ארסן

ארסן

סלניום - ארסן - גרמניום
P As Sb       33 As                                                                                                                                                                                                                                                                                           הטבלה המחזורית
נתונים בסיסיים
מספר אטומי	33
סמל כימי	As
סדרה כימית	מתכות למחצה
מראה
אפור מתכתי
תכונות אטומיות
משקל אטומי	74.9216 u
רדיוס ואן דר ואלס	185 pm
סידור אלקטרונים ברמות אנרגיה	2, 8, 18, 5
דרגות חמצון	−3, 3, 2, 1, 4
תכונות פיזיקליות
צפיפות	5,727 kg/m3
מצב צבירה בטמפ' החדר	מוצק
נקודת רתיחה	887K (614°C)
לחץ אדים	?Pa ב-?K
מהירות הקול	? מטר לשנייה ב-?K
שונות
אלקטרושליליות	2.18
קיבול חום סגולי	330 J/(kg·K)
מוליכות חשמלית	3.45 · 106/m·Ω
מוליכות חום	50 W/(m·K)
אנרגיית יינון ראשונה	947 kJ/mol
מבנה גבישי	המערכת הגבישית הטריגונלית
היסטוריה
מגלה	אלברטוס מגנוס
תאריך גילוי	המאה ה־13
נקרא על שם	זהב (פרסית)

אַרְסֶן (Arsenic), הידוע גם בשם זַרְניך, הוא יסוד רעיל ביותר ממשפחת המתכות למחצה שסמלו הכימי As ומספרו האטומי 33.

תכונות

ארסן דומה מאוד מבחינה כימית לזרחן, הוא מספיק דומה כדי להשתלב במקומו בתהליכים ביולוגיים וכך לגרום להרעלה. כשארסן מחומם הוא מתחמצן ל־As₂O₃ ומפיץ ריח המזכיר שום. לארסן בצורתו הגבישית היציבה ביותר צבע אפור מבריק והוא מתפורר בקלות. קיימות גם צורות פחות יציבות בצבעים צהוב ושחור. צורתו החיצונית מזכירה מתכת, על אף שאיננו שייך לקבוצה זו. טמפרטורת הרתיחה שלו היא 614 מעלות, ובתנאים רגילים הוא בכלל לא מופיע בצורת נוזל, אלא ממריא ממצב מוצק ישירות לגז. גם בעת הקירור, הגז הופך מיד לגבישים, ולא לנוזל. רק בתנאי לחץ גבוה ניתן לצפות בצורת הנוזל של ארסן, כאשר עבור לחץ של 28 אטמוספירות טמפרטורת ההתכה שלו עומדת על 817 מעלות צלזיוס. במגע עם מים, פולט הארסן גז רעיל העלול אף לגרום למוות.

שימושים

בשל תכונותיו הרעילות, משמש הארסן בתעשיית הדברת המזיקים ובעיקר בתעשיית ההדברה החקלאית ובשל תכונות אלו גם הפך ליסוד פופולרי לשימוש בתעשיית הלוחמה הכימית. עם השנים התפתחו הרכבי חומרי ההדברה כך שיהוו סכנה מינימלית לחקלאים אשר מרססים בהם את השדות, וכיום משתמשים בארסן הלבן (ארסן חמצני) ברוב תהליכי ההדברה. החומר גליום ארסניד (GaAs) משמש כמוליך למחצה בשבבים, בתור תחליף מוצלח אך יקר לסיליקון. הארסן גם משמש כחומר מחזק בתרכובות שונות בטמפרטורות גבוהות. הוא מצוי בצבעים, חומרי ומוצרי קרמיקה, זיקוקין די-נור, לייזרים ועוד. למרות ואף בניגוד לתכונותיו הרעילות, לפני גילוי הפניצילין שימש הארסן כתרופה לטיפול במחלת העגבת.

היסטוריה

סמל הארסן באלכימיה

המונח "ארסן" מקורו בשפה הפרסית, ואין לו כל קשר למילה "ארס" בעברית. ידוע כי עוד בתקופת היוונים והרומאים היו בשימוש תרכובות ארסן. בעיקר היו משתמשים בתרכובות גופרית בתור רעל. גם מימי הביניים קיים תיעוד על אלכימאים אירופאים ומלומדים סינים שידעו להכין ולהשתמש בתרכובות ארסן שונות. בעבר רווחה האמונה כי אבני בזואר מסוגלות לנטרל את כל הרעלים, ביניהם ארסן. נראה כי סוג מסוים של בזואר אכן מסוגל לנטרל את הארסן, בתגובה כימית.

בשנת 1649 הראה יוהאן שרדר שתי דרכים לבידוד ארסן מתוך תרכובת.

בתקופה הוויקטוריאנית, ארסן שעורבב עם חומץ וגיר נאכל על ידי הנשים על מנת לשפר את גוון פניהן.

במאה ה-18 הארסן היה אחד החומרים ששימשו להכנת צבע ירוק לטפטי קיר. בעבר הועלתה הסברה שנפוליאון בונפרטה מת באי סנט הלנה בשל הרעלת ארסן שנמצא בריכוז גבוה בצבעי הקיר שבביתו. הימצאות ארסן בטפטים הביאה למספר ניכר של מקרי תמותה באנגליה במאה ה-19, עד להבנת התופעה על ידי מספר רופאים. על אף דרישה ציבורית להתערבות רגולטורית בתחום נמנעה מכך הממשלה, דבר שהוביל את הצרכנים לדרוש ישירות מהיצרנים להתחייב שאין ארסן במוצריהם, וחלקם נענו לדרישות הצרכנים. בתחילת המאה ה-20 עדיין היו מספר חברות שהשתמשו בארסן אולם מוּדעוּת הצרכנים לבעיה הובילה להחרמת חברות אלו ולסגירתן בסופו של דבר.

בשנת 1900 התרחשה באנגליה הרעלת מזון המונית עקב חדירת ארסן לבירה, מההרעלה נפגעו כ-6000 איש, מהם 70 מצאו את מותם.

בשנת 2010, מחקר אסטרוביולוגי במימון נאס"א גילה מיקרואורגניזם המשתמש בארסן כאבן בניין של ה-DNA, במקום בזרחן, המשמש את שאר עולם החי. מאוחר יותר פורסמו עדויות סותרות.

צורה בטבע

את הארסן מוצאים לרוב בטבע כשהוא בתרכובת עם גופרית או חמצן, וכן בכמה סולפידים מתכתיים. ארסן מופק בעיקר ממחצבות של ארסנופיריט (FeSAs, פיריט הברזל) אשר נמצאים בארצות הברית, קנדה, מקסיקו, נורווגיה וספרד.

ייצור ארסן

ארסן טבעי

ניתן לייצר ארסן בתהליך פשוט יחסית, כאשר מחממים ארסן גופרי באוויר כך:

$\ 2As_{2}S_{3(s)}+9O_{2(g)}\rightarrow 2As_{2}O_{3(s)}+6SO_{2(g)}$

לאחר מכן, מחממים את תחמוצת הארסן עם פחמן כך:

$\ 2As_{2}O_{3(s)}+3C_{(s)}\rightarrow 3CO_{2(g)}+4As_{(s)}$

הרעלה

הארסן (ארסן תלת-חמצני) רעיל (LD50) במנות הגדולות מ-35 מ"ג/ק"ג משקל גוף בעכברים, ו-15 מ"ג/ק"ג משקל גוף בחולדות. הסימנים להרעלת ארסן דומים מאוד לתסמינים של מחלת הכולרה: שלשולים, הקאות, בחילות, ירידה דרסטית בחום הגוף שמלווה בהכחלה של אזורים שונים בגוף ולבסוף מוות.

ארסן במזון

ארסן נמצא במרבית המזון והשתייה של אדם ממוצע, לרוב במינונים מזעריים. במספר בדיקות מעבדה של בשר עוף נמצא ארסן בריכוזים גבוהים. מקור הארסן בזרזי גדילה ותרופות שבהם משתמשים בתעשיית העופות. בסוף 2012 נמדדו רמות של ארסן במגוון רחב של אורז ומוצריו, כגון דגני בוקר, בבדיקה מדגמית של כמאתיים מוצרים שעשה מנהל המזון והתרופות האמריקאי. במדידות נמצאו הבדלים גדולים ברמות הארסן בכלל והארסן האי-אורגני בפרט במוצרים שונים. הרמה הממוצעת נעה בטווח שבין 2.2 מיקרוגרם ל-7.2 מיקרוגרם ארסן למנת הגשה (גודל המנה שונה ממוצר למוצר). כמו כן נמצאו באופן עקבי רמות גבוהות יותר של ארסן באורז מלא מאשר באורז לבן, מפני שהוא נוטה להצטבר בקליפת הגרגירים.

על סמך הממצאים האלה קבעו מומחי הבריאות כי רמות הארסן באורז אינן מסכנות את בריאות הצרכנים בטווח המיידי, כלומר לא יגרמו להרעלת ארסן. עם זאת, הממצאים הללו הניעו תוכנית לניטור רמות הארסן באורז ובמוצריו כדי להעריך אם קיים סיכון בצריכתם בטווח הארוך.

באזורים מסוימים בעולם, בעיקר בדרום אמריקה ואסיה, מי שתייה מזוהמים בארסן שאינו אורגני.

ראו גם

• הרעלת ארסן

קישורים חיצוניים

• ארסן ב-Webelements (אנגלית)
• עמיר קורץ ויוני שדמי, מי שם ארסן בעוף שלי, באתר כלכליסט, 30 במאי 2009
• קטי דייגל, ‏מוות במים: ארסן מרעיל בני אדם ברחבי העולם, במדור סיינטיפיק אמריקן של מכון דוידסון, 7 באפריל 2016