koncentracijama do 10 ppm pojavljuje gotovo svuda u zemljištu. U Zemljinoj kori prisutan je u približnoj količini kao uranijum i germanijum. U kontinentalnoj Zemljinoj kori prosečna količina arsena iznosi oko 1,7 ppm (eng. parts per million, delova na milion), a zbog svojih litofilnih osobina (voli silikate) u gornjim slojevima kore mnogo je više zastupljen nego dublje u Zemljinoj kori (2 ppm u odnosu na 1,3 ppm u dubljim slojevima kore). Arsen se nalazi na 53. mestu tabele najčešćih hemijskih elemenata na Zemlji. Može se naći u obliku nekoliko minerala od kojih je najrasprostranjeniji arsenopirit koji se često nalazi i u ležištima pirita.

Arsen se u prirodi može naći samorodan, tj. u svom elementarnom obliku te ga zbog toga Međunarodna minerološka asocijacija (IMA) ubraja u minerale. Prema sistematici minerala po Struncu (nemačko govorno područje, 9. izdanje) arsen je svrstan pod sistemski broj „1.CA.05“ (elementi – polumetali (metaloidi) i nemetali – arsenova grupa elemenata) U starijoj sistematici (8. izdanje) arsen je bio uvršten u grupu I/B.01-10. U engleskom govornom području, po sistematici minerala (Dana), element je uvršten u sistemsku grupu minerala „01.03.01.01“.

Do 2011. godine u svetu je pronađeno oko 330 nalazišta samorodnog arsena U Evropi, samorodnog arsena ima u Nemačkoj (na Švarcvaldu u pokrajinu Baden-Virtemberg, u Hesenu, te u Tiringerškoj šumi), Austriji, Švajcarskoj (kantoni Aargau i Vale), Belgiji, Bugarskoj, Finskoj, Francuskoj, Grčkoj, Italiji, Irskoj, Norveškoj, Poljskoj, Rumuniji, Švedskoj, Slovačkoj, Španiji i Velikoj Britaniji. Osim toga, pronađen je i u Australiji, Boliviji, Čileu, Japanu, Kanadi, Kirgistanu, Madagaskaru, Maleziji, Maroku, Mongoliji, Peruu i SAD.

Međutim, mnogo češće od samorodnog elementa mogu se naći različiti međumetalni spojevi sa antimonom (alemontit) i bakrom (algodonit), kao i u obliku raznih minerala, koji u najvećem obimu spadaju u klase sulfida i sulfosoli. Do 2011. godine u svetu je otkriveno ukupno 565 različitih arsenovih minerala. Najveća koncentracija arsena u mineralima izmerena je, između ostalih, u mineralu duranusitu (oko 90%), zatim mineralima skuteruditu i arsenolitu (oko 76%), mada su oni vrlo retki i teško ih je pronaći. Sa druge strane, po celom svetu su rasprostranjeni vrlo česti minerali arsenopirit, realgar i auripigment. Osim njih, poznati su i minerali kobaltit, domejkit (dobio ime po poljskom minerologu Ignasu Domejku), enargit, gersdorfit, proustit, sperilit i saflorit.

Osobine

Izotopi

Poznato je nekoliko veštački dobijenih radioaktivnih izotopa arsena sa masenim brojevima između 65 i 87. Vremena poluraspada se kreću između 96 ms (kod ⁶⁶As) do 80,3 dana (kod ⁷³As). Prirodni arsen se sastoji isključivo od izotopa ⁷⁵As, te je stoga arsen mononuklidni (anizotopski) element. Odgovarajuće jezgro atoma arsena sastoji se iz tačno 33 protona i 42 neutrona. Spin atomskog jezgra iznos 3/2.

Struktura

Arsen posjeduje dve alotropske modifikacije: prva modifikacija, alfa je krak metal, koji burno reaguje sa vodom. Druga modifikacija, beta je zlatne boje, mnogo manje reaktivna od alfa modifikacije. Čist arsen se dodaje nekim legurama čelika, a i se dodaje silicijumu u električnoj industriji.

Jedinjenja arsena

Arsen gradi dva oksida:

Arsen(III) oksid (As₂O₃) - Poznatiji je i po nazivu arsenik. Industrijski je najvažnije jedinjenje arsena. Dobija se prženjem neke arsenove rude, najčešće arsenopirita:

$2FeAsS+5O_{2}\rightarrow Fe_{2}O_{3}+SO_{2}+As_{2}O_{3}$

Ima odlike bezbojne staklaste mase koja stajanjem postaje neprozirna. Jak je otrov, ali se i u malim količinama upotrebljava kao lek. U vezi sa njim su osnovane neke spekulacije u vezi sa smrću Napoleona Bonaparte. Kisele i bazne osobine ovog oksida su slabo izražene. Arsenatna kiselina, koja se gradi dejstvom vode na arsen(III) oksid, pokazuje slabo kiselu reakciju. Prema tome, arsen (III)-oksid je amfoteran oksid, ali sa jače izraženim kiselim osobinama.

Arsen(V)-oksid (As₂O₅) - Dobija se kada se arsenikovoj kiselini oduzme voda. Kada se arsenatna kiselina zagreva 2 sata na oko 210 °C dobija se ovaj arsenov oksid kao bela, staklasta čvrsta supstanca koja se rasplinjuje:

$2H_{3}AsO_{4}\rightarrow As_{2}O_{5}+3H_{2}O$

Pri zagrevanju, raspada se na arsen (III)-oksid i oslobađa se kiseonik. Lako je rastvoran u vodi, stvarajući arsenatnu kiselinu. Poznato je nekoliko arsenata od kojih industrijski značaj ima kalcijum-arsenat (Ca₃(AsO₄)₂), koji su upotrebljava za uništavanje štetočina i natrijum arsenat, Na₂HAsO₄•12 H₂O koji se upotrebljava pri štampanju pamučnog platna.

Arsenitna kiselina (H₃AsO₃) - Gradi molekul piramidalnog oblika sa OH grupama vezanim za arsen. Slaba je kiselina. Opasnija je u svom anhidridu.

Arsenatna kiselina (H₃AsO₄) - Bezbojna slaba kiselina. Industrijske svrhe ove kiseline su veoma ograničene zbog njene otrovnosti. Ima ulogu u oblaganju nekih drva i za neke pesticide. Korišćena je i protiv tripanozome, uzročnika bolesti spavanja. Ova upotreba nije bila veoma praktična zbog velike količine potrebne za dezinfikaciju, koja bi odala toksične posledice.

Literatura

• Emsley, John (2011). „Arsenic”. Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford, England, UK: Oxford University Press. str. 47—55. ISBN 978-0-19-960563-7. 
• Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (II izd.). Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN 0080379419. 
• Rieuwerts, John (2015). The Elements of Environmental Pollution. Abingdon and New York, Routledge. ISBN 978-0-41-585920-2. 
• Whorton, James G. University Press (2011). The Arsenic Century. Oxford. ISBN 978-0-19-960599-6. 

Spoljašnje veze

• CTD's Arsenic page and CTD's Arsenicals page from the Comparative Toxicogenomics Database
• A Small Dose of Toxicology
• Arsenic in groundwater Book on arsenic in groundwater by IAH's Netherlands Chapter and the Netherlands Hydrological Society
• Contaminant Focus: Arsenic Архивирано на сајту Wayback Machine (1. септембар 2009) by the EPA.
• Environmental Health Criteria for Arsenic and Arsenic Compounds, 2001 by the WHO.
• Evaluation of the carcinogenicity of arsenic and arsenic compounds by the IARC.
• National Institute for Occupational Safety and Health – Arsenic Page
• Arsenic at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)