Feiten over arsenicum

Van de tijd van het Romeinse Rijk tot aan het Victoriaanse tijdperk werd arsenicum beschouwd als de “koning der giffen” en als het “gif der koningen”. De geschiedenis is doorspekt met verhalen over zowel vorsten als gewone burgers die voor persoonlijk gewin moorden pleegden met de reukloze, smaakloze – met andere woorden, gif-perfecte – verbindingen van arsenicum.

Maar zelfs met zijn reputatie als dodelijke stof, neemt arseen nog steeds een zeer belangrijke plaats in de natuurlijke wereld in.

Een natuurlijke chemische stof

In het periodiek systeem der elementen is arseen nr. 33. Een arseenatoom heeft 33 elektronen en 33 protonen met vijf valentie-elektronen (de elektronen die kunnen deelnemen aan het vormen van chemische bindingen met andere elektronen) in zijn buitenste schil.

Arseen is een kristallijne metalloïde die in de aardkorst wordt aangetroffen, maar in zijn vrije vorm is het vrij zeldzaam. Het element wordt vooral aangetroffen in mineralen zoals arsenopyriet, realgar en orpiment, aldus de Minerals Education Coalition. Arsenopyriet (FeAsS), een ijzerarsenicum sulfide, ook wel mispickel genoemd, is het meest voorkomende mineraal waaruit arseen wordt gewonnen, volgens Los Alamos.

Arsenicum was al bekend in de vierde eeuw voor Christus, toen Aristoteles naar een van zijn sulfiden verwees als “sandarach,” of rood lood, volgens Chemicool. Albertus Magnus, een Duitse filosoof en alchemist, isoleerde het element voor het eerst in 1250.

Het woord arseen komt van het Perzische woord “zarnikh”, dat “geel orpiment” betekent, en dat de Grieken hebben overgenomen als “arsenikon”, volgens het Los Alamos National Laboratory. Het woord is ook verwant aan het Griekse woord “arsenikos”, dat “mannelijk” of “krachtig” betekent. Het Latijnse woord ervoor werd “arsenicum”.

Onder standaard atmosferische druk sublimeert arseen, of verandert het direct van vaste in gasvormige toestand zonder een vloeistof te worden. Onder hoge druk wordt het echter wel vloeibaar.

Arseen kent een aantal vormen, of allotropen. De meest voorkomende is metaalgrijs, gevolgd door geel en dan zwart. Grijs arseen, de enige vorm die in de industrie wordt gebruikt, is de meest stabiele van de drie en de sterkste geleider van elektriciteit.

Arseen komt van nature in het milieu voor in zowel organische (arseenatomen gebonden met koolstof) als anorganische (geen koolstof) vormen. Anorganisch arseen, het meest voorkomende type, komt samen met vele andere elementen voor, met name zwavel, zuurstof en chloor. Anorganisch arseen is het type dat in verband wordt gebracht met meer nadelige gezondheidseffecten voor de mens.

Alleen de feiten

• Atoomnummer (aantal protonen in de kern): 33
• Atoomsymbool (op het periodiek systeem der elementen): As
• Atomair gewicht (gemiddelde massa van het atoom): 74,92160
• Dichtheid: 5,776 gram per kubieke centimeter
• Gehalte bij kamertemperatuur: vast
• Smeltpunt: 1.502.6 graden Fahrenheit (817 graden Celsius)
• kookpunt: 1.117,4 F (603 C)
• Aantal isotopen (atomen van hetzelfde element met een verschillend aantal neutronen): 33; 23 waarvan de halveringstijd bekend is; 1 stabiel
• Meest voorkomende isotopen: As-75 (100 procent natuurlijke abundantie)

Gevaren van arseen

Zelfs als er geen opzet in het spel is, vormt arseen nog steeds een gevaar, omdat dodelijke hoeveelheden kunnen weglekken in het water, voedsel of de luchtvoorraad van mensen. Het dringendste punt van zorg is het drinkwater, en op sommige plaatsen is het risico van arseenverontreiniging bijzonder groot.

In 2001 heeft de Environmental Protection Agency (EPA) een lagere norm voor arseen in drinkwater vastgesteld. De nieuwe arsenicumnorm van 10 delen per miljard (ppb) verving de oude norm van 50 ppb.

Bruce A. Stanton, een professor in de afdeling microbiologie en immunologie aan de Geisel School of Medicine van het Dartmouth College in New Hampshire, zei dat in veel staten, “arsenicum kan worden gevonden in putwater op niveaus boven de EPA-norm van 10 ppb.”

“Arseen in putwater ligt boven de EPA-norm in maar liefst één op de vijf putten in New Hampshire en veel andere staten, waaronder Maine, Michigan, Californië, New Mexico, Arizona, Colorado en Nevada,” vertelde hij Live Science.

Wat voedsel betreft, heeft de Food and Drug Administration (FDA) onlangs zijn aandacht op rijst gericht, omdat rijst de neiging heeft arseen gemakkelijker te absorberen dan andere gewassen. En omdat rijst een hoofdbestanddeel is in het dieet van veel zuigelingen en jonge kinderen, heeft de FDA rijst nauwlettend in de gaten gehouden op veiligheid, door ervoor te zorgen dat kinderrijstgranen onder de 100 delen per miljard (ppb) blijven voor niveaus van anorganisch arseen.

Een studie, gepubliceerd in de Nutrition Journal, suggereerde dat andere soorten voedsel, waaronder witte wijn, bier en spruitjes, ook in verband kunnen worden gebracht met hogere niveaus van arseen bij mensen. De FDA heeft ook stappen ondernomen om appelsap te controleren.

Gezondheidsproblemen

Arsenicumvergiftiging kan allerlei gezondheidsproblemen veroorzaken. Een grote dosis kan onmiddellijke ziekte en de dood veroorzaken, terwijl langdurige blootstelling wordt geassocieerd met hogere percentages huid-, blaas- en longkankers, evenals hartaandoeningen, volgens de FDA.

“Bij niveaus die worden aangetroffen in bronwater in de VS (10-100 ppb), verlaagt de inname van bronwater dat arseen bevat het IQ en heeft het vele andere nadelige gevolgen voor de gezondheid, waaronder geboorteafwijkingen,” zei Stanton. “Het goede nieuws is dat arsenicum in putwater kan worden opgespoord met goedkope tests en dat we onszelf kunnen beschermen tegen blootstelling aan arsenicum in putwater door filtratie (Zero Water tabletop waterfilters) en andere methoden.”

Een essentiële voedingsstof

Paracelsus, een 16e-eeuwse Zwitserse Duitse filosoof en toxicoloog, heeft ooit beroemd gezegd: “Alle dingen zijn vergif, en niets is zonder vergif. Alleen de dosis zorgt ervoor dat iets niet giftig is.”

Maar kan een giftig element echt noodzakelijk zijn voor het leven? Een groeiend aantal bewijzen zegt van wel. Sommige giftige metalen, in sporenhoeveelheden, zouden eigenlijk essentiële voedingsstoffen kunnen zijn, aldus een analyse in het tijdschrift EMBO Reports. Wetenschappers hebben zelfs ontdekt dat het lichaam arseen, op een niveau van 0,00001 procent, nodig heeft voor de groei en het behoud van een gezond zenuwstelsel, aldus Chemicool.

Wie wist het?

• Zo vroeg als 82 v. Chr, probeerde de Romeinse dictator Lucius Cornelius Sulla een einde te maken aan een golf van arsenicumvergiftigingen door de Lex Cornelia aan te nemen, de eerste bekende wet tegen vergiftiging, volgens het Dartmouth College.
• In 1836 ontwikkelde de Britse scheikundige James Marsh eindelijk een test waarmee minuscule hoeveelheden arsenicum in zowel voedsel als menselijke resten konden worden opgespoord. De epidemie van arsenicumvergiftiging begon eindelijk af te nemen.
• Hoewel niet bewezen, is er een hardnekkig gerucht dat Napoleon Bonaparte langzaam werd vergiftigd met arsenicum door iemand in zijn gevolg, wat uiteindelijk leidde tot zijn dood in 1821. En hoewel vandaag algemeen wordt erkend dat hij stierf aan een vergevorderd geval van maagkanker, geloven velen nog steeds dat arsenicum een rol heeft gespeeld.
• De beroemdste van de arsenicumvergiftigers waren misschien wel de Borgia’s, een machtsbeluste familie in Italië die, mede door hun strategische arsenicumvergiftigingen van de rijken en prominenten, al snel de machtigste familie werd tijdens de Renaissance-periode.
• In het Victoriaanse tijdperk was wit arsenicum, of arsenicumtrioxide (As2O3), overal verkrijgbaar en werd het in kruidenierswinkels verkocht. Vrouwen aten of wreven arsenicum gemengd met azijn of krijt in hun huid als een teintversterker, in een poging om hun huid bleker te maken om te laten zien dat ze niet op het land werkten.

Agrarisch gebruik

Omdat arseen zo’n sterk gif is, dachten zowel boeren als de Amerikaanse overheid begin 20e eeuw dat het een goed idee zou zijn om knaagdiergif en gewasbeschermingsmiddelen van de stof te maken. Het duurde tientallen jaren voordat iedereen zich realiseerde wat een vreselijk idee het was om deze kankerverwekkende chemische stof op de voedselvoorraad te spuiten. In de jaren ’80 werden al deze arsenaat pesticiden uiteindelijk verboden, maar een deel van het residu blijft vandaag de dag nog steeds in de bodem achter, volgens The Lead Group, Inc.

Beginnend in de jaren ’40, werden met arsenicum behandelde houtverduurzamingsmiddelen, zoals gechromeerd koperarsenaat (CCA), op grote schaal gebruikt om rotten in timmerhout te voorkomen. Hoewel deze conserveringsmiddelen nog steeds niet officieel verboden zijn, zijn fabrikanten volgens de EPA in 2003 vrijwillig gestopt met de productie van met arseen behandelde houtproducten.

Medisch gebruik

In 1786 presenteerde een Britse arts genaamd Thomas Fowler zijn op arseen gebaseerde, geneeskrachtige tonicum, bekend als Fowler’s solution. De tonic werd algemeen gebruikt om huidaandoeningen, zoals psoriasis, te behandelen. Helaas bleek dat mensen die het product gebruikten een aanzienlijk hoger risico liepen om kanker te krijgen, met name op de plaats waar de oplossing was aangebracht. Het gebruik ervan werd tussen de jaren 1930 en 1950 geleidelijk gestaakt, aldus het Dartmouth College.

In 1910 ontwikkelde de Duitse farmacoloog Paul Ehrlich het op arsenicum gebaseerde middel Salvarsan, ook bekend als arsphenamine, als behandeling voor syfilis, een ziekte die in die tijd endemisch en ongeneeslijk was. Het medicijn was ongelooflijk effectief en bleef het topmedicijn voor het genezen van syfilis totdat penicilline beschikbaar kwam in de jaren 1940, volgens Chemical & Engineering News.

Ehrlich’s ontwikkeling van Salvarsan was de eerste stap in de richting van gerichte chemotherapie. Vandaag de dag is arseentrioxide een zeer effectief geneesmiddel dat wordt gebruikt om mensen met acute promyelocytische leukemie te behandelen, aldus Stanton.

Industrieel gebruik

Arseen wordt soms gelegeerd met lood om een harder, duurzamer metaal te vormen. Het wordt onder meer gebruikt in autoaccu’s en kogels. Tot voor kort werd arseen veel gebruikt in de glasindustrie. Onder druk van de EPA en milieuactivisten hebben de meeste glasfabrikanten het gebruik van arseen echter verminderd of stopgezet.

Volgens het Los Alamos National Laboratory:

• Arseen wordt vaak gebruikt als dopingstof voor halfgeleiderelementen zoals transistors.
• Galliumarsenide wordt gebruikt in lasers die elektriciteit omzetten in coherent licht.
• Arsenicumverbindingen, zoals Parijsgroen, calciumarsenaat en loodarsenaat, werden gebruikt als insecticiden en in andere vergiften.
• Arseen wordt gebruikt in pyrotechniek om extra kleur aan de vlam te geven.
• Arseen verbetert de sfericiteit van loodschot.