Arsenik

Arsenik sembolü As atom numarası 33 olan elementtir. Arsenik, çoğu mineralde, genellikle kükürt ve metallerle bir arada veya saf bir element kristali olarak bulunur . Arsenik bir metaloiddir . Çeşitli allotroplara sahiptir, ancak yalnızca metalik bir görünüme sahip gri form endüstri için önemlidir.

Arseniklerin birincil kullanımı kurşun alaşımlarındadır (örneğin, araba aküsü ve mühimmat ). Arsenik, yarı iletken elektronik cihazlarda yaygın bir n tipi dopanttır ve optoelektronik bileşik galyum arsenit, katkılı silikondan sonra en yaygın kullanılan ikinci yarı iletkendir. Arsenik ve bileşikleri, özellikle trioksit, pestisitlerin, işlenmiş ahşap ürünlerin, herbisitlerin ve böcek ilaçlarının üretiminde kullanılır. Bu uygulamalar arsenik ve bileşiklerinin toksisitesi nedeniyle düşmektedir.

Birkaç bakteri türü, arsenik bileşiklerini solunum metaboliti olarak kullanabilir. Eser miktarda arsenik sıçanlar, hamsterler, keçiler, tavuklar ve muhtemelen diğer türlerde önemli bir diyet elemanıdır. İnsan metabolizmasındaki varsa bir rolü bilinmemektedir. Bununla birlikte, maruz kalınan miktarlar gerekenden daha büyükse, çok hücreli yaşamda arsenik zehirlenmesi meydana gelir. Yeraltı suyunun arsenik ile kirlenmesi, dünyadaki milyonlarca insanı etkileyen bir sorundur.

Birleşik Devletler Çevre Koruma Ajansı, tüm arsenik türlerinin insan sağlığı için ciddi bir risk olduğunu belirtmektedir. Amerika Birleşik Devletleri'nin Zehirli Maddeler ve Hastalık Dairesi ajansı , 2001 yılında Superfund bölgelerinde Tehlikeli Maddeler Öncelikli Listesinde 1 numaraya arseniki konumlanmıştır. Arsenik, A Grubu kanserojen olarak sınıflandırılmıştır.

Özellikleri

Fiziksel özellikler 

En yaygın üç arsenik allotropu gri, sarı ve siyah arseniktir, gri ise en yaygın olanıdır. Gri arsenik (α-de, uzam grubu  m No. 166), bir sürü birbirine kitli, dalgalı, altı elemanlı halkadan oluşan iki katmanlı bir yapıya sahiptir. Katmanlar arasındaki zayıf bağlanma nedeniyle, gri arsenik kırılgandır ve nispeten düşük bir Mohs sertliği' ne, 3.5, sahiptir. Aynı çift katmandaki üç atom, bir sonraki üç atomdan biraz daha yakın olacak şekilde en yakın ve sonraki en yakın komşular çarpık bir oktahedral kompleks oluşturur. Bu nispeten yakın paketleme, yüksek bir yoğunluk olarak değerlendirilen 5.73 g/cm3 yoğunluğa yol açar. Gri arsenik bir semimetaldir, ancak eğer amorfize edilirse 1.2–1.4 eV bant aralığı ile yarı iletken olur. Gri arsenik aynı zamanda en stabil formdur. Sarı arsenik yumuşak ve kolay şekil alan cinstendir ve tetrafosforla biraz benzer ( ). Her ikisi de, her bir atomun diğer üç atomun her birine tek bir bağla bağlandığı dört yüzlü bir yapıda düzenlenmiş dört atoma sahiptir. Moleküler olan bu dengesiz allotrop en uçucu, en az yoğun ve en zehirli olandır. Katı sarı bir arsenik,  arsenik buharının hızlı soğuması ile elde edilir  . Işıkla beraber hızla gri arsenike dönüşür. Sarı form 1,97 g/cm3 yoğunluğa sahiptir. Siyah arsenik, yapı olarak siyah fosforla benzerdir. Siyah arsenik ayrıca 100-220 °C civarında bir buharın soğutulmasıyla da oluşturulabilir.  Camsı ve kırılgandır. Aynı zamanda zayıf bir elektrik iletkenidir.

İzotopları 
Arsenik doğada tek bir kararlı izotoptan, 75 As, ibaret olan monoisotopik bir elementtir,. 2003 itibarıyla, atom kütlesi 60 ila 92 arasında değişen en az 33 radyoizotop sentezlendi. Bunlardan en kararlısı yarı-ömrü 80,30 olan 73As' dir. Diğer tüm izotoplar, 71 As (t 1/2 = 65.30 saat), 72 As (t 1/2 = 26.0 saat), 74 As (t 1/2 = 17.77 gün hariç), 76 As (t 1/2 = 1.0942 gün) ve 77 As (t 1/2 = 38.83 saat), bir günden az ömürlüdür. Kararlı 75 As' den  daha hafif olan izotoplar  β+ bozulma eğilimi gösterirken daha ağır olanlar bazı istisnalar dışında β - bozulma ile bozulma eğilimindedir.

Atom kütlesi 66 ile 84 arasında değişen en az 10 nükleer izomer tanımlanmıştır. Arsenik izomerlerinin en kararlısı, 111 saniye yarı-ömürü ile 68mAs' dir.

Kimya 
Arsenik, daha hafif türdeşi olan fosfora benzer bir elektronegativite ve iyonlaşma enerjisine sahiptir ve bu haliyle ametallerin çoğu ile kolayca kovalent moleküller oluşturur. Kuru havada stabil olmasına rağmen, arsenik neme maruz kalması üzerine altın bronz bir leke oluşturur ve bu leke sonunda siyah bir yüzey tabakası halini alır. Havada ısıtıldığında, arsenik arsenik trioksitlere yükseltgenir ; Bu reaksiyondan çıkan dumanlar, sarımsağa benzer bir kokuya sahiptir. Bu koku, arsenopirit gibi arsenür minerallerine bir çekiçle vurulmasıyla tespit edilebilir.  Daha iyi bilinen fosfor bileşikleri ile aynı yapıya sahip olan arsenik trioksit ve arsenik pentoksiti oluşturmak için arsenik oksijende yanar ve arsenik pentaflorür verecek şekilde de florinde yanar. Arsenik (ve bazı arsenik bileşikleri) atmosferik basınçta ısıtıldığında ' de süblime olur,  araya giren sıvı halleri olmadan doğrudan gaz haline dönüşür.  Üçlü noktası 3,63   MPa ve      .  Arsenik konsantre haldeki nitrik asit ile tepkime verdiğinde arsenik asit, seyreltik nitrik asit ile tepkime verdiğinde arsenikli asiti ve sülfürik asit ile tepkime verdiğinde ise arsenik trioksit oluşur ; ancak, su, alkaliler veya oksitleyici olmayan asitlerle reaksiyona girmez. Arsenik arsenürler oluşturmak üzere metaller ile reaksiyona girer fakat bu reaksiyonun ürünleri As3− iyonunu içeren iyonik bileşikler olamaz çünkü As3- anyonun oluşması oldukça endotermik bir olaydır. Buna ek olarak, grup 1 arsenürler bile metaller arası bileşiklerin özelliklerine sahiptirler. Arsenik gibi 3d geçiş serileri olan germanyum, selenyum ve broma benzer olarak arsenik +5 grup oksidasyon durumunda dikey komşuları fosfor ve antimondan çok daha az kararlıdır ve dolayısıyla arsenik pentoksit ve arsenik asit güçlü oksitleyicilerdir.

Bileşikler 

Arsenik bileşikleri bazı açılardan periyodik tablonun aynı grubunda (sütununda) bulunan fosforunkilere benzer. En yaygın oksidasyon durumları alaşım gibi metaller arası bileşiklere benzeyen arsenürlerdeki arsenik için: -3  arsenitlerde +3, arsenatlar ve çoğu organoarsenik bileşiklerde +5. Skutterudit mineralinde görülen As iyonlarının oluşturduğu karede görülebileceği gibi arsenik aynı zamanda kendi ile de bağ kurabilir. +3 oksidasyon durumunda, arsenik, yalnız elektron çiftinin etkisiyle tipik olarak piramidaldir.

İnorganik bileşikler 
En basit arsenik bileşiklerinden bir arsenik trihidrattır. Arsin (ASH 3) son derece zehirli, yanıcı ve piroforiktir . Bu bileşik genel olarak kararlıdır, çünkü oda sıcaklığında sadece yavaşça ayrışır. 250–300 °C sıcaklıklarında arsenik ve hidrojene ayrışma hızlıdır. Nem, ışık ve bazı katalizörler (alüminyum) gibi çeşitli faktörler ayrışma hızını arttırır. Arsenik trioksit ve su oluşturmak için arsenik havada kolayca okside olur ve benzer reaksiyonlar oksijen yerine kükürt ve selenyum ile de gerçekleşir.

Arsenik formları renksiz, kokusuz, kristal oksitler As2O3 (" beyaz arsenik ") ve As2O5 olan higroskopik asidik çözeltiler oluşturmak üzere, su içinde kolaylıkla çözünebilir. Arsenik (V) asidi zayıf bir asittir ve tuzlara arsenatlar, yeraltı suyunun en yaygın arsenik kirlenmesi ve birçok insanı etkileyen bir sorun denir. Sentetik arsenatlar Scheele'nin Yeşili (kuprik hidrojen arsenat, asidik bakır arsenat), kalsiyum arsenat ve kurşun hidrojen arsenatı içerir . Bu üç tarımsal böcek ilacı ve zehir olarak kullanılmıştır.

Arsenik ve arsenik asit arasındaki protonasyon adımları, fosfat ve fosforik asit arasındakilere benzer. Fosforlu asitten farklı olarak, arsenikli asit As (OH) 3 formülüyle tribazıktır.

Çok çeşitli kükürt arsenik bileşikleri bilinmektedir. Orpiment (As2S3) and realgar (As4S4) biraz doğada boldur ve eski boya pigmentleri olarak kullanılmışlardır. As4S10' de  arsenik +2 formak yükseltgenme halindedir. As-As bağları içeren As4S4' te toplam kovalent bağ yine 3'tür. Hem Orpiment, realgar ve yanı sıra As4S3, selenyum analoglarına sahiptir; Analog As2Te 3 kalgoorlieite minerali olarak da bilinir. Kobalt komplexlerinde bir ligand olarak bilinen anyon As2Te− başka bir selenyum analogu örneğidir.

Arsenik (III) 'ün tüm trihalidleri, bilinmeyen astatid hariç iyi bilinmektedir. Arsenik pentaflorür (AsF 5 ) +5 oksidasyon durumunun düşük stabilitesini yansıtan tek önemli pentahaliddir; Yine de, çok güçlü bir florlama ve oksitleyici ajandır. (Pentaklorür sadece −50 °C' nin altında karalıdır, penta klorür tam −50 °C sıcaklıkta klor gazı açığa çıkararak triklorüre ayrışır.

Alaşımlar 
Arsenik, III-V yarı iletken gallium arsenit, indiyum arsenit ve alüminyum arsenitte grup 5 element olarak kullanılır. GaAs' ların değerlik elektron sayısı, bir çift Si atomuyla aynıdır, ancak bant yapısı tamamen farklıdır ve bu durum belirgin kütle özellikleri ile sonuçlanır. Diğer arsenik alaşımları arasında II-V yarı iletken kadmiyum arsenit bulunur.

Organoarsenik bileşikler 

Çok çeşitli organoarsenik bileşikler bilinmektedir. Birkaçı I. Dünya Savaşı sırasında kimyasal savaş ajanları olarak geliştirildi, bunların arasında deride kabarcıklara sebebiyet veren tipte lewisite ve bir kusma ajanaı Adamzit vardır. Tarihsel ve pratik açıdan ilgi çeken Kakodilic asit, fosfor kimyasında analoğu olmayan bir reaksiyon olan arsenik trioksitin metilasyonundan elde edilir. Aslında, kokdil bilinen ilk organometalik bileşikti (arsenik gerçek bir metal olmasa da). İsmi rahatsız edici kokusu sebebiyle verilmiştir. Kokdil Yunanca κακωδἰα "pis koku " kelimesinden gelir ve çok zehirlidir.

Biyolojik etkiler

Esansiyel İz Element olması 
Arseniğin kuşlar (tavuk) ve sıçan, hamster ve keçi gibi memelilerde esansiyel bir iz element olduğuna dair bulgular elde edilmiş, ancak esansiyel fonksiyonun mekanizması ortaya konulamamıştır.

Arsenik zehirlenmesi 
Çeşitli arsenik bileşiklerinin vücut dokuları ve fonksiyonları üzerindeki zararlı etkileridir. Arsenikli bileşikler, böcek ve tarım ilaçları, fare zehiri, bazı kanser ilaçları, boya, duvar kağıdı, seramik gibi çeşitli ürünlerin imalatında kullanılır.

İnsanda arsenik zehirlenmesi, genellikle arsenik(III) oksit (arsenik anhidrit), bakır asetoarsenit, kalsiyum veya kurşun arsenat gibi arsenik bileşikleriyle hazırlanmış böcek ilaçlarının ağız veya teneffüs yoluyla alınmasından meydana gelir. İlaçlı meyve ve sebzelerin yıkanmadan yenmesi de zehirlenmeye yol açacak seviyede arseniğin vücutta birikmesine sebep olabilir.

Arseniğin zehirli etkilerinin, vücuttaki bazı enzimlerle birleşerek hücre metabolizmasına bozucu etkide bulunmasından ileri geldiği zannedilmektedir. Arsenik zehirlenmesi, ya bir kerede alınan yüksek dozda arsenikten (akut zehirlenme) veya küçük dozlarda devamlı alınmaktan (kronik zehirlenme) kaynaklanır. Akut zehirlenmenin başlıca belirtileri mide bulantısı, kusma, ağız ve boğazda yanma ve şiddetli karın ağrılarıdır. Bunu takiben dolaşım bozukluğu ve kalp yetersizliği başlar ve birkaç saat içinde zehirlenme ölümle neticelenebilir. Kronik zehirlenme ise, yavaş yavaş güçten düşme, boşaltım bozuklukları, deride tümör meydana gelmesi, şuur bozukluğu, sinir sistemi bozukluğu, kansızlık ve tırnaklarda tipik çizgilerin belirmesiyle belli olur. Akut arsenik zehirlenmesinde ilk iş mideyi yıkamak ve zaman kaybetmeden dimerkaprol ilacını almaktır. Arsenik(III) oksit renksiz ve tatsız bir tozdur. Adli tıpta kimyasal araştırma tekniklerinin geliştirilmesine kadar cinayet amacıyla en çok kullanılan zehirlerin başında geliyordu.

Arsenik zehirlenmelerinde kullanılacak özel panehir dimerkaproldür (BAL; British Anti-Lewisite).

Arsenik antik çağlarda tunç yapımında da kullanılmıştır fakat sertliği ve kalitesi Kalay + Bakır alaşımıyla yapılan tunçtan daha düşüktür.

Kaynakça

Bibliyografi 
 
 Greenwood, Norman  N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-08-037941-8.

Konuyla ilgili yayınlar

Dış bağlantılar 
 CTD's Arsenic page and CTD's Arsenicals page from the Comparative Toxicogenomics Database
 A Small Dose of Toxicology
 Arsenic in groundwater Book on arsenic in groundwater by IAH's Netherlands Chapter and the Netherlands Hydrological Society
 Contaminant Focus: Arsenic by the EPA.
 Environmental Health Criteria for Arsenic and Arsenic Compounds, 2001 by the WHO.
 Evaluation of the carcinogenicity of arsenic and arsenic compounds by the IARC.
 National Institute for Occupational Safety and Health – Arsenic Page
 Arsenic at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)

Toksikoloji
Teratojenler
IARC grup 1 kanserojenler
Endokrin bozucular
Kimyasal elementlerin biyolojisi ve farmakolojisi
Azot grubu
Yarı metaller
Elementler
Arsenik
İncelenmemiş çeviri içeren sayfalar