Arseen
Inhoudsopgave
Vanaf de tijd van het Romeinse Rijk tot aan het Victoriaanse tijdperk toe werd arseen zowel als de “koning van de gifstoffen” als het “gif van de koningen” beschouwd. De geschiedenis is bezaaid met verslagen van zowel royalty’s als gewone mensen die moorden plegen voor persoonlijk gewin met behulp van geurloze, smaakloze, met andere woorden perfect gif, verbindingen van arseen. Maar zelfs met zijn reputatie als dodelijke stof neemt arseen nog steeds een zeer belangrijke plaats in de natuurlijke wereld in.
Een natuurlijke chemische stof
Arseen is element 33 in het periodiek systeem. Een atoom arseen heeft 33 elektronen en 33 protonen met 5 valentie elektronen (dat zijn de elektronen die kunnen deelnemen in het vormen van chemische bindingen met andere elektronen) in de buitenste schil.
Arseen is een kristallijn metalloïde dat in de korst van de Aarde voorkomt. In vrije vorm is het echter zeldzaam. Het element wordt gevonden in mineralen zoals arsonopyriet, realgar en orpiment. Arsenopyriet (FeAsS), is een ijzerarseensulfide en het is het meest voorkomende mineraal waaruit arseen wordt gewonnen.
Arseen was al in de 4de eeuw voor Christus bekend. Aristoteles noemde een van zijn sulfides rood lood. De Duitse filosoof en alchemist Albert Magnus isoleerde in 1250 als eerste het element.
Het woord “arseen” is afkomstig van het Perzische woord “zarnikh” en dat betekent “geel orpiment”. De oude Grieken namen het woord over als “arsenikon”. Het woord is ook gerelateerd aan het Griekse woord “arsenikos” en dat betekent “mannelijk” en “potent”. Het Latijnse woord werd “arsenicum”.
Onder normale atmosferische druk sublimeert Arseen oftewel verandert het direct van vaste toestand naar de gasvormige toestand zonder een vloeistof te worden. Onder hoge druk wordt arseen wel vloeibaar.
Arseen heeft een aantal vormen oftewel allotropen. De meest voorkomende vorm is metaalgrijs, gevolgd door geel en vervolgens zwart. Grijs arseen is de enige vorm die in de industrie wordt gebruikt. Het is de meest stabiele van de drie en de sterkste geleider van elektriciteit.
In de natuur komen zowel organische arseenverbindingen als anorganische arseenverbindingen voor. Anorganisch arseen komt het meeste voor en dan met name in verbindingen met zwavel, zuurstof en chloor. Anorganisch arseen is het meest schadelijk voor de gezondheid.
Chemische gegevens
| Symbool | As |
| Volledige naam | Arseen |
| Atoomnummer | 33 |
| Atoommassa (g.mol-1 ) | 74,9216 |
| Groep | metalloïden |
| Elektronegativiteit (Pauling) | 2,18 |
| Dichtheid (g.cm-3 bij 20 °C) | 5,727 |
| Smeltpunt (°C) | 814 (bij 36 atmosfeer) |
| Kookpunt (°C) | 615 (sublimatie |
| Vanderwaalstraal (nm) | 0,139 |
| Ionstraal (nm) | 0,222 (-2), 0,047 (+5), 0,058 (+3) |
| Isotopen | 1 stabiel: 75 As |
| Elektronenconfiguratie | [Ar]3d104s24p3 |
| Elektronen per schil | 2, 8, 18, 5 |
| Eerste ionisatiepotentiaal (kJ.mol-1 ) | 947,0 |
| Tweede ionisatiepotentiaal (kJ.mol-1 ) | 1798 |
| Derde ionisatiepotentiaal (kJ.mol-1 ) | 2735 |
| Standaard potentiaal (V) | -0,3 (As3+ /As) |
| Ontdekt door | < 815 v. Christus door Arabische alchemici |
Bohr-Rutherford diagram
Isotopen
| Nummer | Naam | Symbool | Atoommassa (u) | Abundantie (%) |
|---|---|---|---|---|
| 33 | Arseen | 75 As | 74,921596 | 100 |
Radioisotopen
| Nuclide | Isotopische massa (u) | Halveringstijd |
|---|---|---|
| 64As | 63,95757 | 40 ms |
| 65As | 64,94956 | 170 ms |
| 66As | 65,94471 | 95,77 ms |
| 67As | 66,93919 | 42,5 s |
| 68As | 67,93677 | 151,6 s |
| 69As | 68,93227 | 15,2 min |
| 70As | 69,93092 | 52,6 min |
| 71As | 70,92711 | 65,28 uur |
| 72As | 71,92675 | 26,0 uur |
| 73As | 72,92382 | 80,30 dagen |
| 74As | 73,92392 | 17,77 dagen |
| 76As | 75,92239 | 1,0942 dagen |
| 77As | 76,92064 | 38,83 uur |
| 78As | 77,92182 | 90,7 min |
| 79As | 78,92094 | 9,01 min |
| 80As | 79,92253 | 15,2 s |
| 81As | 80,92213 | 33,3 s |
| 82As | 81,92450 | 19,1 s |
| 83As | 82,92498 | 13,4 s |
| 84As | 83,92906 | 4,02 s |
| 85As | 84,93202 | 2,021 s |
| 86As | 85,93650 | 0,945 s |
| 87As | 86,93990 | 0,56 s |
| 88As | 87,94494 | 300 ms |
| 89As | 88,94939 | 200 ms |
| 90As | 89,95550 | 80 ms |
| 91As | 90,96043 | 50 ms |
| 92As | 91,96680 | 30 ms |
Gevaren van Arseen
Zelfs als er geen kwade opzet in het spel is vormt arseen nog steeds een gevaar. Er kunnen gemakkelijk dodelijke doses worden gelekt naar het drinkwater, voedsel en de lucht. Drinkwater is het meest kwetsbaar en op sommige plekken is het risico op een arseenbesmetting bijzonder hoog.
Normen voor hoeveelheden arseen in drinkwater zijn bijzonder laag maar op veel plaatsen op Aarde bevat grondwater hoeveelheden arseen ver boven de toegestane hoeveelheid voor grondwater. Arseen wordt gemakkelijk door rijst opgenomen en rijst is voor grote delen van de wereldbevolking de belangrijkste voedingsbron. De Amerikaanse FDA (Food and Drug Administration) hanteert een grens van 100 ppb (parts per biljon) voor arseen in rijst voor baby’s.
Er zijn onderzoeken verschenen die er op wijzen dat ook ander voedsel, zoals witte wijn, bier en spuitjes, gelinkt kunnen worden aan hogere arseengehaltes in mensen. Zo worden ook vruchtensappen als appelsap en sinaasappelsap gecontroleerd op arseen.
Gezondheidsproblemen
Een vergiftiging met arseen kan leiden tot allerlei soorten gezondheidsproblemen. Een grote dosis kan leiden tot een onmiddellijke ziekte of de dood maar langdurige blootstelling wordt in verband gebracht met hogere percentages huid-, blaas- en longkanker en hartaandoeningen.
Langdurig drinken van bronwater dat 10 – 100 ppb arseen bevat kan leiden tot een verlaagd IQ en geboorteafwijkingen. Arseen kan op zeer lage niveaus met betrekkelijk eenvoudige testen worden gedetecteerd waardoor we ons goed kunnen beschermen tegen een gevaarlijke blootstelling aan arseen.
Een essentiële voedingsstof
De 16de -eeuwse Duits-Zwitserse filosoof en toxicoloog Paracelsus heeft ooit gezegd: “alle dingen zijn vergif en niets is zonder vergif. Alleen de dosis bepaald of iets giftig is of niet”.
Maar kan een giftig element echt essentieel zijn voor het leven? Veel studies zeggen van wel. Sommige giftige metalen kunnen in sporen hoeveelheden essentiële voedingsstoffen zijn. Volgens onderzoekers heeft ons lichaam arseen, op een niveau van 0,00001%, nodig om te groeien en een gezond zenuwstelsel te behouden.
Weetjes
- Al in 82 voor Christus probeerde de Romeinse keizer Lucius Cornelius Sulla een einde te maken aan een uitbarsting van arseenvergiftigingen door de wet Lex Cornelia aan te nemen. Het was de eerste bekende wet tegen vergiftiging.
- In 1836 ontwikkelde de Engelse chemicus James Marsch een test om kleine hoeveelheden arseen in voedsel en menselijke resten te detecteren. Er begon eindelijk een einde te komen aan een epidemie van arseenvergiftigingen.
- Alhoewel niet bewezen is er een hardnekkig gerucht dat Napoleon Bonaparte langzaam werd vergiftigd met arseen door iemand uit zijn omgeving. Dit zou uiteindelijk in 1821 tot zijn dood hebben geleid. Algemeen wordt echter aangenomen dat hij stierf aan een vergevorderd geval van maagkanker maar velen geloven nog steeds dat ook arseen een rol speelde.
- Vermoedelijk de bekendste arseenvergiftigers waren de Borgia’s, een van de bekendste en machtigste families in Italië die mede dankzij hun strategische arseenvergiftigingen van rijken en prominenten in de Renaissanceperiode de macht grepen.
- In de Victoriaanse tijd was witte arseen, arseentrioxide (As2 O3) algemeen verkrijgbaar. Het werd door vrouwen gegeten of gemengd met azijn of kalk en ze schrobden er dan hun huid mee om zo een wittere tint te krijgen. Een witte huid was het teken dat je niet op het land werkte.
Agrarisch gebruik
Omdat arseen zo’n sterk gif is werd het in het begin van de 20ste eeuw veel gebruikt in knaagdiervergiften en gewasbeschermingsmiddelen. Het duurde tientallen jaren voordat iedereen besefte dat het geen goed idee was om deze kankerverwekkende stof op de voedselvoorraad te spuiten. In de jaren ’80 werden arsenaatpesticiden verboden maar een deel van het residu zal zich nog steeds in de bodem bevinden.
Vanaf de jaren ’40 werden met arseen behandelde houtconserveringsmiddelen, zoals gechromateerd koperarsenaat (CCA) veel gebruikt om houtrot te voorkomen. Ook deze giftige verbindingen zijn tegenwoordig niet meer toegestaan.
Medisch gebruik
In 1786 presenteerde de Engelse arts Thomas Fowler zijn op arseen gebaseerde wondermiddel dat vaak gebruikt werd om huidaandoeningen zoals bijvoorbeeld psoriasis te behandelen. Helaas werd duidelijk dat patiënten een veel hoger risico kregen om kanker te ontwikkelen en dan specifiek op de behandelde plekken. Het gebruik van Fowler’s oplossing werd tussen 1930 en 1950 uitgefaseerd.
In 1910 ontwikkelde de Duitse farmacoloog Paul Ehrlich he top arseen gebaseerde medicijn Salvarsan, ook bekend als arsphenamine. Het werd gebruikt in de behandeling van syfilis. Deze geslachtsziekte was destijds ongeneeslijk. Het medicijn was zeer effectief en het was lange tijd het best werkende medicijn tegen syfilis. Het werd gebruikt tot de jaren ’40 toen penicilline beschikbaar kwam. Ehrlich’s ontwikkeling van Salvarsan was de eerste stap naar gerichte chemotherapie. Tegenwoordig wordt arseentrioxide nog gebruikt bij de behandeling van mensen met acute promyelocytische leukemie.
Industriële toepassingen
- Arseen wordt soms met lood gelegeerd om zo een harder, duurzamer metaal te maken. Het gelegeerde lood wordt dan gebruikt in kogels en auto-accu’s. Arseen werd ook veel in de glasindustrie gebruikt om glas te kleuren maar het gebruik er van neemt de laatste jaren wel af.
- Arseen wordt vaak gebruikt als dopingmiddel voor solid-state apparaten zoals transistors.
- Galliumarsenide wordt gebruikt in lasers die elektriciteit omzetten in coherent licht.
- Arseenverbindingen, zoals bijvoorbeeld Parijsgroen, calciumarsenaat en loodarsenaat, werden gebruikt in insecticiden en in andere vergiften.
- Arseen wordt in vuurwerk gebruikt om de vlam extra te kleuren.
- Arseen verbetert ook de bolvormigheid van loodhagel.
Spectra
Absorptiespectrum
Emissiespectrum
