arsenik -Arsenic
Arsenik | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Telaffuz | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
Allotroplar | gri (en yaygın), sarı, siyah (bkz. Arsenik Allotropları ) | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Dış görünüş | metalik gri | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Standart atom ağırlığı A r °(As) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
Periyodik tablodaki arsenik | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atom numarası ( Z ) | 33 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Grup | grup 15 (piktojenler) | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Dönem | dönem 4 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Engellemek | p-blok | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektron düzenlenişi | [ Ar ] 3d 10 4s 2 4p 3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
kabuk başına elektron | 2, 8, 18, 5 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Fiziki ozellikleri | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
STP'de Faz _ | sağlam | |||||||||||||||||||||||||||||||||
süblimasyon noktası | 887 K (615 °C, 1137 °F) | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Yoğunluk ( rt yakınında ) | 5,727 g/ cm3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
sıvı olduğunda ( mp'de ) | 5,22 gr/ cm3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
üçlü nokta | 1090 K, 3628 kPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Kritik nokta | 1673 K, ? MPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Füzyon ısısı | gri: 24,44 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Buharlaşma ısısı | 34,76 kJ/mol (?) | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Molar ısı kapasitesi | 24.64 J/(mol·K) | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Buhar basıncı
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||
atomik özellikler | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
oksidasyon durumları | −3 , −2, −1, 0, +1, +2, +3 , +4, +5 (hafif asidik bir oksit) | |||||||||||||||||||||||||||||||||
elektronegatiflik | Pauling ölçeği: 2.18 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
iyonlaşma enerjileri | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
atom yarıçapı | ampirik: 119: 00 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
kovalent yarıçap | 119±4 pm | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Van der Waals yarıçapı | 185 pm | |||||||||||||||||||||||||||||||||
arseniğin spektral çizgileri | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
Diğer özellikler | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
Doğal oluşum | ilkel | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Kristal yapı | eşkenar dörtgen | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Termal Genleşme | 5,6 µm/(m⋅K) ( rt'de ) | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Termal iletkenlik | 50,2 W/(m⋅K) | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektrik özdirenci | 333 nΩ⋅m (20 °C'de) | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Manyetik sıralama | diyamanyetik | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Molar manyetik duyarlılık | −5,5 × 10 −6 cm3 / mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Gencin modülü | 8 GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||
toplu modül | 22 GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Mohs sertliği | 3.5 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Brinell sertliği | 1440 MPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||
CAS numarası | 7440-38-2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Tarih | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
keşif | Arap simyacılar (MS 815'ten önce) | |||||||||||||||||||||||||||||||||
arsenik izotopları | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||
Arsenik , As sembolü ve atom numarası 33 olan kimyasal bir elementtir . Arsenik, birçok mineralde, genellikle kükürt ve metallerle kombinasyon halinde , fakat aynı zamanda saf bir element kristali olarak da bulunur . Arsenik bir metaloiddir . Çeşitli allotroplara sahiptir , ancak yalnızca metalik bir görünüme sahip olan gri form endüstri için önemlidir.
Arseniğin birincil kullanımı kurşun alaşımlarındadır (örneğin, araba akülerinde ve mühimmatta ). Arsenik, yarı iletken elektronik cihazlarda yaygın olarak kullanılan bir n-tipi katkı maddesidir . Aynı zamanda III-V bileşik yarı iletken galyum arsenidin bir bileşenidir . Arsenik ve bileşikleri, özellikle trioksit, böcek ilaçları , işlenmiş ağaç ürünleri, herbisitler ve böcek öldürücülerin üretiminde kullanılır . Bu uygulamalar, arsenik ve bileşiklerinin toksisitesinin giderek daha fazla tanınmasıyla azalmaktadır.
Birkaç bakteri türü arsenik bileşiklerini solunum metabolitleri olarak kullanabilir . Eser miktarda arsenik, sıçanlarda, hamsterlerde, keçilerde, tavuklarda ve muhtemelen diğer türlerde temel bir besin öğesidir . İnsan metabolizmasındaki rolü bilinmemektedir. Bununla birlikte, çok hücreli yaşamda, miktarlar gerekenden daha fazla ise arsenik zehirlenmesi meydana gelir. Yeraltı sularının arsenik kirliliği , dünya genelinde milyonlarca insanı etkileyen bir sorundur.
Amerika Birleşik Devletleri Çevre Koruma Ajansı, arseniğin her türünün insan sağlığı için ciddi bir risk oluşturduğunu belirtiyor. Amerika Birleşik Devletleri Zehirli Maddeler ve Hastalık Tescili Dairesi, arseniği Superfund sitelerinde 2001 Tehlikeli Maddelerin Öncelikli Listesinde 1 numara olarak sıraladı . Arsenik, A Grubu kanserojen olarak sınıflandırılır .
Özellikler
Fiziksel özellikler
En yaygın üç arsenik allotropu gri, sarı ve siyah arseniktir ve en yaygın olanı gridir. Gri arsenik (α-As, uzay grubu R 3 m No. 166), birbirine kenetlenmiş, fırfırlı, altı üyeli halkalardan oluşan çift katmanlı bir yapı benimser. Katmanlar arasındaki zayıf bağ nedeniyle, gri arsenik kırılgandır ve 3,5 gibi nispeten düşük bir Mohs sertliğine sahiptir . En yakın ve sonraki en yakın komşular, aynı çift katmandaki üç atomun bir sonraki katmandaki üç atomdan biraz daha yakın olduğu, bozulmuş bir oktahedral kompleks oluşturur. Bu nispeten yakın paketleme, 5.73 g/ cm3 gibi yüksek bir yoğunluğa yol açar . Gri arsenik bir yarı metaldir , ancak amorfize edilirse 1,2–1,4 eV bant aralığına sahip bir yarı iletken haline gelir. Gri arsenik de en kararlı formdur. Sarı arsenik yumuşak ve mumsu olup bir şekilde tetrafosfora benzer ( P 4 ). Her ikisi de , her bir atomun diğer üç atomun her birine tek bir bağ ile bağlandığı dört yüzlü bir yapıda düzenlenmiş dört atoma sahiptir . Moleküler olan bu kararsız allotrop, en uçucu, en az yoğun ve en toksiktir. Katı sarı arsenik, arsenik buharının hızla soğutulmasıyla üretilir, As 4 . Işıkla hızla gri arseniğe dönüşür. Sarı formun yoğunluğu 1.97 g/ cm3'tür . Siyah arsenik yapı olarak siyah fosfora benzer . Siyah arsenik, buharın yaklaşık 100–220 °C'de soğutulmasıyla ve cıva buharlarının varlığında amorf arseniğin kristalleştirilmesiyle de oluşturulabilir. Camsı ve kırılgandır. Siyah arsenik de zayıf bir elektrik iletkenidir. Arseniğin üçlü noktası 3,628 MPa (35,81 atm) olduğundan, standart basınçta erime noktası yoktur, bunun yerine 887 K'de (615 °C veya 1137 °F) katıdan buhara süblimleşir.
izotoplar
Arsenik doğada tek bir kararlı izotop , 75 As, bir monoizotopik element olarak bulunur . 2003 itibariyle, atom kütlesi 60 ila 92 arasında değişen en az 33 radyoizotop da sentezlendi. Bunların en kararlısı, 80.30 günlük bir yarı ömre sahip 73 As'dir. 71 As ( t 1/2 =65,30 saat), 72 As ( t 1/2 =26,0 saat), 74 As ( t 1/2 = 17,77 gün ) dışında tüm diğer izotopların yarı ömürleri bir günün altındadır. ), 76 As ( t1 /2 =1,0942 gün) ve 77 As ( t1 /2 =38,83 saat). Kararlı 75 As'den daha hafif olan izotoplar , bazı istisnalar dışında, β + bozunma ile bozunma eğilimindedir ve daha ağır olanlar , β - bozunma ile bozunma eğilimindedir.
Atom kütlesi 66 ila 84 arasında değişen en az 10 nükleer izomer tanımlanmıştır. Arsenik izomerlerinin en kararlısı, 111 saniyelik yarı ömürle 68m As'dir.
Kimya
Arsenik, daha hafif türdeş fosforuna benzer bir elektronegatiflik ve iyonlaşma enerjisine sahiptir ve buna bağlı olarak, ametallerin çoğu ile kolayca kovalent moleküller oluşturur. Kuru havada kararlı olmasına rağmen, arsenik neme maruz kaldığında altın-bronz bir leke oluşturur ve sonunda siyah bir yüzey tabakasına dönüşür. Havada ısıtıldığında arsenik, arsenik trioksite okside olur ; Bu reaksiyondan çıkan dumanlar sarımsağa benzer bir kokuya sahiptir . Bu koku arsenopirit gibi arsenit minerallerine çekiçle vurulduğunda algılanabilir . Daha iyi bilinen fosfor bileşikleri ile aynı yapıya sahip olan arsenik trioksit ve arsenik pentoksit oluşturmak için oksijende yanar ve arsenik pentaflorür vermek için florin içinde yanar . Arsenik (ve bazı arsenik bileşikleri), atmosferik basınçta ısıtıldığında süblimleşir ve 887 K'de (614 °C) araya sıvı halde girmeden doğrudan gaz formuna dönüşür. Üçlü nokta 3,63 MPa ve 1.090 K'dir (820 °C). Arsenik, konsantre nitrik asitle arsenik asit , seyreltik nitrik asitle arsenik asit ve konsantre sülfürik asitle arsenik trioksit yapar ; ancak su, alkaliler veya oksitleyici olmayan asitlerle reaksiyona girmez. Arsenik metallerle reaksiyona girerek arsenidler oluşturur , ancak bunlar As 3− iyonu içeren iyonik bileşikler değildir, çünkü böyle bir anyonun oluşumu oldukça endotermik olacaktır ve 1. grup arsenitler bile intermetalik bileşiklerin özelliklerine sahiptir. Arsenik gibi 3 boyutlu geçiş serisini takip eden germanyum , selenyum ve brom gibi , arsenik +5 grup oksidasyon durumunda dikey komşuları olan fosfor ve antimona göre çok daha az kararlıdır ve bu nedenle arsenik pentoksit ve arsenik asit güçlü oksitleyicilerdir.
Bileşikler
Arsenik bileşikleri, periyodik tablonun aynı grubunu (sütununu) işgal eden fosforunkilere bazı açılardan benzer . Arsenik için en yaygın oksidasyon durumları şunlardır: alaşım benzeri intermetalik bileşikler olan arsenitlerde -3, arsenitlerde +3 ve arsenatlarda ve çoğu organoarsenik bileşikte +5. Arsenik ayrıca As karesinde görüldüğü gibi kendisine kolayca bağlanır.3-4mineral skutterudite iyonları . +3 oksidasyon durumunda , arsenik, yalnız elektron çiftinin etkisi nedeniyle tipik olarak piramit şeklindedir .
İnorganik bileşikler
En basit arsenik bileşiklerinden biri, oldukça zehirli, yanıcı, piroforik arsin (AsH3 ) olan trihidrittir . Bu bileşik, oda sıcaklığında çok yavaş ayrıştığı için genellikle kararlı kabul edilir. 250–300 °C sıcaklıklarda arsenik ve hidrojene ayrışma hızlıdır. Nem , ışık varlığı ve belirli katalizörler (yani alüminyum ) gibi çeşitli faktörler ayrışma hızını kolaylaştırır. Arsenik trioksit ve su oluşturmak için havada kolayca oksitlenir ve oksijen yerine kükürt ve selenyum ile benzer reaksiyonlar gerçekleşir .
Arsenik renksiz, kokusuz , kristal oksitler As203 (" beyaz arsenik ") ve As205 oluşturur , bunlar higroskopiktir ve asidik çözeltiler oluşturmak için suda kolaylıkla çözünür . Arsenik(V) asit zayıf bir asittir ve tuzları arsenatlar olarak adlandırılır , yeraltı sularının en yaygın arsenik kirliliğidir ve birçok insanı etkileyen bir sorundur. Sentetik arsenatlar arasında Scheele's Green (kuprik hidrojen arsenat, asidik bakır arsenat), kalsiyum arsenat ve kurşun hidrojen arsenat bulunur . Bu üçü tarımsal böcek ilacı ve zehir olarak kullanılmıştır .
Arsenat ve arsenik asit arasındaki protonasyon adımları, fosfat ve fosforik asit arasındakilere benzer . Fosfor asidinin aksine , arsenik asidi As(OH) 3 formülüyle gerçekten tribaziktir .
Çok çeşitli arsenik kükürt bileşikleri bilinmektedir. Orpiment ( As 2 S 3 ) ve realgar ( As 4 S 4 ) biraz bol miktarda bulunur ve eskiden boya pigmentleri olarak kullanılırdı. As 4 S 10'da arsenik, As-As bağları içeren As 4 S 4'te +2 formal oksidasyon durumuna sahiptir, böylece As'ın toplam kovalentliği hala 3'tür. Hem orpiment hem de realgar, ayrıca As 4 S 3 , selenyum analoglarına sahip; As 2 Te 3 benzeri mineral kalgoorlieit olarak bilinir ve As 2 Te - anyonu kobalt komplekslerinde bir ligand olarak bilinir .
Bilinmeyen astatid dışında arsenik(III)'ün tüm trihalidleri iyi bilinmektedir. Arsenik pentaflorür (AsF5 ) , +5 oksidasyon durumunun daha düşük kararlılığını yansıtan tek önemli pentahalittir; öyle olsa bile, çok güçlü bir florlama ve oksitleme maddesidir. ( Pentaklorür yalnızca -50 °C'nin altında kararlıdır, bu sıcaklıkta klor gazı salarak trikloride ayrışır.)
Alaşımlar
Arsenik , III-V yarı iletkenler galyum arsenit , indiyum arsenit ve alüminyum arsenitte 5. grup elementi olarak kullanılır . GaAs'ın değerlik elektron sayısı, bir çift Si atomu ile aynıdır, ancak bant yapısı tamamen farklıdır, bu da farklı yığın özellikleri ile sonuçlanır. Diğer arsenik alaşımları, II-V yarı iletken kadmiyum arsenit içerir .
organoarsenik bileşikler
Çok çeşitli organoarsenik bileşikler bilinmektedir. Lewisite gibi vezikantlar ve adamsit gibi kusma ajanları da dahil olmak üzere birçoğu I. Dünya Savaşı sırasında kimyasal savaş ajanları olarak geliştirildi . Tarihsel ve pratik açıdan ilgi çekici olan kakodilik asit , fosfor kimyasında benzerliği olmayan bir reaksiyon olan arsenik trioksitin metilasyonundan kaynaklanır . Cacodyl , bilinen ilk organometalik bileşikti (arsenik gerçek bir metal olmasa da) ve rahatsız edici kokusu nedeniyle Yunanca κακωδία "pis koku"dan seçildi; çok zehirlidir.
Oluşum ve üretim
Arsenik, yer kabuğunun yaklaşık 1,5 ppm'ini (%0,00015) oluşturur ve en bol bulunan 53. elementtir. Arseniğin tipik arka plan konsantrasyonları atmosferde 3 ng/ m3'ü geçmez ; 100 mg/kg toprakta; bitki örtüsünde 400 μg/kg; Tatlı suda 10 μg/L ve deniz suyunda 1,5 μg/L.
MAsS ve MAs 2 (M = Fe , Ni , Co ) formülüne sahip mineraller , realgar (bir arsenik sülfid minerali) ve doğal (elemental) arsenik ile birlikte arseniğin baskın ticari kaynaklarıdır . Açıklayıcı bir mineral , yapısal olarak demir pirit ile ilişkili olan arsenopirittir ( Fe As S ) . Birçok minör As içeren mineraller bilinmektedir. Arsenik ayrıca çevrede çeşitli organik formlarda bulunur.
British Geological Survey ve United States Geological Survey'e göre 2014 yılında Çin, neredeyse %70 dünya payı ile en büyük beyaz arsenik üreticisiydi ve onu Fas, Rusya ve Belçika izledi . ABD ve Avrupa'daki arsenik arıtma operasyonlarının çoğu çevresel kaygılar nedeniyle kapandı. Arsenik, bakır , altın ve kurşun izabe tesislerinden elde edilen izabe tozunda bulunur ve öncelikle bakır arıtma tozundan geri kazanılır.
Arsenopiritin havada kavrulmasında arsenik, arsenik(III) oksit olarak süblimleşir ve demir oksitler bırakırken, havasız kavurma gri arsenik üretimiyle sonuçlanır. Kükürt ve diğer kalkojenlerden daha fazla saflaştırma , vakumda, bir hidrojen atmosferinde süblimleştirme veya erimiş kurşun-arsenik karışımından damıtma yoluyla elde edilir .
Rütbe | Ülke | 2014 2 O 3 Üretim Olarak |
---|---|---|
1 | Çin | 25.000 ton |
2 | Fas | 8.800 ton |
3 | Rusya | 1.500 ton |
4 | Belçika | 1.000 ton |
5 | Bolivya | 52 T |
6 | Japonya | 45 ton |
— | Dünya Toplamı (yuvarlanmış) | 36.400 ton |
Tarih
Arsenik kelimesinin kökeni Arapça al-zarnīḵ الزرنيخ ' orpiment'ten gelen Süryanice zarnika kelimesinden gelir ve Farsça zar 'altın' kelimesinden زرنيخ zarnikh , "sarı" (kelimenin tam anlamıyla "altın renkli") anlamına gelir ve dolayısıyla "(sarı) orpiment". Halk etimolojisi olan bir biçim olan arsenikon ( ἀρσενικόν ) olarak Yunancaya uyarlandı ve Yunanca "erkek", "erkeksi" anlamına gelen arsenikos ( ἀρσενικός ) kelimesinin nötr biçimidir .
Yunanca kelime Latince'de arsenicum olarak kabul edildi ve Fransızca'da arsenik oldu ve İngilizce arsenik kelimesinin alındığı arsenik oldu. Arsenik sülfitler (orpiment, realgar ) ve oksitler eski zamanlardan beri bilinmekte ve kullanılmaktadır. Zosimos (MS 300 dolaylarında), daha sonra gri arseniğe indirgediği arsenik bulutu ( arsenik trioksit ) elde etmek için sandarach'ı (realgar) kavurmayı anlatır. Arsenik zehirlenmesinin semptomları çok spesifik olmadığından, varlığı için hassas bir kimyasal test olan Marsh testinin ortaya çıkmasına kadar sıklıkla cinayet için kullanıldı . (Daha az hassas ama daha genel bir test de Reinsch testidir.) Egemen sınıf tarafından birbirini öldürmek için kullanılması, gücü ve sağduyulu olması nedeniyle arsenik, "kralların zehiri" ve "zehirlerin kralı" olarak anılmıştır. Rönesans döneminde arsenik, aile üyelerinin öldürülmesinde kullanıldığı için "miras tozu" olarak biliniyordu.
Tunç Çağı boyunca , arsenik genellikle bronza dahil edildi ve bu da alaşımı daha sert hale getirdi (" arsenik bronz " olarak adlandırılır). Arsenik izolasyonu, MS 815'ten önce Cabir ibn Hayyan tarafından tanımlandı. Albertus Magnus (Büyük Albert, 1193–1280) daha sonra 1250'de sabunu arsenik trisülfitle birlikte ısıtarak elementi bir bileşikten izole etti . 1649'da Johann Schröder , arsenik hazırlamanın iki yolunu yayınladı. Nadir de olsa, elemental (doğal) arsenik kristalleri doğada bulunur.
Genellikle ilk sentetik organometalik bileşik olduğu iddia edilen Cadet'in dumanlı sıvısı (saf olmayan kakodil ), 1760 yılında Louis Claude Cadet de Gassicourt tarafından potasyum asetatın arsenik trioksit ile reaksiyonuyla sentezlendi .
Viktorya döneminde , "arsenik" ("beyaz arsenik" veya arsenik trioksit) sirke ve tebeşirle karıştırıldı ve kadınlar tarafından yüzlerinin rengini iyileştirmek için yendi ve tarlalarda çalışmadıklarını göstermek için ciltlerini solgunlaştırdı. Gıda maddelerinin karıştırılmasında kazara arsenik kullanımı, 1858'de 21 ölümle sonuçlanan Bradford tatlı zehirlenmesine yol açtı. Pigmentin parlaklığını arttırdığı düşünülen arsenikten yapılan boyalar da duvar kağıdı üretiminde kullanılmaya başlandı.
Keşfedilmelerinden bu yana iki arsenik pigmenti yaygın olarak kullanılmaktadır - Paris Green ve Scheele's Green . Arseniğin toksisitesi geniş çapta bilinmeye başladıktan sonra, bu kimyasallar pigment olarak daha az, böcek öldürücü olarak daha sık kullanıldı. 1860'larda, boya üretiminin bir arsenik yan ürünü olan London Purple yaygın olarak kullanıldı. Bu, arsenik trioksit, anilin, kireç ve demir oksidin katı bir karışımıydı, suda çözünmez ve solunduğunda veya yutulduğunda çok zehirliydi. Ancak daha sonra başka bir arsenik bazlı boya olan Paris Green ile değiştirildi. Toksikoloji mekanizmasının daha iyi anlaşılmasıyla birlikte, 1890'lardan itibaren iki bileşik daha kullanılmaya başlandı. Kireç arseniti ve kurşun arsenatı, 1942'de DDT'nin keşfine kadar insektisit olarak yaygın bir şekilde kullanıldı .
Uygulamalar
tarım
Arseniğin böceklere , bakterilere ve mantarlara karşı toksisitesi, onun ahşap koruyucu olarak kullanılmasına yol açmıştır. 1930'larda, ahşabı kromatlı bakır arsenatla (CCA veya Tanalith olarak da bilinir ) işleme süreci icat edildi ve onlarca yıldır bu işlem, arseniğin en yaygın endüstriyel kullanımıydı. Arseniğin toksisitesinin giderek daha fazla takdir edilmesi, 2004 yılında Avrupa Birliği ve Amerika Birleşik Devletleri tarafından başlatılan tüketici ürünlerinde CCA'nın yasaklanmasına yol açtı. Bununla birlikte, CCA diğer ülkelerde (Malezya kauçuk tarlaları gibi) yoğun bir şekilde kullanılmaya devam etmektedir.
Arsenik ayrıca çeşitli tarımsal böcek ilaçları ve zehirlerde de kullanılmıştır. Örneğin, kurşun hidrojen arsenat, meyve ağaçlarında yaygın olarak kullanılan bir böcek ilacıydı , ancak bileşikle temas bazen püskürtücülerle çalışanlar arasında beyin hasarına neden oluyordu. 20. yüzyılın ikinci yarısında, monosodyum metil arsenat (MSMA) ve disodyum metil arsenat (DSMA) - arseniğin daha az toksik organik formları - tarımda kurşun arsenatın yerini aldı. Bu organik arsenikler, 2013 yılına kadar pamuk tarımı dışındaki tüm tarımsal faaliyetlerde kademeli olarak kullanımdan kaldırılmıştır.
Arseniğin biyojeokimyası karmaşıktır ve çeşitli adsorpsiyon ve desorpsiyon proseslerini içerir. Arseniğin toksisitesi çözünürlüğüne bağlıdır ve pH'dan etkilenir. Arsenit ( AsO3-3) arsenattan daha fazla çözünür ( AsO3-4) ve daha zehirlidir; ancak daha düşük bir pH değerinde arsenat daha hareketli ve toksik hale gelir. Yüksek arsenitli topraklara kükürt, fosfor ve demir oksitlerin eklenmesinin arsenik fitotoksisitesini büyük ölçüde azalttığı bulunmuştur.
Arsenik , özellikle ABD'de kilo alımını artırmak, yem verimliliğini artırmak ve hastalıkları önlemek için kümes hayvanları ve domuz üretiminde yem katkı maddesi olarak kullanılır . Bir örnek , ABD'deki piliç yetiştiricilerinin yaklaşık %70'i tarafından piliç başlangıç maddesi olarak kullanılan roxarsone'dur . Roxarsone üreten Pfizer Inc.'in bir yan kuruluşu olan Alpharma, tedavi edilen tavuklarda bir kanserojen olan inorganik arsenik düzeylerinin yüksek olduğunu gösteren araştırmalara yanıt olarak ilacın satışını gönüllü olarak askıya aldı. Alpharma'nın halefi Zoetis , öncelikle hindilerde kullanılmak üzere nitarson satmaya devam ediyor .
Arsenik, insan tüketimi için yetiştirilen tavukların yemine kasıtlı olarak eklenir . Organik arsenik bileşikleri, saf arsenikten daha az toksiktir ve tavukların büyümesini destekler. Bazı koşullar altında, tavuk yemindeki arsenik toksik inorganik forma dönüştürülür.
Avustralya yarış atı Phar Lap'in kalıntıları üzerinde 2006 yılında yapılan bir araştırma , ünlü şampiyonun 1932'deki ölümüne aşırı dozda arseniğin neden olduğunu belirledi. Sidneyli veteriner Percy Sykes, "O günlerde, arsenik oldukça yaygın bir tonikti ve genellikle bir çözelti şeklinde verilirdi ( Fowler's Solution ) ... O kadar yaygındı ki, atların yüzde 90'ında arsenik olduğunu tahmin ederdim. onların sisteminde."
tıbbi kullanım
17., 18. ve 19. yüzyıllarda, arsfenamin ( Paul Ehrlich tarafından ) ve arsenik trioksit ( Thomas Fowler tarafından ) dahil olmak üzere bir dizi arsenik bileşiği ilaç olarak kullanıldı . Arsfenamin ve neosalvarsan sifiliz için endikeydi , ancak yerini modern antibiyotikler aldı . Bununla birlikte, melarsoprol gibi arsenikler, tripanozomiyazın tedavisi için hala kullanılmaktadır , çünkü bu ilaçlar ciddi toksisite dezavantajına sahip olsalar da, hastalık tedavi edilmezse neredeyse tek tip olarak ölümcüldür.
Arsenik trioksit, 15. yüzyıldan beri çeşitli şekillerde, en yaygın olarak kanser tedavisinde ve aynı zamanda sedef hastalığında Fowler'ın solüsyonu kadar çeşitli ilaçlarda kullanılmıştır . 2000 yılında ABD Gıda ve İlaç İdaresi, all-trans retinoik aside dirençli akut promyelositik lösemili hastaların tedavisi için bu bileşiği onayladı .
2008 tarihli bir makale, arsenik-74 (bir pozitron yayıcı) kullanarak tümörlerin yerini belirlemedeki başarıyı bildiriyor. Bu izotop , önceki radyoaktif madde olan iyot -124'ten daha net PET tarama görüntüleri üretir , çünkü vücut iyodu tiroid bezine sinyal gürültüsü üreterek taşıma eğilimindedir. Arsenik nanopartikülleri, diğer arsenik formülasyonlarına göre daha az sitotoksisite ile kanser hücrelerini öldürme yeteneği göstermiştir .
Subtoksik dozlarda, çözünür arsenik bileşikleri uyarıcı görevi görür ve bir zamanlar 18. ila 19. yüzyıllar arasında insanlar tarafından küçük dozlarda ilaç olarak popülerdi; uyarıcı olarak kullanımı, özellikle yarış atları veya iş köpekleri gibi spor hayvanlarında yaygındı .
Alaşımlar
Arseniğin ana kullanımı kurşunla alaşım yapmaktır. Araba akülerindeki kurşun bileşenler, çok küçük bir arsenik yüzdesinin varlığıyla güçlendirilir. Pirinç (bir bakır-çinko alaşımı) çinkosuzlaştırma , arsenik ilavesiyle büyük ölçüde azaltılır. %0,3 arsenik içeriğine sahip "Fosfor Deoksidize Arsenik Bakır", belirli ortamlarda korozyon stabilitesini arttırmıştır. Galyum arsenit , entegre devrelerde kullanılan önemli bir yarı iletken malzemedir . GaA'lardan yapılan devreler, silikondan yapılanlardan çok daha hızlıdır (ama aynı zamanda çok daha pahalıdır) . Silikondan farklı olarak, GaAs'ın doğrudan bir bant aralığı vardır ve elektrik enerjisini doğrudan ışığa dönüştürmek için lazer diyotlarında ve LED'lerde kullanılabilir .
Askeri
Birinci Dünya Savaşı'ndan sonra Amerika Birleşik Devletleri, 20.000 ton silah haline getirilmiş lewisite (ClCH=CHAsCl2 ) , bir organoarsenik vezikan (kabarcık ajanı) ve akciğeri tahriş edici bir stok yaptı. Stok, çamaşır suyu ile nötralize edildi ve 1950'lerde Meksika Körfezi'ne boşaltıldı. Vietnam Savaşı sırasında Amerika Birleşik Devletleri, Kuzey Vietnam askerlerini yaprak örtüsü ve pirinçten mahrum bırakmak için gökkuşağı herbisitlerinden biri olarak sodyum kakodilat ve asit formunun bir karışımı olan Ajan Mavisini kullandı.
Diğer kullanımlar
- Bakır asetoarsenit, Paris Yeşili ve Zümrüt Yeşili de dahil olmak üzere birçok isim altında bilinen yeşil bir pigment olarak kullanıldı . Çok sayıda arsenik zehirlenmesine neden oldu . Bir bakır arsenat olan Scheele's Green , 19. yüzyılda tatlılarda renklendirici madde olarak kullanıldı .
- Arsenik bronzlaştırma ve piroteknikte kullanılır .
- Üretilen arseniğin %2 kadarı kurşun saçma ve mermiler için kurşun alaşımlarında kullanılmaktadır .
- Çinkosuzlaşmaya dirençli hale getirmek için alfa-pirince küçük miktarlarda arsenik eklenir . Bu pirinç sınıfı, sıhhi tesisat armatürlerinde ve diğer ıslak ortamlarda kullanılır.
- Arsenik ayrıca taksonomik numunelerin korunması için de kullanılır. Ayrıca tarihsel olarak mumyalama sıvılarında da kullanılmıştır.
- Arsenik, seramikte opaklaştırıcı olarak kullanılmış ve beyaz sırlar yaratmıştır.
- Yakın zamana kadar optik camda arsenik kullanılıyordu. Çevrecilerin baskısı altındaki modern cam üreticileri hem arsenik hem de kurşun kullanmayı bıraktı .
- Bilgisayarlarda ; _ Cipslerde n tipi doping olarak arsenik kullanılıyor
Biyolojik rol
bakteri
Bazı bakteri türleri enerjilerini oksijen yokluğunda çeşitli yakıtları oksitleyerek elde ederken arsenatı arsenite indirgerler . Oksidatif çevre koşulları altında, bazı bakteriler yakıt olarak arsenit kullanırlar ve bunu arsenite oksitlerler. İlgili enzimler arsenat redüktazlar (Arr ) olarak bilinir .
2008'de, elektron donörü olarak arsenitler ile oksijenin yokluğunda fotosentezin bir versiyonunu kullanan ve arsenatlar üreten bakteriler keşfedildi (tıpkı sıradan fotosentezin elektron verici olarak suyu kullanarak moleküler oksijen üretmesi gibi). Araştırmacılar, tarih boyunca, bu fotosentez yapan organizmaların, arsenat azaltan bakterilerin gelişmesine izin veren arsenatları ürettiğini tahmin ediyor. Bir soy PHS-1 izole edilmiştir ve gammaproteobacterium Ectothiorhodospira shaposhnikovii ile ilişkilidir . Mekanizma bilinmemektedir, ancak kodlanmış bir Arr enzimi, bilinen homologlarının tersine işlev görebilir .
2011 yılında, arsenat ve fosfat anyonlarının yapısal olarak benzer olduğu gerçeğinden yararlanarak, bir Halomonadaceae türünün fosfor yokluğunda bu elementin arsenik ile ikame edilmesi durumunda büyüyebileceği varsayılmıştır . Çalışma, bağımsız araştırma grupları tarafından geniş çapta eleştirildi ve ardından reddedildi.
Daha yüksek hayvanlarda temel eser element
Arsenik, metiyonin metabolitlerinin sentezinde yer aldığı için kuşlarda temel bir eser mineral olarak anlaşılmaktadır ve besleme tavsiyeleri 0,012 ile 0,050 mg/kg arasındadır.
Bazı kanıtlar, arseniğin memelilerde önemli bir eser mineral olduğunu göstermektedir. Ancak biyolojik işlevi bilinmemektedir.
kalıtım
Arsenik, epigenetik değişikliklerle , DNA sekansında değişiklik olmaksızın meydana gelen gen ekspresyonundaki kalıtsal değişikliklerle ilişkilendirilmiştir . Bunlar arasında DNA metilasyonu, histon modifikasyonu ve RNA etkileşimi bulunur. Toksik arsenik seviyeleri, tümör baskılayıcı genler p16 ve p53'ün önemli DNA hipermetilasyonuna neden olarak karsinojenez riskini artırır . Bu epigenetik olaylar in vitro olarak insan böbrek hücreleri kullanılarak ve in vivo olarak insanlarda sıçan karaciğer hücreleri ve periferik kan lökositleri kullanılarak incelenmiştir . Endüktif olarak eşleşmiş plazma kütle spektrometrisi (ICP-MS), DNA'nın epigenetik modifikasyonunda yer alan hücre içi arsenik ve diğer arsenik bazlarının kesin seviyelerini saptamak için kullanılır. Arseniği epigenetik bir faktör olarak araştıran çalışmalar, maruz kalma ve duyarlılığın kesin biyobelirteçlerini geliştirmek için kullanılabilir.
Çin Fren Eğreltiotu ( Pteris vittata ) arseniği topraktan yapraklarına hiper biriktirir ve bitki ıslahında önerilen bir kullanıma sahiptir .
Biyometilasyon
İnorganik arsenik ve bileşikleri, besin zincirine girdikten sonra, bir metilasyon süreciyle aşamalı olarak metabolize edilir . Örneğin, Scopulariopsis brevicaulis küfü , inorganik arsenik varsa trimetilarsin üretir . Organik bileşik arsenobetain, balık ve algler gibi bazı deniz gıdalarında ve ayrıca mantarlarda daha yüksek konsantrasyonlarda bulunur. Ortalama bir kişinin alımı yaklaşık 10-50 µg/gün'dür. Balık veya mantar tüketiminden sonra 1000 µg civarındaki değerler olağandışı değildir, ancak bu arsenik bileşiği neredeyse toksik olmadığı için balık yemenin pek bir tehlikesi yoktur.
Çevre sorunları
Maruziyet
İnsan maruziyetinin doğal olarak meydana gelen kaynakları arasında volkanik kül , minerallerin ve cevherlerin ayrışması ve mineralize yeraltı suları bulunur. Arsenik ayrıca gıda, su, toprak ve havada bulunur. Arsenik tüm bitkiler tarafından emilir, ancak yapraklı sebzelerde, pirinçte, elma ve üzüm suyunda ve deniz ürünlerinde daha yoğundur. Ek bir maruz kalma yolu, atmosferik gazların ve tozların solunmasıdır. Viktorya döneminde arsenik, özellikle duvar kağıtları olmak üzere ev dekorunda yaygın olarak kullanılıyordu.
İçme suyunda meydana gelmesi
Yeraltı sularının yoğun arsenik kirliliği, Bangladeş ve komşu ülkelerde yaygın arsenik zehirlenmesine yol açmıştır . Bengal havzasında yaklaşık 57 milyon insanın arsenik konsantrasyonları Dünya Sağlık Örgütü'nün milyarda 10 parça (ppb) standardının üzerine çıkan yeraltı suyu içtiği tahmin edilmektedir . Bununla birlikte, Tayvan'daki kanser oranları üzerine yapılan bir araştırma, kanser ölümlerindeki önemli artışların yalnızca 150 ppb'nin üzerindeki seviyelerde ortaya çıktığını öne sürdü. Yeraltı suyundaki arsenik doğal kökenlidir ve yeraltının anoksik koşullarının neden olduğu tortudan yeraltı suyuna salınır . Bu yeraltı suyu, yerel ve batılı STK'lar ve Bangladeş hükümeti yirminci yüzyılın sonlarında büyük bir sığ tüp kuyu içme suyu programı üstlendikten sonra kullanıldı . Bu program, bakterilerle kirlenmiş yüzey sularının içilmesini önlemek için tasarlanmıştır, ancak yeraltı sularında arsenik testi başarısız olmuştur. Güneydoğu Asya'daki Vietnam ve Kamboçya gibi diğer birçok ülke ve bölge , yüksek arsenik içeriğine sahip yeraltı suyu üreten jeolojik ortamlara sahiptir. Arsenikoz, 1987'de Nakhon Si Thammarat , Tayland'da rapor edilmiştir ve Chao Phraya Nehri muhtemelen yüksek seviyelerde doğal olarak oluşan çözünmüş arsenik içerir ve halkın çoğu şişelenmiş su kullandığından halk sağlığı sorunu oluşturmaz . Science'ın yakın tarihli bir raporuna göre Pakistan'da 60 milyondan fazla insan arsenikle kirlenmiş içme suyuna maruz kalıyor . Podgorski'nin ekibi 1200'den fazla örneği inceledi ve %66'dan fazlası DSÖ minimum kontaminasyon seviyesini aştı.
1980'lerden bu yana, Çin'in İç Moğolistan'daki Ba Men bölgesi sakinleri, kirli kuyulardan içme suyu yoluyla kronik olarak arseniğe maruz kalıyor. 2009 yılında yapılan bir araştırma çalışması, kuyu suyu arsenik konsantrasyonları 5 ila 10 µg/L arasında olan sakinler arasında cilt lezyonlarının varlığının arttığını gözlemledi; bu da, arseniğin neden olduğu toksisitenin, kronik maruz kalma ile nispeten düşük konsantrasyonlarda meydana gelebileceğini düşündürüyor. Genel olarak, Çin'in 34 vilayetinden 20'sinin yeraltı suyu kaynağında yüksek arsenik konsantrasyonları var ve potansiyel olarak 19 milyon insanı tehlikeli içme suyuna maruz bırakıyor.
Amerika Birleşik Devletleri'nde arsenik en çok güneybatının yer altı sularında bulunur. New England , Michigan , Wisconsin , Minnesota ve Dakotas'ın bazı bölümlerinin de yeraltı sularında önemli konsantrasyonlarda arsenik olduğu bilinmektedir. Artan cilt kanseri seviyeleri, Wisconsin'de, milyarda 10 kısım içme suyu standardının altındaki seviyelerde bile arsenik maruziyeti ile ilişkilendirilmiştir. ABD Süper Fonu tarafından finanse edilen yakın tarihli bir filme göre , milyonlarca özel kuyunun bilinmeyen arsenik seviyeleri var ve ABD'nin bazı bölgelerinde kuyuların %20'sinden fazlası belirlenmiş limitleri aşan seviyeler içerebilir.
NIEHS destekli bilim adamlarına göre, milyarda 100 parça konsantrasyonlarda (yani, milyarda içme suyu standardının üzerinde 10 parçanın üzerinde) arseniğe düşük düzeyde maruz kalma , H1N1 veya domuz gribi enfeksiyonuna karşı ilk bağışıklık tepkisini tehlikeye atıyor. Laboratuar farelerinde yürütülen çalışma, içme sularında arseniğe maruz kalan kişilerin daha ciddi hastalık veya virüsten ölüm riskinin arttığını öne sürüyor.
Bazı Kanadalılar inorganik arsenik içeren su içiyor. Özel kazılmış kuyu suları, inorganik arsenik içerme açısından en fazla risk altındadır. Ön kuyu suyu analizi tipik olarak arsenik testi yapmaz. Kanada Jeoloji Araştırması'ndaki araştırmacılar, New Brunswick eyaleti için doğal arsenik tehlike potansiyelindeki göreli değişimi modellediler. Bu çalışma, inorganik arsenik ile ilgili içme suyu ve sağlık sorunları için önemli çıkarımlara sahiptir.
Şili'den elde edilen epidemiyolojik kanıtlar, özellikle sigara içmek gibi diğer risk faktörleri mevcut olduğunda, kronik arsenik maruziyeti ile çeşitli kanser türleri arasında doza bağlı bir bağlantı olduğunu göstermektedir. Bu etkiler, 50 ppb'nin altındaki kontaminasyonlarda gösterilmiştir. Arsenik, tütün dumanının bir bileşenidir .
İnorganik arsenik maruziyeti üzerine çok sayıda epidemiyolojik çalışmanın analizi, 10 ppb'de mesane kanseri riskinde küçük ama ölçülebilir bir artış olduğunu göstermektedir. Cambridge Üniversitesi Coğrafya Bölümü'nden Peter Ravenscroft'a göre, dünya çapında yaklaşık 80 milyon insan içme sularında 10 ila 50 ppb arsenik tüketiyor. Hepsi içme suyunda tam olarak 10 ppb arsenik tüketmiş olsaydı, daha önce alıntılanan çoklu epidemiyolojik çalışma analizi tek başına ek 2.000 mesane kanseri vakası öngörebilirdi. Bu, akciğer veya cilt kanserini içermediğinden ve maruziyeti açık bir şekilde hafife aldığından, genel etkinin açık bir şekilde hafife alındığını gösterir. Mevcut DSÖ standardının üzerinde arsenik seviyelerine maruz kalanlar, arsenik iyileştirmenin maliyet ve faydalarını tartmalıdır.
Çözünmüş arseniği içme suyundan uzaklaştırma işlemlerine ilişkin erken (1973) değerlendirmeler, demir veya alüminyum oksitlerle birlikte çökeltmenin etkinliğini göstermiştir. Özellikle, bir pıhtılaştırıcı olarak demirin, %90'ı aşan bir etkinlikle arseniği uzaklaştırdığı bulunmuştur. Amerika Birleşik Devletleri Çevre Koruma Ajansı (US EPA) ve Ulusal Bilim Vakfı (NSF) tarafından finanse edilen bir çalışmada, çeşitli yüzerme ortamı sistemlerinin hizmet noktasında kullanılması onaylanmıştır . Avrupalı ve Hintli bilim adamları ve mühendislerden oluşan bir ekip , yerinde iyileştirme yöntemine (SAR Teknolojisi) dayalı olarak Batı Bengal'de altı arsenik arıtma tesisi kurdu . Bu teknolojide herhangi bir kimyasal kullanılmaz ve arsenik, havalandırılmış suyun akifere yeniden doldurulması ve arsenik oksitleyici mikroorganizmaları destekleyen bir oksidasyon bölgesi geliştirilmesi ile yeraltı bölgesinde çözünmez bir formda (+5 durumunda) bırakılır. Bu işlem herhangi bir atık akışı veya çamur üretmez ve nispeten ucuzdur.
Arsenik kontaminasyonundan kaçınmanın bir başka etkili ve ucuz yöntemi, daha saf sulara ulaşmak için 150 fit veya daha derine kuyular açmaktır. ABD Ulusal Çevre Sağlığı Bilimleri Enstitüsü'nün Süper Fon Araştırma Programı tarafından finanse edilen yakın tarihli bir 2011 araştırması, derin tortuların arseniği ortadan kaldırabileceğini ve dolaşımdan çıkarabileceğini gösteriyor. Adsorpsiyon adı verilen bu süreçte arsenik, derin tortu parçacıklarının yüzeylerine yapışır ve doğal olarak yer altı suyundan uzaklaştırılır.
Arseniğin yüksek yüzey alanlı ve tek dağılımlı manyetit (Fe 3 O 4 ) nanokristalleri ile çok düşük manyetik alan gradyanlarında manyetik ayrımı , kullanım noktasında su arıtmada gösterilmiştir. Fe304 nanokristallerinin yüksek spesifik yüzey alanı kullanılarak , sudan arsenik çıkarılmasıyla ilişkili atık kütlesi önemli ölçüde azaltılmıştır.
Epidemiyolojik araştırmalar, arsenikle kirlenmiş içme suyunun kronik tüketimi ile önde gelen tüm ölüm nedenlerinin insidansı arasında bir ilişki olduğunu öne sürdü. Literatür, arsenik maruziyetinin diyabet patogenezinde nedensel olduğunu göstermektedir.
Saman bazlı filtrelerin son zamanlarda suyun arsenik içeriğini 3 µg/L'ye düşürdüğü gösterilmiştir. Bu, içme suyunun yer altı akiferlerinden çıkarıldığı alanlarda uygulama bulabilir .
San Pedro de Atacama
Birkaç yüzyıldır Şili'deki San Pedro de Atacama halkı arsenikle kirlenmiş su içiyor ve bazı kanıtlar onların bir miktar bağışıklık geliştirdiklerini gösteriyor .
Kirlenmiş yeraltı suyu için tehlike haritaları
Dünya nüfusunun yaklaşık üçte biri yeraltı su kaynaklarından su içiyor. Bunun yaklaşık yüzde 10'u, yaklaşık 300 milyon insan, sağlıksız seviyelerde arsenik veya florür ile kirlenmiş yeraltı su kaynaklarından su elde ediyor. Bu eser elementler esas olarak topraktaki mineraller ve iyonlardan kaynaklanır.
Doğal sularda arseniğin redoks dönüşümü
Arsenik eser metaloidler ve oksianyon oluşturan eser metaller (örn. As, Se, Sb, Mo, V, Cr, U, Re) arasında benzersizdir . Hem oksitleyici hem de indirgeyici koşullar altında doğal sulara özgü pH değerlerinde (pH 6,5–8,5) mobilizasyona duyarlıdır. Arsenik, çevrede çeşitli oksidasyon durumlarında (-3, 0, +3 ve +5) oluşabilir, ancak doğal sularda çoğunlukla üç değerlikli arsenit [As(III)] veya beş değerli arsenat [As] oksianyonları olarak inorganik formlarda bulunur. (V)]. Arseniğin organik formları, çoğunlukla yüzey sularında biyolojik aktivite ile üretilir, ancak nadiren kantitatif olarak önemlidir. Bununla birlikte, organik arsenik bileşikleri, suların endüstriyel kirlilikten önemli ölçüde etkilendiği yerlerde ortaya çıkabilir.
Arsenik, çeşitli işlemlerle çözündürülebilir. pH yüksek olduğunda, pozitif yüklerini kaybeden yüzey bağlama bölgelerinden arsenik salınabilir. Su seviyesi düştüğünde ve sülfit mineralleri havaya maruz kaldığında, sülfür minerallerinde hapsolmuş arsenik suya salınabilir. Suda organik karbon bulunduğunda, bakteriler doğrudan As(V)'i As(III)'e indirgeyerek veya inorganik arsenik salarak bağlanma bölgesindeki elementi azaltarak beslenirler.
Arseniğin sudaki dönüşümleri pH, indirgeme-yükseltgenme potansiyeli, organik madde konsantrasyonu ve diğer elementlerin, özellikle demir ve manganezin konsantrasyonları ve formlarından etkilenir. Ana faktörler pH ve redoks potansiyelidir. Genel olarak, oksik koşullar altında arseniğin ana formları sırasıyla pH 2, 2–7 , 7–11 ve 11'de H3AsO4 , H2AsO4− , HAsO42− ve AsO43− şeklindedir . İndirgeyici koşullar altında, pH 2–9'da H3AsO4 baskındır .
Oksidasyon ve indirgeme, yer altı ortamlarında arsenik göçünü etkiler. Arsenit, indirgeyici ortamlarda arseniğin en kararlı çözünür formudur ve arsenite göre daha az hareketli olan arsenat, nötr pH'ta oksitleyici ortamlarda baskındır . Bu nedenle arsenik indirgeyici koşullar altında daha hareketli olabilir. İndirgeyici ortam aynı zamanda arsenik bileşiklerinin çözünürlüğünü artırabilen organik madde açısından da zengindir. Sonuç olarak, arsenik adsorpsiyonu azalır ve çözünmüş arsenik yeraltı sularında birikir. Bu nedenle indirgeyici ortamlarda arsenik içeriği oksitleyici ortamlara göre daha yüksektir.
Kükürt varlığı, arseniğin doğal sudaki dönüşümünü etkileyen diğer bir faktördür. Arsenik, metal sülfitler oluştuğunda çökelebilir . Bu sayede arsenik sudan uzaklaştırılır ve hareketliliği azalır. Oksijen mevcut olduğunda, bakteriler enerji üretmek için indirgenmiş kükürdü oksitleyerek potansiyel olarak bağlı arseniği serbest bırakır.
Fe içeren redoks reaksiyonları da su sistemlerindeki arseniğin kaderinde temel faktörler gibi görünmektedir. Demir oksihidroksitlerin indirgenmesi, arseniğin suya salınmasında kilit bir rol oynar. Böylece arsenik, yüksek Fe konsantrasyonlarına sahip suda zenginleştirilebilir. Oksitleyici koşullar altında arsenik, özellikle yüksek pH'ta pirit veya demir oksitlerden mobilize edilebilir . İndirgeyici koşullar altında arsenik, demir oksitlerle ilişkilendirildiğinde indirgeyici desorpsiyon veya çözünme yoluyla mobilize edilebilir. İndirgeyici desorpsiyon iki durumda gerçekleşir. Birincisi, arsenatın demir oksitlere daha az güçlü bir şekilde adsorbe olan arsenite indirgenmesidir. Diğeri, bağlı arseniğin desorpsiyonuna yol açan mineral yüzeyindeki yükteki bir değişiklikten kaynaklanır.
Bazı bakteri türleri arseniğin redoks dönüşümlerini katalize eder. Disimilatuvar arsenat soluyan prokaryotlar (DARP), As(V)'nin As(III)'e indirgenmesini hızlandırır. DARP, anaerobik solunumun elektron alıcısı olarak As(V) kullanır ve hayatta kalmak için enerji elde eder. Diğer organik ve inorganik maddeler bu süreçte oksitlenebilir. Kemoototrofik arsenit oksitleyiciler (CAO) ve heterotrofik arsenit oksitleyiciler (HAO), As(III)'ü As(V)'ye dönüştürür. CAO, As(III)'ün oksidasyonunu oksijen veya nitratın indirgenmesiyle birleştirir. Elde edilen enerjiyi CO2'den organik karbon üretmek için kullanırlar . HAO, As(III) oksidasyonundan enerji elde edemez. Bu süreç , bakteriler için bir arsenik detoksifikasyon mekanizması olabilir .
Denge termodinamik hesaplamaları, As(V) konsantrasyonlarının As(III) konsantrasyonlarından daha yüksek olması gerektiğini öngörmektedir, ancak kuvvetli indirgeme koşulları, yani SO 4 2− indirgemesinin meydana geldiği durumlar. Bununla birlikte, arseniğin abiyotik redoks reaksiyonları yavaştır. As(III)'ün çözünmüş O2 ile oksidasyonu özellikle yavaş bir reaksiyondur. Örneğin, Johnson ve Pilson (1975), deniz suyunda As(III)'ün oksijenlenmesi için birkaç aydan bir yıla kadar değişen yarı ömürler verdi. Diğer çalışmalarda, As(V)/As(III) oranları, oksidasyonu önlemek için özel bir özen gösterilmediğinde, su örneklemesi sırasında günler veya haftalar boyunca sabit kaldı, bu da yine nispeten yavaş oksidasyon hızlarını akla getiriyor. Cherry, deneysel çalışmalardan As(V)/As(III) oranlarının anoksik çözeltilerde 3 haftaya kadar sabit kaldığını, ancak daha uzun zaman ölçeklerinde kademeli değişikliklerin meydana geldiğini buldu. Steril su numunelerinin, steril olmayan numunelere göre türleşme değişikliklerine karşı daha az duyarlı olduğu gözlemlenmiştir. Oremland, Mono Gölü'nde As(V)'nin As(III)'e indirgenmesinin, 0,02 ila 0,3 gün -1 arasında değişen oran sabitleriyle bakteriler tarafından hızla katalize edildiğini buldu .
ABD'de ahşap koruma
2002 itibariyle, ABD merkezli endüstriler 19.600 mt arsenik tüketmiştir. Bunun yüzde doksanı ahşabın kromatlı bakır arsenat (CCA) ile işlenmesinde kullanıldı . 2007 yılında 5.280 mt'luk tüketimin %50'si yine bu amaçla kullanıldı. Amerika Birleşik Devletleri'nde, tüketici ürünleri ile konut ve genel tüketici inşaat ürünleri üretiminde arseniğin gönüllü olarak aşamalı olarak kaldırılması 31 Aralık 2003'te başladı ve artık Alkali Bakır Kuaterner , boratlar , bakır azol , siprokonazol gibi alternatif kimyasallar kullanılmaktadır . ve propikonazol .
Durdurulmasına rağmen, bu uygulama aynı zamanda genel halkı en çok ilgilendiren uygulamalardan biridir. Basınçla işlenmiş eski ahşabın büyük çoğunluğu CCA ile işlenmiştir. CCA kerestesi birçok ülkede hala yaygın olarak kullanılmaktadır ve 20. yüzyılın ikinci yarısında yapısal ve dış mekan inşaat malzemesi olarak yoğun bir şekilde kullanılmıştır . Çalışmalar, arseniğin ağaçtan çevredeki toprağa (örneğin oyun alanı ekipmanından) sızabileceğini gösterdikten sonra, CCA kerestesinin kullanımı birçok alanda yasaklanmış olsa da , eski CCA kerestesinin yakılması da bir risk oluşturmaktadır. Yanmış CCA kerestesinden odun külünün doğrudan veya dolaylı olarak yutulması hayvanlarda ölümlere ve insanlarda ciddi zehirlenmelere neden olmuştur; öldürücü insan dozu yaklaşık 20 gram küldür. İnşaat ve yıkım alanlarından elde edilen hurda CCA kerestesi yanlışlıkla ticari ve evsel yangınlarda kullanılabilir. CCA kerestesinin güvenli bir şekilde imha edilmesine yönelik protokoller tüm dünyada tutarlı değildir. Bu tür kerestelerin yaygın olarak çöpe atılması bazı endişelere yol açmaktadır, ancak diğer araştırmalar yeraltı sularında arsenik kirliliği olmadığını göstermiştir.
ABD'deki endüstriyel salınımların haritalanması
Amerika Birleşik Devletleri'ndeki arsenik salınımlarının konumunu (ve diğer bilgileri) haritalayan bir araç TOXMAP'dir . TOXMAP , ABD Federal Hükümeti tarafından finanse edilen Birleşik Devletler Ulusal Tıp Kütüphanesi'nin (NLM) Özel Bilgi Hizmetleri Bölümü'nden bir Coğrafi Bilgi Sistemidir (GIS) . Amerika Birleşik Devletleri'nin işaretlenmiş haritaları ile TOXMAP, kullanıcıların Amerika Birleşik Devletleri Çevre Koruma Dairesi'nin (EPA) Toksik Madde Salınım Envanteri ve Süper Fon Temel Araştırma Programlarından verileri görsel olarak keşfetmesine olanak tanır . TOXMAP'ın kimyasal ve çevresel sağlık bilgileri, NLM'nin Toksikoloji Veri Ağı (TOXNET), PubMed ve diğer yetkili kaynaklardan alınır .
Biyoremediasyon
Arsenikle kirlenmiş suyu iyileştirmek için fiziksel, kimyasal ve biyolojik yöntemler kullanılmıştır. Biyoremediasyonun uygun maliyetli ve çevre dostu olduğu söylenmektedir. Arsenikle kirlenmiş yeraltı suyunun biyoremediasyonu, arseniğin insanlar için zehirli formu olan arseniti arsenata dönüştürmeyi amaçlar. Arsenat (+5 oksidasyon durumu) yüzey suyunda baskın arsenik formuyken, arsenit (+3 oksidasyon durumu) hipoksik ila anoksik ortamlarda baskın formdur. Arsenit, arsenattan daha çözünür ve hareketlidir. Pek çok bakteri türü, arseniti elektron donörü olarak kullanarak anoksik koşullarda arseniti arsenata dönüştürebilir. Bu, yeraltı suyu ıslahında faydalı bir yöntemdir. Diğer bir biyolojik ıslah stratejisi, bitki ıslahı yoluyla dokularında arsenik biriktiren bitkileri kullanmaktır, ancak kontamine olmuş bitki materyalinin bertaraf edilmesi dikkate alınmalıdır.
Biyoremediasyon, dikkatli değerlendirme ve mevcut koşullara göre tasarım gerektirir. Bazı siteler bir elektron alıcısının eklenmesini gerektirebilirken, diğerleri mikrop takviyesi ( biyobüyütme ) gerektirir. Kullanılan yöntem ne olursa olsun, yalnızca sürekli izleme gelecekteki kontaminasyonu önleyebilir.
Toksisite ve önlemler
Tehlikeler | |
---|---|
GHS etiketlemesi : | |
Tehlike | |
H301+H331 , H315 , H318 , H350 , H410 | |
P273 , P280 , P301+P310 , P302+P352 , P304+P340+P311 , P305+P351+P338 |
Arsenik ve bileşiklerinin birçoğu özellikle güçlü zehirlerdir. Az miktarda arsenik, çinko yardımıyla arseniğin arseniye indirgenmesini içeren ve cıva klorürlü kağıt ile doğrulanabilen farmakope yöntemleriyle tespit edilebilir.
sınıflandırma
Elementel arsenik ve arsenik sülfat ve trioksit bileşikleri, Avrupa Birliği'nde 67/548/EEC sayılı direktif kapsamında " toksik " ve "çevre için tehlikeli" olarak sınıflandırılmaktadır . Uluslararası Kanser Araştırma Ajansı ( IARC), arsenik ve inorganik arsenik bileşiklerini 1. grup kanserojenler olarak tanır ve AB, arsenik trioksit, arsenik pentoksit ve arsenat tuzlarını 1. kategori kanserojenler olarak listeler .
Arseniğin içme suyunda mevcut olduğunda arsenikoza neden olduğu bilinmektedir , "en yaygın tür arsenattır [ HAsO2-4; As ( V) ] ve arsenit [ H3AsO3 ; Olarak (III)]".
Yasal sınırlar, yiyecek ve içecek
Amerika Birleşik Devletleri'nde 2006'dan beri, Çevre Koruma Ajansı'nın (EPA) içme suyunda izin verdiği maksimum konsantrasyon 10 ppb'dir ve FDA aynı standardı 2005 yılında şişelenmiş su için belirlemiştir. New Jersey Çevre Koruma Departmanı, 2006 yılında içme suyu limitini 5 ppb olarak belirledi. Arsenik metali ve inorganik arsenik bileşikleri için IDLH (yaşam ve sağlık için acil tehlikeli) değeri 5 mg/ m3'tür (5 ppb). Mesleki Güvenlik ve Sağlık İdaresi, izin verilen maruz kalma sınırını (PEL) 0,01 mg/m 3 (0,01 ppb) zaman ağırlıklı ortalama (TWA) olarak belirlemiştir ve Ulusal Mesleki Güvenlik ve Sağlık Enstitüsü (NIOSH) tavsiye edilen maruz kalma limiti (REL) 15 dakikalık sabit maruz kalma 0,002 mg/m3 ( 0,002 ppb). Organik arsenik bileşikleri için PEL, 0.5 mg/ m3'lük bir TWA'dır . (0,5 puan).
2008'de, çok çeşitli Amerikan gıdalarında toksik kimyasallar için devam eden testlerine dayanarak, ABD Gıda ve İlaç İdaresi , elma ve armut sularındaki inorganik arsenik için "endişe düzeyini", kanserojen olmayan etkilere dayalı olarak 23 ppb olarak belirledi. , bu seviyeyi aşan ürünlerin ithalatını engellemeye başlamış; aynı zamanda uygun olmayan yerli ürünler için geri çağırma gerektirdi. 2011 yılında, ulusal Dr. Oz televizyon programı, yapımcılar tarafından tutulan bağımsız bir laboratuvar tarafından gerçekleştirilen testleri vurgulayan bir program yayınladı. Metodoloji tartışmalı olsa da (organik ve inorganik arsenik arasında ayrım yapmıyordu), testler 36 ppb'ye kadar arsenik seviyeleri gösterdi. Yanıt olarak FDA, Dr. Oz şovundaki en kötü markayı test etti ve çok daha düşük seviyeler buldu. Devam eden testler, elma suyu örneklerinin %95'inin endişe düzeyinin altında olduğunu buldu. Daha sonra Tüketici Raporları tarafından yapılan testler, inorganik arseniğin 10 ppb'nin biraz üzerinde olduğunu gösterdi ve kuruluş, ebeveynleri tüketimi azaltmaya çağırdı. Temmuz 2013'te, çocukların tüketimi, kronik maruz kalma ve kanserojen etki göz önünde bulundurularak FDA, elma suyu için içme suyu standardı ile aynı olan 10 ppb'lik bir "eylem seviyesi" belirledi.
Bangladeş'te pirinçte bulunan arsenikle ilgili endişeler 2002'de dile getirildi, ancak o zamanlar yalnızca Avustralya'da gıda için yasal bir sınır vardı (kilogram başına bir miligram). 2005 yılında kişisel arsenik alımı için DSÖ standartlarını aşan ABD pirinci yiyen insanlar hakkında endişeler dile getirildi. 2011'de Çin Halk Cumhuriyeti, arsenik için 150 ppb'lik bir gıda standardı belirledi.
2012'de Amerika Birleşik Devletleri'nde, Dartmouth College'daki Çocukların Çevresel Sağlığı ve Hastalıkları Önleme Araştırma Merkezi'nde ayrı araştırmacı grupları tarafından yapılan testler (yılın başlarında, çocuklarda idrar seviyelerine odaklanılarak) ve Tüketici Raporları (Kasım ayında) arsenik seviyeleri buldu. pirinçte bu, FDA'nın sınırlar koyması için çağrılarla sonuçlandı. FDA, Eylül 2012'de bazı test sonuçlarını yayınladı ve Temmuz 2013 itibariyle, yeni bir potansiyel düzenlemeyi desteklemek için veri toplamaya devam ediyor. Tüketici davranışında herhangi bir değişiklik önermemiştir.
Tüketici Raporları önerilir:
- EPA ve FDA'nın gıda üretiminde arsenik içeren gübre, ilaç ve böcek ilaçlarını ortadan kaldırması;
- FDA'nın gıda için yasal bir sınır koyması;
- Endüstrinin üretim uygulamalarını, özellikle çocuklara yönelik gıdalarda arsenik düzeylerini düşürmek için değiştirmesi; Ve
- Tüketicilerin evdeki su kaynaklarını test etmesi, çeşitli bir diyet yemesi ve pirinci fazla suyla pişirip ardından boşaltması (inorganik arseniği yaklaşık üçte bir oranında azaltma ve vitamin içeriğinde hafif bir azalma).
- Kanıta dayalı halk sağlığı savunucuları ayrıca, ABD'de arsenik için düzenleme veya etiketleme eksikliği göz önüne alındığında, çocukların haftada 1,5 porsiyondan fazla pirinç yememelerini ve 5 yaşından önce günlük diyetlerinin bir parçası olarak pirinç sütü içmemelerini tavsiye etmektedir. Ayrıca yetişkinler ve bebekler için pirinç, içme suyu ve meyve suyundan kaynaklanan arsenik maruziyetinin nasıl sınırlandırılacağı konusunda öneriler sunarlar.
2014 Dünya Sağlık Örgütü danışma konferansı, pirinç için 200-300 ppb sınırlarını değerlendirmek üzere planlandı.
Pirinçte arsenik içeriğinin azaltılması
2020'de bilim adamları, pirincin arsenik içeriğini azaltma ve besinleri koruma kapasiteleri açısından birden fazla hazırlama prosedürünü değerlendirerek, yarı kaynatma ve su emmeyi içeren bir prosedür önerdiler.
Mesleki maruz kalma limitleri
Ülke | sınır |
---|---|
Arjantin | Onaylanmış insan kanserojeni |
Avustralya | TWA 0,05 mg/m 3 – Kanserojen |
Belçika | TWA 0,1 mg/m 3 – Kanserojen |
Bulgaristan | Onaylanmış insan kanserojeni |
Kanada | TWA 0,01 mg/ m3 |
Kolombiya | Onaylanmış insan kanserojeni |
Danimarka | TWA 0,01 mg/ m3 |
Finlandiya | kanserojen |
Mısır | TWA 0,2 mg/ m3 |
Macaristan | Tavan konsantrasyonu 0,01 mg/m 3 – Cilt, kanserojen |
Hindistan | TWA 0,2 mg/ m3 |
Japonya | Grup 1 kanserojen |
Ürdün | Onaylanmış insan kanserojeni |
Meksika | TWA 0,2 mg/ m3 |
Yeni Zelanda | TWA 0,05 mg/m 3 – Kanserojen |
Norveç | TWA 0,02 mg/ m3 |
Filipinler | TWA 0,5 mg/ m3 |
Polonya | TWA 0,01 mg/ m3 |
Singapur | Onaylanmış insan kanserojeni |
Güney Kore | TWA 0,01 mg/ m3 |
İsveç | TWA 0,01 mg/ m3 |
Tayland | TWA 0,5 mg/ m3 |
Türkiye | TWA 0,5 mg/ m3 |
Birleşik Krallık | TWA 0,1 mg/ m3 |
Amerika Birleşik Devletleri | TWA 0,01 mg/ m3 |
Vietnam | Onaylanmış insan kanserojeni |
ekotoksisite
Arsenik, birçok organizmada, özellikle deniz türlerinde biyobirikimlidir , ancak besin ağlarında önemli ölçüde biyolojik olarak büyüdüğü görülmemektedir. Kirli alanlarda, bitki büyümesi, bir fosfat analoğu olan ve bu nedenle bitki dokularında ve hücrelerinde kolayca taşınan arsenatın kök alımından etkilenebilir. Kirli alanlarda, daha zehirli olan arsenit iyonunun (özellikle indirgeyici koşullarda daha fazla bulunan) alımı, kötü drene edilmiş topraklarda olasıdır.
hayvanlarda toksisite
Birleştirmek | Hayvan | LD 50 | Rota |
---|---|---|---|
Arsenik | Fare | 763 mg/kg | Oral |
Arsenik | Fare | 145 mg/kg | Oral |
kalsiyum arsenat | Fare | 20mg/kg | Oral |
kalsiyum arsenat | Fare | 794 mg/kg | Oral |
kalsiyum arsenat | Tavşan | 50mg/kg | Oral |
kalsiyum arsenat | Köpek | 38 mg/kg | Oral |
kurşun arsenat | Tavşan | 75 mg/kg | Oral |
Birleştirmek | Hayvan | LD 50 | Rota |
---|---|---|---|
Arsenik trioksit (As(III)) | Fare | 26 mg/kg | Oral |
Arsenit (As(III)) | Fare | 8 mg/kg | Ben |
Arsenat (As(V)) | Fare | 21 mg/kg | Ben |
MMA (As(III)) | Hamster | 2 mg/kg | ip |
MMA (As(V)) | Fare | 916 mg/kg | Oral |
DMA (As(V)) | Fare | 648 mg/kg | Oral |
im = kas içine enjekte edilir
ip = intraperitoneal olarak uygulanır |
Biyolojik mekanizma
Arsenik'in toksisitesi, arsenik(III) oksitlerin tiyollere olan yakınlığından gelir . Sistein kalıntıları şeklindeki tiyoller ve lipoik asit ve koenzim A gibi kofaktörler , birçok önemli enzimin aktif bölgelerinde bulunur .
Arsenik , çeşitli mekanizmalarla ATP üretimini bozar . Sitrik asit döngüsü seviyesinde arsenik, piruvat dehidrojenaz için bir kofaktör olan lipoik asidi inhibe eder . Fosfatla rekabet eden arsenat, oksidatif fosforilasyonu ayırır, böylece enerji bağlantılı NAD+ azalmasını , mitokondriyal solunumu ve ATP sentezini inhibe eder. Reaktif oksijen türleri ve oksidatif stres oluşturma potansiyeline sahip olduğu tahmin edilen hidrojen peroksit üretimi de artar. Bu metabolik müdahaleler, çoklu sistem organ yetmezliğinden ölüme yol açar . Organ yetmezliğinin apoptozdan değil, nekrotik hücre ölümünden kaynaklandığı varsayılmaktadır , çünkü enerji rezervleri apoptozun meydana gelmesi için fazla tükenmiştir.
Maruz kalma riskleri ve iyileştirme
Ahşabın korunması, cam üretimi, demir dışı metal alaşımları ve elektronik yarı iletken üretimi gibi inorganik arsenik ve bileşiklerinin kullanıldığı endüstrilerde çalışan kişilerde mesleki maruziyet ve arsenik zehirlenmesi meydana gelebilir . İnorganik arsenik, izabe endüstrisi ile ilgili kok fırını emisyonlarında da bulunur.
As(III) ve As(V) arasındaki dönüşüm, arsenik çevre kirliliğinde büyük bir faktördür. Croal, Gralnick, Malasarn ve Newman'a göre, "As(III) oksidasyonunu neyin uyardığının ve/veya As(V) indirgemesini neyin sınırladığının anlaşılması, kontamine alanların (Croal) biyoremediasyonu ile ilgilidir. Kemolitoototrofik As çalışması (III) oksitleyiciler ve heterotrofik As(V) indirgeyicileri, arseniğin oksidasyonu ve/veya indirgenmesinin anlaşılmasına yardımcı olabilir.
Tedavi
Kronik arsenik zehirlenmesinin tedavisi mümkündür. İngiliz anti-lewisite ( dimercaprol ) 5 mg/kg dozlarda ilk gün 4 saatte bir 300 mg'a kadar, ikinci gün 6 saatte bir ve son olarak 8 gün daha 8 saatte bir reçete edilir. Ancak ABD'nin Zehirli Maddeler ve Hastalık Kayıt Ajansı (ATSDR), arsenik maruziyetinin uzun vadeli etkilerinin tahmin edilemeyeceğini belirtmektedir. Kan, idrar, saç ve tırnaklar arsenik için test edilebilir; ancak, bu testler maruziyetten kaynaklanan olası sağlık sonuçlarını öngöremez. Uzun süreli maruz kalma ve bunun sonucunda idrar yoluyla atılım, karaciğer, prostat, cilt, akciğer ve burun boşluğu kanserine ek olarak mesane ve böbrek kanseri ile ilişkilendirilmiştir .
Ayrıca bakınız
Referanslar
Kaynakça
- Emsley, John (2011). "arsenik" . Doğanın Yapı Taşları: Öğeler İçin A'dan Z'ye Bir Kılavuz . Oxford, İngiltere: Oxford University Press. 47–55. ISBN 978-0-19-960563-7.
- Greenwood, Norman N .; Earnshaw, Alan (1997). Elementlerin Kimyası (2. baskı). Butterworth-Heinemann . ISBN 978-0-08-037941-8.
- Rieuwerts, John (2015). Çevre Kirliliğinin Unsurları . Abingdon ve New York: Routledge. ISBN 978-0-41-585920-2.
daha fazla okuma
- Whorton, James G. (2011). Arsenik Yüzyılı . Oxford Üniversitesi Yayınları. ISBN 978-0-19-960599-6.
Dış bağlantılar
- Arsenik Kansere Neden Olan Maddeler, ABD Ulusal Kanser Enstitüsü.
- Karşılaştırmalı Toksikogenomik Veritabanından CTD'nin Arsenik sayfası ve CTD'nin Arsenikler sayfası
- Arsenik zehirlenmesi: genel yönler ve şelatlayıcı maddeler , yazan Geir Bjørklund , Massimiliano Peana ve diğerleri. Toksikoloji Arşivleri (2020) 94:1879–1897.
- Küçük Bir Doz Toksikoloji
- Yeraltı sularında arsenik IAH'nin Hollanda Şubesi ve Hollanda Hidroloji Derneği tarafından hazırlanan yeraltı sularında arsenik kitabı
- Contaminant Focus: Arsenic 1 Eylül 2009'da EPA tarafından Wayback Machine'de arşivlendi .
- Arsenik ve Arsenik Bileşikleri için Çevresel Sağlık Kriterleri, 2001 , DSÖ .
- Kapaj, Simon; Peterson, Hans; Liber, Karsten; Bhattacharya, Prosun (2006). "Kronik Arsenik Zehirlenmesinin İnsan Sağlığına Etkileri – Bir İnceleme". Çevre Bilimi ve Sağlık Dergisi, Bölüm A . 41 (10): 2399–2428. doi : 10.1080/10934520600873571 . PMID 17018421 . S2CID 4659770 .
- Ulusal Mesleki Güvenlik ve Sağlık Enstitüsü - Arsenik Sayfası
- Periyodik Video Tablosunda Arsenik ( Nottingham Üniversitesi)