Arsen - Arsenic


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Arsen,   33 als
Arsen 1a.jpg
Arsen
Aussprache
Allotropen grau (am häufigsten), gelb, schwarz
Aussehen metallic grau
Standard Atomgewicht A R, std (A) 74,921 595 (6)
Arsen im Periodensystem
Wasserstoff Helium
Lithium Beryllium Bor Kohlenstoff Stickstoff Sauerstoff Fluor Neon
Natrium Magnesium Aluminium Silizium Phosphor Schwefel Chlor Argon
Kalium Kalzium Scandium Titan Vanadium Chrom Mangan Eisen Kobalt Nickel Kupfer Zink Gallium Germanium Arsen Selen Brom Krypton
Rubidium Strontium Yttrium Zirkonium Niob Molybdän Technetium Ruthenium Rhodium Palladium Silber Cadmium Indium- Zinn Antimon Tellur Jod Xenon
Cäsium Barium Lanthanum Cer Praseodym Neodym Promethium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantalum Wolfram Rhenium Osmium Iridium Platin Gold Quecksilber (Element) Thallium Führen Wismut Polonium Astat Radon
Francium Radium Aktinium Thorium Protaktinium Uran Neptunium Plutonium Americium Curium Berkelium Californium Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium dubnium Seaborgium Bohrium Hassium meitnerium darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
P

Wie

Sb
GermaniumArsenSelen
Ordnungszahl ( Z ) 33
Gruppe Gruppe 15 (stickstoffgruppe)
Zeitraum Zeitraum 4
Block p-Block
Element Kategorie   metalloider
Elektronenkonfiguration [ Ar ] 3d 10 4s 2 4p 3
Elektronen pro Schale
2, 8, 18, 5
Physikalische Eigenschaften
Phase bei  STP solide
Sublimationspunkt 887 K (615 ° C, 1137 ° F)
Dichte (bei  RT ) 5.727 g / cm 3
wenn Flüssigkeit (bei  MP ) 5,22 g / cm 3
Dreifacher Punkt 1090 K, 3628 kPa
Kritischer Punkt 1673 K,? MPa
Schmelzwärme grau: 24,44  kJ / mol
Verdampfungswärme 34,76 kJ / mol (?)
Molare Wärmekapazität 24.64 J / (mol · K)
Dampfdruck
P  (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
bei  T  (K) 553 596 646 706 781 874
Atomic Eigenschaften
Oxidationszustände -3 , -2, -1, +1, +2, +3 , +4, +5 (ein leicht saures Oxid)
Elektronegativität Pauling-Skala: 2,18
Ionisationsenergien
  • 1.: 947,0 kJ / mol
  • 2. Platz: 1798 kJ / mol
  • 3. Platz: 2735 kJ / mol
  • ( Mehr )
Atomradius empirische: 119  pm
Kovalenzradius 119 ± 04.00
Van der Waals-Radius 185 pm
Farblinien in einem Spektralbereich
Spektrallinien des Arsens
andere Eigenschaften
natürliche Vorkommen Ur-
Kristallstruktur rhomboedrischen
Rhomboedrische Kristallstruktur für Arsen
Wärmeausdehnung 5,6 & mgr; m / (m · K) (bei  RT )
Wärmeleitfähigkeit 50,2 W / (m · K)
Elektrischer widerstand 333 n & OHgr; · m (bei 20 ° C)
magnetische Ordnung diamagnetischen
Magnetische Suszeptibilität -5.5 · 10 -6  cm 3 / mol
Elastizitätsmodul 8 GPa
Bulkmodul 22 GPa
Mohs-Härte 3.5
Brinell-Härte 1440 MPa
CAS-Nummer 7440-38-2
Geschichte
Entdeckung vor 300 CE
Haupt Isotope von Arsen
Isotop Fülle Die Halbwertszeit ( t 1/2 ) Decay-Modus Produkt
73 Wie syn 80,3 d ε 73 Ge
γ -
74 Wie syn 17,8 d ε 74 Ge
β + 74 Ge
γ -
β - 74 Se
75 Wie 100% stabil
| Verweise

Arsen ist ein chemisches Element mit dem Symbol  Wie und Ordnungszahl  33. Arsen kommt in vielen Mineralien, in der Regel in Kombination mit Schwefel und Metalle , aber auch als reines elementares Kristall . Arsen ist ein Halbmetall . Es hat verschiedenen Allotrope , sondern nur die graue Form, die ein metallisches Aussehen hat, ist wichtig für die Industrie.

Die primäre Verwendung von Arsen ist in Legierungen von Blei (beispielsweise in Autobatterien und Munition ). Arsen ist ein gemeinsamer n-Typ - Dotierungsmittel in Halbleiter elektronischen Geräten, und die optoelektronische Verbindung Gallium - Arsenid ist , der zweite am häufigsten verwendete Halbleiter nach dotiertem Silizium . Arsen und seine Verbindungen, insbesondere das Trioxid, werden bei der Herstellung von verwendeten Pestiziden behandelte Holzprodukte, Herbizide und Insektizide . Diese Anwendungen sind rückläufig aufgrund der Toxizität von Arsen und seine Verbindungen.

Einige Arten von Bakterien sind in der Lage Arsenverbindungen als Atmungs verwenden Metaboliten . Spurenmengen von Arsen sind ein wesentlicher Nahrungs Element in Ratten, Hamster, Ziegen, Hühner, und vermutlich andere Arten. Eine Rolle im menschlichen Stoffwechsel ist nicht bekannt. Allerdings Arsenvergiftung tritt in mehrzelligen Leben , wenn Mengen sind größer als nötig. Arsen - Kontamination des Grundwassers ist ein Problem , das Millionen von Menschen auf der ganzen Welt beeinflusst.

Die Vereinigten Staaten " Environmental Protection Agency besagt , dass alle Formen von Arsen sind ein ernsthaftes Risiko für die menschliche Gesundheit. Die Vereinigten Staaten Agentur für giftige Stoffe und Disease Registry Arsen als Nummer 1 in ihrem 2001 veröffentlichten Prioritätenliste von Platz Gefährliche Stoffe in Super Standorten. Arsen als Gruppe-A eingestuft Karzinogen .

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Kristallstruktur gemeinsam Sb , AsSb und grau Wie

Die drei häufigsten Arsen Allotrope sind grau, gelb, schwarz und Arsen, mit grauen die am häufigsten. Grau Arsen (α-As, Raumgruppe R 3 m No. 166) nimmt eine zweischichtige Struktur , bestehend aus vielen verblockt, gekräuselt, sechsgliedrige Ringe. Wegen der schwachen Bindung zwischen den Schichten, grau Arsen ist spröde und weist eine relativ niedrige Härte nach Mohs von 3,5. Nächsten und übernächsten Nachbarn bilden ein verzerrter oktaedrischer Komplex, wobei die drei Atome in der gleichen Doppelschicht etwas näher als die drei Atome in der nächsten zu sein. Diese relativ enge Packung führt zu einer hohen Dichte von 5,73 g / cm 3 . Grau Arsen ist ein Halbmetall , sondern wird zu einem Halbleiter mit einem Bandabstand von 1,2 bis 1,4 eV , wenn amorphisiert. Graues Arsen ist auch die stabilste Form. Yellow Arsen ist weich und wachsartig, und etwas ähnlich wie Tetra ( P
4
). Beide haben vier Atome in einer angeordnetentetraedrischeStrukturin der jedes Atom an jedes der anderen drei Atome durch eine Einfachbindung gebunden ist. Diese instabile allotrope, wobei molekulare, ist die flüchtigste,wenigsten dicht, undmeisten giftig. Gelber Feststoff Arsen wird durch schnelles Abkühlen des Arsens Dampf erzeugt,als
4
. Es wird schnell in grauen Arsen durch Licht umgewandelt. Die gelbe Form hat eine Dichte von 1,97 g / cm3. Schwarz Arsen ist inStruktur ähnlichschwarzen Phosphor. Schwarz Arsen kann auch durch Kühldampf bei etwa 100-220 ° C gebildet werden. Es ist glasig und spröde. Es ist auch ein schlechter elektrischer Leiter.

Isotopes

Arsen kommt in der Natur als monoisotopische Element , bestehend aus einem stabilen Isotop , 75 As. Ab 2003 mindestens 33 Radioisotopen auch synthetisiert worden, in im Bereich Atommasse von 60 bis 92. Die stabilste von ihnen ist 73 , wie mit einer Halbwertszeit von 80,30 Tagen. Alle andere Isotope haben Halbwertzeiten von weniger als einen Tag, mit Ausnahme von 71 As ( t 1/2 = 65,30 Stunden), 72 As ( t 1/2 = 26,0 Stunden), 74 As ( t 1/2 = 17,77 Tage ), 76 As ( t 1/2 = 1,0942 Tage) und 77 As ( t 1/2 = 38,83 Stunden). Isotopen, die leichter als die stabil sind 75 Wie neigen dazu , durch abklingen β + Zerfall , und diejenigen , die schwerer sind , neigen dazu durch zerfallen β - Zerfall , mit einigen Ausnahmen.

Mindestens 10 Atome Isomeren beschrieben worden ist , von 66 bis 84 Atommasse im Bereich Die stabilste Isomere von Arsen ist , ist 68m Wie bei einer Halbwertszeit von 111 Sekunden.

Chemie

Arsen hat eine ähnliche Elektronegativität und Ionisierungsenergie zu seinen leichteren Kongeners Phosphor und als solche bildet leicht kovalente Moleküle mit den meisten der Nichtmetalle. Obwohl stabil in trockenen Luft bildet Arsen eine golden-Bronze bei der Einwirkung von Feuchtigkeit beflecken , die schließlich eine schwarze Oberflächenschicht wird. Wenn in Luft erhitzt, Arsen oxydiert zu Arsentrioxid ; die Dämpfe aus dieser Reaktion haben einen Geruch ähnelt Knoblauch . Dieser Geruch kann auf auffällige nachgewiesen werden Arsenid Mineralien wie Arsenopyrit mit einem Hammer. Es verbrennt in Sauerstoff und Arsentrioxid zu bilden Arsenpentoxid , die die gleiche Struktur wie die bekannteren Phosphorverbindungen aufweisen und in Fluor zu geben , Arsenpentafluorid . Arsen (und einige Arsenverbindungen) sublimiert beim Erhitzen bei Atmosphärendruck, direkt in eine gasförmige Form ohne einen dazwischen flüssigen Zustand bei 887 K (614 ° C) überführt. Der Tripelpunkt ist 3,63 MPa und 1.090 K (820 ° C). Arsen macht Arsensäure mit konzentrierten Salpetersäure , arsenige Säure mit verdünnten Salpetersäure und Arsentrioxid mit konzentriertem Schwefelsäure ; Allerdings ist es nicht mit Wasser, Laugen oder nicht oxidierende Säuren reagieren. Arsen reagiert mit Metallen zu bilden , Arseniden , obwohl diese nicht ionischen Verbindungen , die als enthaltend 3- Ion als die Bildung eines solchen Anions wäre stark endotherm und auch die Gruppe 1 Arseniden haben Eigenschaften von intermetallischen Verbindungen. Wie Germanium , Selen und Brom , die wie Arsen die 3d - Übergangsreihe gelingen , Arsen ist viel weniger stabil in der Gruppe Oxidationsstufe +5 ist als sein vertikalen Nachbarn Phosphor und Antimon, und daher Arsenpentoxid und Arsensäure sind potente Oxidationsmittel.

Verbindungen

Verbindungen von Arsen ähneln in einigen dieser Hinsicht Phosphor , die dieselbe einnimmt Gruppe (Spalte) des Periodensystems . Die am häufigsten verwendeten Oxidationsstufen für Arsen sind: -3 in den Arseniden , die legierungsartiger intermetallischer Verbindungen, +3 in den Arsenite und +5 in den Arsenate und die meisten Organoarsenverbindungen. Arsen bindet auch an mich ohne weiteres , wie in den quadratischen Wie ersichtlich 3-
4
Ionen in dem Mineral Skutterudit . Im +3 Oxidationszustand , ist Arsen typischerweise pyramidal zu dem Einfluss des aufgrund freien Elektronenpaares von Elektronen .

Anorganische Verbindungen

Eine der einfachsten ist die Arsenverbindung Trihydrid, die hoch toxisch, entzündlich, pyrophoren Arsin (AsH 3 ). Diese Verbindung wird im Allgemeinen als stabil angesehen, da bei Raumtemperatur nur langsam zersetzt. Bei Temperaturen von 250-300 ° C Zersetzung zu Arsenwasserstoff und ist schnell. Mehrere Faktoren, wie Feuchtigkeit , Gegenwart von Licht und bestimmte Katalysatoren (insbesondere Aluminium ) zu erleichtern , die Rate der Zersetzung. Es oxidiert leicht in Luft Arsentrioxid und Wasser und analoge Reaktionen stattfinden , mit bilden Schwefeln und Selen anstelle von Sauerstoff .

Arsen bildet farblose, geruchlose, kristalline Oxide als 2 O 3 ( „ white Arsen “) und als 2 O 5 , die hygroskopisch und leicht in Wasser löslich zu sauren Lösungen zu bilden. Arsen (V) Säure ist eine schwache Säure und die Salze genannt Arsenate , die häufigste Arsen - Kontamination des Grundwassers , und ein Problem , das viele Menschen betroffen sind . Synthetic Arsenate umfassen Scheele Green (Kupfer - II - Wasserstoff Arsenat, saure Kupferarsenat), Calciumarsenat , und Bleihydrogenarsenat . Diese drei wurden als verwendet landwirtschaftliche Insektizide und Gifte .

Die Protonierung Stufen zwischen dem Arsenat und Arsensäure sind ähnlich denen zwischen Phosphat und Phosphorsäure . Im Gegensatz zu dem phosphorigen Säure , arsenige Säure ist wirklich dreibasisches, mit der Formel A (OH) 3 .

Eine breite Vielfalt von Schwefelverbindungen des Arsens ist bekannt. Orpiment ( Da 2 S 3 ) und Realgar ( wie 4 S 4 ) ist etwas reichlich vorhanden und wurden früher als Malerei Pigmente verwendet. In A 4 S 10 , Arsen eine formale Oxidationsstufe von +2 in A hat 4 S 4 , die , daß die Gesamt Kovalenz von As so As-As - Bindungen ist noch verfügt 3. Sowohl orpiment und Realgar sowie Wie 4 S 3 , haben Selen - Analoga; Die analoge Wie 2 Te 3 ist als Mineral bekannt kalgoorlieite und das Anion als 2 Te - als Ligand in bekannten Cobalt - Komplexe.

Alle Trihalogeniden von Arsen (III) sind mit Ausnahme des Astatid gut bekannt, die unbekannt ist. Arsenpentafluorid (AsF 5 ) ist der einzige wichtige Pentahalogenid, was auf die geringere Stabilität der Oxidationsstufe +5; auch so, ist es ein sehr starkes Fluorierungsmittel und Oxidations Mittel. (Das Pentachlorids stabil ist nur unter -50 ° C, bei welcher Temperatur es zersetzt sich zu dem trichlorid, Chlorgas freigesetzt wird .)

Legierungen

Arsen wird als das Element der Gruppe 5 in dem verwendeten III-V - Halbleiter Galliumarsenid , Indiumarsenid und Aluminiumarsenid . Die Valenz Elektronenzahl von GaAs ist das gleiche wie ein Paar von Si - Atomen, aber die Bandstruktur ist völlig anders , die in unterschiedlichen Volumeneigenschaften führen. Andere Arsen - Legierungen umfassen den II-V - Halbleiter Cadmiumarsenid .

Organoarsenverbindungen

Trimethylarsan

Eine große Auswahl an Organoarsenverbindungen sind bekannt. Einige von ihnen wurden als entwickelte chemische Kampfstoffe im Ersten Weltkrieg, darunter Vesicantien wie lewisite und Erbrechen Mittel wie Adamsit . Kakodylsäure , die aus historischen und praktischem Interesse ist, ergibt sich aus der Methylierung von Arsentrioxid, eine Reaktion , die keine Analogie in der Phosphorchemie hat. Tatsächlich Kakodyl war die erste Organometallverbindung bekannt (obwohl Arsen kein echtes Metall ist) und wurde von dem griechischen Namen κακωδἰα „Gestank“ für seine üblen Geruch; es ist sehr giftig.

Vorkommen und Produktion

Eine große Probe von nativem Arsen

Arsen enthält etwa 1,5  ppm  (0,00015%) der Erdkruste und ist das der 53. häufigste Element. Typische Hintergrundkonzentrationen von Arsen nicht mehr als 3 ng / m 3 in der Atmosphäre; 100 mg / kg in den Boden; und 10 & mgr; g / l im Süßwasser.

Mineral mit der Formel MASS und MAs 2 (M = Fe , Ni , Co ) sind die dominierenden kommerziellen Quellen von Arsen, zusammen mit Realgar (ein Arsensulfidmineral) und nativen (elementarem) Arsen. Ein illustratives Mineral ist Arsenopyrit ( Fe Als S ), die strukturell verwandt ist , Eisenpyrit . Viele kleinere Als haltige Mineralien sind bekannt. Arsen kommt auch in verschiedenen organischen Formen in der Umwelt.

Arsen Ausgabe 2006

Im Jahr 2014 war China den größten Produzent von weißen Arsen mit fast 70% Weltanteil, gefolgt von Marokko , Russland und Belgien nach dem British Geological Survey und der United States Geological Survey . Die meisten Arsen Verfeinerungsoperationen in den USA und Europa haben sich über Umweltbelange geschlossen. Arsen wird in der Hütte Staub aus gefunden Kupfer , Gold und Blei Schmelzer, und ist in erster Linie aus Kupfer Verfeinerung Staub zurückgewonnen.

Auf Rösten Arsenopyrit in Luft, Arsen sublimiert als Arsen (III) -oxid verlassen Eisenoxiden, während Röstung ohne Luft führt zur Produktion von Grau Arsen. Eine weitere Reinigung von Schwefel und andere Chalkogene wird erreicht durch Sublimation im Vakuum, in einer Wasserstoffatmosphäre, oder durch Destillation aus geschmolzenem Blei-Arsen - Gemisch.

Rang Land 2014 Wie 2 O 3 Produktion
1  China 25.000 T
2  Marokko 8.800 T
3  Russland 1500 T
4  Belgien 1000 T
5  Bolivien 52 T
6  Japan 45 T
- World Total (gerundet) 36.400 T

Geschichte

Realgar
Alchemische Symbol für Arsen

Das Wort Arsen hat seinen Ursprung in dem Syrisch Wort ܠܐ ܙܐܦܢܝܐ (al) zarniqa , von dem persischen Wort زرنيخ zarnikh , was bedeutet , „gelb“ (wörtlich : „goldfarben“) und damit „(gelb) orpiment “. Es wurde in angenommen Griechisch als arsenikon ( ἀρσενικόν ), eine Form , die ist Volksetymologie , die sächliche Form des griechischen Wort seines arsenikos ( ἀρσενικός ), was bedeutet , „männlich“, „virile“. Das griechische Wort wurde in Latein als angenommen arsenicum , die in Französisch wurde Arsen , aus dem das englische Wort Arsen aufgenommen wird. Arsensulfide (orpiment, realgar ) und Oxide wurden seit der Antike bekannt und verwendet. Zosimos (circa 300 AD) beschreibt Röstung sandarach (Realgar) zu erhalten Wolke von Arsen ( Arsentrioxid ), die er dann reduziert Arsen bis grau. Da die Symptome einer Arsenvergiftung nicht sehr spezifisch sind, wurde es häufig verwendet Mord bis zum Aufkommen des Marsh - Tests , ein empfindlichen chemischen Tests für seine Anwesenheit. (Ein anderer , weniger empfindlich , aber allgemeineren Test das ist Reinsch - Test .) Zu seiner Verwendung durch die herrschende Klasse Aufgrund ihnen und seine Potenz und Unauffälligkeit zu ermorden, Arsen wurde das „Gift der Könige“ genannt , und den „König von Giften“.

Das Arsen Labyrinth, Teil Botallack Mine , Cornwall

Während der Bronzezeit wurde Arsen oft in enthalten Bronze , die die Legierung härter gemacht (so genannte „ arsenical Bronze “). Die Isolierung von Arsen beschrieben wurde von Jabir Ibn Hayyan vor 815 AD. Albertus Magnus (Albert der Große, 1193-1280) isoliert , später das Element aus einer Verbindung in 1250, durch seifen zusammen mit Erhitzen Arsentrisulfid . 1649 Johann Schröder veröffentlichte zwei Arten von Arsen vor. Kristalle von elementaren (nativ) Arsen sind in der Natur, wenn auch selten gefunden.

Cadet des rauchende Flüssigkeit (unreine Kakodyl ), oft als die erste synthetische beansprucht Organometallverbindung , wurde im Jahr 1760 durch synthetisiert Louis Claude Cadet de Gassicourt durch die Reaktion von Kaliumacetat mit Arsentrioxid .

Satirische Karikatur von Honoré Daumier eines Chemikers eine öffentliche Demonstration von Arsen, 1841 geben

In der viktorianischen Ära , „Arsen“ ( „weißen Arsen“ oder Arsentrioxid) wurde gemischt mit Essig und Kreide und gegessen von Frauen , die zur Verbesserung der Teint ihrer Gesichter, ihre Haut blasser macht sie auf den Feldern nicht zu zeigen , nicht funktionierten. Arsen wurde auch in die Gesichter gerieben und Arme der Frauen „ihren Teint zu verbessern“. Die versehentliche Verwendung von Arsen in der Verfälschung von Lebensmitteln führte zu der Bradford süßen Vergiftung im Jahr 1858, die in rund 20 Menschen das Leben gekostet. Tapetenproduktion begann auch Farbstoffe , die aus Arsen gemacht zu verwenden, die gedacht wurde das Pigment die Helligkeit zu erhöhen.

- Zwei Arsen Pigmente wurden seit ihrer Entdeckung weit verbreitet Paris Grün und Scheeles Grün . Nachdem die Toxizität von Arsen weithin bekannt wurde, wurden diese Chemikalien weniger oft als Pigmente verwendet und häufiger als Insektizid. In den 1860er Jahren wurde ein Arsen Beiprodukt der Farbstoffproduktion, London Lila weit verbreitet. Dies war eine feste Mischung aus Arsentrioxid, Anilin, Kalk und Eisenoxid, in Wasser unlöslich und sehr giftig beim Einatmen oder Verschlucken Aber es wurde später mit Paris Grün, einem anderen Arsen Farbstoff auf der Basis ersetzt. Mit besserem Verständnis des Mechanismus der Toxikologie, wurden zwei weitere Ausgangsverbindungen in den 1890er Jahren verwendet. Arsenigsaures Kalk und Arsenat von Blei wurden weithin als Insektizid bis zur Entdeckung verwendet DDT im Jahr 1942.

Anwendungen

Landwirtschaftlich

Roxarsone ist eine kontroverse Arsenverbindung verwendet als Futtermittelbestandteil für Hühner.

Die Toxizität von Arsen auf Insekten , Bakterien und Pilze , führte zu der Verwendung als Holzschutzmittel. In den 1930er Jahren ein Prozess Holz mit der Behandlung chromatiert Kupfer Arsenat (auch bekannt als CCA oder Tanalith wurde) erfunden und seit Jahrzehnten, diese Behandlung war die umfangreichste industrielle Verwendung von Arsen. Eine erhöhte Wertschätzung der Toxizität von Arsen führte zu einem Verbot von CCA in Verbraucherprodukten im Jahr 2004 durch die initiierte Europäische Union und die Vereinigten Staaten. Allerdings bleibt CCA in den harten Einsatz in anderen Ländern (wie auf Malaysian Kautschukplantagen).

Arsen wurde auch in verschiedenen landwirtschaftlichen Insektizide und Gifte verwendet. Zum Beispiel Bleihydrogenarsenat war eine gemeinsame Insektizid auf Obstbäumen , aber den Kontakt mit der Verbindung manchmal zu Hirnschäden bei denen , die Sprayer arbeiten. In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts, Natriummethylarsenat (MSMA) und Dinatrium - methyl - Arsenat (DSMA) - weniger toxische organische Formen von Arsen - ersetzt Blei Arsenat in der Landwirtschaft. Diese organischen Arsenverbindungen wiederum wurden bis zum Jahr 2013 in allen landwirtschaftlichen Tätigkeiten außer Baumwollanbau auslaufen.

Die Biogeochemie von Arsen ist komplex und beinhaltet verschiedene Adsorptions- und Desorptionsverfahren. Die Toxizität von Arsen in ihre Löslichkeit verbunden und wird durch pH - Wert beeinflußt. Arsenit ( AsO 3
3
) ist löslicher als Arsenat ( AsO 3
4
) und ist giftig; jedoch bei einem niedrigen pH - Wert, wird Arsenat mobilere und giftig. Es wurde festgestellt , dass die Zugabe von Schwefel, Phosphor und Eisenoxiden hoch Arsenit Böden Arsen Phytotoxizität stark reduziert.

Arsen wird als Futterzusatzstoff in verwendet Geflügel und Schweine - Produktion , insbesondere in den USA die Gewichtszunahme zu steigern, zur Verbesserung der Futtereffizienz und Krankheit zu verhindern. Ein Beispiel hierfür ist roxarsone , die als benutzt worden war Broiler Starter um etwa 70% von US Mastbauern. The Poison-Free Geflügel Act von 2009 vorgeschlagen , die Verwendung von roxarsone in industriellen Schweine- und Geflügelproduktion zu verbieten. Alpharma, eine Tochtergesellschaft von Pfizer Inc., die, roxarsone produziert freiwillig suspendiert Umsatz des Medikaments in Antwort auf Studien erhöhten Mengen an anorganischem Arsen darstellt, ein Karzinogen, bei behandelten Hühnern. Nachfolger Alpharma, zoetis weiterhin verkaufen nitarsone , in erster Linie für den Einsatz bei Puten.

Arsen wird das Futter von absichtlich zugesetzt Huhn für die menschlichen Verzehr erhöht. Organische Arsenverbindungen sind weniger toxisch als reines Arsen und fördern das Wachstum von Hühnern. Unter bestimmten Bedingungen kann das Arsen in Hühnerfutter ist mit dem giftigen anorganischen Form umgewandelt.

Eine 2006 durchgeführte Studie von den Resten des australischen Rennpferd, Phar Lap , bestimmt , dass der 1932 Tod des berühmten Meister von einer massiven Überdosierung von Arsen verursacht wurde. Percy Sykes Sydney Tierarzt erklärte : „In jenen Tagen, Arsen war eine gemeinsame Tonikum, in der Regel in Form einer Lösung gegeben (Fowler-Lösung) ... Es war so üblich , dass ich 90 Prozent der Pferde rechnen würde hatte Arsen in ihrem System.“

medizinische Anwendung

Während des 18., 19. und 20. Jahrhundert eine Reihe von Arsenverbindungen wurden als Arzneimittel, einschließlich verwendet arsphenamine (von Paul Ehrlich ) und Arsentrioxid (von Thomas Fowler ). Arsphenamine sowie Neosalvarsan , wurde angegeben Syphilis , wurde aber durch moderne ersetzt worden Antibiotika . Allerdings Arsenverbindungen wie melarsoprol noch für die Behandlung von gebrauchtem Trypanosomiasis , da , obwohl diese Medikamente von schwerer Toxizität leiden, die Krankheit fast gleichmäßig tödlich , wenn sie unbehandelt ist.

Arsentrioxid wurde in einer Vielzahl von Möglichkeiten in den letzten 500 Jahren am häufigsten bei der Behandlung von verwendetem Krebs , sondern auch in Medikamenten so vielfältig wie Fowler-Lösung in Psoriasis . Die US Food and Drug Administration im Jahr 2000 genehmigte diese Verbindung für die Behandlung von Patienten mit akuter Promyelozytenleukämie , die resistent ist all-trans - Retinsäure .

Vor kurzem haben Forscher Tumoren unter Verwendung von Arsen-74 (ein Positron - Emitter) zu lokalisieren. Dieses Isotop erzeugt klare PET - Scan - Bilder als die vorherigen radioaktiven Mittel, Jod -124, weil der Körper Jod in das Schilddrüse produziert Signalrauschen zu transportieren neigt.

In subtoxisch Dosen wirken lösliche Arsenverbindungen als Stimulanzien , und waren einst sehr beliebt in kleinen Dosen als Medizin von Menschen in der Mitte des 18. bis 19. Jahrhundert.

Legierungen

Die hauptsächliche Verwendung von Arsen ist mit Blei in Legieren. Bleikomponenten in Autobatterien werden durch die Anwesenheit von einem sehr kleinen Prozentsatz von Arsen verstärkt. Entzinkung von Messing (eine Kupfer-Zink - Legierung) wird durch die Zugabe von Arsen stark reduziert. „Phosphorus Desoxidierte Arsenical Copper“ mit einem Arsengehalt von 0,3% hat eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit in bestimmten Umgebungen. Galliumarsenid ist ein wichtiges Halbleitermaterial, in verwendeten integrierten Schaltungen . Schaltungen aus GaAs ist viel schneller (aber auch viel teurer) als die von aus Silizium . Im Gegensatz zu Silizium, GaAs weist eine direkte Bandlücke , und kann verwendet werden in Laserdioden und LEDs zur Umwandlung elektrischer Energie in direkt Licht .

Militär

Nach dem Ersten Weltkrieg bauten die Vereinigten Staaten einen Vorrat von 20.000 Tonnen weaponized lewisite (ClCH = CHAsCl 2 ), ein Organoarsen- vesicant (Blister Mittel) und Lunge reizend. Die Halde wurde mit Bleichmittel neutralisiert und in den abgeladen Golf von Mexiko in den 1950er Jahren. Während des Vietnam - Krieges , verwendeten die Vereinigten Staaten Mittel - Blau , eine Mischung aus Natriumcacodylat und seiner Säureform, als eine des Regenbogen - Herbizids auf nordvietnamesische Soldaten Laubdecke und Reis zu berauben.

andere Verwendungen

  • Kupfer acetoarsenite wurde als grün verwendet Pigment bekannt unter vielen Namen, darunter Paris Grün und Smaragdgrün. Es verursacht zahlreiche Arsenvergiftungen . Scheele Green , ein Kupferarsenat, wurde im 19. Jahrhundert als verwendeten Färbemittel in Süßigkeiten .
  • Arsen wird in verwendet Bronzing und Pyrotechnik .
  • So viel wie 2% des hergestellten Arsen in Bleilegierungen verwendet für Bleischrot und Kugeln .
  • Arsen wird in kleinen Mengen alpha-Messing hinzugefügt , um es zu machen entzinkungsbeständigen . Diese Sorte von Messing ist in Sanitärarmaturen und anderen feuchten Umgebungen eingesetzt.
  • Arsen wird auch für taxonomische Probenkonservierung.
  • Bis vor kurzem wurde Arsen in optischem Glas verwendet. Moderne Glashersteller unter dem Druck von Umweltschützern, haben aufgehört , sowohl Arsen und unter Verwendung von Blei .

biologische Rolle

Bakterien

Einige Arten von Bakterien erhalten ihre Energie durch Oxidation von verschiedenen Brennstoffen während reduziert Arsenat zu Arsenit. Unter oxidativem Umgebungsbedingungen oxidieren einige Bakterien Arsenit als Brennstoff für ihren Stoffwechsel Arsenat. Die Enzyme beteiligt sind , wie bekannt , Arsenat Reduktasen (Arr).

Im Jahr 2000 wurden Bakterien entdeckt , das eine Version von verwendet Photosynthese in Abwesenheit von Sauerstoff mit Arsenite als Elektronendonoren , die Herstellung von Arsenate (ebenso wie normale Photosynthese verwendet Wasser als Elektronendonor, die Herstellung von molekularem Sauerstoff). Dies kann als chemolithoautotrophen Arsenit Oxidation klassifiziert werden, bei denen Sauerstoff als terminaler Elektronenakzeptor verwendet wird, ist die Arsenit Elektronendonor und Kohlendioxid die Kohlenstoffquelle. Die Forscher vermuten , dass im Laufe der Geschichte, diese photosynthesizing Organismen die Arsenate produziert , die die Arsenat-reduzierenden Bakterien zu gedeihen erlaubt. Ein Stamm PHS-1 wurde isoliert und steht in Verbindung mit dem Gammaproteobacteria Ectothiorhodospira shaposhnikovii . Der Mechanismus ist unbekannt, aber ein codiertes Arr Enzym in umgekehrter Richtung auf seinen bekannten Funktion kann Homologe .

Im Jahr 2011 wurde postuliert , dass ein Stamm von halomonadaceae der Lage war, in Abwesenheit von Phosphor gezüchtet , indem sie es mit Arsen ersetzt wird . Obwohl die Arsenat und Phosphat - Anionen strukturell ähnlich sind, wurde die Studie kritisiert und anschließend von unabhängigen Forschergruppen widerlegt.

Essentielles Spurenelement in höheren Tieren

Einige Daten zeigen , dass Arsen ist ein essentielles Spurenelement in Vögeln (Huhn) und bei Säugetieren (Ratten, Hamster und Ziegen). Allerdings ist die biologische Funktion nicht bekannt ist .

Vererbung

Arsen wurde verknüpft epigenetischen Veränderungen , vererbbare Veränderungen in der Genexpression , die ohne Veränderungen auftreten DNA - Sequenz . Diese umfassen DNA - Methylierung, Histon - Modifikation und RNA - Interferenz. Toxische Mengen von Arsen verursachen signifikante DNA hypermethylation von Tumorsuppressorgenen p16 und p53 , wodurch Risiko einer zunehmende Karzinogenese . Diese epigenetische Ereignisse wurden untersucht in vitro unter Verwendung von humanen Nierenzellen und in vivo unter Verwendung von Rattenleberzellen und peripheren Blut Leukozyten beim Menschen. Induktiv gekoppelte Plasma - Massenspektrometrie (ICP-MS) wird verwendet , um präzise Mengen an intrazellulärem Arsen und anderen Arsen Basen in epigenetischen Modifikation von DNA beteiligt zu detektieren. Studien Arsen als epigenetische Faktor Untersuchung kann verwendet werden , um genaue Biomarker der Exposition und Anfälligkeit zu entwickeln.

Die chinesische Brems fern ( Pteris vittata ) hyperaccumulates Arsen aus dem Boden in die Blätter und hat eine vorgeschlagene Verwendung in phytoremediation .

Biomethylierung

Anorganische Arsen und Arsenverbindungen, beim Eintritt in die Nahrungskette , werden schrittweise durch einen Prozess der metabolisiert Methylierung . Zum Beispiel kann die Form Scopulariopsis brevicaulis erzeugt erhebliche Mengen an Trimethylarsin wenn anorganisches Arsen vorhanden ist. Das organische Verbindung Arsenobetain wird in einigen Meer Lebensmittel wie Fisch und Algen, und auch in Pilzen in größeren Konzentrationen gefunden. Die durchschnittliche Person Aufnahme ist etwa 10-50 g / Tag. Werte etwa 1000 ug sind nicht ungewöhnlich nach dem Verzehr von Fisch oder Pilzen, aber es gibt wenig Gefahr Fisch zu essen , weil diese Arsenverbindung nahezu ungiftig ist.

Umweltprobleme

Exposition

Natürlich vorkommende Quellen der Exposition des Menschen gehören Vulkanasche, Verwitterung von Mineralien und Erzen und mineralisierten Grundwasser. Arsen wird auch in Lebensmitteln, Wasser, Boden und Luft gefunden. Arsen wird von allen Pflanzen aufgenommen, aber ist konzentrierter in Blattgemüse, Reis, Apfel und Traubensaft und Meeresfrüchte. Ein zusätzlicher Weg der Exposition ist das Einatmen von atmosphärischen Gasen und Stäuben. Während der viktorianischen Ära war Arsen in Wohnkultur weit verbreitet, vor allem Tapeten.

Vorkommen in Trinkwasser

Umfangreiche Arsen - Kontamination des Grundwassers hat sich zu einer weit verbreiteten geführt Arsenvergiftung in Bangladesch und den Nachbarländern. Es wird geschätzt , dass etwa 57 Millionen Menschen in den Bengal Becken trinken Grundwasser mit Arsen - Konzentrationen oberhalb der erhöhten Weltgesundheitsorganisation ‚s - Standard von 10 Teilen pro Milliarde (ppb). Allerdings schlug eine Studie von Krebsraten in Taiwan , dass eine signifikante Zunahme der Krebssterblichkeit nur auf einem Niveau von über 150 ppb erscheinen. Das Arsen in das Grundwasser ist natürlichen Ursprungs und wird aus dem Sediment in das Grundwasser, verursacht durch die frei anoxischen Bedingungen des Untergrunds. Das Grundwasser wurde nach lokalen und westlichen verwendet NGOs und die bangladeschische Regierung verpflichtete ich ein massives flaches Rohr gut in dem späten zwanzigsten Jahrhundert Trinkwasser Programm. Dieses Programm wurde entwickelt , Trinken von Bakterien verunreinigten Oberflächengewässer zu verhindern, aber nicht für Arsen in dem Grundwasser zu testen. Viele andere Länder und Bezirke in Südostasien , wie Vietnam und Kambodscha haben geologische Umgebungen , die das Grundwasser mit hohem Arsengehalt herzustellen. Arsenicosis wurde berichtet , Nakhon Si Thammarat , Thailand im Jahr 1987 und der Chao Phraya River wahrscheinlich enthält hohe Mengen von natürlich vorkommenden gelöstem Arsen ohne ein Problem der öffentlichen Gesundheit zu sein , weil ein großer Teil der öffentlichen Mineralwasser verwendet. In Pakistan sind mehr als 60 Millionen Menschen an Arsen verschmutztes Trinkwasser ausgesetzt sind , von einem kürzlich veröffentlichten Bericht der angegebenen Wissenschaft . Podgorski Team untersuchte mehr als 1200 Proben und mehr als 66% Proben überschritten die WHO Mindestverschmutzungsgrad.

In den Vereinigten Staaten wird das meiste Arsen häufig in den Boden Wasser des Südwest. Teile von New England , Michigan , Wisconsin , Minnesota und den Dakotas sind auch erhebliche Konzentrationen von Arsen im Grundwasser haben bekannt. Erhöhte Konzentrationen von Hautkrebs haben mit Arsenexposition in Wisconsin, sogar auf einem Niveau unterhalb der 10 Teile pro Milliarde Trinkwasserstandard in Verbindung gebracht worden. Laut einem kürzlich erschienenen Film von dem US - finanzierten Super , Millionen von privaten Brunnen haben unbekannten Arsengehalt, und in einigen Gebieten der USA, mehr als 20% der Vertiefungen enthalten möglicherweise Ebene , die festgelegten Grenzen überschreiten.

Low-Level - Exposition gegenüber Arsen in einer Konzentration von 100 Teilen pro Milliarde (dh über die 10 Teile pro Milliarde Trinkwasserstandard) kompromittiert die anfängliche Immunantwort gegen H1N1 oder Schweinegrippe - Infektion nach NIEHS unterstützten Wissenschaftlern. In die Studie, in Labormäusen durchgeführt, läßt vermuten , dass auf Arsen im Trinkwasser ausgesetzt Menschen mit einem erhöhten Risiko für ernstere Krankheit oder Tod aus dem Virus sein können.

Einige Kanadier sind Trinkwasser, das anorganische Arsen enthält. Private-Einbaum und Wasser sind am meisten gefährdet für anorganisches Arsen enthält. Vorläufige gut Wasseranalyse testet der Regel nicht für Arsen. Forscher an der Geological Survey of Canada haben relative Veränderung in der natürlichen Arsengefährdungspotenzial für die Provinz New Brunswick modellieren. Diese Studie hat wichtige Implikationen für die Trinkwasser- und gesundheitlichen Bedenken anorganische Arsen.

Epidemiologische Beweise aus Chile zeigen eine dosisabhängige Verbindung zwischen chronischer Arsenexposition und verschiedenen Formen von Krebs, insbesondere dann , wenn andere Risikofaktoren, wie Rauchen, vorhanden sind. Diese Effekte wurden bei Verunreinigungen von weniger als 50 ppb nachgewiesen. Arsen ist selbst ein Bestandteil von Tabakrauch .

mehrere epidemiologische Studien an anorganischem Arsen Exposition der Analyse deutet auf eine kleine, aber messbare Erhöhung der Gefahr von Blasenkrebs bei 10 ppb. Laut Peter Ravens der Abteilung für Geographie an der Universität von Cambridge, rund 80 Millionen Menschen weltweit verbrauchen zwischen 10 und 50 ppb Arsen im Trinkwasser. Wenn sie alle genau 10 ppb Arsen im Trinkwasser verbraucht, die zuvor genannten mehrere epidemiologische Studie Analyse zusätzlich 2.000 Fälle von Blasenkrebs allein vorhersagen würde. Dies stellt eine deutliche Unterschätzung der Gesamtwirkung, da sie, nicht Lungen- oder Hautkrebs umfassen und unterschätzt ausdrücklich die Belichtung. Diejenigen ausgesetzt Werte von Arsen über dem aktuellen WHO-Standard sollten die Kosten und Nutzen von Arsen Sanierungs wiegen.

Early (1973) Bewertung der Prozesse zum Entfernen gelöstes Arsen aus Trinkwasser zeigte die Wirksamkeit von Copräzipitation mit entweder Eisen oder Aluminiumoxide. Insbesondere wurde Eisen als Koagulans entfernen Arsen mit einer Wirksamkeit von über 90% gefunden. Mehrere adsorptiven Mediensysteme wurden für den Einsatz am Point-of-Service in einer Studie finanziert von der zugelassenen US - amerikanischen Umweltschutzbehörde (US EPA) und die National Science Foundation (NSF). Ein Team von europäischen und indischen Wissenschaftlern und Ingenieuren hat sechs Arsenaufbereitungsanlagen in gründen West Bengal , basierend auf in-situ - Sanierungsverfahren (SAR - Technologie). Diese Technik verwendet keine Chemikalien und Arsen wird in einer unlöslichen Form (+5 Zustand) in der unterirdischen Zone links von kohlensäurehaltiges Wasser in den Aquifer Nachladen und eine Oxidationszone zu entwickeln , die Arsen oxidierenden Mikroorganismen unterstützt. Dieser Prozess erzeugt keinen Abfallstrom oder Schlamm und ist relativ billig.

Eine weitere effektive und kostengünstige Methode Arsen - Kontamination zu vermeiden , ist Brunnen 500 Meter sinken oder tiefer zu reineren Gewässer zu gelangen. Eine aktuelle Studie 2011 von dem US - amerikanischen National Institute of Environmental Health Sciences finanziert Superfund Forschungsprogramm zeigt , dass tiefe Sedimente Arsen entfernen und nehmen es die Zirkulation aus. In diesem Prozess, genannt die Adsorption , Arsen haftet an den Oberflächen der tiefen Sedimentpartikeln und wird auf natürliche Weise aus dem Boden Wasser entfernt.

Magnetische Trennung von Arsen bei sehr niedriger Magnetfeld - Gradienten mit hohem Oberflächenbereich und monodisperse Magnetit (Fe 3 O 4 ) Nanokristalle wurde in Point-of-use Wasserreinigung gezeigt. Unter Verwendung der hohen spezifischen Oberfläche von Fe 3 O 4. Nanokristalle, die Masse der Abfälle mit Arsenentfernung aus Wasser verbunden ist drastisch reduziert.

Epidemiologische Studien haben eine Korrelation zwischen chronischer Verbrauch von Trinkwasser verunreinigt mit Arsen und die Häufigkeit aller führenden Todesursachen vorgeschlagen. Die Literatur zeigt, dass Arsen Exposition verursachende in der Pathogenese von Diabetes ist.

Häcksel-basierten Filter haben den Arsengehalt von Wasser auf 3 gezeigt zu reduzieren ug / l vor kurzem wurden. Dies kann Anwendungen in Bereichen , wo das Trinkwasser aus dem Untergrund gewonnen wird Aquiferen .

San Pedro de Atacama

Seit mehreren Jahrhunderten die Menschen in San Pedro de Atacama in Chile wurden Trinkwasser , das mit Arsen kontaminiert ist, und einige Hinweise darauf , sie eine gewisse Immunität entwickelt haben.

Gefahrenkarten für verunreinigtes Grundwasser

Etwa ein Drittel der Bevölkerung der Welt trinkt Wasser aus Grundwasserressourcen. Davon etwa 10 Prozent, etwa 300 Millionen Menschen, erhalten Wasser aus Grundwasservorkommen, die mit ungesunden Mengen an Arsen oder Fluorid verunreinigt sind. Diese Spurenelemente stammen im Wesentlichen aus Mineralien.

Redox Transformation von Arsen in natürlichen Gewässern

Arsen ist einzigartig unter den Spuren Metalloiden und Oxyanion bildenden Spurenmetalle (z As, Se, Sb, Mo, V, Cr, U, Re). Es ist empfindlich gegenüber Mobilisierung bei pH - Werten von typischen natürlichen Gewässern (pH 6,5-8,5) unter beide oxidierenden und reduzierenden Bedingungen. Arsen kann in der Umgebung , in mehreren Oxidationsstufen auftreten (-3, 0, +3 und +5), aber in natürlichen Gewässern Es ist vor allem in Formen anorganischen Oxyanionen als dreiwertiger Arsenit [As (III)] oder fünfwertigen Arsenat gefunden [As (V)]. Organische Formen von Arsen werden durch biologische Aktivität produzieren, vor allem in Oberflächengewässern, sind aber selten quantitativ wichtig. Organische Arsenverbindungen können, treten jedoch in dem Wasser wesentlich durch industrielle Verschmutzung betroffen sind.

Arsen kann durch verschiedene Verfahren gelöst werden. Wenn der pH hoch ist, kann Arsen aus Oberflächenbindungsstellen freigesetzt werden , die ihre positive Ladung verlieren. Wenn der Wasserstand sinkt und Sulfidmineralien der Luft ausgesetzt sind, in Arsensulfidmineralien gefangen kann in Wasser gelöst werden. Wenn organischer Kohlenstoff im Wasser vorhanden ist, sind Bakterien , die durch Direktreduktion von As (V) zu A (III) oder durch Reduktion des Elements an der Bindungsstelle zugeführt werden , anorganischen Arsen freigesetzt wird .

Die Wasser Transformationen von Arsen werden durch pH, Reduktions-Oxidations - Potential, organische Substanz - Konzentration und die Konzentrationen und Formen anderer Elemente, insbesondere Eisen und Mangan beeinflußt. Die wichtigsten Faktoren sind pH - Wert und das Redox - Potential. Im Allgemeinen sind die Hauptformen von Arsen unter oxischen Bedingungen , H 3 AsO 4 , H 2 AsO 4 - , HAsO 4 2- , und AsO 4 3- bei pH 2, 2-7, 7-11 und 11. Unter reduzierenden Bedingungen, H 3 AsO 4 ist bei pH 2-9 vorherrschend.

Oxidation und Reduktion wirkt sich auf die Migration von Arsen in unterirdischen Umgebungen. Arsenit die stabilste lösliche Form von Arsen in reduzierende Umgebungen und Arsenat, Arsenit , die als weniger mobil ist, dominant in oxidierenden Umgebungen bei neutralem pH. Daher kann Arsen mobilere unter reduzierenden Bedingungen sein. Die reduzierende Umgebung ist auch reich an organischen Stoffen , die die Löslichkeit von Arsen - Verbindungen verbessern können. Als Ergebnis der Adsorption wird Arsen reduziert und gelöstem Arsen reichert sich in das Grundwasser. Deshalb ist der Arsengehalt höher in Umgebungen als in oxidierenden Umgebungen zu reduzieren.

Das Vorhandensein von Schwefel ist ein weiterer Faktor, der die Umwandlung von Arsen in natürlichem Wasser beeinflusst. Arsen ausfällen , wenn Metallsulfide bilden. Auf diese Weise wird Arsen aus dem Wasser entfernt und seine Mobilität nimmt ab. Wenn Sauerstoff vorhanden ist , oxidieren Bakterien Schwefel reduziert Energie zu erzeugen, die möglicherweise gebundenes Arsen freigesetzt wird .

Redox - Reaktionen , bei denen Fe erscheinen auch wesentliche Faktoren für das Schicksal von Arsen in Wassersystemen. Die Reduktion der Eisenoxihydroxiden spielt eine wichtige Rolle bei der Freisetzung von Arsen zu Wasser. So kann Arsen in Wasser mit erhöhter Fe - Konzentrationen angereichert werden. Unter oxidierenden Bedingungen können Arsen aus mobilisiert werden Pyrit oder Eisenoxiden insbesondere bei erhöhten pH - Wert. Unter reduzierenden Bedingungen kann Arsen durch reduktive Desorption oder Auflösung mobilisiert werden , wenn sie mit Eisenoxiden verbunden. Die reduktive Desorption erfolgt unter zwei Umständen. Eine davon ist , wenn Arsenat zu Arsenit reduziert wird , die weniger stark an Eisenoxiden adsorbiert. Die anderen Ergebnisse aus einer Änderung in der Ladung auf der Mineraloberfläche , die zur Desorption von gebundenem Arsen führt.

Einige Arten von Bakterien katalysieren redox Transformationen von Arsen. Dissimilatorische Arsenat-atmenden Prokaryonten (DARP) Beschleunigung der Reduktion von As (V) zu As (III) auf. DARP Verwendung als (V) als Elektronenakzeptor der anaeroben Atmung und erhält Energie zu überleben. Andere organische und anorganische Substanzen können in diesem Verfahren oxidiert werden. Chemoautotrophen Arsenit Oxidatoren (CAO) und heterotrophen Arsenit Oxidatoren (HAO) umwandeln As (III) in As (V). CAO kombinieren , um die Oxidation von As (lll) mit der Reduktion von Sauerstoff oder Nitrat. Sie nutzen Energie erhalten fix von organischem Kohlenstoff erzeugen CO 2 . HAO nicht Energie von As (III) -Oxidation erhalten. Dieser Prozess kann ein Arsen sein Entgiftungsmechanismus für die Bakterien.

Equilibrium thermodynamische Berechnungen sagen voraus , dass As (V) -Konzentrationen größer als sein sollten , (III) -Konzentrationen in alle als stark reduzierenden Bedingungen, das heißt , wo SO 4 2- Reduktion auftritt. Jedoch abiotische Redoxreaktionen von Arsen sind langsam. Die Oxidation von As (III) durch gelöstes O 2 ist eine besonders langsame Reaktion. Zum Beispiel Johnson und Pilson (1975) gab Halbwertszeit für die Sauerstoffversorgung von As (III) im Meerwasser von mehreren Monaten bis zu einem Jahr. In anderen Studien, As (V) / A (III) Verhältnisse waren stabil über einen Zeitraum von Tagen oder Wochen während Wasserentnahme , wenn keine besondere Pflege Oxidation zu verhindern genommen wurde, wieder relativ langsame Oxidationsraten hindeutet. Kirsche gefunden aus experimentellen Studien , die die A (V) / A (III) Verhältnisse in anoxischen Lösungen für bis zu 3 Wochen stabil waren , sondern dass allmähliche Veränderungen über längere Zeiträume aufgetreten. Sterile Wasserproben wurden als nicht-sterile Proben werden weniger anfällig für Speziation Veränderungen beobachtet. Oremland festgestellt , dass die Reduktion von As (V) zu A (III) in Mono Lake rasch durch Bakterien , die mit Geschwindigkeitskonstanten von 0,02 bis 0,3 reichen day katalysiert -1 .

Holzschutz in den USA

Ab 2002 verbraucht US-Industrie 19.600 Tonnen Arsen. Neunzig Prozent dieser wurde zur Behandlung von Holz mit verwendet chromatiert Kupferarsenat (CCA). Im Jahr 2007 wurden 50% der 5.280 Tonnen Verbrauch noch wurde für diesen Zweck verwendet. In den Vereinigten Staaten, die freiwillige Ausmusterung von Arsen in der Produktion von Konsumgütern und Wohn-und allgemeinen Verbraucher Bauprodukte begann am 31. Dezember 2003 und alternative Chemikalien werden nun verwendet, wie Alkaline Copper Quartär , Borate , Kupfer Azol , Cyproconazol , und Propiconazol .

Obwohl eingestellt, ist diese Anwendung auch einer der am meisten für die breite Öffentlichkeit über. Die überwiegende Mehrheit der älteren druckbehandelten Holz wurde mit CCA behandelt. CCA Holz ist nach wie vor weit verbreitet in vielen Ländern, und war stark in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts als ein struktureller und Außenbereich eingesetzt Baustoff . Obwohl die Verwendung von CCA Holz in vielen Bereichen verboten wurde , nachdem Studien zeigten , dass Arsen aus dem Wald in den umgebenden auslaugen könnte Boden (von Spielgeräten, zum Beispiel), wird ein Risiko auch durch die Verbrennung von älterem CCA Holz präsentiert. Die direkte oder indirekte Aufnahme von Holzasche aus verbrannt CCA Holz hat dazu geführt , Todesfälle bei Tieren und schweren Vergiftungen beim Menschen; die letale Dosis beim Menschen beträgt etwa 20 Gramm Asche. Schrott CCA Holz aus Bau- und Abbruch Websites versehentlich in gewerblichen und häuslichen Feuer verwendet werden. Protokolle für die sichere Entsorgung von CCA Holz sind in der ganzen Welt nicht konsistent. Die weit verbreitete Deponie Entsorgung solchen Holz wirft einige Bedenken, aber auch andere Studien haben keine Arsenbelastung im Grundwasser gezeigt.

Mapping von Industrie Veröffentlichungen in den USA

Ein Werkzeug , das den Ort abbildet (und andere Daten) von Arsen Freisetzungen in den Vereinigten Staat TOXMAP . TOXMAP ist ein Geographisches Informationssystem (GIS) von der Abteilung für Fachinformationsdienste der Vereinigten Staaten National Library of Medicine (NLM) von der US - Bundesregierung finanziert. Mit marked-up Karten von den Vereinigten Staaten, ermöglicht TOXMAP Benutzer visuell zu erforschen Daten aus der United States Environmental Protection Agency ‚s (EPA) Toxics Release Inventory und Superbasisforschungsprogrammen . TOXMAP Chemie- und Umweltgesundheitsinformationen von NLM Toxicology Data Network (TOXNET) genommen, PubMed , und von anderen maßgeblichen Quellen.

Bioremediation

Physikalische, chemische und biologische Methoden verwendet wurden Arsen verunreinigtes Wasser zu sanieren. Bioremediation gesagt wird , wirksam zu kosten und umweltfreundliche biologische Sanierung von Grundwasser mit Arsen verunreinigt soll Arsenit, die toxische Form von Arsen auf den Menschen, zu Arsenat konvertieren. Arsenat (+5 Oxidationszustand) , ist die dominierende Form von Arsen in Oberflächenwasser, während Arsenit (+3 Oxidationszustand) die dominante Form in hypoxisch anoxischen Umgebungen ist. Arsenit löslicher ist und mobiler als Arsenat. Viele Bakterienarten können Arsenit - Transformation unter Verwendung von Arsenit als Elektronendonor in anoxischen Bedingungen Arsenat. Dies ist eine nützliche Methode in Grundwassersanierung. Eine weitere Strategie der biologische Sanierung ist es, Pflanzen zu verwenden , das Arsen in ihrem Gewebe über akkumulieren phytoremediation aber die Entsorgung kontaminierten Pflanzenmaterials muss in Betracht gezogen werden.

Bioremediation erfordert eine sorgfältige Bewertung und Gestaltung in Übereinstimmung mit den bestehenden Bedingungen. Einige Websites können die Zugabe eines Elektronenakzeptors erfordern , während andere erfordern Mikrobe Ergänzung ( Bioaugmentation ). Unabhängig von der verwendeten Methode nur eine ständige Überwachung können zukünftige Kontamination verhindern.

Toxizität und Vorsichtsmaßnahmen

Arsen
Gefahren
GHS-Piktogramm GHS06: GiftigeGHS08: GesundheitsgefahrGHS09: Umweltgefährdung
GHS Signalwort Achtung
H301 , H331 , H350 , H410

Arsen und viele seiner Verbindungen sind besonders potente Gifte.

Einstufung

Elemental Arsen und Arsen Sulfat und Schwefeltrioxid Verbindungen werden als „eingestuft giftig “ und „gefährlich für die Umwelt“ in der Europäischen Union unter Richtlinie 67/548 / EWG . Die Internationale Agentur für Krebsforschung (IARC) erkennt Arsen- und anorganische Arsenverbindungen als Gruppe 1 Karzinogene und die EU führt Arsentrioxid, Arsenpentoxid und Arsenat Salze als Kategorie 1 Karzinogene .

Arsen ist bekannt , verursachen arsenicosis wenn in Trinkwasser " die am häufigsten Arten erfolgen soll Arsenat [ HAsO 2-
4
; As (V)] und Arsenit [H 3 AsO 3 , As (III)]".

Gesetzliche Grenzwerte, Essen und trinken

In den Vereinigten Staaten seit 2006 die höchste zulässige Konzentration im Trinkwasser von der Environmental Protection Agency (EPA) ist 10 ppb und die FDA stellen Sie den gleichen Standard im Jahr 2005 für Mineralwasser. Die Abteilung für Umweltschutz für New Jersey eingestellt Trinkwassergrenze von 5 ppb im Jahr 2006. Der IDLH (unmittelbare Gefahr für Leben und Gesundheit) Wert für Arsen Metall und anorganische Arsenverbindungen beträgt 5 mg / m 3 (5 ppb). Die Occupational Safety and Health Administration hat es die zulässige Expositionsgrenze (PEL) zu einem zeitgewichteten Durchschnitt (TWA) von 0,01 mg / m 3 (0,01 ppb) und das Nationale Institut für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (NIOSH) hat es die empfohlenen Expositionsgrenze (REL) zu einer 15-minütigen Belichtung konstant von 0,002 mg / m 3 (0,002 ppb). Die PEL für organische Arsenverbindungen ist eine TWA von 0,5 mg / m 3 . (0,5 ppb).

Im Jahr 2008 auf der Grundlage ihrer laufenden Erprobung eine Vielzahl von amerikanischen Lebensmittel für giftige Chemikalien, die US Food and Drug Administration stellen Sie den „Grad der Besorgnis“ für anorganisches Arsen in Apfel- und Birnensaft bei 23 ppb, bezogen auf nicht-kanzerogene Wirkung und begann die Einfuhr von Produkten über dieses Niveau zu blockieren; es auch für nicht-konforme inländische Erzeugnisse erforderlich erinnert. Im Jahr 2011 die nationale Dr. Oz ausgestrahlt TV - Show ein Programm hervorheben Tests durch ein unabhängiges Labor von den Produzenten angeheuert durchgeführt. Obwohl die Methodik umstritten war (es wird nicht zwischen organischen und anorganischen Arsen) Die Tests zeigten Werte von Arsen bis zu 36 ppb. Als Reaktion getestet FDA die schlechteste Marke von der Dr. Oz Show und fand ein viel niedrigeres Niveau. Laufende Tests gefunden 95% der Apfelsaftproben unter dem Niveau der Sorge waren. Später Tests von Consumer Reports zeigte anorganischem Arsen auf einem Niveau leicht über 10 ppb, und die Organisation aufgefordert , Eltern Verbrauch zu reduzieren. Im Juli 2013 unter Beachtung des Konsums durch Kinder, chronische Exposition, und kanzerogene Wirkung, hatte die FDA ein „Aktionsniveau“ von 10 ppb für Apfelsaft, die gleichen wie der Trinkwasserstandard.

Die Sorge um Arsen in Reis in Bangladesch wurde 2002 gegründet, aber zu der Zeit angehoben nur Australien hatte eine gesetzliche Grenze für Lebensmittel (ein Milligramm pro Kilogramm). Besorgnis wurde über Menschen erhöht, die US-Reis fraßen mehr als WHO-Standards für den persönlichen Arsenaufnahme im Jahr 2005. Im Jahr 2011, der Volksrepublik China, eine Lebensmittelnorm von 150 ppb für Arsen.

In den Vereinigten Staaten im Jahr 2012, Prüfung von getrennten Gruppen von Forschern an der Kindergesundheit und Umwelt und Prävention Research Center am Dartmouth College (früh im Jahr, auf Gehalt im Urin bei Kindern Fokussierung) und Consumer Report (im November) gefunden Werte von Arsen in Reis, der in Anrufen in Folge für die FDA Grenzen zu setzen. Die FDA veröffentlichte einige Testergebnisse im September 2012, und ab Juli 2013 noch Daten zur Unterstützung einer neuen potentiellen Regelung zu sammeln. Es hat sich keine Änderungen im Konsumverhalten empfohlen.

Consumer Reports empfohlen:

  1. Dass die EPA und FDA arsenhaltigen Dünger, Medikamente und Pestizide in der Nahrungsmittelproduktion beseitigen;
  2. Dass die FDA eine gesetzliche Grenze für Lebensmittel herzustellen;
  3. Dass Industrieänderung Produktionspraktiken Arsen Spiegel zu senken, vor allem in Lebensmitteln für Kinder; und
  4. Dass die Verbraucher Haus Wasserversorgung zu testen, isst eine abwechslungsreiche Ernährung und kocht Reis mit überschüssigem Wasser, dann ist es aus (Verringerung anorganisches Arsen um etwa ein Drittel zusammen mit einem leichten Rückgang des Vitamingehalt) abzulassen.
  5. Evidenzbasierte öffentliche Gesundheit Befürworter empfehlen auch, dass angesichts dem Mangel an Regulierung oder Etikettierung für Arsen in den USA, Kinder nicht mehr als 1,5 Portionen pro Woche von Reis essen sollten und sollen nicht Reismilch als Teil ihrer täglichen Ernährung trinken vor dem Alter von 5 . sie bieten Empfehlungen auch für Erwachsene und Kinder, wie Arsenexposition von Reis zu begrenzen, Trinkwasser und Fruchtsaft.

A 2014 Weltgesundheitsorganisation Beratungs Konferenz wurde geplant Grenzen von 200-300 ppb für Reis zu berücksichtigen.

Arbeitsplatz-Grenzwerte

Land Grenze
Argentinien Bestätigte Humankarzinogen
Australien TWA 0,05 mg / m 3 - Karzinogen
Belgien TWA 0,1 mg / m 3 - Karzinogen
Bulgarien Bestätigte Humankarzinogen
Kolumbien Bestätigte Humankarzinogen
Dänemark TWA 0,01 mg / m 3
Finnland Karzinogen
Ägypten TWA 0,2 mg / m 3
Ungarn Ceiling - Konzentration 0,01 mg / m 3 - Haut, karzinogen
Indien TWA 0,2 mg / m 3
Japan Gruppe 1 Karzinogen
Jordan Bestätigte Humankarzinogen
Mexiko TWA 0,2 mg / m 3
Neuseeland TWA 0,05 mg / m 3 - Karzinogen
Norwegen TWA 0,02 mg / m 3
Philippinen TWA 0,5 mg / m 3
Polen TWA 0,01 mg / m 3
Singapur Bestätigte Humankarzinogen
Südkorea TWA 0,01 mg / m 3
Schweden TWA 0,01 mg / m 3
Thailand TWA 0,5 mg / m 3
Truthahn TWA 0,5 mg / m 3
Großbritannien TWA 0,1 mg / m 3
Vereinigte Staaten TWA 0,01 mg / m 3
Vietnam Bestätigte Humankarzinogen

Ökotoxizität

Arsen ist bioaccumulative in vielen Organismen, Meeresart insbesondere, aber es scheint nicht signifikant in Nahrungsnetzen Biomagnifikation. In verschmutzten Gebieten kann das Pflanzenwachstum durch Wurzelaufnahme von Arsenat beeinflusst werden, die ein Phosphatanalogon und daher in Pflanzengeweben und Zellen ohne weiteres transportiert werden. In belasteten Gebieten, die Aufnahme des toxischeren Arsenit-Ion (gefunden insbesondere unter reduzierenden Bedingungen) ist in schlecht durchlässigen Böden wahrscheinlich.

Toxizität bei Tieren

Verbindung Tier LD 50 Route
Arsen Ratte 763 mg / kg Oral
Arsen Maus 145 mg / kg Oral
Calciumarsenat Ratte 20 mg / kg Oral
Calciumarsenat Maus 794 mg / kg Oral
Calciumarsenat Hase 50 mg / kg Oral
Calciumarsenat Hund 38 mg / kg Oral
Bleiarsenat Hase 75 mg / kg Oral
Verbindung Tier LD 50 Route
Arsentrioxid (As (III)) Maus 26 mg / kg Oral
Arsenit (As (III)) Maus 8 mg / kg Ich bin
Arsenat (As (V)) Maus 21 mg / kg Ich bin
MMA (As (III)) Hamster 2 mg / kg ip
MMA (A (V)) Maus 916 mg / kg Oral
DMA (A (V)) Maus 648 mg / kg Oral
im = intramuskulär

ip = intraperitoneal

biologischer Mechanismus

Arsen ist Toxizität kommt von der Affinität von Arsen (III) oxide für Thiole . Thiole in Form von Cystein - Resten und Cofaktoren wie Liponsäure und Coenzym A , wird an den aktiven Zentren von vielen wichtigen befindet Enzym .

Arsen stört ATP Produktion durch verschiedene Mechanismen. Auf der Ebene des Citratzyklus hemmt Arsen Liponsäure , die ein Co - Faktor für ist Pyruvatdehydrogenase . Durch Konkurrieren mit Phosphat, Arsenat abkoppelt oxidative Phosphorylierung , wodurch Energie-linked Reduktion der Hemmung der NAD + , mitochondriale Atmung und ATP - Synthese. Herstellung von Wasserstoffperoxid wird auch erhöht, was, es wird spekuliert, hat das Potenzial , reaktive Sauerstoffspezies und oxidativer Stress zu bilden. Diese metabolischen Störungen führen zum Tod von Mehrsystem - Organversagen . Die Organversagen wird vermutet , von sein nekrotischen Zelltod, nicht Apoptose , da die Energiereserven zu für die Apoptose auftreten erschöpft ist.

Obwohl Toxizität Arsen verursacht, kann es auch eine schützende Rolle spielen.

Expositionsrisiken und Sanierung

Berufliche Exposition und Arsenvergiftung bei Menschen auftreten kann in der Industrie , die die Verwendung von anorganischen Arsen und Arsenverbindungen, wie Holzschutz, Glasherstellung, Buntmetall - Legierungen, und elektronischen Halbleiterherstellungs arbeiten. Anorganisches Arsen wird auch in Koksofen - Emissionen im Zusammenhang mit der Schmelzer Industrie.

Die Umwandlung zwischen A (III) und As (V) ist ein großer Faktor bei Arsen Kontamination der Umwelt. Nach Croal, Gralnick, Malasarn und Newman, „[der] das Verständnis [der] , was als stimuliert (III) -Oxidation und / oder die Grenzwerte As (V) Reduktion für relevante biologische Sanierung kontaminierter Standorte (Croal). Die Untersuchung von chemolithoautotrophen Wie (III) Oxidationsmittel und die heterotrophen A (V) kann das Reduzierer Verständnis der Oxidation und / oder Reduktion von Arsen helfen.

Behandlung, Therapie, Kur

Die Behandlung von chronischer Arsenvergiftung ist möglich. Britische Anti-lewisite ( Dimercaprol ) in einer Dosierung von 5 mg verschrieben wird / kg bis zu 300 mg alle 4 Stunden für den ersten Tag, dann alle 6 Stunden für den zweiten Tag, und schließlich alle 8 Stunden für 8 weitere Tage. Doch die die USA Agentur für Toxic Substances and Disease Registry (ATSDR) besagt , dass die langfristigen Auswirkungen von Arsen Exposition kann nicht vorhergesagt werden. Blut, Urin, Haare und Nägel für Arsen getestet werden können; jedoch vorhersehen diese Tests nicht möglich gesundheitlichen Folgen der Exposition. Langzeitbelastung und damit die Ausscheidung über den Urin haben zum Blasen- und Nierenkrebs zusätzlich zu Krebs der Leber, Prostata, Haut, Lunge und Nasenhöhle in Verbindung gebracht worden.

Siehe auch

Verweise

Literaturverzeichnis

Weiterführende Literatur

Externe Links