Fakten über Arsen

Von der Zeit des Römischen Reiches bis in die viktorianische Ära galt Arsen als „König der Gifte“ und als „Gift der Könige“. Die Geschichte ist voll von Berichten über königliche und bürgerliche Attentate, bei denen die geruchs- und geschmacksneutralen – mit anderen Worten: giftigen – Verbindungen des Arsens zur persönlichen Bereicherung eingesetzt wurden.

Aber trotz seines Rufs als tödliche Substanz hat Arsen immer noch einen wichtigen Platz in der Natur.

Eine natürliche Chemikalie

Im Periodensystem der Elemente ist Arsen die Nummer 33. Ein Arsenatom hat 33 Elektronen und 33 Protonen mit fünf Valenzelektronen (solche, die an der Bildung chemischer Bindungen mit anderen Elektronen teilnehmen können) in seiner äußeren Schale.

Arsen ist ein kristallines Metalloid, das in der Erdkruste vorkommt, aber in seiner freien Form ist es recht selten. Das Element kommt typischerweise in Mineralien vor, wie Arsenopyrit, Realgar und Orpiment, so die Minerals Education Coalition. Arsenopyrit (FeAsS), ein Eisen-Arsensulfid, auch Mispickel genannt, ist laut Los Alamos das häufigste Mineral, aus dem Arsen gewonnen wird.

Arsen war bereits im vierten Jahrhundert v. Chr. bekannt, als Aristoteles eines seiner Sulfide als „Sandarach“ oder Mennige bezeichnete, so Chemicool. Albertus Magnus, ein deutscher Philosoph und Alchemist, isolierte das Element erstmals im Jahr 1250.

Das Wort Arsen stammt von dem persischen Wort „zarnikh“, was „gelbes Orpiment“ bedeutet, das die Griechen als „arsenikon“ übernahmen, so das Los Alamos National Laboratory. Das Wort ist auch mit dem griechischen Wort „arsenikos“ verwandt, das „männlich“ oder „potent“ bedeutet. Das lateinische Wort dafür wurde zu „arsenicum“.

Unter normalem Atmosphärendruck sublimiert Arsen, oder geht direkt vom festen in den gasförmigen Zustand über, ohne flüssig zu werden. Es wird jedoch flüssig, wenn es unter hohen Druck gesetzt wird.

Arsen hat eine Reihe von Formen, oder Allotrope. Die häufigste ist metallisch grau, gefolgt von gelb und dann schwarz. Graues Arsen, die einzige Form, die in der Industrie verwendet wird, ist die stabilste der drei Formen und der stärkste Leiter von Elektrizität.

Arsen kommt in der Umwelt sowohl in organischer (mit Kohlenstoff gebundene Arsenatome) als auch in anorganischer (ohne Kohlenstoff) Form vor. Anorganisches Arsen, die häufigste Form, kommt mit vielen anderen Elementen vor, insbesondere mit Schwefel, Sauerstoff und Chlor. Anorganisches Arsen ist der Typ, der mit mehr negativen Auswirkungen auf die Gesundheit des Menschen verbunden ist.

Die Fakten

• Atomzahl (Anzahl der Protonen im Kern): 33
• Atomsymbol (im Periodensystem der Elemente): As
• Atomgewicht (durchschnittliche Masse des Atoms): 74,92160
• Dichte: 5,776 Gramm pro Kubikzentimeter
• Phase bei Raumtemperatur: fest
• Schmelzpunkt: 1.502.6 Grad Fahrenheit (817 Grad Celsius)
• Siedepunkt: 1.117,4 F (603 C)
• Anzahl der Isotope (Atome des gleichen Elements mit einer unterschiedlichen Anzahl von Neutronen): 33; 23, deren Halbwertszeiten bekannt sind; 1 stabil
• Häufigste Isotope: As-75 (100 Prozent natürliche Häufigkeit)

Gefahren von Arsen

Selbst wenn kein Foulspiel im Spiel ist, stellt Arsen immer noch eine Gefahr dar, da tödliche Mengen in das Wasser, die Nahrung oder die Luft gelangen können. Am dringlichsten ist die Sorge um das Trinkwasser, und für einige Orte ist das Risiko einer Arsenverunreinigung besonders hoch.

Im Jahr 2001 hat die Environmental Protection Agency (EPA) einen niedrigeren Standard für Arsen im Trinkwasser verabschiedet. Der neue Arsenstandard von 10 Teilen pro Milliarde (ppb) ersetzte den alten Standard von 50 ppb.

Bruce A. Stanton, ein Professor in der Abteilung für Mikrobiologie und Immunologie an der Geisel School of Medicine am Dartmouth College in New Hampshire, sagte, dass in vielen Staaten „Arsen im Brunnenwasser in Mengen gefunden werden kann, die über dem EPA-Standard von 10 ppb liegen.“

„In bis zu einem von fünf Brunnen in New Hampshire und vielen anderen Staaten, darunter Maine, Michigan, Kalifornien, New Mexico, Arizona, Colorado und Nevada, liegt das Arsen im Brunnenwasser über dem EPA-Standard“, sagte er gegenüber Live Science.

Als Nahrungsmittel hat die Food and Drug Administration (FDA) vor kurzem ihre Aufmerksamkeit auf Reis gerichtet, da dieser dazu neigt, Arsen leichter aufzunehmen als andere Pflanzen. Und da Reis ein Grundnahrungsmittel für viele Säuglinge und Kleinkinder ist, hat die FDA den Reis genau auf seine Sicherheit hin überwacht und sichergestellt, dass der Gehalt an anorganischem Arsen in Reisflocken für Säuglinge unter 100 Teilen pro Milliarde (ppb) bleibt.

Eine Studie, die im Nutrition Journal veröffentlicht wurde, legt nahe, dass auch andere Arten von Lebensmitteln, einschließlich Weißwein, Bier und Rosenkohl, mit höheren Arsenkonzentrationen beim Menschen in Verbindung gebracht werden können. Die FDA hat auch Schritte unternommen, um Apfelsaft zu überwachen.

Gesundheitsprobleme

Eine Arsenvergiftung kann alle Arten von Gesundheitsproblemen verursachen. Eine große Dosis kann zu sofortiger Krankheit und Tod führen, während eine langfristige Exposition mit höheren Raten von Haut-, Blasen- und Lungenkrebs sowie Herzerkrankungen verbunden ist, so die FDA.

„Bei Werten, die in Brunnenwasser in den USA gefunden werden (10-100 ppb), reduziert die Einnahme von arsenhaltigem Brunnenwasser den IQ und hat viele andere negative Auswirkungen auf die Gesundheit, einschließlich Geburtsfehler“, sagte Stanton. „Die gute Nachricht ist, dass Arsen im Brunnenwasser durch kostengünstige Tests nachgewiesen werden kann und wir uns vor der Arsenbelastung im Brunnenwasser durch Filtration (Zero Water Tischwasserfilter) und andere Methoden schützen können.“

Ein essentieller Nährstoff

Paracelsus, ein deutscher Philosoph und Toxikologe aus der Schweiz des 16. Jahrhunderts, sagte einmal berühmt: „Alle Dinge sind Gift, und nichts ist ohne Gift. Nur die Dosis macht es möglich, dass etwas nicht giftig ist.“

Aber kann ein giftiges Element wirklich notwendig für das Leben sein? Eine wachsende Zahl von Beweisen spricht dafür. Einige giftige Metalle könnten in Spuren tatsächlich essentielle Nährstoffe sein, so eine Analyse in der Zeitschrift EMBO Reports. Tatsächlich haben Wissenschaftler herausgefunden, dass der Körper Arsen in einer Menge von 0,00001 Prozent benötigt, um zu wachsen und ein gesundes Nervensystem zu erhalten, so Chemicool.

Wer hätte das gedacht?

• Bereits im Jahr 82 v. Chr, versuchte der römische Diktator Lucius Cornelius Sulla, einen Ausbruch von Arsenvergiftungen zu beenden, indem er die Lex Cornelia verabschiedete, das erste bekannte Gesetz gegen Vergiftungen, so das Dartmouth College.
• Im Jahr 1836 entwickelte ein britischer Chemiker namens James Marsh schließlich einen Test, der winzige Mengen von Arsen sowohl in Lebensmitteln als auch in menschlichen Überresten nachweisen konnte. Die Epidemie der Arsenvergiftung begann schließlich zu schwinden.
• Obwohl unbewiesen, hält sich hartnäckig das Gerücht, dass Napoleon Bonaparte von jemandem in seinem Gefolge langsam mit Arsen vergiftet wurde, was schließlich zu seinem Tod im Jahr 1821 führte. Und während es heute allgemein anerkannt ist, dass er an einem fortgeschrittenen Fall von Magenkrebs starb, glauben viele immer noch, dass Arsen eine Rolle spielte.
• Die vielleicht berühmtesten Arsenvergifter waren die Borgias, eine machtgierige Familie in Italien, die, zum Teil aufgrund ihrer strategischen Arsenvergiftungen der Reichen und Prominenten, bald die mächtigste Familie während der Renaissancezeit wurde.
• In der viktorianischen Ära war weißes Arsen, oder Arsentrioxid (As2O3), weit verbreitet und wurde in Lebensmittelgeschäften verkauft. Frauen aßen oder rieben sich Arsen, gemischt mit Essig oder Kreide, als Teintverbesserer in die Haut ein, um zu zeigen, dass sie nicht auf dem Feld arbeiteten, um ihre Haut blasser zu machen.

Landwirtschaftliche Verwendung

Da Arsen ein so starkes Gift ist, glaubten Landwirte und auch die US-Regierung Anfang des 20. Jahrhunderts, dass es eine gute Idee wäre, aus der Substanz Nagetiergifte und Pflanzenschutzmittel herzustellen. Es dauerte mehrere Jahrzehnte, bis alle erkannten, was für eine schreckliche Idee es war, diese krebserregende Chemikalie auf die Lebensmittel zu sprühen. In den 1980er Jahren wurden alle diese Arsenat-Pestizide schließlich verboten, aber einige der Rückstände verbleiben laut The Lead Group, Inc. noch heute im Boden.

Ab den 1940er Jahren wurden arsenhaltige Holzschutzmittel wie chromatiertes Kupferarsenat (CCA) weit verbreitet, um Fäulnis in Holz zu verhindern. Obwohl diese Konservierungsmittel immer noch nicht offiziell verboten sind, haben die Hersteller die Produktion von mit Arsen behandelten Holzprodukten laut EPA im Jahr 2003 freiwillig eingestellt.

Medizinische Verwendung

Im Jahr 1786 präsentierte ein britischer Arzt namens Thomas Fowler sein auf Arsen basierendes Allheilmittel, bekannt als Fowler’s solution. Das Tonikum wurde häufig zur Behandlung von Hautkrankheiten, wie z. B. Schuppenflechte, eingesetzt. Leider stellte sich heraus, dass Menschen, die das Produkt verwendeten, ein deutlich höheres Risiko hatten, an Krebs zu erkranken, insbesondere an der Stelle, an der die Lösung aufgetragen wurde. Laut dem Dartmouth College wurde die Verwendung von Salvarsan zwischen den 1930er und 1950er Jahren eingestellt.

Im Jahr 1910 entwickelte der deutsche Pharmakologe Paul Ehrlich das auf Arsen basierende Medikament Salvarsan, auch bekannt als Arsphenamin, zur Behandlung von Syphilis, einer Krankheit, die zu dieser Zeit endemisch und unheilbar war. Das Medikament war unglaublich effektiv und blieb das Top-Medikament zur Heilung von Syphilis, bis Penicillin in den 1940er Jahren verfügbar wurde, so Chemical & Engineering News.

Ehrlichs Entwicklung von Salvarsan war der erste Schritt zur gezielten Chemotherapie. Heute ist Arsentrioxid laut Stanton ein sehr wirksames Medikament zur Behandlung von Menschen mit akuter promyelozytischer Leukämie.

Industrielle Verwendung

Arsen wird manchmal mit Blei legiert, um ein härteres, haltbareres Metall zu bilden. Zu den Anwendungsgebieten gehören Autobatterien und Kugeln. Bis vor kurzem wurde Arsen häufig in der Glasherstellung verwendet. Aufgrund des Drucks der EPA und von Umweltschützern haben die meisten Glashersteller jedoch die Verwendung von Arsen verlangsamt oder eingestellt.

Nach Angaben des Los Alamos National Laboratory:

• Arsen wird oft als Dotierstoff für Festkörpergeräte wie Transistoren verwendet.
• Galliumarsenid wird in Lasern verwendet, die Elektrizität in kohärentes Licht umwandeln.
• Arsenverbindungen, wie Pariser Grün, Kalziumarsenat und Bleiarsenat, wurden als Insektizide und in anderen Giften verwendet.
• Arsen wird in der Pyrotechnik verwendet, um der Flamme zusätzliche Farbe zu geben.
• Arsen verbessert die Sphärizität von Bleischrot.