Arsen

Arsen je jedním z nejstarších prvků používaných člověkem. Sulfidy arsenu As 2 S 3 a As 4 S 4 , takzvaný orpiment ("arsen") a realgar , znali Římané a Řekové . Tyto látky jsou jedovaté.

Arsen je jedním z prvků vyskytujících se v přírodě ve volné formě . Lze jej poměrně snadno izolovat ze sloučenin. Historie proto nezná, kdo jako první obdržel elementární arsen ve svobodném stavu. Mnozí připisují roli objevitele alchymistovi Albertu Magnusovi . Spisy Paracelsus také popisují výrobu arsenu z reakce arsenu se skořápkami vajec . Mnoho historiků vědy naznačuje, že kov arsenu byl získán mnohem dříve, ale byl považován za formu původní rtuti . To lze vysvětlit tím, že sirník arsenitý byl velmi podobný minerálu rtuti. Uvolňování z něj bylo velmi snadné, stejně jako u uvolňování rtuti. Elementární arsen je v Evropě a Asii znám již od středověku . Číňané to získali z rud. Na rozdíl od Evropanů dokázali diagnostikovat smrt na otravu arsenem. Tato metoda analýzy však v současné době nedosáhla. Evropané se naučili určovat počátek smrti při otravě arsenem mnohem později, jako první to udělal James Marsh . Tato reakce se používá dodnes.

Arsen se někdy vyskytuje v cínových rudách. V čínské literatuře středověku se popisují úmrtí lidí, kteří pili vodu nebo víno z cínových nádob, kvůli přítomnosti arsenu v nich. Poměrně dlouhou dobu si lidé pletli samotný arsen a jeho oxid, přičemž si je pletli s jednou látkou. Toto nedorozumění odstranili Georg Brandt a Antoine Laurent Lavoisier , kteří dokázali, že se jedná o různé látky a že arsen je nezávislý chemický prvek. Oxid arsenitý se již dlouho používá k hubení hlodavců. Odtud pochází ruský název prvku. Pochází ze slov „myš“ a „jed“.

Etymologie

Název arsenu v ruštině pochází ze slova „myš“, v souvislosti s použitím jeho sloučenin k hubení myší a krys [4] . Řecké jméno ἀρσενικόν pochází z perského زرنيخ (zarnik) - „žlutý orpiment “. Lidová etymologie sahá až do jiné řečtiny. ἀρσενικός - muž [5] .

Latinský název arsenicum je přímou výpůjčkou z řeckého ἀρσενικόν . V roce 1789 zařadil A. Lavoisier arsen do seznamu chemických prvků pod názvem arsen [6] .

Být v přírodě

Arsen je stopový prvek. Obsah v zemské kůře je 1,7⋅10 −4 % hmotnosti. V mořské vodě 0,003 mg/l [7] . Tento prvek se někdy vyskytuje v přírodě ve své přirozené formě, minerál má podobu kovových lesklých šedých skořápek nebo hustých hmot skládajících se z malých zrn.

Je známo asi 200 minerálů obsahujících arsen. V malých koncentracích často doprovází olověné, měděné a stříbrné rudy . Dva přírodní minerály arsenu jsou zcela běžné ve formě sulfidů (binární sloučeniny se sírou ): oranžově červený transparentní realgar AsS a citrónově žlutý orpiment As 2 S 3 . Průmyslově významný minerál pro výrobu arsenu - arzenopyrit (arsenpyrit) FeAsS nebo FeS 2 FeAs 2 (46 % As), pyrit arsenitý - lollingit (FeAs 2 ) (72,8 % As), scorodit FeAsO 4 (27 -36 % Tak jako). Většina arsenu se těží náhodně při zpracování zlata obsahujícího arsen , olovo-zinku, pyritu mědi a dalších rud.

Vklady

Hlavním průmyslovým minerálem arsenu je arzenopyrit FeAsS. Velká ložiska mědi a arsenu jsou v Gruzii , Střední Asii a Kazachstánu , v USA , Švédsku , Norsku a Japonsku , arsen-kobalt - v Kanadě , arsen-cín - v Bolívii a Anglii . Kromě toho jsou v USA a Francii známá ložiska zlata a arsenu . Rusko má četná ložiska arsenu v Jakutsku , na Uralu , na Sibiři , v Zabajkalsku a na Čukotce [8] .

Izotopy

Je známo 33 izotopů a nejméně 10 excitovaných stavů jaderných izomerů . Z těchto izotopů je stabilních pouze 75 As a přírodní arsen se skládá pouze z tohoto izotopu. Nejdéle žijící radioaktivní izotop , 73 As, má poločas rozpadu 80,3 dne.

Chemické vlastnosti

Při silném zahřívání arsen hoří a tvoří oxid arsenitý , který je špatně rozpustný ve vodě, ale reaguje s ní za vzniku hydroxidu arsenitého nebo kyseliny arsenité . Silná oxidační činidla jako je chlor přeměňují prvek na kyselinu arsenovou , jejíž soli jsou velmi podobné odpovídajícím fosfátům . Kalcinací této kyseliny lze získat oxid arsenitý . Při redukci sloučenin arsenu vzniká plynný arsin [9] .

Získání

Objev metody získávání kovového arsenu (šedého arsenu) je připisován středověkému alchymistovi Albertu Velikému , který žil ve 13. století. Mnohem dříve však řečtí a arabští alchymisté dokázali získat volný arsen zahřátím „bílého arsenu“ ( oxid arsenitý ) s různými organickými látkami.

Existuje mnoho způsobů, jak získat arsen: sublimace přírodního arsenu, tepelný rozklad pyritu arzénu, redukce anhydridu arsenu atd.

V současné době se pro získání kovového arsenu arsenopyrit nejčastěji zahřívá v muflových pecích bez přístupu vzduchu. V tomto případě se uvolňuje arsen, jehož páry kondenzují a mění se na pevný arsen v železných trubkách pocházejících z pecí a ve speciálních keramických přijímačích. Zbytek v pecích se poté zahřívá za přístupu vzduchu a poté se arsen oxiduje na As203 . Kovový arsen se získává v poměrně malých množstvích a hlavní část rud obsahujících arsen se zpracovává na bílý arsen, tj. na oxid arsenitý - anhydrid arsenu As 2 O 3 .

Hlavní výrobní metodou je pražení sulfidových rud s následnou redukcí oxidu uhlím (uhlíkem) [10] :

{\mathsf {2As_{2}S_{3}\ +\ 9O_{2}\ {\xrightarrow {t^{o}C}}\ 6SO_{2}\uparrow +\ 2As_{2}O_{3}\ }}

{\mathsf {As_{2}O_{3}\ +\ 3C\ {\xarrowarrow {t^{o}C}}\ 2As\ +\ 3CO\uparrow }}

Aplikace

Arsen se používá pro legování slitin olova , které se používají k přípravě broků , protože při odlévání broků věžovou metodou získávají kapky slitiny arsenu s olovem přísně kulový tvar a navíc pevnost a tvrdost olova. výrazně zvýšit[ specifikovat ] .

Arsen vysoké čistoty (99,9999 %) se používá k syntéze řady užitečných a důležitých polovodičových materiálů – arsenidů (například arsenid gallia ) a dalších polovodičových materiálů s krystalovou mřížkou , jako je směs zinku .

Sloučeniny sulfidu arsenu – orpiment a realgar – se používají v malířství jako barvy a v kožedělném průmyslu jako prostředek k odstranění chloupků z pokožky.

V pyrotechnice se realgar používá k výrobě „řeckého“ ohně nebo „indického“ (Bengálského) ohně, ke kterému dochází, když hoří směs realgaru se sírou a dusičnany (při hoření tvoří jasně bílý plamen ).

Některé organoelementové sloučeniny arsenu jsou chemické bojové látky , jako je lewisit .

Na počátku 20. století se některé deriváty kakodylu , například salvarsan , používaly k léčbě syfilis , postupem času byly tyto léky z lékařského využití pro léčbu syfilis vytlačeny jinými, méně toxickými a účinnějšími farmaceutickými přípravky, které neobsahují arsen.

Některé sloučeniny arsenu ve velmi malých dávkách byly používány jako léky v boji proti anémii a řadě dalších onemocnění, protože mají klinicky patrný stimulační účinek na řadu tělesných systémů, zejména na červenou kostní dřeň a centrální nervový systém. V důsledku vzniku srovnatelných a lepších léků rozpustné sloučeniny arsenu prakticky vymizely z lékařské praxe od poloviny 80. let dvacátého století. Z anorganických sloučenin arsenu lze anhydrid arsenu využít v lékařství k přípravě pilulek a v zubní praxi ve formě pasty jako nekrotizující léčivo. Tato droga se běžně a slangově nazývala „arsen“ a používala se ve stomatologii pro lokální nekrózu zubního nervu (viz pulpitida ). V současnosti (2015) se arsenové preparáty v zubní praxi pro svou toxicitu používají jen zřídka. Nyní byly vyvinuty a jsou používány další metody bezbolestné nekrózy nervu zubu v lokální anestezii .

Biologická role a fyziologické působení

Toxicita

0 čtyři 0

Toxikologie

Arsen [11] a mnoho jeho sloučenin jsou jedovaté a karcinogenní . Anorganické sloučeniny arsenu patří do kategorie 1 karcinogenů podle IARC, arsenobetain a další organické sloučeniny , které nejsou metabolizovány v lidském těle - do skupiny 3. [12] Smrtelná dávka arsenu pro člověka je 50–170 mg (1,4 mg/kg tělesné hmotnosti) . Při akutní otravě arsenem jsou pozorovány zvracení , bolesti břicha, průjem , deprese centrálního nervového systému . Podobnost příznaků otravy arsenem s příznaky cholery po dlouhou dobu umožňovala maskovat použití sloučenin arsenu (nejčastěji oxidu arzenitého, tzv. „bílý arsen“) za smrtící jed. Ve Francii získal prášek oxidu arzenitého pro svou vysokou účinnost obecný název „dědičný prášek“ ( fr. poudre de succession ). Existuje předpoklad, že Napoleon byl otráven sloučeninami arsenu na ostrově Svatá Helena. V roce 1832 se objevila spolehlivá kvalitativní reakce na arsen - Marshův test , který výrazně zvýšil účinnost diagnostiky otravy.

Pomoc a antidota při otravě arsenem: užívání vodných roztoků thiosíranu sodného Na 2 S 2 O 3 , výplach žaludku, užívání mléka a tvarohu; specifické antidotum - unitiol . MPC ve vzduchu pro arsen je 0,5 mg/m³.

Pracujte s arsenem v uzavřených krabicích, používejte ochranný oděv. Vzhledem ke své vysoké toxicitě byly sloučeniny arsenu používány jako jedovaté látky v první světové válce .

V roce 2016 se ekologické katastrofě způsobené člověkem v jižní Indii dostalo široké publicity – kvůli nadměrnému odběru vody z vodonosných vrstev se arsen začal dostávat do pitné vody. To způsobilo toxické a onkologické škody u desítek tisíc lidí.

Věřilo se, že při dlouhodobé konzumaci malých dávek arsenu si tělo vytváří imunitu. Tato skutečnost byla prokázána jak u lidí, tak u zvířat. Existují případy, kdy běžní uživatelé arsenu okamžitě užili dávky několikanásobně vyšší než smrtelná dávka a zůstali zdraví. Pokusy na zvířatech prokázaly originalitu tohoto zvyku. Ukázalo se, že zvíře zvyklé na arsen při jeho užívání rychle umírá, pokud je do krve nebo pod kůži vstříknuta mnohem nižší dávka. Taková „závislost“ je však velmi omezená, ve vztahu k tzv. "akutní toxicita" a nechrání před novotvary. V současné době je však zkoumán účinek mikrodávek léků obsahujících arsen jako protirakovinného prostředku.

Organické i anorganické sloučeniny arsenu jsou ve vysokých koncentracích toxické pro živé organismy. Některé sloučeniny arsenu však v malých dávkách podporují látkovou výměnu, posilují kosti, mají pozitivní vliv na krvetvorbu a imunitní systém a zvyšují vstřebávání dusíku a fosforu z potravy. U rostlin je nejvýraznějším účinkem arsenu zpomalení metabolismu, což snižuje výnosy, ale arsen také stimuluje fixaci dusíku . [13] [14]

Bylo zjištěno, že u rostoucího organismu u lidí a zvířat přispívají mikrodávky arsenu k růstu kostí do délky a tloušťky a v některých případech byl na konci růstu také pozorován růst kostí pod vlivem mikrodávek arsenu . 15] .

Někteří autoři považují arsen za životně důležitý mikroelement a řadí ho mezi ultramikroelementy - mikroprvky nezbytné ve zvláště malých koncentracích (jako selen , vanad , chrom a nikl ). Potřebná denní dávka pro osobu je 10-15 mcg. [13]

V tradiční medicíně

V západních zemích byl arsen znám především jako silný jed, zatímco v tradiční čínské medicíně se používá již téměř dva tisíce let k léčbě syfilis a lupénky . .

Arsen v malých dávkách je karcinogenní , jeho používání jako drogy „zlepšující krev“ (tzv. „bílý arsen“, například „Blo's Arsenic Tablets“ atd.) pokračovalo až do poloviny 50. let a přispělo svým přínosem k rozvoji rakoviny .

Sloučenina arsenu salvarsan (známá také jako lék 606 a arsfenamin) je historicky prvním účinným a zároveň relativně neškodným etiotropním lékem na syfilis , který vytvořil chemik Paul Ehrlich [16] . K dnešnímu dni salvarsan přestal být používán a byl nahrazen jinými, mnohem účinnějšími a bezpečnějšími prostředky.

Ve forenzní vědě

Metoda pro detekci arsenu v lidském těle, mrtvolách a potravinách v případě podezření na otravu byla vyvinuta na počátku 19. století. Anglický chemik James Marsh [17] .

Život založený na arsenu

Jsou známy extremofilní bakterie, které jsou schopny přežít při vysokých koncentracích arzenátu v prostředí. Bylo navrženo, že v případě kmene GFAJ-1 arsen nahrazuje v biochemických reakcích fosfor, konkrétně je součástí DNA [18] [19] [20] , ale tento předpoklad se nepotvrdil [21] .

Znečištění arsenem

Na území Ruské federace ve městě Skopin v Rjazaňské oblasti bylo v důsledku mnohaleté práce místního hutního závodu SMK Metallurg pohřbeno asi jeden a půl tisíce tun prašného odpadu s vysokým obsahem arsenu. v pohřebištích podniku. [22] Arsen je charakteristickým průvodním prvkem mnoha ložisek zlata , což vede k dalším ekologickým problémům v zemích těžících zlato, jako je Rumunsko [23] [24] .

Viz také

Poznámky

↑ Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg , Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Atomové hmotnosti prvků 2011 (IUPAC Technical Report ) // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Sv. 85 , č. 5 . - S. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
↑ Arsen : elektronegativity . WebElements. Získáno 5. srpna 2010. Archivováno z originálu 1. září 2010.
↑ Editorial: Knunyants I. L. (šéfredaktor). Chemická encyklopedie: v 5 svazcích - Moskva: Sovětská encyklopedie, 1992. - T. 3. - S. 157. - 639 s. — 50 000 výtisků. - ISBN 5-85270-039-8.
↑ Arsenic // Velký encyklopedický slovník . — 2000. (Ruština)
↑ Frisk H. Griechisches etymologisches Wörterbuch, Band I. - Heidelberg: Carl Winter's Universitätsbuchhandlung. - 1960. - S. 152.
↑ Lavoisier, Antoine. Traité Élémentaire de Chimie, présenté dans un ordre nouveau, et d'après des découvertes modernes (francouzsky) . - Paříž: Cuchet, Libraire, 1789. - S. 192.
↑ JP Riley a Skirrow G. Chemická oceánografie V. 1, 1965.
↑ Arsenic Archived 5. listopadu 2013 na Wayback Machine . Encyklopedie po celém světě.
↑ Obecná chemie: učebnice / N. L. Glinka . - Ed. vymazáno — M.: KNORUS, 2012. — 752 s. — ISBN 978-5-406-02149-1
↑ Anorganická chemie: Ve 3 svazcích. / ed. Yu. D. Treťjaková. 2. díl: Chemie netranzitivních prvků: učebnice pro studenty. instituce vyššího prof. školství / A. A. Drozdov, V. P. Zlomanov, G. N. Mazo, F. M. Spiridonov - 2. vyd., přeprac. - M .: Ediční centrum "Akademie", 2011. - 368 s.
↑ Knižnikov V.A., Bochkarev V.V., Zimina L.N., Marčenko E.N., Rubtsov A.F., Serebryakov L.A. Arsenic // Velká lékařská encyklopedie : ve 30 svazcích / kap. vyd. B.V. Petrovský . - 3. vyd. - Moskva: Sovětská encyklopedie , 1981. - T. 16. Muzea - Nil . — 512 s. — 150 800 výtisků.
↑ Agenti klasifikovaní monografiemi IARC . Získáno 9. března 2019. Archivováno z originálu dne 25. února 2019. (neurčitý)
↑ 1 2 Kopylov, Kaminsky, 2004 , str. 289-291.
↑ Chertko, 2012 , str. 123.
↑ Farmakologie prof. Nikolajev. 1943 1. vydání
↑ Paul de Craif (de Kruy) . Lovci mikrobů. Vydavatel: Astrel, Polygraphizdat, 2012. ISBN 978-5-271-35518-9 , ISBN 978-5-4215-3274-3
↑ McDermid, 2016 , str. osm.
↑ Wolfe-Simon F., Blum JS, Kulp TR, et al. Bakterie, která může růst pomocí arsenu místo fosforu // Science : journal. - 2010. - Prosinec. - doi : 10.1126/science.1197258 . — PMID 21127214 .
↑ Mikrob požírající arsen může předefinovat chemii života . přírodní novinky. Datum přístupu: 26. ledna 2011. Archivováno z originálu 24. února 2012.
↑ Astrobiologický objev vede život plný jedu (odkaz nedostupný) . membrána. Datum přístupu: 26. ledna 2011. Archivováno z originálu 28. ledna 2012. (Ruština)
↑ Reaves, Marshall Louis; Sunita Sinha, Joshua D. Rabinowitz, Leonid Kruglyak, Rosemary J. Redfield. Absence of Detectable Arsenate in DNA from Arsenate-Grown GFAJ-1 Cells (anglicky) // Science : journal. - 2012. - 27. července ( roč. 337 , č. 6093 ). - str. 470-473 . — ISSN 1095-9203 0036-8075, 1095-9203 . - doi : 10.1126/science.1219861 .
↑ Detoxikace arsenem kontaminovaných půd přírodními sorbenty, jejich směsmi a modifikacemi . Staženo 3. února 2016. Archivováno z originálu 26. února 2018. (neurčitý)
↑ N. V. PETROVSKAYA „NATIVNÍ ZLATO. OBECNÁ CHARAKTERISTIKA, TYPOMORFISMUS, OTÁZKY GENEZE, NAKLADATELSTVÍ "NSKL, MOSKVA, 1973
↑ Těžba zlata jako jed pro životní prostředí - VÁLKA a MÍR . Získáno 3. února 2016. Archivováno z originálu 3. února 2016. (neurčitý)

Literatura

N. I. Kopylov, Yu. D. Kaminsky. Arsen. - Novosibirsk, 2004.
Arsenic // Velká ruská encyklopedie : [ve 35 svazcích] / kap. vyd. Yu. S. Osipov . - M .: Velká ruská encyklopedie, 2004-2017.
Arsen . Encyklopedie "Circumnavigation". (neurčitý)
Arsen a lidské zdraví . Encyklopedie "Circumnavigation". (neurčitý)
V.S. Gamayurov. Arsen v ekologii a biologii. — M .: Nauka, 1993.
Val McDermid. Anatomie zločinu: Co mohou prozradit hmyz, otisky prstů a DNA = Val Mcdermid: „Forensics: The Anatomy of Crime“. - M . : Alpina Literatura faktu, 2016. - 344 s. - ISBN 978-5-91671-591-0 .
Nikolai Chertko, Eduard Chertko, Dmitrij Budko, Anna Taranchuk. Ch. 5 Chemické prvky p-bloku // Biologická funkce chemických prvků. - Minsk, 2012.