Arsen

Arsen
[Ar] 3d1 4s2 4p3 75 As 33
↓ Periodická tabulka ↓
Obecné
Název, značka, číslo	Arsen, As, 33
Cizojazyčné názvy	lat. Arsenicum
Skupina, perioda, blok	15. skupina, 5. perioda, blok p
Chemická skupina	Polokovy
Koncentrace v zemské kůře	1,8 až 5,0 ppm
Koncentrace v mořské vodě	0,003 mg/l
Vzhled	Šedý polokov
Identifikace
Registrační číslo CAS	7440-38-2
Atomové vlastnosti
Relativní atomová hmotnost	74,92160
Atomový poloměr	119 pm
Kovalentní poloměr	119 pm
Van der Waalsův poloměr	185 pm
Iontový poloměr	58 pm
Elektronová konfigurace	[Ar] 3d1 4s2 4p3
Oxidační čísla	-III, III, 5
Elektronegativita (Paulingova stupnice)	2,18
Ionizační energie
První	947,0 KJ/mol
Druhá	1798 KJ/mol
Třetí	2735 KJ/mol
Látkové vlastnosti
Krystalografická soustava	Trojklonná
Molární objem	12,95×10−6 m3/mol
Mechanické vlastnosti
Hustota	5,727 g/cm3
Skupenství	Pevné
Tvrdost	3,5
Tlak syté páry	100 Pa při 646K
Termické vlastnosti
Tepelná vodivost	50,2 W⋅m−1⋅K−1
Termodynamické vlastnosti
Teplota tání	614 °C (887,15 K)
Teplota varu	817 °C (1 090,15 K)
Skupenské teplo tání	24,44 KJ/mol
Skupenské teplo varu	34,76 KJ/mol
Měrná tepelná kapacita	330 Jkg-1K-1
Elektromagnetické vlastnosti
Elektrická vodivost	3,45×106 S/m
Měrný elektrický odpor	0,35 µΩ·m
Standardní elektrodový potenciál	0,247 V
Magnetické chování	Diamagnetický
Bezpečnost
Toxický (T) Nebezpečný pro životní prostředí (N)
R-věty	R23/25, R50/53
S-věty	S1/2, S20/21, S28, S45, S60, S61
Izotopy
I V (%) S T1/2 Z E (MeV) P 73As umělý 80,3 dne ε - 73Ge γ 0,05 - 74As umělý 17,78 dne ε - 74Ge β+ 0,941 74Ge γ 0,596 , 0,634 - β− 1,35 , 0,717 74Se 75As 100% je stabilní s 42 neutrony
Není-li uvedeno jinak, jsou použity jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa).
P ⋏ Germanium ≺ As ≻ Selen ⋎ Sb

Arsen, chemická značka As (lat. Arsenicum, arabsky al-zarnīkh – zlatavá barva) (někdy se používá též název Arzén) je toxický polokovový prvek, známý již od starověku. Jeho současné uplatnění se nachází v oblasti metalurgie jako součást speciálních slitin a v polovodičovém průmyslu.

Základní fyzikálně-chemické vlastnosti

Polokovový prvek, který se ve svých sloučeninách vyskytuje v mocenství: As^-3, As⁺³ a As⁺⁵. Elementární arsen se vyskytuje ve čtyřech barevných allotropních modifikacích: žlutý, šedý, hnědý a černý arsen.

Toxické vlastnosti sloučenin arsenu byly známy již ve starověku. Za objevitele prvku je označován středověký učenec sv. Albert Veliký, který kolem roku 1250 poprvé izoloval elementární arsen.

Výskyt a výroba

Přírodní arsen

Arsen je v zemské kůře značně vzácným prvkem. Průměrný obsah činí pouze 2 – 5 ppm (mg/kg).V mořské vodě je jeho koncentrace mimořádně nízká, pouze 0,003 mg As/l. Předpokládá se, že ve vesmíru připadá na jeden atom arsenu přibližně miliarda atomů vodíku.

Nejvýznamnější rudou arsenu je směsný sulfid železa a arsenu, arsenopyrit (FeAsS) a také löllingit (FeAs₂). Mezi další sulfidy arsenu patří např. realgar, AsS a auripigment As₂S₃.

V horninách se vyskytuje jako příměs v rudách niklu, kobaltu, antimonu, stříbra, zlata a železa a bývá obsažen jako stopová příměs v mnoha ložiscích uhlí.

Výroba elementárního arsenu z arsenopyritu spočívá v jejich oxidačním pražení a následném zachycování těkavého oxidu arsenitého. Za surovinu pro výrobu arsenu může sloužit i popel uhlí s vysokým výskytem tohoto prvku.

Vysoce čistý arsen pro polovodičové použití se připravuje především metodou zonálního tavení (viz křemík).

Využití, sloučeniny

Realgar

Maximum současného zájmu o průmyslové využití arsenu se soustřeďuje do oblasti elektroniky. Např. arsenid gallia, GaAs, vykazuje vynikající polovodičové vlastnosti a přes svoji poměrně vysokou výrobní cenu se užívá v řadě speciálních elektrotechnických aplikací, např. pro případy, kdy je vyžadována mimořádně nízká úroveň šumu vyráběných součástek. Dotování krystalů superčistého křemíku přesným množstvím atomů arsenu vytváří polovodič typu N, jednu ze základních součástí všech tranzistorů a tak i všech současných počítačových procesorů.

Ve slitinách se používá pouze okrajově, patrně nejvýznamnější je slitina s olovem s obsahem arsenu kolem 0,5%, sloužící jako surovina pro výrobu broků a střeliva.

Ze sloučenin je bezesporu nejznámější oxid arsenitý As₂O₃, známý jako arsenik, silně toxická sloučenina, dobře rozpustná ve vodě. Už odpradávna byl používán jako jed při přípravě nástrah na hlodavce nebo lovu kožešinové zvěře v arktických oblastech. Byl však také častým nástrojem travičů. Je možné, že Napoleon Bonaparte byl ve vyhnanství na Svaté Heleně postupně tráven právě tímto jedem. Na arsenik je však možné získat poměrně rychle toleranci (byl používán jako hemopoetický prostředek). V současné době se za příčinu Napoleonovy otravy považuje spíš antimon.

• Protože oxid arsenitý lze připravit velmi čistý, slouží v analytické chemii jako primární standard pro oxidimetrické titrace. Běžně se užívá pro stanovení titru oxidačních činidel jako manganistan draselný nebo jod.

Sulfid arsenitý As₂S₃ je mimořádně dobře kryjící barevný pigment, známý jako královská žluť.

Zdravotní rizika

Přestože je arsen znám jako jedovatý prvek, kovový arsen je netoxický. V organismu je však metabolizován na toxické látky, nejčastěji na oxid arsenitý. Akutní otravy se projevují zvracením, průjmy, svalovými křečemi, ochrnutím a zástavou srdce. As₂O₃, AsCl₃, AsF₃, jsou mnohem toxičtější než sloučeniny pětivazného arsenu, řadí se mezi významné látky mutagenní, teratogenní a karcinogenní. As₂S₃, As₂S₂, jsou prakticky netoxické, avšak rozpouštějí se v žaludku. V běžném okolním životním prostředí se všichni setkáváme s jistou nízkou hladinou expozice arsenem, která ale organizmus nijak nepoškozuje a existují naopak studie, které tvrdí, že velmi nízké dávky arsenu v přijímané potravě jsou důležité a prospěšné. Bezesporu je však prokázáno, že trvalé vystavení organizmu zvýšeným dávkám sloučenin arsenu vede k poškození zdraví. Projevy trvalé nadměrné expozice arsenem na zdraví jsou různorodé:

• dermatologické poškození – změny na pokožce, vznik různých ekzémů a alergické dermatitidy^[zdroj?]

• zvýšený výskyt kardiovaskulárních chorob^[zdroj?]

• zvýšený výskyt potratů u žen trvale vystavených vysokým dávkám arsenu^[zdroj?]

• karcinogenita – zvýšený výskyt případů rakoviny plic a pokožky

• mutagenita – zvýšený výskyt novorozenců s vrozenými vadami^[zdroj?]

Existuje několik různých způsobů dlouhodobé expozice arsenem.

• Zejména v okolí metalurgických závodů na zpracování a výrobu barevných kovů bývá zaznamenána zvýšená koncentrace arsenu ve vzduchu. K tomuto jevu dochází i při masivním spalování uhlí s vysokým obsahem arsenu např. v tepelných elektrárnách nebo výtopnách. Vdechování mikroskopických částeček (aerosolů) s vysokým obsahem arsenu vede ke zvýšenému riziku vzniku plicní rakoviny ale existují studie, které dávají do souvislosti zvýšené množství potratů u žen, které žijí v blízkém okolí hutí.

• Vysoký obsah arsenu v pitné vodě vede nejčastěji k dermatologickým problémům. Patrně nejznámější je v tomto ohledu Bangladéš, kde jsou desítky milionů lidí nuceny pít vodu ze studní se zvýšeným obsahem tohoto prvku. Existují ale minerální vody, které rozpouštějí sloučeniny arsenu z geologického podloží a obsah arsenu v nich dosahuje až stovek miligramů v litru.

• Zdrojem zvýšeného příjmu arsenu z potravy jsou obvykle mořské ryby z lokalit, kdy dochází ke zvýšené koncentraci tohoto prvku ve vodě. Příčinou bývá obvykle lidská aktivita (vypouštění závadných odpadních vod do moře), ale může to být i podmořská vulkanická činnost.

Protilátka: dimerkaprol

Průmyslové otravy

Čína 2008

Asi 450 vesničanů v jihozápadní Číně se arzenem přiotrávilo poté, co látka unikla koncem září 2008 do řeky z úložiště odpadu státní továrny společnosti Liuzhou China Tin Group Co., která je třetím největším producentem cínu v Číně. Dle vyšetřování byl příčinou neštěstí silný dešť, po kterém přetekl obsah špatně zabezpečeného úložiště do místní řeky. Obyvatelé onemocněli poté, co pili vodu kontaminovanou arzenem. Většina postižených byla po krátké hospitalizaci propuštěna do domácí péče, ale několik desítek dětí a starších lidí bylo hospitalizováno déle.

Literatura

1. Cotton F.A., Wilkinson J.:Anorganická chemie, souborné zpracování pro pokročilé, ACADEMIA, Praha 1973
2. Holzbecher Z.:Analytická chemie, SNTL, Praha 1974
3. Dr. Heinrich Remy, Anorganická chemie 1. díl, 1. vydání 1961
4. N. N. Greenwood – A. Earnshaw, Chemie prvků 1. díl, 1. vydání 1993 ISBN 80-85427-38-9

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu arsen na Wikimedia Commons
• Slovníkové heslo arsen ve Wikislovníku
• (česky) Zdeněk Pertold: Arzen v životním prostředí – Přírodní i jiné zdroje arzenu a zpùsoby, jak jej zneškodnit, Vesmír, 77, 6/1998
• (česky) arsen Arnika.org
• (česky) Toxické vlastnosti a sloučeniny arsenu
• (česky) Látka: Arzen a sloučeniny (jako As) Integrovaný registr znečišťování
• (anglicky) WHO: Arsenic in drinking water
• (anglicky) International Agency for Research on Cancer: ARSENIC AND ARSENIC COMPOUNDS – Summaries & Evaluations