ویژگی و کاربردهای فراوان فلز سمی آرسنیک
آرسنیک (Arsenic) عنصری با نماد As و عدد اتمی ۳۳ است. آرسنیک در بسیاری از مواد معدنی ، معمولاً در ترکیب با گوگرد و فلزات دیگر و همچنین به صورت عنصر خالص وجود دارد.
آرسنیک فلزی با آلوتروپ های مختلف ، به رنگ خاکستری و با ظاهری فلزی است که برای صنعت اهمیت دارد. استفاده اولیه از آرسنیک در آلیاژهای سربی ( باتری های ماشین و مهمات) است. این فلز به عنوان نیمه هادی در دستگاه های الکترونیکی مورد استفاده قرار می گیرد.
این فلز و ترکیبات آن به ویژه تری اکسیدهای آرسنیک در تولید سموم دفع آفات ، محصولات چوبی پرداخت شده، علف کش ها و حشره کش ها استفاده می شود. این کاربردها به دلیل سمیت آرسنیک و ترکیبات آن در حال کاهش است. برای کسب آگاهی بیشتر در ادامه مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک با ما همراه باشید.
تاریخچه کشف فلز آرسنیک
آرسنیک در مصر باستان یک فلز معروف بود و به عنوان روشی برای طلا کاری فلزات از آن استفاده می شد. این فلز در چین باستان نیز شناخته شده بود و دانشمندان یونانی سولفیدهای معدنی آن را می شناختند. در گذشته سمیت مرتبط با این فلز شناخته شده بود و در چین از آن به عنوان سم دفع آفت در مزارع برنج استفاده می کردند.
علاوه بر این شکل خطرناک تری از آرسنیک به نام آرسنیک سفید نیز از مدت ها قبل شناخته شده بود. این ترکیب تری اکسید آرسنیک (As2O3) و محصول فرعی پالایش مس است.
در عصر برنز این فلز غالباً در ترکیب برنز استفاده می شد و آلیاژ را سخت تر می کرد. جداسازی این فلز قبل از ۸۱۵ میلادی به جابر بن حیان نسبت داده شده است. آلبرتوس مگنوس بعداً با گرم کردن صابون به همراه آرسنیک تری سولفید این عنصر را از یک ترکیب جداسازی کرد. بلورهای عنصری آرسنیک (بومی) در طبیعت یافت می شود ، اگرچه نادر است.
نکته:
در دوره ویکتوریا این فلز و ترکیبات آن با سرکه و گچ مخلوط شده و توسط زنان برای بهبود چهره خورده شده می شد تا پوست آنها را روشن تر نشان دهد. استفاده تصادفی از As در مواد غذایی بزرگسالان منجر به مسمومیت و فوت ۲۰ نفر در سال ۱۸۵۸ شد.
علاوه بر این در گذشته از این فلز برای افزایش رنگدانه ها در کاغذ دیواری استفاده می شد. دو رنگدانه آرسنیک از زمان کشف آن بسیار مورد استفاده قرار گرفته است که شامل سبز پاریس و سبز شیل است. البته پس از مشخص شدن سمیت As این مواد شیمیایی کمتر به عنوان رنگدانه و بیشتر به عنوان حشره کش مورد استفاده قرار می گرفتند.
ویژگیهای شیمیایی و فیزیکی فلز آرسنیک
آرسنیک به سه شکل آلوتروپیک و به رنگ زرد ، سیاه و خاکستری ظاهر می شود . فرم پایدار آن یک جامد کریستالی شکننده و خاکستری – نقره ای است که به سرعت در هوا لکه دار می شود و در دماهای بالا هنگام سوختن ابر سفید تری اکسید آرسنیک را ایجاد می کند. As عضو گروه Va جدول تناوبی است که به راحتی با بسیاری از عناصر ترکیب می شود.
فرم فلزی As شکننده است و وقتی گرم می شود به سرعت به آرسنیک تری اکسید اکسیده می شود که بوی سیر دارد. فرم غیر فلزی As واکنش پذیری کمتری دارد اما هنگام گرم شدن با اسیدها و بازهای اکسید کننده قوی حل می شود.
آرسنیک دارای الکترونگاتیویته و انرژی یونیزاسیون مشابه با فسفر است و به همین ترتیب به راحتی با اکثر غیر فلزها مولکولهای کووالانسی تشکیل می دهد. اگرچه این فلز در هوای خشک پایدار است اما آرسنیک با قرار گرفتن در معرض رطوبت کدر شده و در نهایت به لایه ای سیاه رنگ تبدیل می شود.
بهتر است بدانید:
این ماده در اکسیژن می سوزد تا تری اکسید آرسنیک و پنتوکسید آرسنیک ، که دارای ساختار مشابه ترکیبات فسفر هستند ، تشکیل شود. این فلز با فلوئور برای تشکیل پنتافلورید آرسنیک واکنش می دهد. آرسنیک و برخی ترکیبات آن پس از گرم شدن در فشار اتمسفر به طور مستقیم به فرم گازی تبدیل می شود.
این فلز در ترکیب با اسید نیتریک غلیظ اسید آرسنیک ، با اسید نیتریک رقیق اسید آرسنئوس و با اسید سولفوریک غلیظ تری اکسید آرسنیک تشکیل می دهد. ولی با آب ، قلیاها یا اسیدهای غیر اکسید کننده واکنش نمی دهد.
آرسنیک برای تشکیل آرسنیدها با فلزات واکنش نشان می دهد. As در حالت اکسیداسیون ۵+ نسبت به همسایگان عمودی خود یعنی فسفر و آنتیموان خیلی کمتر پایدار است و از این رو پنتوکسید آرسنیک و اسید آرسنیک ، اکسید کننده های قوی هستند.
کاربردهای فلز آرسنیک
کشاورزی و دامپروری
در گذشته سمیت این فلز برای حشرات ، باکتری ها و قارچ ها منجر به استفاده از آن به عنوان نگهدارنده چوب شد. در دهه ۱۹۳۰ پردازش چوب با آرسنات مس کرومدار (CCA) اختراع شد و برای ده ها سال این روش گسترده ترین کاربرد صنعتی آرسنیک بود. آگاهی بیشتر از سمیت این فاز منجر به ممنوعیت استفاده از CCA در محصولات مصرفی در سال ۲۰۰۴ توسط اتحادیه اروپا و ایالات متحده شد. با این حال CCA در کشورهای دیگر مانند مالزی همچنان مورد استفاده قرار می گیرد.
یکی دیگر از کاربردهای As در حشره کش ها و سموم مختلف کشاورزی بود. به عنوان مثال ، آرسنات هیدروژن سرب یک حشره کش رایج برای درختان میوه بود اما تماس با این ترکیب گاهی منجر به آسیب مغزی در بین کارگران سمپاش می شد. در نیمه دوم قرن بیستم ، مونو سدیم متیل آرسنات (MSMA) و دی سدیم متیل آرسنات (DSMA) – اشکال ارگانیک کمتر سمی آرسنیک – جایگزین آرسنات سرب در کشاورزی شدند. این آرسنیک های آلی به نوبه خود تا سال ۲۰۱۳ در کلیه فعالیت های کشاورزی به غیر از تولید پنبه از رده خارج شدند.
این فلز به عنوان یک افزودنی به خوراک طیور و خوک ها به ویژه در ایالات متحده برای افزایش وزن ، بهبود کارآیی خوراک و جلوگیری از بیماری استفاده می شود. اما مطالعات مختلف نشان داد که افزایش سطح آرسنیک معدنی یک عامل سرطان زا در مرغ هاست و به همین دلیل استفاده از آن ممنوع شد.
جالب است بدانید:
این فلز به طور عمدی به خوراک جوجه های پرورش یافته برای مصرف انسان اضافه می شود. ترکیبات آرسنیک آلی نسبت به فلز خالص کمتر سمی بوده و رشد جوجه ها را تقویت می کند. در برخی شرایط As موجود در خوراک مرغ ها به فرم معدنی سمی تبدیل می شود.
در قرن ۱۸ ، ۱۹ و ۲۰ تعدادی از ترکیبات As به عنوان دارو مورد استفاده قرار می گرفتند که توسط آنتی بیوتیک های مدرن جایگزین شده است. با این حال ، آرسنیک هایی مانند ملارسپرول هنوز هم برای درمان تریپانوزومیازیس استفاده می شوند . اگرچه این داروها سمیت شدیدی دارند اما در صورت عدم درمان، بیماری مذکور کشندگی بیشتری خواهد داشت.
علاوه بر این تری اکسید آرسنیک در طی ۵۰۰ سال گذشته بیشتر برای معالجه سرطان به روش های گوناگونی مورد استفاده قرار گرفته است .
تولید آلیاژ
کاربرد اصلی آرسنیک در آلیاژ با سرب است. اجزای سرب در باتری های خودرو با وجود درصد بسیار کمی از از این فاز تقویت می شوند. خوردگی برنج (آلیاژ مس و روی) با افزودن As کاهش می یابد.
آرسنید گالیم یک ماده نیمه هادی مهم است که در مدارهای مجتمع مورد استفاده قرار می گیرد. مدارهای ساخته شده از GaAs بسیار سریعتر و البته بسیار گرانتر از آنهایی هستند که از سیلیکون ساخته شده اند. بر خلاف سیلیکون ، GaAs دارای یک شکاف باند مستقیم است و می تواند در دیودهای لیزری و LED ها برای تبدیل مستقیم انرژی الکتریکی به نور مورد استفاده قرار گیرد.
عوارض جانبی فلز آرسنیک
آرسنیک یکی از سمی ترین عناصر موجود در آن است . با این وجود ترکیبات غیر آلی آن بر روی زمین به طور طبیعی و در مقادیر اندک ایجاد می شوند و ممکن است انسان از طریق غذا ، آب و هوا در معرض این فلز قرار گیرد. قرار گرفتن در معرض ممکن است از طریق تماس پوست با خاک یا آب حاوی As نیز رخ دهد.
سطح As موجود در مواد غذایی نسبتاً کم است زیرا در مواد غذایی به سمیت آن افزوده نمی شود. اما ممکن است سطح آرسنیک موجود در ماهی و غذاهای دریایی زیاد باشد زیرا ماهی ها این فلز را از آبی که در آن زندگی می کنند، جذب می کنند.
قرار گرفتن در معرض آرسنیک غیر آلی می تواند عوارض مختلفی مانند سوزش معده و روده ، کاهش تولید گلبول های قرمز و سفید خون ، تغییرات پوستی و تحریک ریه ها را در پی داشته باشد. نشان داده شده که جذب مقادیر قابل توجهی آرسنیک معدنی باعث افزایش احتمال ابتلا به سرطان به ویژه شانس ابتلا به سرطان پوست ، سرطان ریه ، سرطان کبد و سرطان لنفاوی می شود.
علاوه بر این قرار گرفتن در معرض As غیر آلی در مقادیر بسیار زیاد باعث ناباروری و سقط جنین در خانم ها می شود و می تواند باعث ایجاد اختلال در پوست ، کاهش مقاومت در برابر عفونت ها ، مشکلات قلبی و آسیب مغزی هم در آقایان و هم در خانم ها شود.
سرانجام ، آرسنیک غیر آلی می تواند به DNA آسیب برساند. دوز کشنده اکسید آرسنیک ۱۰۰ میلی گرم در نظر گرفته می شود. آرسنیک آلی نمی تواند باعث سرطان یا آسیب DNA شود اما قرار گرفتن در معرض دوز زیاد آن ممکن است اثرات خاصی بر سلامتی انسان مانند آسیب عصبی و معده ایجاد کند.
اثرات زیست محیطی فلز آرسنیک
در حال حاضر چرخه As به دلیل دخالت انسان گسترش یافته و به همین دلیل مقادیر زیادی از این فلز وارد محیط زیست و بدن موجودات زنده می شود. As عمدتاً توسط صنایع تولید کننده مس تولید می شود اما در طول فرآیند تولید سرب ، روی و کشاورزی نیز تولید می شود.
گیاهان این فلز را به راحتی جذب می کنند و به همین جهت ممکن است غلظت های زیادی از آن در مواد غذایی وجود داشته باشد. غلظت As معدنی خطرناک که در حال حاضر در آبهای سطحی وجود دارد احتمال تغییر مواد ژنتیکی ماهی را افزایش می دهد و پرندگان هنگام تغذیه از ماهی هایی که از قبل حاوی مقادیر قابل توجهی As بوده اند در اثر مسمومیت با این فلز از بین می روند.
این فلز پس از ورود به محیط زیست از بین نرفته و به مقدار آن اضافه می شود بنابراین می تواند در بسیاری از مناطق زمین عوارضی برای انسان و حیوان ایجاد کند.
