arsen

Arsen er grundstof nr. 33, placeret i det periodiske systems 15. gruppe; atomtegn As. Det er et gråt, sprødt halvmetal, der ved opvarmning i en iltfri atmosfære fordamper uden at smelte (sublimering). Arsen findes meget sjældent i naturen som rent grundstof. Sulfiderne har været kendt siden oldtiden.

Faktaboks

Etymologi
Ordet arsen kommer af arsenik.

Alkymisterne har kendt grundstoffet, som de benyttede til at blande i kobber for at gøre det sølvhvidt. Den første, der beskrev arsen, var den tyske teolog Albert den Store, men det var den svenske kemiker Georg Brandt, der i 1733 som den første viste, at arsen er det grundstof, der findes i arsenik.

Ved opvarmning af arsen i luften til ca. 180 °C bryder det i brand med en blålig flamme og udsendelse af en hvidløgsagtig lugt.

Arsens geokemi og forekomst

Indholdet af arsen i sedimentære bjergarter er 1-13 gram pr. ton og dermed markant højere end i magmatiske, der har ca. 1 gram pr. ton. Grundstoffets affinitet over for jern ses af jernmeteoritters relativt høje indhold, 9 gram pr. ton arsen. Indholdet af arsen i jernholdige sedimentære bjergarter (Fe-oxider og -sulfider) er ligeledes relativt højt, idet arsen medrives, når jern udfældes af havvand. Havvand har derfor et meget lavt indhold, 0,002 gram pr. ton arsen.

Egenskaber
Nummer 33
Atomtegn As
Navn arsen
Relativ atommasse 74,9216
Densitet 5,727g/cm3 (20 °C)
Smeltepunkt 817 °C (28 atm)
Kogepunkt 613 °C (sublimerer)
Opdagelse kendt siden 1200-t.

Ubetydelige mængder arsen udskilles tidligt under størkningsforløbet af basaltisk magma i nikkel-magnetkis-mineraliseringer og indgår blandt andet i platinmineralet sperrylit, PtAs2. I det senmagmatiske stadium af størkning af granitisk og granodioritisk magma udskilles arsen i begrænset mængde i pegmatitter og i pneumatolytiske årer som arsenkis og arsenider. Ved lavere temperatur udskilles arsen i større mængde i hydrotermale årer, hvor det indgår i et stort antal sulfidmineraler og sulfosalte. Ved overfladeforvitring af arsenmineraler dannes et meget stort antal iltholdige arsenforbindelser.

Arsen udvindes især fra hydrotermale mineralforekomster, oftest som et biprodukt fra brydning af malme med guld, sølv og kobber.

Arsenmineraler

Blandt mere end 200 arsenmineraler er omkring 60 procent arsenater, 20 procent sulfider og sulfosalte, mens resten omfatter arsenider, arsenitter, oxider og silicater. Mest almindelige er arsenkis (arsenopyrit), der findes i mineralforekomster dannet ved høj temperatur, og tennantit, der findes i hydrotermale mineralforekomster.

Teknisk anvendelse og fremstilling

Små mængder arsen anvendes i meget ren form (over 99,99 procent renhed) til halvledere — fx transistorer — især i form af galliumarsenid. Desuden indgår arsen (99 procent renhed) som legeringsbestanddel i specielle kobberlegeringer, i visse typer støbejern og navnlig i en række blylegeringer til fremstilling af hagl, akkumulatorer og glidelejer.

Mineproduktion i ton
2006 2012
Belgien 1000 1000
Chile 11.500 10.000
Frankrig 1000
Kazakhstan 1500
Kina 30.000 26.000
Marokko 6900 8000
Mexico 1300
Peru 3500
Rusland 1500 1500
andre lande 1000 200
i alt 59.200 46.700
Reserverne er i 2012 opgjort til ca. 900.000 t
Kilde: Mineral Commodity Summaries 1997 og 2007 og 2014. United States Department of the Interior. Bureau of Mines

Teknisk udvindes arsen af arsenkis, FeAsS, ved spaltning fulgt af sublimering eller af iltholdige arsenmineraler ved reduktion med trækul.

Arsenforbindelser

Arsenforbindelser findes i to hovedtyper, én hvor arsen har oxidationstrin +3, og én, hvor arsen har oxidationstrin +5. Derudover findes en række forbindelser, der kun kan beskrives ved hjælp af begreber fra kvantemekanikken og faststoffysikken. Arsenforbindelser er normalt giftige i større eller mindre grad, og adskillige af dem anvendes til skadedyrsbekæmpelse. Organiske arsenforbindelser er i almindelighed mindre giftige end de rent uorganiske, og visse af dem har eller har haft medicinsk anvendelse, fx salvarsan, som var det første egentlige lægemiddel mod syfilis.

Halogenforbindelser

Arsen med oxidationstrin +3 danner forbindelser med halogener af typen AsX3, hvor X kan være fluor, klor, brom eller jod. Ved stuetemperatur er arsen(III) fluorid, AsF3 og arsen(III)klorid, AsCl3, væsker, mens arsen(III)bromid, AsBr3 og arsen(III)jodid, AsI3, er krystallinske. Der findes kun én velkarakteriseret arsen(V)-halogenforbindelse, nemlig arsen(V)fluorid, AsF5, der er en farveløs luftart.

Oxygenforbindelser

Med oxygen dannes arsen(III)oxid, As2O3, og arsen(V)oxid, As2O5. As2O3 fremstilles industrielt og kendes under navnet arsenik. Dette er yderst giftigt og anvendes til bekæmpelse af skadedyr og til imprægnering. Med vand giver arsenik en sur opløsning. Der kan imidlertid ikke isoleres nogen anden forbindelse end As2O3 fra vandige opløsninger. Der kendes dog salte, arsenitter (arsenat(III)), af syren HAsO2, som imidlertid ikke kan isoleres. As2O5 kan fremstilles ved afvanding af arsensyre, H3AsO4, der igen kan fås ved at reagere arsen eller arsenik med varm, koncentreret salpetersyre. Arsensyrens salte benævnes arsenater. Deres fysisk-kemiske egenskaber har ligheder med de analoge fosfaters, men arsenaterne er i modsætning til fosfaterne ret stærke oxidationsmidler.

Hydrogenforbindelser

AsH3, arsan, dannes ved indvirkning af hydrogen på en vilkårlig arsenforbindelse. Arsan koger ved -55 °C, er meget giftigt og erkendes allerede i små koncentrationer på en hvidløgsagtig lugt. Ved opvarmning til ca. 500 °C sønderdeles det til arsen og hydrogen.

Påvisning af arsen bygger på dannelse og nedbrydning af arsan. Det dannede arsen ses som et metalagtigt spejl (Marsh' prøve). Arsan kaldtes tidligere arsin, men dette navn anvendes nu om forbindelser af typen R3As, hvor R kan være en organisk gruppe, fx CH3, C2H5 eller C6H5.

Svovlforbindelser

Arsen danner forbindelserne arsen(III)sulfid, As2S3, og arsen(V)sulfid, As2S5; begge forbindelser kan fremstilles direkte ud fra grundstofferne. As2S3 findes i naturen som det guldgule mineral auripigment, men kan i øvrigt udfældes med hydrogensulfid, H2S, fra sure arsenholdige opløsninger. As2S5 kan udfældes med H2S fra arsensyreholdige opløsninger. Forbindelsen As4S4, der som mineral betegnes realgar, bryder tilsyneladende reglen om, at arsen altid optræder med et af oxidationstrinnene 3 eller 5. Krystal- og molekylstrukturen viser imidlertid, at arsenatomerne er bundet til andre atomer.

Arsenider

I arsan, AsH3, har arsen oxidationstrinnet -3, da hydrogen definitionsmæssigt tildeles oxidationstrinnet +1. I analogi hermed har arsen oxidationstrinnet -3 i en række forbindelser, arsenider, mellem metaller og arsen. Metallerne aluminium, gallium og indium danner med arsen de teknisk vigtige arsenider: AlAs, GaAs og InAs. Forbindelser mellem grundstoffer fra 13. og 15. gruppe i det periodiske system har ofte egenskaber tilfælles med grundstoffer fra 14. gruppe. De tre ovennævnte arsenider er således vigtige halvledere med anvendelse i elektronikindustrien sammen med silicium, der står i 14.

Biokemi

Forskellige arsenforbindelser, specielt arsenik, har været anvendt som gift siden oldtiden. På grund af sin lighed med fosfor kan arsen i visse forbindelser hæmme flere vigtige enzymatiske reaktioner i cellernes oxidative stofskifte. Ved kronisk forgiftning kan arsen ophobes, hvilket kan føre til misfarvning af hud, der udsættes for lys. Visse arsenforbindelser mistænkes for at være

Læs mere i Den Store Danske

Kommentarer

Din kommentar publiceres her. Redaktionen svarer, når den kan.

Du skal være logget ind for at kommentere.

eller registrer dig