Arsen
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| Allgemein | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Name , Symbol, Zahl | Arsen, As, 33 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Chemische Reihe | Halbmetalle | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gruppe, Periode, Block | 15, 4, p | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Aussehen | metallgrau |
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| Atommasse | 74,92160 (2) g/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektronenkonfiguration | [ Mit ]3d 10 4s zwei 4p 3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektronen pro Schale | 2, 8, 18, 5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Physikalische Eigenschaften | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Phase | fest | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Dichte (nahe RT) | 5,727 g·cm −3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Flüssigkeitsdichte bei m.p. | 5,22 g·cm −3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Schmelzpunkt | 1090 K (817 °C, 1503 °F) |
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| Siedepunkt | subl. 887K (614 ° C, 1137 ° F) |
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| Kritische Temperatur | 1673K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Schmelzwärme | (grau) 24,44 kJ·mol −1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Verdampfungswärme | ? 34,76 kJ·mol −1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Wärmekapazität | (25 °C) 24,64 J·mol −1 ·K −1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Atomare Eigenschaften | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Kristallstruktur | rhomboedrisch | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Oxidationszustände | ± 3 , 5 (leicht saures Oxid) |
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| Elektronegativität | 2.18 (Pauling-Skala) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ionisationsenergien ( mehr) |
1.: 947,0 kJ·mol −1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2.: 1798 kJ·mol −1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 3.: 2735 kJ mol −1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Atomradius | 235 Uhr | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Atomradius (berechnet) | 234 Uhr | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Kovalenter Radius | 239 Uhr | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Van-der-Waals-Radius | 185 Uhr | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Sonstig | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Magnetische Bestellung | datiert nicht | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektrischer widerstand | (20 °C) 333 nΩ·m | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Wärmeleitfähigkeit | (300 K) 50,2 W·m −1 ·K −1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elastizitätsmodul | 8 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Bulk-Modul | 22 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Mohs-Härte | 3.5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Brinellhärte | 1440 MPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| CAS-Registrierungsnummer | 7440-38-2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ausgewählte Isotope | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Verweise | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Arsen (EINSCHLAG: /ˈɑːsənɪk/ , /ˈɑɹsənɪk/ ) ist ein Chemisches Element in dem Periodensystem das hat das Symbol Wie und Ordnungszahl 33. Dies ist ein notorisch giftiges Halbmetall, das viele allotrope Formen hat; Gelb, Schwarz und Grau sind einige, die regelmäßig zu sehen sind. Arsen und seine Verbindungen werden als Pestizide, Herbizide, Insektizide und verschiedene Legierungen verwendet.
Bemerkenswerte Eigenschaften
Arsen ist seinem Vorgänger chemisch sehr ähnlich Phosphor , so sehr, dass es in biochemischen Reaktionen teilweise Phosphor ersetzt und daher giftig ist. Wenn es schnell erhitzt wird, oxidiert es zu Arsentrioxid; Die Dämpfe dieser Reaktion haben einen Geruch, der an Knoblauch erinnert. Arsen und einige Arsenverbindungen können beim Erhitzen auch sublimieren und direkt in eine gasförmige Form übergehen. Elementares Arsen kommt in zwei festen Formen vor: gelb und grau/metallisch, mit spezifischen Gewichten von 1,97 bzw. 5,73.
Anwendungen
Bleihydrogenarsenat wurde bis weit ins 20. Jahrhundert als Insektizid auf Obstbäumen verwendet (was manchmal zu Hirnschäden bei den Sprühern führte), und Scheele's Green wurde sogar im 19. Jahrhundert als Farbstoff in Süßigkeiten nachgewiesen. Im letzten halben Jahrhundert hat Mononatriummethylarsenat (MSMA), eine weniger toxische organische Form von Arsen, die Rolle von Bleiarsenat in der Landwirtschaft ersetzt.
Die Anwendung, die die breite Öffentlichkeit am meisten beunruhigt, ist wahrscheinlich die von Holz das mit chromatiertem Kupferarsenat behandelt wurde ('CCA' oder 'Tanalith' und die überwiegende Mehrheit älterer 'druckbehandelter' Hölzer). CCA-Holz ist in vielen Ländern immer noch weit verbreitet und wurde in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts stark als Konstruktions- und Außenbaumaterial verwendet, wo Fäulnisgefahr bestand Insekt Befall in unbehandeltem Holz. Obwohl weit verbreitete Verbote auf die Veröffentlichung von Studien folgten, die eine geringe Auswaschung von an Ort und Stelle befindlichen Hölzern (z. B. Kinderspielgeräten) in die Umgebung zeigten Boden , stellt die Verbrennung von CCA-Holz die größte Gefahr dar. In den letzten Jahren kam es zu tödlichen Tiervergiftungen und schweren Vergiftungen bei Menschen, die auf die – direkte oder indirekte – Aufnahme von Holzasche aus CCA-Holz zurückzuführen sind (die tödliche menschliche Dosis beträgt etwa 20 Gramm Asche). CCA-Bauholzschrott wird weiterhin aus Unwissenheit in großem Umfang verbrannt, sowohl bei gewerblichen als auch bei häuslichen Bränden. Die sichere Entsorgung von CCA-Holz ist nach wie vor lückenhaft und wird wenig praktiziert. In einigen Kreisen gibt es Bedenken hinsichtlich der weit verbreiteten Deponieentsorgung dieses Holzes.
Während des 18., 19. und 20. Jahrhunderts wurden eine Reihe von Arsenverbindungen als Arzneimittel verwendet, darunter Arsphenamin (von Paul Ehrlich) und Arsentrioxid (von Thomas Fowler). Arsphenamin war ebenso wie Neosalvarsan bei Syphilis und Trypanosomiasis indiziert, wurde aber durch moderne Antibiotika abgelöst. Arsentrioxid wurde in den letzten 200 Jahren auf vielfältige Weise verwendet, am häufigsten jedoch zur Behandlung von Krebs . Die Food and Drug Administration hat diese Verbindung im Jahr 2000 für die Behandlung von Patienten mit akuter Promyelozytenleukämie, die gegen ATRA resistent ist, zugelassen. Es wurde auch als Fowler-Lösung bei Psoriasis verwendet.
Als Grün wurde Kupferacetoarsenit verwendet Pigment bekannt unter vielen verschiedenen Namen, darunter Paris Green und Emerald Green. Es verursachte zahlreiche Arsenvergiftungen.
Andere Verwendungen;
- Verschiedene landwirtschaftlich Insektizide und Gifte.
- Galliumarsenid ist ein wichtiger Halbleiter Material, verwendet in integrierte Schaltkreise . Schaltungen, die mit der Verbindung hergestellt werden, sind viel schneller (aber auch viel teurer) als die in Silizium . Im Gegensatz zu Silizium ist es eine direkte Bandlücke und kann daher in Laserdioden und LEDs zur direkten Umwandlung verwendet werden Elektrizität hinein hell .
- Wird auch in der Bronzierung und Pyrotechnik verwendet.
Geschichte
Das Wort Arsen ist dem persischen Wort زرنيخ entlehnt Zarnikh bedeutet 'gelbes Orpiment'. Zarnikh wurde von Griechisch als entlehnt Arsenikon . Arsen ist bekannt und wird in verwendet Persien und anderswo seit der Antike. Da die Symptome einer Arsenvergiftung etwas unklar waren, wurde es bis zum Aufkommen des Marsh-Tests, eines empfindlichen chemischen Tests für seine Anwesenheit, häufig für Morde verwendet. (Ein anderer weniger empfindlicher, aber allgemeinerer Test ist der Reinsch-Test.) Aufgrund seiner Verwendung durch die herrschende Klasse, um sich gegenseitig umzubringen, und seiner unglaublichen Potenz und Diskretion wurde Arsen als der bezeichnet Gift der Könige und der König der Gifte .
Während der Bronzezeit war in der Bronze oft Arsen enthalten (meist als Verunreinigung), was die Legierung härter machte.
Albertus Magnus (Albert der Große, 1193-1280) soll das Element 1250 als Erster isoliert haben. 1649 veröffentlichte Johann Schroeder zwei Methoden zur Herstellung von Arsen.
Das alchemistisch Symbol für Arsen ist unten gezeigt.
In der viktorianischen Ära wurde Arsen mit Essig und Kreide gemischt und von Frauen gegessen, um den Teint ihrer Gesichter zu verbessern und ihre Haut heller zu machen, um zu zeigen, dass sie nicht auf den Feldern arbeiteten. Arsen wurde auch in die Gesichter und Arme von Frauen gerieben, um ihren Teint zu verbessern.
Arsen im Trinkwasser
Die Verunreinigung des Grundwassers mit Arsen hat zu einer massiven Epidemie von Arsenvergiftungen geführt Bangladesch und Nachbarländer. Es wird geschätzt, dass ungefähr 57 Millionen Menschen Grundwasser trinken, dessen Arsenkonzentrationen über dem liegen Weltgesundheitsorganisation 's Standard von 10 Teilen pro Milliarde. Das Arsen im Grundwasser ist natürlichen Ursprungs und wird durch die anoxischen Bedingungen des Untergrundes aus dem Sediment in das Grundwasser freigesetzt. Dieses Grundwasser wurde genutzt, nachdem westliche NGOs in letzter Zeit ein massives Rohrbrunnen-Trinkwasserprogramm initiiert hatten zwanzigsten Jahrhunderts . Dieses Programm wurde entwickelt, um das Trinken von bakteriell verseuchten Oberflächengewässern zu verhindern, scheiterte aber leider daran, das Grundwasser auf Arsen zu testen.(2) Viele andere Länder in Südostasien, wie z Vietnam , Kambodscha , und Tibet , haben vermutlich geologische Umgebungen, die ähnlich förderlich für die Bildung von Grundwasser mit hohem Arsengehalt sind.
Der Norden der Vereinigten Staaten, einschließlich Teilen von Michigan, Wisconsin, Minnesota und die Dakotas haben bekanntermaßen erhebliche Arsenkonzentrationen im Grundwasser.
Arsen kann durch Mitfällung von Eisenmineralien durch Oxidation und Filterung aus Trinkwasser entfernt werden. Wenn diese Behandlung keine akzeptablen Ergebnisse liefert, können adsorptive Arsenentfernungsmedien verwendet werden. In einer von der United States Environmental Protection Agency (U.S.EPA) und der National Science Foundation (NSF) finanzierten Studie wurden mehrere adsorptive Mediensysteme für den Point-of-Service-Einsatz zugelassen.
Magnetische Trennungen von Arsen bei sehr niedrigen Magnetfeldgradienten wurden in der Wasserreinigung am Point-of-Use mit großen Oberflächen und monodispersen Magnetit (Fe3O4)-Nanokristallen demonstriert. Durch die Verwendung der hohen spezifischen Oberfläche von Fe3O4-Nanokristallen wurde die Abfallmasse, die mit der Arsenentfernung aus Wasser verbunden ist, drastisch reduziert.
Auftreten
Massives einheimisches ArsenArsenopyrit, auch Mispickel genannt ( Glaube S As) ist die häufigste Mineral woraus beim Erhitzen das Arsen sublimiert und Eisen(II)-sulfid zurückbleibt. Andere Arsenmineralien sind Realgar, Mimetit, Kobaltit und Erythrit.
Die wichtigsten Arsenverbindungen sind weißes Arsen, Orpiment, Realgar, Paris Green, Calciumarsenat und Bleihydrogenarsenat. Paris Green, Calciumarsenat und Bleiarsenat wurden als verwendet landwirtschaftlich Insektizide und Gifte. Orpiment und Realgar wurden früher als Malpigmente verwendet, obwohl sie aufgrund ihrer Toxizität und Reaktivität etwas außer Gebrauch geraten sind. Es wird manchmal nativ gefunden, aber normalerweise mit kombiniert Silber- , Kobalt , Nickel , Eisen , Antimon , oder Schwefel .
Neben den oben genannten anorganischen Formen kommt Arsen auch in verschiedenen organischen Formen in der Umwelt vor. Anorganisches Arsen und seine Verbindungen werden beim Eintritt in die Nahrungskette durch einen Methylierungsprozess nach und nach zu einer weniger toxischen Form von Arsen metabolisiert.
Vorsichtsmaßnahmen
Arsen und viele seiner Verbindungen sind besonders starke Gifte. Arsen stört ATP Produktion durch mehrere Mechanismen, einschließlich der allosterischen Hemmung des metabolischen Enzyms Lipothiamidpyrophosphatase während der Glykolyse. Auf der Ebene des Zitronensäurezyklus hemmt Arsen die Succinatdehydrogenase und entkoppelt durch Konkurrenz mit Phosphat die oxidative Phosphorylierung und hemmt so die energiegebundene Reduktion von NAD+, die mitochondriale Atmung und die ATP-Synthese. Die Produktion von Wasserstoffperoxid wird ebenfalls erhöht, wodurch reaktive Sauerstoffspezies und oxidativer Stress entstehen können. Arsen tötet durch Enzymhemmung, weil Enzyme die am besten dokumentierten Ziele von Metallen sind; in diesem Fall verursacht es Toxizität, kann aber auch eine schützende Rolle spielen. Diese Stoffwechselstörungen führen zum Tod durch Multisystem-Organversagen (siehe Arsenvergiftung), wahrscheinlich durch nekrotischen Zelltod, nicht durch Apoptose. Eine Obduktion zeigt eine ziegelrot gefärbte Schleimhaut aufgrund einer schweren Blutung.
Elementares Arsen und Arsenverbindungen werden als „giftig“ und „umweltgefährlich“ eingestuft europäische Union gemäß Richtlinie 67/548/EWG.
Die IARC erkennt Arsen und Arsenverbindungen als Karzinogene der Gruppe 1 an, und die EU führt Arsentrioxid, Arsenpentoxid und Arsenatsalze als Karzinogene der Kategorie 1 auf.
Arsen ist dafür bekannt, aufgrund seiner Manifestation im Trinkwasser Arsenikose zu verursachen, „die häufigste Spezies ist Arsenat [HAsO 4 zwei- ; As(V)] und Arsenit [H 3 Tag 3 ; As(III)]“. Die Fähigkeit von Arsen, zwischen As(III) und As(V) zu oxidieren, macht seine Verfügbarkeit in der Umwelt möglich. Laut Croal, Gralnick, Malasarn und Newman ist „das Verständnis, was die As(III)-Oxidation stimuliert und/oder die As(V)-Reduktion begrenzt, für die biologische Sanierung kontaminierter Standorte relevant (Croal). Die Untersuchung von chemolithoautotrophen As(III)-Oxidatoren und heterotrophen As(V)-Reduktionsmitteln kann zum Verständnis der Oxidation und/oder Reduktion von Arsen beitragen.
Verbindungen
- Arsensäure (H 3 Tag 4 )
- Arsenige Säure (H 3 Tag 3 )
- Arsentrioxid (As zwei Ö 3 )
- Arsin (Arsentrihydrid AsH 3 )
- Cadmiumarsenid (Cd 3 Wie zwei )
- Galliumarsenid (GaAs)
- Bleihydrogenarsenat (PbHAsO 4 )
Isotope
Arsen wurde als 'Salz'-Material für vorgeschlagen Atomwaffen ( Kobalt ist ein weiteres, bekannteres Pökelmaterial). Ein Mantel aus As-75, der von dem intensiven hochenergetischen Neutronenfluss einer explodierenden thermonuklearen Waffe bestrahlt wird, würde sich mit einer Halbwertszeit von 1,0778 Tagen in das radioaktive Isotop As-76 umwandeln und ungefähr 1,13 MeV Gammastrahlung erzeugen, was eine signifikante Zunahme bedeutet die Radioaktivität des radioaktiven Niederschlags der Waffe für mehrere Stunden. Es ist nicht bekannt, dass eine solche Waffe jemals gebaut, getestet oder verwendet wurde.
