Arsen

Historie

Arsenforbindelser har vært kjent siden oldtidens Persia og antikkens Hellas der arsensulfid-mineralene orpiment (As₂S₃) og realgar (As₄S₄) ble beskrevet av Aristoteles' etterfølger Theofrastos.
I middelalderen ble arsenikk (arsentrioksid) påvist i ovnsrøyk fra smelteverk. Den tyske katolske biskopen og vitenskapsmannen Albertus Magnus beskrev i 1250 fremstillingen av arsen gjennom kjemisk reduksjon av arsenikk med kull. Han blir derfor ansett for å være grunnstoffets oppdager.
Paracelsus innskrev det på 1500-tallet i sin fortegnelse over helbredende stoffer. Omtrent til samme tid ble arsenpreparater i den kinesiske ensyklopedi Ben cao gang mu, skrevet av legen og farkeologen Li Shizhen. Denne forfatteren fremhever dets bruk som pesticid på rismarkene.
I 1649 isolerte den tyske fysikeren Johann Schröder arsen ved å varme opp arsenikk, og publiserte to forskjellige fremstillingsmetoder.
Arsen er funnet i håret til den 5 300 år gamle is-mumien Ötzi, noe som kan tyde på at han har arbeidet med arsen-forurenset kobbermalm.
I engelskspråklige land refererer navnet arsenic til grunnstoffet, og ikke til arsenikk.

Egenskaper

Halvmetallet arsen er kjemisk lik sin periodiske gruppe-nabo fosfor, og inngår i fargeløse, luktfrie og krystallinske oksider som er hygroskopiske og som lett løses i vann. Arsensyre (H₃AsO₄) er i likhet med fosforsyre en svak syre. Både arsen og fosfor danner en ustabil gasshydridforbindelse som i arsens tilfelle er arsin (AsH₃), en meget giftig luktløs gass (men som får en lukt av hvitløk på grunn av oksidasjon). Den kjemiske likheten mellom arsen og fosfor er så stor at arsen kan delvis ta fosfors plass i biokjemiske prosesser, noe som gjør det til et giftig stoff.
Arsen sublimerer ved 616 °C under atmosfærisk trykk (går direkte fra fast form til gassform uten å være innom væskeform). Arsen i væskeform opptrer bare ved 20 atmosfærers trykk og over, noe som forklarer hvorfor smeltepunktet er høyere enn kokepunktet. Ved oppvarming i luft dannes arsentrioksid (AsO₃) som avgir en hvitløkslignende lukt, en lukt som også kan frembringes ved å slå på arsenmineraler med hammer.
Rent arsen forekommer i forskjellige allotropiske former. Gul arsen er myk, voksaktig og ustabil, og består av As₄ molekyler i tetraederstruktur. De grå og svarte metall-aktige formene er sprøe halvledere og har høyere tetthet enn gul arsen.

Isotoper

Naturlig forekommende arsen består utelukkende av den stabile isotopen ⁷⁵As. I tillegg er 32 kunstig fremstilte ustabile (og dermed radioaktive) isotoper kjent. De mest stabile av disse er ⁷³As med halveringstid 80,30 døgn, ⁷⁴As med halveringstid 17,77 døgn, ⁷¹As med halveringstid 2,72 døgn, ⁷⁷As med halveringstid 1,6181 døgn, ⁷²As med halveringstid 1,09 døgn, og  ⁷⁶As med halveringstid 1,0778 døgn. Alle de resterende isotopene har halveringstider kortere enn 1 døgn, og de fleste kortere enn 1 time.
CAS-nummer: 7440-38-2

Forekomst

Arsen finnes praktisk talt overalt i jordskorpen, men i lave konsentrasjoner. Det forekommer også naturlig i ren form, og er det 53. vanligste grunnstoffet på Jorden. I atmosfæren finnes arsen i form av arsenoksid-partikler. Noe av dette kommer fra vulkanutbrudd og fra bakteriell nedbrytning av arsenforbindelser. En stor del av arsen-utslippene kommer fra fossilt brensel som kull og olje. Arsenkonsentrasjonen i luft ligger mellom 0,5 til 15 nanogram pr. kubikkmeter.
De vanligste arsenmineralene er arsenkis (arsenopyritt), orpiment og realgar. Den viktigste kilden til kommersielt tilgjengelig arsen er imidlertid ikke fra disse mineralene, men som et biprodukt av kobber-, bly-, kobolt- og gull-utvinning.
I 2007 var Kina den største produsenten av arsentrioksid, med 50% av verdensproduksjonen, fulgt av Chile, Marokko og Peru. Det ble totalt fremstilt 59 000 tonn arsentrioksid i 2007. Verdens utvinnbare arsen-reserver anslås til 20-30 ganger årlig verdensproduksjon.

Anvendelse

Arsenforbindelser har opp gjennom tiden vært mye brukt som fargepigment. I bronse fra bronsealderen er det funnet arsen, noe som gjør bronsen hardere. Arsenkonsentrasjonen (opp til 3%) indikerer at det er tilsatt med hensikt
Arsen brukes i bly-legeringer for å gjøre blyet sterkere og støpbart. Historisk har også arsen vært brukt i kobber-legeringer og hudsalver.
Den mest kjente (eller beryktede) arsenforbindelsen er kanskje arsentrioksid (As₂O₃) eller arsenikk. Arsenikk har vært brukt i rottegift, som sprøytemiddel og til impregnering av trevirke. Disse bruksområdene er de senere år blitt forbudt på grunn av giftigheten og den potensielle miljøtrusselen de utgjør. Arsenikk har også vært brukt av giftmordere – både i virkeligheten og i litteraturen.
Arsen brukes også i elektronikk, blant annet i LCD-skjermer, og som doteringsstoff ved produksjon av halvledere. Galliumarsenid (GaAs) er et mye brukt halvledermateriale i integrerte kretser.

Helse

Arsen og de fleste uorganiske arsenforbindelser (særlig arsenikk) er giftige og kan føre til både akutt og kronisk arsenforgiftning. Arsen utskilles hovedsakelig av nyrene og kan dermed påvises i urinen allerede 2 timer etter inntak, og vil vanligvis være til stede i kroppen fra noen dager til flere uker, avhengig av mengde og hvilken arsenforbindelse det dreier seg om.
Selv om arsen er giftig for de fleste levende organismer, er det oppdaget mikroorganismer som har evnen til å erstatte fosfor i biomolekyler som DNA, ATP og lipider med arsen. En påstand som har blitt tilbakevist i senere tid.