Arsenik

Arsenik ⓘ
Tehlikeler
	GHS etiketlemesi:
Piktogramlar
Sinyal kelimesi	Tehlike
Tehlike bildirimleri	H301+H331, H315, H318, H350, H410
İhtiyati ifadeler	P273, P280, P301+P310, P302+P352, P304+P340+P311, P305+P351+P338

Arsenik, ₃₃As ⓘ
Arsenik
Telaffuz	/ˈɑːrsənɪk/; (AR-sən-ik); sıfat olarak: /ɑːrˈsɛnɪk/; (ar-SEN-ik);
Allotroplar	gri (en yaygın), sarı, siyah (bkz. Arsenik allotropları)
Görünüş	metalik gri
Standart atom ağırlığı Ar°(As)	74.921595±0.000006; 74,922±0,001 (kısaltılmış);
Periyodik tabloda arsenik
	germanyum ← ARSENİK → selenyum
Atom numarası (Z)	33
Grup	grup 15 (pnictogens)
Dönem	dönem 4
Blok	p-blok
Elektron konfigürasyonu	[[[Argon\|Ar]]] 3d10 4s2 4p3
Kabuk başına elektron	2, 8, 18, 5
Fiziksel özellikler
STP'de Faz	katı
Süblimasyon noktası	887 K (615 °C, 1137 °F)
Yoğunluk (r.t.'ye yakın)	5,727 g/cm3
sıvı olduğunda (m.p.'de)	5,22 g/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)
Atomik özellikler
Oksidasyon durumları	-3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 (hafif asidik bir oksit)
Elektronegatiflik	Pauling ölçeği: 2.18
İyonlaşma enerjileri	1.: 947,0 kJ/mol ; 2.: 1798 kJ/mol ; 3.: 2735 kJ/mol ; (daha fazla) ;
Atomik yarıçap	ampi̇ri̇k: 119 pm
Kovalent yarıçap	119±4 pm
Van der Waals yarıçapı	185 pm
	Arseniğin spektral çizgileri
Diğer özellikler
Doğal oluşum	ilkel
Kristal yapı	rhombohedral
Termal genleşme	5,6 µm/(m⋅K) (r.t.'de)
Termal iletkenlik	50,2 W/(m⋅K)
Elektriksel direnç	333 nΩ⋅m (20 °C'de)
Manyetik sipariş	diamanyetik
Molar manyetik duyarlılık	-5,5×10-6 cm3/mol
Young modülü	8 GPa
Yığın modülü	22 GPa
Mohs sertliği	3.5
Brinell sertliği	1440 MPa
CAS Numarası	7440-38-2
Tarih
Keşif	Arap simyacılar (MS 815'ten önce)
Arseniğin ana izotopları
γ	–
β+	74Ge
γ	–
β−	74Se
	Kategori Arsenik; görünüm; konuşmak; Düzenle; \| referanslar

Arsenik, As sembolüne ve 33 atom numarasına sahip kimyasal bir elementtir. Arsenik birçok mineralde, genellikle sülfür ve metallerle birlikte, aynı zamanda saf bir element kristali olarak da bulunur. Arsenik bir metaloiddir. Çeşitli allotropları vardır, ancak sadece metalik bir görünüme sahip olan gri formu endüstri için önemlidir. ⓘ

Arseniğin birincil kullanımı kurşun alaşımlarıdır (örneğin, araba aküleri ve mühimmatta). Arsenik, yarı iletken elektronik cihazlarda yaygın bir n-tipi katkı maddesidir. Aynı zamanda III-V bileşik yarı iletken galyum arsenidin bir bileşenidir. Arsenik ve bileşikleri, özellikle trioksit, pestisitlerin, işlenmiş ahşap ürünlerinin, herbisitlerin ve böcek ilaçlarının üretiminde kullanılır. Bu uygulamalar, arsenik ve bileşiklerinin toksisitesinin giderek daha fazla fark edilmesiyle azalmaktadır. ⓘ

Birkaç bakteri türü arsenik bileşiklerini solunum metaboliti olarak kullanabilmektedir. Eser miktarda arsenik sıçanlarda, hamsterlerde, keçilerde, tavuklarda ve muhtemelen diğer türlerde temel bir besin öğesidir. İnsan metabolizmasındaki rolü bilinmemektedir. Bununla birlikte, arsenik zehirlenmesi çok hücreli yaşamda ihtiyaç duyulandan daha fazla miktarlarda ortaya çıkar. Yeraltı sularının arsenikle kirlenmesi dünya genelinde milyonlarca insanı etkileyen bir sorundur. ⓘ

Amerika Birleşik Devletleri Çevre Koruma Ajansı, arseniğin her türünün insan sağlığı için ciddi bir risk olduğunu belirtmektedir. Amerika Birleşik Devletleri Toksik Maddeler ve Hastalık Kayıt Ajansı, 2001 yılında Superfund sahalarındaki Tehlikeli Maddelerin Öncelikli Listesi'nde arseniği 1 numara olarak sıralamıştır. Arsenik Grup-A kanserojen olarak sınıflandırılmıştır. ⓘ

Özellikleri

Fiziksel özellikler

Sb, AsSb ve gri As için ortak kristal yapı ⓘ

En yaygın üç arsenik allotropu gri, sarı ve siyah arseniktir ve gri en yaygın olanıdır. Gri arsenik (α-As, uzay grubu R3m No. 166), birbirine kenetlenmiş, fırfırlı, altı üyeli halkalardan oluşan çift katmanlı bir yapıya sahiptir. Katmanlar arasındaki zayıf bağlanma 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 üç atomdan biraz daha yakın olduğu çarpık bir oktahedral kompleks oluşturur. Bu nispeten yakın paketleme, 5,73 g/cm³ gibi yüksek bir yoğunluğa yol açar. Gri arsenik bir yarı metaldir, ancak amorflaştırılırsa 1.2-1.4 eV bant aralığına sahip bir yarı iletken haline gelir. Gri arsenik aynı zamanda en kararlı formdur. Sarı arsenik yumuşak ve mumsudur ve bir şekilde tetrafosfora benzer (P
₄). Her ikisinde de her bir atomun diğer üç atomun her birine tek bir bağla bağlı olduğu dört yüzlü bir yapıda düzenlenmiş dört atom vardır. Moleküler olan bu kararsız allotrop en uçucu, en az yoğun ve en toksik olanıdır. Katı sarı arsenik, arsenik buharının hızlı soğutulmasıyla üretilir, As
₄. Işıkla hızla gri arseniğe dönüşür. Sarı form 1,97 g/cm³ yoğunluğa sahiptir. Siyah arsenik yapı olarak siyah fosfora benzer. Siyah arsenik, buharın yaklaşık 100-220 °C'de soğutulması ve cıva buharlarının varlığında amorf arseniğin kristalleşmesi ile de oluşabilir. Camsı ve kırılgandır. Aynı zamanda zayıf bir elektrik iletkenidir. Arseniğin üçlü noktası 3,628 MPa'da (35,81 atm) olduğundan, standart basınçta erime noktası yoktur, bunun yerine 887 K'de (615 °C veya 1137 °F) katıdan buhara süblimleşir. ⓘ

İzotoplar

Arsenik doğada tek bir kararlı izotop, monoizotopik bir element olan ⁷⁵As olarak bulunur. 2003 yılı itibariyle, atom kütlesi 60 ila 92 arasında değişen en az 33 radyoizotop da sentezlenmiştir. Bunlardan en kararlısı 80,30 günlük yarı ömre sahip ⁷³As'dir. ⁷¹As (t_1/2=65.30 saat), ⁷²As (t_1/2=26.0 saat), ⁷⁴As (t_1/2=17.77 gün), ⁷⁶As (t_1/2=1.0942 gün) ve ⁷⁷As (t_1/2=38.83 saat) hariç diğer tüm izotopların yarı ömürleri bir günün altındadır. Kararlı ⁷⁵As'den daha hafif olan izotoplar β⁺ bozunumu ile bozunma eğilimindedir ve daha ağır olanlar, bazı istisnalar dışında, β- bozunumu ile bozunma eğilimindedir. ⓘ

Atomik kütleleri 66 ila 84 arasında değişen en az 10 nükleer izomer tanımlanmıştır. Arsenik izomerlerinin en kararlısı 111 saniyelik yarı ömrü ile ^68mAs'dir. ⓘ

Kimya

Arsenik, daha hafif türdeşi olan fosfora benzer bir elektronegativite ve iyonlaşma enerjisine sahiptir ve bu haliyle ametallerin çoğu ile kolayca kovalent moleküller oluşturur. Kuru havada stabil olmasına rağmen, arsenik neme maruz kalması üzerine altın bronz bir leke oluşturur ve bu leke sonunda siyah bir yüzey tabakası halini alır. Havada ısıtıldığında, arsenik arsenik trioksitlere yükseltgenir ; Bu reaksiyondan çıkan dumanlar, sarımsağa benzer bir kokuya sahiptir. Bu koku, arsenopirit gibi arsenür minerallerine bir çekiçle vurulmasıyla tespit edilebilir. Daha iyi bilinen fosfor bileşikleri ile aynı yapıya sahip olan arsenik trioksit ve arsenik pentoksiti oluşturmak için arsenik oksijende yanar ve arsenik pentaflorür verecek şekilde de florinde yanar. Arsenik (ve bazı arsenik bileşikleri) atmosferik basınçta ısıtıldığında 887 K (614 °C)' de süblime olur, araya giren sıvı halleri olmadan doğrudan gaz haline dönüşür. Üçlü noktası 3,63 MPa ve 1.090 K (820 °C) . Arsenik konsantre haldeki nitrik asit ile tepkime verdiğinde arsenik asit, seyreltik nitrik asit ile tepkime verdiğinde arsenikli asiti ve sülfürik asit ile tepkime verdiğinde ise arsenik trioksit oluşur ; ancak, su, alkaliler veya oksitleyici olmayan asitlerle reaksiyona girmez. Arsenik arsenürler oluşturmak üzere metaller ile reaksiyona girer fakat bu reaksiyonun ürünleri As³⁻ iyonunu içeren iyonik bileşikler olamaz çünkü As^3- anyonun oluşması oldukça endotermik bir olaydır. Buna ek olarak, grup 1 arsenürler bile metaller arası bileşiklerin özelliklerine sahiptirler. Arsenik gibi 3d geçiş serileri olan germanyum, selenyum ve broma benzer olarak arsenik +5 grup oksidasyon durumunda dikey komşuları fosfor ve antimondan çok daha az kararlıdır ve dolayısıyla arsenik pentoksit ve arsenik asit güçlü oksitleyicilerdir. ⓘ

Bileşikler

Arsenik bileşikleri bazı açılardan periyodik tabloda aynı grupta (sütunda) yer alan fosfor bileşiklerine benzemektedir. Arsenik için en yaygın oksidasyon durumları şunlardır: -Alaşım benzeri intermetalik bileşikler olan arsenitlerde -3, arsenitlerde +3 ve arsenatlarda ve çoğu organoarsenik bileşikte +5'tir. Arsenik ayrıca As3- karesinde görüldüğü gibi kendisine kolayca bağlanır.
₄ mineral skutterudit içinde iyonlar. 3 oksidasyon durumunda arsenik, yalnız elektron çiftinin etkisi nedeniyle tipik olarak piramit şeklindedir. ⓘ

İnorganik bileşikler

En basit arsenik bileşiklerinden biri trihidrittir, oldukça zehirli, yanıcı, piroforik arsindir (AsH₃). Bu bileşik genellikle kararlı olarak kabul edilir, çünkü oda sıcaklığında sadece yavaş ayrışır. 250-300 °C sıcaklıklarda arsenik ve hidrojene ayrışması hızlıdır. Nem, ışığın varlığı ve bazı katalizörler (yani alüminyum) gibi çeşitli faktörler ayrışma hızını kolaylaştırır. Arsenik trioksit ve su oluşturmak için havada kolayca oksitlenir ve benzer reaksiyonlar oksijen yerine kükürt ve selenyum ile gerçekleşir. ⓘ

Arsenik renksiz, kokusuz, kristal oksitler As₂O₃ ("beyaz arsenik") ve As₂O₅ oluşturur, bunlar higroskopiktir ve asidik çözeltiler oluşturmak için suda kolayca çözünür. Arsenik (V) asit zayıf bir asittir ve tuzları arsenatlar olarak adlandırılır, yeraltı suyunun en yaygın arsenik kontaminasyonu 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 protonlama adımları fosfat ve fosforik asit arasındakilere benzer. Fosforlu asitten farklı olarak arsenik asit, As(OH)₃ formülüyle gerçekten tribaziktir. ⓘ

Arseniğin çok çeşitli sülfür bileşikleri bilinmektedir. Orpiment (As₂S₃) ve realgar (As₄S₄) biraz bol miktarda bulunur ve eskiden boya pigmenti olarak kullanılırdı. As₄S₁₀'da arsenik, As-As bağlarına sahip olan As₄S₄'te +2'lik resmi bir oksidasyon durumuna sahiptir, böylece As'nin toplam kovalentliği hala 3'tür. Hem orpiment ve realgar hem de As₄S₃'ün selenyum analogları vardır; benzer As₂Te₃, kalgoorlieite minerali olarak bilinir ve As₂Te- 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; buna rağmen çok güçlü bir florlama ve oksitleme maddesidir. (Pentaklorür sadece -50 °C'nin altında kararlıdır, bu sıcaklıkta triklorüre ayrışarak klor gazı açığa çıkarır). ⓘ

Alaşımlar

Arsenik, III-V yarı iletken gallium arsenit, indiyum arsenit ve alüminyum arsenitte grup 5 element olarak kullanılır. GaAs' ların değerlik elektron sayısı, bir çift Si atomuyla aynıdır, ancak bant yapısı tamamen farklıdır ve bu durum belirgin kütle özellikleri ile sonuçlanır. Diğer arsenik alaşımları arasında II-V yarı iletken kadmiyum arsenit bulunur. ⓘ

Organoarsenik bileşikler

Trimetilarsin ⓘ

Çok çeşitli organoarsenik bileşikler bilinmektedir. Birkaçı I. Dünya Savaşı sırasında kimyasal savaş ajanları olarak geliştirildi, bunların arasında deride kabarcıklara sebebiyet veren tipte lewisite ve bir kusma ajanaı Adamzit vardır. Tarihsel ve pratik açıdan ilgi çeken Kakodilic asit, fosfor kimyasında analoğu olmayan bir reaksiyon olan arsenik trioksitin metilasyonundan elde edilir. Aslında, kokdil bilinen ilk organometalik bileşikti (arsenik gerçek bir metal olmasa da). İsmi rahatsız edici kokusu sebebiyle verilmiştir. Kokdil Yunanca κακωδἰα "pis koku " kelimesinden gelir ve çok zehirlidir. ⓘ

Oluşumu ve üretimi

Büyük bir doğal arsenik örneği ⓘ

Arsenik, yerkabuğunun yaklaşık 1,5 ppm'sini (%0,00015) oluşturur ve en bol bulunan 53. elementtir. Arseniğin tipik arka plan konsantrasyonları atmosferde 3 ng/m³'ü; toprakta 100 mg/kg'ı; bitki örtüsünde 400 μg/kg'ı; tatlı suda 10 μg/L'yi ve deniz suyunda 1,5 μg/L'yi geçmez. ⓘ

MAsS ve MAs₂ formüllü mineraller (M = Fe, Ni, Co), realgar (bir arsenik sülfür minerali) ve doğal (elemental) arsenik ile birlikte arseniğin baskın ticari kaynaklarıdır. Açıklayıcı bir mineral, yapısal olarak demir pirit ile ilişkili olan arsenopirittir (FeAsS). As içeren birçok küçük mineral bilinmektedir. Arsenik ayrıca çevrede çeşitli organik formlarda da bulunur. ⓘ

2006'da arsenik üretimi ⓘ

İngiliz Jeolojik Araştırmalar Kurumu ve Birleşik Devletler Jeolojik Araştırmalar Kurumu'na göre, 2014 yılında Çin neredeyse %70'lik dünya payı ile en büyük beyaz arsenik üreticisi olmuş, onu Fas, Rusya ve Belçika izlemiştir. ABD ve Avrupa'daki arsenik arıtma operasyonlarının çoğu çevresel kaygılar nedeniyle kapanmıştır. Arsenik bakır, altın ve kurşun izabe tesislerinden çıkan izabe tozunda bulunur ve esas olarak bakır arıtma tozundan geri kazanılır. ⓘ

Arsenopiritin havada kavrulmasıyla arsenik, demir oksitleri bırakarak arsenik (III) oksit olarak süblimleşirken, havasız kavurma gri arsenik üretimiyle sonuçlanır. Kükürt ve diğer kalkojenlerden daha fazla saflaştırma, vakumda, hidrojen atmosferinde süblimasyon veya erimiş kurşun-arsenik karışımından damıtma yoluyla elde edilir. ⓘ

Sıralama	Ülke	2014 As₂O₃ Üretimi ⓘ
1	Çin	25,000 T
2	Fas	8,800 T
3	Rusya	1,500 T
4	Belçika	1,000 T
5	Bolivya	52 T
6	Japonya	45 T
—	Dünya Toplamı (yuvarlatılmış)	36,400 T

Tarih

Realgar ⓘ

Arsenik için simyasal sembol ⓘ

Arsenik sözcüğünün kökeni Süryanice ܠܐ ܙܐܦܢܝܐ (al) zarniqa, Arapça al-zarnīḵ الزرنيخ 'the orpiment' sözcüğünden alıntıdır, Farsça zar "altın" sözcüğünden gelen زرنيخ zarnikh "sarı" (kelimenin tam anlamıyla "altın renkli") ve dolayısıyla "(sarı) orpiment" anlamına gelir. Yunanca'ya arsenikon (ἀρσενικόν) olarak geçmiştir, bu biçim halk etimolojisidir ve Yunanca "erkek", "erkeksi" anlamına gelen arsenikos (ἀρσενικός) sözcüğünün nötr biçimidir. ⓘ

Yunanca kelime Latince'ye arsenicum olarak geçmiş, Fransızca'da arsenik olarak kullanılmış ve İngilizce arsenik kelimesi buradan alınmıştır. Arsenik sülfürleri (orpiment, realgar) ve oksitleri antik çağlardan beri bilinmekte ve kullanılmaktadır. Zosimos (MS 300 civarı) arsenik bulutu (arsenik trioksit) elde etmek için sandarach'ı (realgar) kavurduğunu ve daha sonra bunu gri arseniğe indirgediğini anlatır. Arsenik zehirlenmesinin belirtileri çok spesifik olmadığından, varlığı için hassas bir kimyasal test olan Marsh testi ortaya çıkana kadar cinayet için sıklıkla kullanılmıştır. (Daha az hassas ama daha genel bir başka test de Reinsch testidir.) Yönetici sınıf tarafından birbirlerini öldürmek için kullanılması, gücü ve gizliliği nedeniyle arsenik "kralların zehri" ve "zehirlerin kralı" olarak adlandırılmıştır. Rönesans döneminde arsenik, aile bireylerinin öldürülmesinde kullanılması nedeniyle "miras tozu" olarak biliniyordu. ⓘ

Arsenik labirenti, Botallack Madeni'nin bir parçası, Cornwall ⓘ

Bronz Çağı'nda arsenik genellikle bronzun içine katılırdı ve bu da alaşımı daha sert hale getirirdi ("arsenik bronz" olarak adlandırılır). Arseniğin izolasyonu MS 815'ten önce Cabir ibn Hayyan tarafından tanımlanmıştır. Albertus Magnus (Büyük Albert, 1193-1280) daha sonra 1250 yılında sabunu arsenik trisülfür ile birlikte ısıtarak elementi bir bileşikten izole etmiştir. 1649'da Johann Schröder arsenik hazırlamanın iki yolunu yayınladı. Elementel (doğal) arsenik kristalleri nadir de olsa 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 reaksiyonu sonucu sentezlenmiştir. ⓘ

Honoré Daumier'nin halka arsenik gösterisi yapan bir kimyagerin hicivli karikatürü, 1841 ⓘ

Viktorya döneminde "arsenik" ("beyaz arsenik" ya da arsenik trioksit) sirke ve tebeşirle karıştırılarak kadınlar tarafından yüzlerinin rengini güzelleştirmek ve tarlada çalışmadıklarını göstermek için ciltlerini solgunlaştırmak amacıyla yenirdi. Gıda maddelerinin tağşişinde yanlışlıkla arsenik kullanılması, 1858 yılında 21 kişinin ölümüyle sonuçlanan Bradford tatlı zehirlenmesine yol açtı. Duvar kağıdı üretiminde de pigmentin parlaklığını arttırdığı düşünülen arsenikten yapılmış boyalar kullanılmaya başlandı. ⓘ

Keşfedildiklerinden beri iki arsenik pigmenti yaygın olarak kullanıldı: Paris Yeşili ve Scheele Yeşili. Arseniğin toksisitesinin yaygın olarak bilinmesinden sonra, bu kimyasallar pigment olarak daha az ve böcek ilacı olarak daha sık kullanılmaya başlandı. 1860'larda, boya üretiminin arsenikli bir yan ürünü olan Londra Moru yaygın olarak kullanıldı. Bu, arsenik trioksit, anilin, kireç ve demir oksitten oluşan, suda çözünmeyen ve solunduğunda ya da yutulduğunda çok zehirli olan katı bir karışımdı. Ancak daha sonra yerini başka bir arsenik bazlı boya olan Paris Yeşili'ne bıraktı. Toksikoloji mekanizmasının daha iyi anlaşılmasıyla, 1890'lardan itibaren iki bileşik daha kullanılmaya başlandı. Kireç arseniti ve kurşun arsenat, 1942'de DDT'nin keşfine kadar böcek ilacı olarak yaygın bir şekilde kullanılmıştır. ⓘ

Uygulamalar

Tarımsal

Roxarsone, tavuklar için yem bileşeni olarak kullanılan tartışmalı bir arsenik bileşiğidir. ⓘ

Arseniğin böcekler, bakteriler ve mantarlar üzerindeki toksisitesi, ahşap koruyucu olarak kullanılmasına yol açmıştır. 1930'larda ahşabı kromatlı bakır arsenat (CCA veya Tanalith olarak da bilinir) ile işleme süreci icat edildi ve on yıllar boyunca bu işlem arseniğin en kapsamlı endüstriyel kullanımıydı. Arseniğin toksisitesinin giderek daha fazla anlaşılması, 2004 yılında Avrupa Birliği ve Amerika Birleşik Devletleri tarafından başlatılan tüketici ürünlerinde CCA'nın yasaklanmasına yol açtı. Bununla birlikte, CCA diğer ülkelerde (Malezya kauçuk plantasyonları gibi) yoğun olarak kullanılmaya devam etmektedir. ⓘ

Arsenik ayrıca çeşitli tarımsal böcek ilaçları ve zehirlerde de kullanılmıştır. Örneğin, kurşun hidrojen arsenat meyve ağaçlarında yaygın bir böcek ilacıydı, ancak bileşikle temas bazen püskürtücülerde çalışanlarda beyin hasarına neden oluyordu. Yirminci yüzyılın ikinci yarısında, arseniğin daha az toksik organik formları olan monosodyum metil arsenat (MSMA) ve disodyum metil arsenat (DSMA) tarımda kurşun arsenatın yerini aldı. Bu organik arsenikler de pamuk tarımı hariç tüm tarımsal faaliyetlerde 2013 yılı itibariyle aşamalı olarak kullanımdan kaldırılmıştır. ⓘ

Arseniğin biyojeokimyası karmaşıktır ve çeşitli adsorpsiyon ve desorpsiyon süreçlerini içerir. Arseniğin toksisitesi çözünürlüğüne bağlıdır ve pH'dan etkilenir. Arsenit (AsO3-
₃) arsenattan daha fazla çözünür (AsO3-
₄) ve daha toksiktir; ancak, daha düşük bir pH'da 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 kümes hayvanları ve domuz üretiminde kilo alımını artırmak, yem verimliliğini iyileştirmek ve hastalıkları önlemek için bir yem katkı maddesi olarak kullanılmaktadır. Bunun bir örneği, ABD'deki broyler yetiştiricilerinin yaklaşık %70'i tarafından broyler başlatıcı olarak kullanılan roxarsone'dur. Pfizer Inc. şirketinin bir yan kuruluşu olan ve roxarsone üreten Alpharma, işlenmiş tavuklarda bir kanserojen olan inorganik arsenik seviyelerinin yükseldiğini gösteren çalışmalara yanıt olarak ilacın satışını gönüllü olarak askıya aldı. Alpharma'nın halefi Zoetis, öncelikle hindilerde kullanılmak üzere nitarsone satmaya devam etmektedir. ⓘ

Arsenik, insan tüketimi için yetiştirilen tavukların yemlerine kasıtlı olarak eklenmektedir. Organik arsenik bileşikleri saf arsenikten daha az toksiktir ve tavukların büyümesini destekler. Bazı koşullar altında, tavuk yemindeki arsenik toksik inorganik forma dönüşür. ⓘ

Avustralyalı yarış atı Phar Lap'ın kalıntıları üzerinde 2006 yılında yapılan bir çalışma, ünlü şampiyonun 1932 yılındaki ölümüne aşırı dozda arseniğin neden olduğunu belirlemiştir. Sydneyli veteriner Percy Sykes, "O günlerde arsenik oldukça yaygın bir tonikti ve genellikle bir çözelti (Fowler Çözeltisi) şeklinde verilirdi... O kadar yaygındı ki, atların yüzde 90'ının sisteminde arsenik olduğunu tahmin ediyorum" demiştir. ⓘ

Tıbbi kullanım

17., 18. ve 19. yüzyıllarda, arsphenamine (Paul Ehrlich tarafından) ve arsenik trioksit (Thomas Fowler tarafından) dahil olmak üzere bir dizi arsenik bileşiği ilaç olarak kullanılmıştır. Arsphenamine ve neosalvarsan, frengi için endikeydi, ancak modern antibiyotikler tarafından yerini almıştır. Bununla birlikte, melarsoprol gibi arsenikler tripanosomiyaz tedavisi için hala kullanılmaktadır, çünkü bu ilaçların ciddi toksisite dezavantajı olmasına rağmen, hastalık tedavi edilmezse neredeyse aynı şekilde ölümcüldür. ⓘ

Arsenik trioksit 15. yüzyıldan beri çeşitli şekillerde, en yaygın olarak kanser tedavisinde, aynı zamanda sedef hastalığında Fowler solüsyonu gibi çeşitli ilaçlarda kullanılmıştır. ABD Gıda ve İlaç Dairesi 2000 yılında bu bileşiği all-trans retinoik aside dirençli akut promyelositik lösemili hastaların tedavisi için onaylamıştır. ⓘ

2008 tarihli bir makale, arsenik-74 (bir pozitron yayıcı) kullanarak tümörlerin yerini belirlemede başarı sağlandığını bildirmektedir. Bu izotop, önceki radyoaktif ajan olan iyot-124'ten daha net PET tarama görüntüleri üretmektedir, çünkü vücut iyodu tiroid bezine taşıma eğilimindedir ve sinyal gürültüsü üretir. Arsenik nanopartikülleri, diğer arsenik formülasyonlarına göre daha az sitotoksisite ile kanser hücrelerini öldürme kabiliyeti göstermiştir. ⓘ

Subtoksik dozlarda, çözünür arsenik bileşikleri uyarıcı olarak hareket eder ve bir zamanlar 18. yüzyılın ortalarından 19. yüzyıla kadar insanlar tarafından ilaç olarak küçük dozlarda popülerdi; uyarıcı olarak kullanımı özellikle yarış atları gibi spor hayvanlarında veya iş köpeklerinde yaygındı. ⓘ

Alaşımlar

Arseniğin ana kullanım alanı kurşunla alaşım yapmaktır. Araba akülerindeki kurşun bileşenler, çok küçük bir arsenik yüzdesinin varlığıyla güçlendirilir. Pirincin (bir bakır-çinko alaşımı) çinkosuzlaştırılması arsenik ilavesiyle büyük ölçüde azaltılır. Arsenik içeriği %0,3 olan "Fosforlu Deoksidize Arsenik Bakır" belirli ortamlarda korozyon kararlılığını arttırır. Galyum arsenit, entegre devrelerde kullanılan önemli bir yarı iletken malzemedir. GaAs'den yapılan devreler silikondan yapılanlara göre çok daha hızlıdır (ama aynı zamanda çok daha pahalıdır). Silikonun aksine GaAs doğrudan bir bant aralığına sahiptir ve elektrik enerjisini doğrudan ışığa dönüştürmek için lazer diyotlarda ve LED'lerde kullanılabilir. ⓘ

Askeri

Birinci Dünya Savaşı'ndan sonra Amerika Birleşik Devletleri, organoarsenik bir vezikül (kabarcık ajanı) ve akciğer tahriş edici olan 20.000 tonluk silah haline getirilmiş lewisite (ClCH=CHAsCl₂) stoku oluşturdu. Stok, çamaşır suyu ile nötralize edilmiş ve 1950'lerde Meksika Körfezi'ne atılmıştır. Vietnam Savaşı sırasında Amerika Birleşik Devletleri, Kuzey Vietnam askerlerini yeşillik örtüsünden ve pirinçten mahrum bırakmak için gökkuşağı herbisitlerinden biri olarak sodyum kakodilat ve asit formunun bir karışımı olan Agent Blue'yu kullandı. ⓘ

Diğer kullanımları

Bakır asetoarsenit, Paris Yeşili ve Zümrüt Yeşili de dahil olmak üzere birçok isim altında bilinen yeşil bir pigment olarak kullanılmıştır. Çok sayıda arsenik zehirlenmesine neden olmuştur. Bir bakır arsenat olan Scheele's Green, 19. yüzyılda tatlılarda renklendirici olarak kullanılmıştır.
Arsenik bronzlaştırma ve piroteknikte kullanılır.
Üretilen arseniğin %2 kadarı kurşun saçma ve mermiler için kurşun alaşımlarında kullanılır.
Arsenik, çinkosuzlaşmaya dirençli hale getirmek için alfa-pirince küçük miktarlarda eklenir. Bu sınıf pirinç, sıhhi tesisat armatürlerinde ve diğer ıslak ortamlarda kullanılır.
Arsenik ayrıca taksonomik numunelerin muhafazası için de kullanılır. Tarihsel olarak mumyalama sıvılarında da kullanılmıştır.
Arsenik, seramiklerde beyaz sırlar oluşturmak için bir opaklaştırıcı olarak kullanılmıştır.
Yakın zamana kadar arsenik optik camlarda kullanılıyordu. Modern cam üreticileri, çevrecilerin baskısı altında, hem arsenik hem de kurşun kullanmayı bırakmışlardır. ⓘ

Biyolojik rolü

Bakteriler

Bazı bakteri türleri oksijen yokluğunda enerjilerini arsenatı arsenite indirgerken çeşitli yakıtları oksitleyerek elde eder. Oksidatif çevre koşulları altında bazı bakteriler arseniti yakıt olarak kullanır ve bunu arsenata okside ederler. İlgili enzimler arsenat redüktazlar (Arr) olarak bilinir. ⓘ

2008 yılında, oksijen yokluğunda arsenitleri elektron vericisi olarak kullanarak fotosentez yapan ve arsenat üreten bakteriler keşfedilmiştir (tıpkı normal fotosentezin elektron vericisi olarak suyu kullanıp moleküler oksijen üretmesi gibi). Araştırmacılar, tarih boyunca bu fotosentez yapan organizmaların, arsenat indirgeyen bakterilerin gelişmesini sağlayan arsenatları ürettiğini tahmin ediyor. Bir PHS-1 türü izole edilmiştir ve gammaproteobacterium Ectothiorhodospira shaposhnikovii ile ilişkilidir. Mekanizma bilinmemektedir, ancak kodlanmış bir Arr enzimi bilinen homologlarının tersine işliyor olabilir. ⓘ

2011 yılında, arsenat ve fosfat anyonlarının yapısal olarak benzer olduğu gerçeğinden yararlanılarak, bir Halomonadaceae türünün fosfor yokluğunda, bu elementin arsenik ile ikame edilmesi halinde yetiştirilebileceği öne sürülmüştür. Çalışma geniş çapta eleştirilmiş ve daha sonra bağımsız araştırmacı grupları tarafından çürütülmüştür. ⓘ

Yüksek hayvanlarda temel eser element

Arseniğin kuşlar (tavuk) ve rat, hamster ve keçi gibi memelilerde esansiyel bir iz element olduğuna dair bulgular elde edilmiş, ancak esansiyel fonksiyonun mekanizması ortaya konulamamıştır. ⓘ

Bazı kanıtlar arseniğin kuşlarda (tavuklar) ve memelilerde (sıçanlar, hamsterler ve keçiler) önemli bir eser mineral olduğunu göstermektedir. Ancak biyolojik işlevi bilinmemektedir. ⓘ

Kalıtım

Arsenik, DNA diziliminde değişiklik olmadan meydana gelen gen ifadesindeki kalıtsal değişiklikler olan epigenetik değişikliklerle ilişkilendirilmiştir. Bunlar DNA metilasyonu, histon modifikasyonu ve RNA interferansını içerir. Toksik arsenik seviyeleri, tümör baskılayıcı genler p16 ve p53'ün önemli ölçüde DNA hipermetilasyonuna neden olarak karsinogenez riskini artırır. Bu epigenetik olaylar, insan böbrek hücreleri kullanılarak in vitro olarak ve insanlarda sıçan karaciğer hücreleri ve periferik kan lökositleri kullanılarak in vivo olarak incelenmiştir. İndüktif olarak eşleşmiş plazma kütle spektrometrisi (ICP-MS), DNA'nın epigenetik modifikasyonunda yer alan hücre içi arsenik ve diğer arsenik bazlarının kesin seviyelerini tespit etmek için kullanılır. Epigenetik bir faktör olarak arseniği araştıran çalışmalar, maruziyet ve duyarlılığın kesin biyobelirteçlerini geliştirmek için kullanılabilir. ⓘ

Çin fren eğreltisi (Pteris vittata) topraktan yapraklarına arseniği hiperakümüle eder ve fitoremediasyonda kullanılması önerilmektedir. ⓘ

Biyometilasyon

Arsenobetaine ⓘ

İnorganik arsenik ve bileşikleri, besin zincirine girdikten sonra, bir metilasyon süreci yoluyla aşamalı olarak metabolize edilir. Örneğin, Scopulariopsis brevicaulis küfü, inorganik arsenik mevcutsa trimetilarsin üretir. Organik bileşik arsenobetaine, balık ve yosun gibi bazı deniz gıdalarında ve ayrıca mantarlarda daha yüksek konsantrasyonlarda bulunur. Ortalama bir kişinin alımı yaklaşık 10-50 µg/gündür. Balık veya mantar tüketimini takiben 1000 µg civarındaki değerler olağandışı değildir, ancak bu arsenik bileşiği neredeyse toksik olmadığı için balık yemenin pek bir tehlikesi yoktur. ⓘ

Çevresel sorunlar

Maruz kalma

İnsanların maruz kaldığı doğal kaynaklar arasında volkanik kül, mineral ve cevherlerin ayrışması ve mineralize yeraltı suları bulunmaktadır. Arsenik ayrıca gıda, su, toprak ve havada da bulunur. Arsenik tüm bitkiler tarafından emilir, ancak yapraklı sebzeler, pirinç, elma ve üzüm suyu ve deniz ürünlerinde daha yoğun olarak bulunur. Ek bir maruziyet yolu da atmosferik gazların ve tozların solunmasıdır. Viktorya döneminde arsenik ev dekorasyonunda, özellikle de duvar kağıtlarında yaygın olarak kullanılmıştır. ⓘ

İçme suyunda bulunma

Yeraltı sularının yoğun arsenik kirliliği Bangladeş ve komşu ülkelerde yaygın arsenik zehirlenmesine yol açmıştır. Bengal havzasında yaklaşık 57 milyon kişinin Dünya Sağlık Örgütü'nün milyarda 10 parça (ppb) standardının üzerinde arsenik konsantrasyonuna sahip yeraltı suyu içtiği tahmin edilmektedir. Bununla birlikte, Tayvan'da kanser oranları üzerine yapılan bir çalışma, kanser ölümlerinde önemli artışların sadece 150 ppb'nin üzerindeki seviyelerde ortaya çıktığını göstermiştir. Yeraltı suyundaki arsenik doğal kaynaklıdır ve yeraltındaki anoksik koşullar nedeniyle tortudan yeraltı suyuna salınmaktadır. Bu yeraltı suyu, yerel ve batılı STK'lar ile Bangladeş hükümetinin yirminci yüzyılın sonlarında büyük bir sığ tüp kuyu içme suyu programı başlatmasının ardından kullanılmaya başlanmıştır. Bu program bakterilerle kirlenmiş yüzey sularının içilmesini önlemek için tasarlanmıştı, ancak yeraltı suyunda arsenik olup olmadığını test etmede başarısız oldu. Vietnam ve Kamboçya gibi Güneydoğu Asya'daki diğer birçok ülke ve bölge, yüksek arsenik içeriğine sahip yeraltı suyu üreten jeolojik ortamlara sahiptir. Tayland'ın Nakhon Si Thammarat kentinde 1987 yılında arsenikoz rapor edilmiştir ve Chao Phraya Nehri muhtemelen yüksek seviyelerde doğal olarak oluşan çözünmüş arsenik içermektedir ve halkın çoğu şişelenmiş su kullandığı için bir halk sağlığı sorunu oluşturmamaktadır. Science dergisinin yakın tarihli bir raporuna göre Pakistan'da 60 milyondan fazla insan arsenikle kirlenmiş içme suyuna maruz kalmaktadır. Podgorski'nin ekibi 1200'den fazla örneği incelemiş ve %66'dan fazlası DSÖ'nün minimum kirlilik seviyesini aşmıştır. ⓘ

1980'lerden bu yana, Çin'in İç Moğolistan bölgesindeki Ba Men bölgesi sakinleri, kirlenmiş kuyulardan içme suyu yoluyla kronik olarak arseniğe maruz kalmaktadır. 2009 yılında yapılan bir araştırma, kuyu suyu arsenik konsantrasyonları 5 ila 10 µg/L arasında olan bölge sakinleri arasında cilt lezyonlarının arttığını gözlemlemiş, bu da arsenik kaynaklı toksisitenin kronik maruziyetle nispeten düşük konsantrasyonlarda ortaya çıkabileceğini düşündürmüştür. Genel olarak, Çin'in 34 eyaletinden 20'sinde yeraltı suyu kaynağında yüksek arsenik konsantrasyonları bulunmaktadır ve bu da potansiyel olarak 19 milyon insanı tehlikeli içme suyuna maruz bırakmaktadır. ⓘ

Amerika Birleşik Devletleri'nde arsenik en yaygın olarak güneybatıdaki yeraltı sularında bulunur. New England, Michigan, Wisconsin, Minnesota ve Dakotas'ın bazı bölgelerinde de yeraltı sularında önemli arsenik konsantrasyonları olduğu bilinmektedir. Wisconsin'de, içme suyu standardı olan milyarda 10 parçanın altındaki seviyelerde bile arseniğe maruz kalma ile artan cilt kanseri seviyeleri ilişkilendirilmiştir. ABD Superfund tarafından finanse edilen yeni bir filme göre, milyonlarca özel kuyunun bilinmeyen arsenik seviyeleri vardır ve ABD'nin bazı bölgelerinde, kuyuların %20'sinden fazlası belirlenen sınırları aşan seviyeler içerebilir. ⓘ

NIEHS destekli bilim insanlarına göre, milyarda 100 parça (yani milyarda 10 parça içme suyu standardının üzerinde) konsantrasyonlarda düşük seviyede arseniğe maruz kalmak, H1N1 veya domuz gribi enfeksiyonuna karşı ilk bağışıklık tepkisini tehlikeye atmaktadır. Laboratuvar fareleri üzerinde yapılan çalışma, içme suyunda arseniğe maruz kalan kişilerin virüsten kaynaklanan daha ciddi hastalık veya ölüm riskinin artabileceğini düşündürmektedir. ⓘ

Bazı Kanadalılar inorganik arsenik içeren su içmektedir. Özel kuyu suları inorganik arsenik içermesi açısından en fazla risk altında olan sulardır. Ön kuyu suyu analizlerinde genellikle arsenik testi yapılmamaktadır. Kanada Jeolojik Araştırmalar Kurumu'ndaki araştırmacılar, New Brunswick eyaleti için doğal arsenik tehlike potansiyelindeki göreceli değişimi modellemişlerdir. Bu çalışma, içme suyu ve inorganik arsenikle ilgili sağlık endişeleri 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'den daha düşük kontaminasyonlarda gösterilmiştir. Arseniğin kendisi de tütün dumanının bir bileşenidir. ⓘ

İnorganik arsenik maruziyetine ilişkin 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 suyunda 10 ila 50 ppb arasında arsenik tüketmektedir. Bu kişilerin hepsi içme sularında tam olarak 10 ppb arsenik tüketseydi, daha önce atıfta bulunulan çoklu epidemiyolojik çalışma analizi, sadece mesane kanseri vakalarının 2.000 daha fazla olacağını tahmin ederdi. Bu, akciğer veya cilt kanserini içermediği ve maruziyeti açıkça hafife aldığı için genel etkinin açık bir şekilde hafife alındığını göstermektedir. Mevcut WHO standardının üzerinde arsenik seviyelerine maruz kalanlar, arsenik iyileştirmesinin maliyet ve faydalarını tartmalıdır. ⓘ

Çözünmüş arseniği içme suyundan uzaklaştırma süreçlerinin ilk (1973) değerlendirmeleri, demir veya alüminyum oksitlerle birlikte çökeltmenin etkinliğini göstermiştir. Özellikle, koagülant olarak demirin arseniği %90'ı aşan bir etkinlikle giderdiği bulunmuştur. Amerika Birleşik Devletleri Çevre Koruma Ajansı (US EPA) ve Ulusal Bilim Vakfı (NSF) tarafından finanse edilen bir çalışmada çeşitli adsorptif ortam sistemleri hizmet noktasında kullanım için onaylanmıştır. Avrupalı ve Hintli bilim insanları ve mühendislerden oluşan bir ekip, Batı Bengal'de yerinde iyileştirme yöntemine (SAR Teknolojisi) dayalı altı arsenik arıtma tesisi kurmuştur. Bu teknolojide herhangi bir kimyasal kullanılmamakta ve arsenik, havalandırılmış suyun akifere yeniden doldurulması ve arsenik oksitleyici mikro organizmaları destekleyen bir oksidasyon bölgesinin geliştirilmesi yoluyla yeraltı bölgesinde çözünmez bir formda (+5 durumu) bırakılmaktadır. Bu süreç herhangi bir atık akışı veya çamur üretmez ve nispeten ucuzdur. ⓘ

Arsenik kirlenmesini önlemek için bir başka etkili ve ucuz yöntem de daha saf sulara ulaşmak için kuyuları 500 feet veya daha derine batırmaktır. ABD Ulusal Çevre Sağlığı Bilimleri Enstitüsü'nün Superfund Araştırma Programı tarafından finanse edilen 2011 tarihli yeni bir çalışma, derin çökeltilerin arseniği uzaklaştırabileceğini ve dolaşımdan çıkarabileceğini göstermektedir. Adsorpsiyon adı verilen bu süreçte, arsenik derin tortu parçacıklarının yüzeylerine yapışır ve doğal olarak yeraltı suyundan uzaklaştırılır. ⓘ

Yüksek yüzey alanlı ve tek dağılımlı manyetit (Fe₃O₄) nanokristalleri ile çok düşük manyetik alan gradyanlarında arseniğin manyetik olarak ayrıştırılması, kullanım noktası su arıtımında gösterilmiştir. Fe₃O₄ nanokristallerinin yüksek spesifik yüzey alanı kullanılarak, sudan arsenik giderimi ile ilişkili atık kütlesi önemli ölçüde azaltılmıştır. ⓘ

Epidemiyolojik çalışmalar, arsenikle kirlenmiş içme suyunun kronik tüketimi ile önde gelen tüm ölüm nedenlerinin görülme sıklığı arasında bir korelasyon olduğunu ortaya koymuştur. Literatür, arsenik maruziyetinin diyabet patogenezinde etken olduğunu göstermektedir. ⓘ

Saman bazlı filtrelerin sudaki arsenik içeriğini 3 µg/L'ye kadar düşürdüğü yakın zamanda gösterilmiştir. Bu, içme suyunun yeraltı akiferlerinden çıkarıldığı alanlarda uygulama alanı bulabilir. ⓘ

San Pedro de Atacama

Şili'deki San Pedro de Atacama halkı birkaç yüzyıldır arsenikle kirlenmiş su içmektedir ve bazı kanıtlar bu insanların bir miktar bağışıklık geliştirdiklerini göstermektedir. ⓘ

Kirlenmiş yeraltı suları için tehlike haritaları

Dünya nüfusunun yaklaşık üçte biri yeraltı su kaynaklarından su içmektedir. Bunun yaklaşık yüzde 10'u, yani yaklaşık 300 milyon insan, sağlıksız seviyelerde arsenik veya florür ile kirlenmiş yeraltı su kaynaklarından su temin etmektedir. Bu eser elementler esas olarak yeraltındaki mineral ve iyonlardan kaynaklanmaktadır. ⓘ

Doğal sularda arseniğin redoks dönüşümü

Arsenik, eser metaloidler ve oksianyon oluşturan eser metaller (örn. As, Se, Sb, Mo, V, Cr, U, Re) arasında benzersizdir. Doğal sular için tipik olan pH değerlerinde (pH 6,5-8,5) hem oksitleyici hem de indirgeyici koşullar altında mobilizasyona duyarlıdır. Arsenik çevrede çeşitli oksidasyon durumlarında (-3, 0, +3 ve +5) oluşabilir, ancak doğal sularda çoğunlukla üç değerlikli arsenit [As(III)] veya beş değerlikli arsenat [As(V)] oksiyanyonları olarak inorganik formlarda bulunur. Organik arsenik 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 süreçlerle çözünür hale getirilebilir. pH yüksek olduğunda, arsenik pozitif yükünü kaybeden yüzey bağlanma bölgelerinden salınabilir. Su seviyesi düştüğünde ve sülfür mineralleri havaya maruz kaldığında, sülfür minerallerinde hapsolmuş arsenik suya salınabilir. Suda organik karbon bulunduğunda, bakteriler doğrudan As(V)'yi As(III)'e indirgeyerek veya elementi bağlanma bölgesinde indirgeyerek beslenir ve inorganik arsenik açığa çıkar. ⓘ

Arseniğin sucul dönüşümleri pH, indirgeme-oksidasyon 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-'tür. İndirgeyici koşullar altında, pH 2-9'da H₃AsO₄ baskındır. ⓘ

Oksidasyon ve indirgeme, arseniğin yeraltı ortamlarında taşınmasını etkiler. Arsenit, indirgeyici ortamlarda arseniğin en kararlı çözünebilir formudur ve arsenitten daha az hareketli olan arsenat, nötr pH'da oksitleyici ortamlarda baskındır. Bu nedenle, arsenik indirgeyici koşullar altında daha hareketli olabilir. İndirgeyici ortam aynı zamanda arsenik bileşiklerinin çözünürlüğünü artırabilecek organik madde bakımından da zengindir. Sonuç olarak, arseniğin adsorpsiyonu azalır ve çözünmüş arsenik yeraltı sularında birikir. Bu nedenle arsenik içeriği indirgeyici ortamlarda oksitleyici ortamlara göre daha yüksektir. ⓘ

Sülfür varlığı, arseniğin doğal sudaki dönüşümünü etkileyen bir başka faktördür. Arsenik, metal sülfürler oluştuğunda çökelebilir. Bu şekilde arsenik sudan uzaklaştırılır ve hareketliliği azalır. Oksijen mevcut olduğunda, bakteriler enerji üretmek için indirgenmiş sülfürü oksitleyerek potansiyel olarak bağlı arseniği serbest bırakır. ⓘ

Fe içeren redoks reaksiyonları da sucul sistemlerde arseniğin kaderinde önemli faktörler olarak görünmektedir. Demir oksihidroksitlerin indirgenmesi, arseniğin suya salınmasında önemli bir rol oynar. Dolayısıyla arsenik, yüksek Fe konsantrasyonlarına sahip sularda zenginleşebilir. Oksitleyici koşullar altında arsenik, özellikle yüksek pH'da pirit veya demir oksitlerden mobilize olabilir. İndirgeyici koşullar altında arsenik, demir oksitlerle ilişkilendirildiğinde indirgeyici desorpsiyon veya çözünme yoluyla mobilize edilebilir. İndirgeyici desorpsiyon iki koşul altında gerçekleşir. Birincisi, arsenatın demir oksitlere daha az güçlü adsorbe olan arsenite indirgenmesidir. Diğeri ise bağlı arseniğin desorpsiyonuna yol açan mineral yüzeyindeki yük değişiminden kaynaklanır. ⓘ

Bazı bakteri türleri arseniğin redoks dönüşümlerini katalize eder. Dissimilatör arsenata yanıt veren prokaryotlar (DARP) As(V)'nin As(III)'e indirgenmesini hızlandırır. DARP, As(V)'yi anaerobik solunumun elektron alıcısı olarak kullanır ve hayatta kalmak için enerji elde eder. Bu süreçte diğer organik ve inorganik maddeler de oksitlenebilir. Kemoototrofik arsenit oksitleyiciler (CAO) ve heterotrofik arsenit oksitleyiciler (HAO) As(III)'ü As(V)'e dönüştürür. CAO, As(III)'ün oksidasyonunu oksijen veya nitratın indirgenmesi ile birleştirir. Elde edilen enerjiyi CO₂'den organik karbon üretimini düzeltmek için kullanırlar. HAO, As(III) oksidasyonundan enerji elde edemez. Bu süreç bakteriler için bir arsenik detoksifikasyon mekanizması olabilir. ⓘ

Denge termodinamik hesaplamaları, As(V) konsantrasyonlarının, SO₄2- indirgemesinin gerçekleştiği güçlü indirgeme koşulları hariç tüm koşullarda As(III) konsantrasyonlarından daha büyük olması gerektiğini öngörmektedir. 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 ay ile bir yıl arasında değişen yarı ömürler vermiştir. Diğer çalışmalarda, As(V)/As(III) oranları, oksidasyonu önlemek için özel bir dikkat gösterilmediğinde su örneklemesi sırasında günler veya haftalar boyunca sabit kalmıştır, bu da yine nispeten yavaş oksidasyon oranlarına işaret etmektedir. Cherry deneysel çalışmalardan As(V)/As(III) oranlarının anoksik çözeltilerde 3 haftaya kadar stabil olduğunu ancak daha uzun zaman ölçeklerinde kademeli değişimlerin meydana geldiğini bulmuştur. Steril su örneklerinin steril olmayan örneklere göre türleşme değişikliklerine 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 hız sabitleri ile bakteriler tarafından hızla katalize edildiğini bulmuştur. ⓘ

ABD'de ahşap koruma

2002 yılı itibariyle, ABD merkezli endüstriler 19.600 metrik ton arsenik tüketmiştir. Bunun %90'ı kromlu bakır arsenat (CCA) ile ahşabın işlenmesi için kullanılmıştır. 2007 yılında, 5.280 metrik tonluk tüketimin %50'si hala bu amaçla kullanılmaktaydı. Amerika Birleşik Devletleri'nde, tüketici ürünleri ile konut ve genel tüketici inşaat ürünlerinin üretiminde arseniğin gönüllü olarak aşamalı olarak kullanımdan kaldırılması 31 Aralık 2003 tarihinde başlamıştır ve artık Alkaline Copper Quaternary, borates, copper azole, cyproconazole ve propiconazole gibi alternatif kimyasallar kullanılmaktadır. ⓘ

Kullanımdan kaldırılmış olmasına rağmen, bu uygulama aynı zamanda kamuoyunu en çok ilgilendiren uygulamalardan biridir. Basınçla işlenmiş eski ahşapların büyük çoğunluğu CCA ile işlenmiştir. CCA kerestesi hala birçok ülkede yaygın olarak kullanılmaktadır ve 20. yüzyılın ikinci yarısında yapısal ve dış mekan yapı malzemesi olarak yoğun bir şekilde kullanılmıştır. Çalışmalar arseniğin ahşaptan çevredeki toprağa sızabileceğini gösterdikten sonra (örneğin oyun alanı ekipmanlarından) CCA kereste kullanımı birçok alanda yasaklanmış olsa da, eski CCA kerestelerinin yakılması da bir risk oluşturmaktadır. Yanmış CCA kerestelerinden çıkan 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 çıkan hurda CCA keresteleri yanlışlıkla ticari ve evsel yangınlarda kullanılabilir. CCA kerestelerinin güvenli bir şekilde bertaraf edilmesine yönelik protokoller dünya genelinde tutarlı değildir. Bu tür kerestelerin yaygın olarak düzenli depolama sahalarında bertaraf edilmesi bazı endişelere yol açmaktadır, ancak diğer çalışmalar yeraltı sularında arsenik kirliliği olmadığını göstermiştir. ⓘ

ABD'deki endüstriyel salınımların haritalanması

Amerika Birleşik Devletleri'ndeki arsenik salınımlarının yerini (ve diğer bilgileri) haritalayan bir araç TOXMAP'tir. TOXMAP, ABD Federal Hükümeti tarafından finanse edilen Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Tıp Kütüphanesi (NLM) Özel Bilgi Hizmetleri Bölümü'ne ait bir Coğrafi Bilgi Sistemidir (CBS). Amerika Birleşik Devletleri'nin işaretlenmiş haritaları ile TOXMAP, kullanıcıların Amerika Birleşik Devletleri Çevre Koruma Ajansı'nın (EPA) Toksik Salınım Envanteri ve Superfund Temel Araştırma Programlarından elde edilen verileri görsel olarak keşfetmelerini sağlar. TOXMAP'in kimyasal ve çevresel sağlık bilgileri NLM'nin Toksikoloji Veri Ağı (TOXNET), PubMed ve diğer yetkili kaynaklardan alınmıştır. ⓘ

Biyoremediasyon

Arsenikle kirlenmiş suyu iyileştirmek için fiziksel, kimyasal ve biyolojik yöntemler kullanılmıştır. Biyoremediasyonun uygun maliyetli ve çevre dostu olduğu söylenmektedir. Arsenik ile kirlenmiş yeraltı suyunun biyoremediasyonu, arseniğin insanlar için toksik formu olan arseniti arsenata dönüştürmeyi amaçlamaktadır. Arsenat (+5 oksidasyon durumu) yüzey suyunda baskın arsenik formuyken, arsenit (+3 oksidasyon durumu) hipoksik ila anoksik ortamlarda baskın formdur. Arsenit, arsenata göre daha çözünür ve hareketlidir. Birçok bakteri türü arseniti bir elektron donörü olarak kullanarak anoksik koşullarda arseniti arsenata dönüştürebilir. Bu, yeraltı suyunun iyileştirilmesinde faydalı bir yöntemdir. Bir başka biyoremediasyon stratejisi de fitoremediasyon yoluyla dokularında arsenik biriktiren bitkilerin kullanılmasıdır, ancak kirlenmiş bitki materyalinin bertarafı dikkate alınmalıdır. ⓘ

Biyoremediasyon, mevcut koşullara uygun olarak dikkatli bir değerlendirme ve tasarım gerektirir. Bazı sahalar bir elektron alıcısının eklenmesini gerektirirken, diğerleri mikrop takviyesi (biyolojik büyütme) gerektirebilir. Kullanılan yöntem ne olursa olsun, sadece sürekli izleme gelecekteki kirlenmeyi önleyebilir. ⓘ

Toksisite ve önlemler

Arsenik ve bileşiklerinin çoğu özellikle güçlü zehirlerdir. ⓘ

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 Araştırmaları Ajansı (IARC) arsenik ve inorganik arsenik bileşiklerini grup 1 kanserojen olarak kabul etmektedir ve AB arsenik trioksit, arsenik pentoksit ve arsenat tuzlarını kategori 1 kanserojen olarak listelemektedir. ⓘ

Arseniğin içme suyunda bulunduğunda arsenikozise neden olduğu bilinmektedir, "en yaygın tür arsenattır [HAsO2-
₄; As(V)] ve arsenit [H₃AsO₃; As(III)]". ⓘ

Yasal sınırlar, yiyecek ve içecekler

Amerika Birleşik Devletleri'nde 2006 yılından bu yana, Çevre Koruma Ajansı (EPA) tarafından içme suyunda izin verilen maksimum konsantrasyon 10 ppb'dir ve FDA 2005 yılında şişelenmiş su için aynı standardı belirlemiştir. New Jersey Çevre Koruma Departmanı 2006 yılında 5 ppb'lik bir içme suyu limiti belirlemiştir. Arsenik metali ve inorganik arsenik bileşikleri için IDLH (yaşam ve sağlık için hemen tehlikeli) değeri 5 mg/m³'tür (5 ppb). Mesleki Güvenlik ve Sağlık İdaresi izin verilen maruz kalma sınırını (PEL) zaman ağırlıklı ortalama (TWA) 0,01 mg/m³ (0,01 ppb) olarak belirlemiştir ve Ulusal Mesleki Güvenlik ve Sağlık Enstitüsü (NIOSH) tavsiye edilen maruz kalma sınırını (REL) 15 dakikalık sabit maruz kalma 0,002 mg/m³ (0,002 ppb) olarak belirlemiştir. Organik arsenik bileşikleri için PEL, 0,5 mg/m³'lük bir TWA'dır. (0,5 ppb). ⓘ

2008 yılında, ABD Gıda ve İlaç İdaresi, çok çeşitli Amerikan gıdalarını toksik kimyasallar açısından sürekli olarak test etmesine dayanarak, elma ve armut sularındaki inorganik arsenik için kanserojen olmayan etkilere dayanan "endişe seviyesini" 23 ppb olarak belirlemiş ve bu seviyeyi aşan ürünlerin ithalatını engellemeye başlamıştır; ayrıca uygun olmayan yerli ürünler için geri çağırma talep etmiştir. 2011 yılında ulusal Dr. Oz televizyon programı, üreticiler tarafından kiralanan bağımsız bir laboratuar tarafından gerçekleştirilen testleri vurgulayan bir program yayınladı. Metodoloji tartışmalı olsa da (organik ve inorganik arsenik arasında ayrım yapılmamıştır) testler 36 ppb'ye kadar arsenik seviyeleri göstermiştir. Bunun üzerine FDA, Dr. Oz'un programındaki en kötü markayı test etti ve çok daha düşük seviyeler buldu. Devam eden testler elma suyu örneklerinin %95'inin endişe seviyesinin altında olduğunu ortaya koymuştur. Daha sonra Consumer Reports tarafından yapılan testlerde inorganik arsenik 10 ppb'nin biraz üzerinde bulunmuş ve kuruluş ebeveynleri tüketimi azaltmaya çağırmıştır. Temmuz 2013'te FDA, çocuklar tarafından tüketim, kronik maruziyet ve kanserojen etkiyi göz önünde bulundurarak elma suyu için içme suyu standardıyla aynı olan 10 ppb'lik bir "eylem seviyesi" belirledi. ⓘ

Bangladeş'te pirinçteki arsenikle ilgili endişeler 2002 yılında dile getirilmiştir, ancak o dönemde sadece Avustralya'da gıda için yasal bir sınır (kilogram başına bir miligram) bulunmaktaydı. 2005'te ABD pirinci yiyen insanların kişisel arsenik alımının DSÖ standartlarını aştığına dair endişeler dile getirilmiştir. 2011 yılında Çin Halk Cumhuriyeti arsenik için 150 ppb'lik bir gıda standardı belirlemiştir. ⓘ

Amerika Birleşik Devletleri'nde 2012 yılında, Dartmouth College Çocuk Çevre Sağlığı ve Hastalık Önleme Araştırma Merkezi'ndeki ayrı araştırmacı grupları tarafından yapılan testler (yılın başlarında, çocuklarda idrar seviyelerine odaklanarak) ve Tüketici Raporları (Kasım ayında), pirinçte FDA'nın sınır koyması çağrılarına neden olan arsenik seviyeleri buldu. FDA Eylül 2012'de bazı test sonuçlarını yayınladı ve Temmuz 2013 itibariyle yeni bir potansiyel düzenlemeyi desteklemek için hala veri toplamaktadır. Tüketici davranışlarında herhangi bir değişiklik önerilmemiştir. ⓘ

Tüketici Raporları şunları tavsiye etmiştir:

EPA ve FDA'nın gıda üretiminde arsenik içeren gübre, ilaç ve pestisitleri ortadan kaldırması;
FDA'nın gıdalar için yasal bir limit belirlemesi;
Endüstrinin, özellikle çocuklara yönelik gıdalarda arsenik seviyelerini düşürmek için üretim uygulamalarını değiştirmesi; ve
Tüketicilerin evlerindeki su kaynaklarını test etmeleri, çeşitli beslenmeleri ve pirinci fazla su ile pişirip sonra süzmeleri (inorganik arseniği yaklaşık üçte bir oranında azaltırken vitamin içeriğinde hafif bir azalma sağlar).
Kanıta dayalı halk sağlığı savunucuları ayrıca, ABD'de arsenik için bir düzenleme veya etiketleme olmadığı 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 sınırlandırılacağına dair tavsiyeler de sunmaktadırlar.

2014 Dünya Sağlık Örgütü danışma konferansında pirinç için 200-300 ppb'lik sınırların değerlendirilmesi planlanmıştır. ⓘ

Pirinçteki arsenik içeriğinin azaltılması

Besin öğelerini korurken arsenik giderimini en üst düzeye çıkarmak için geliştirilmiş bir pirinç pişirme yaklaşımı ⓘ

2020 yılında bilim insanları, arsenik içeriğini azaltma ve besin maddelerini koruma kapasiteleri açısından pirincin çoklu hazırlama prosedürlerini değerlendirmiş ve kaynatma ve su emilimini içeren bir prosedür önermişlerdir. ⓘ

Mesleki maruziyet sınırları

Ülke	Limit ⓘ
Arjantin	Onaylanmış insan kanserojeni
Avustralya	TWA 0,05 mg/m³ - Kanserojen
Belçika	TWA 0,1 mg/m³ - Kanserojen
Bulgaristan	Onaylanmış insan kanserojeni
Kolombiya	Onaylanmış insan kanserojeni
Danimarka	TWA 0,01 mg/m³
Finlandiya	Kanserojen
Mısır	TWA 0,2 mg/m³
Macaristan	Tavan konsantrasyonu 0,01 mg/m³ - 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/m³ - 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
Birleşik Devletler	TWA 0,01 mg/m³
Vietnam	Onaylanmış insan kanserojeni

Ekotoksisite

Arsenik, başta deniz türleri olmak üzere birçok organizmada biyoakümülatiftir, ancak besin ağlarında önemli ölçüde biyolojik olarak biriktiği görülmemektedir. Kirlenmiş alanlarda, bitki büyümesi, bir fosfat analoğu olan ve bu nedenle bitki dokuları ve hücrelerinde kolayca taşınan arsenatın kök alımından etkilenebilir. Kirlenmiş bölgelerde, daha toksik olan arsenit iyonunun (özellikle indirgeyici koşullarda daha fazla bulunur) alımı, kötü drene edilmiş topraklarda muhtemeldir. ⓘ

Hayvanlarda toksisite

Bileşik	Hayvan	LD₅₀	Rota ⓘ
Arsenik	Sıçan	763 mg/kg	oral
Arsenik	Fare	145 mg/kg	oral
Kalsiyum arsenat	Sıçan	20 mg/kg	oral
Kalsiyum arsenat	Fare	794 mg/kg	oral
Kalsiyum arsenat	Tavşan	50 mg/kg	oral
Kalsiyum arsenat	Köpek	38 mg/kg	oral
Kurşun arsenat	Tavşan	75 mg/kg	oral

Bileşik	Hayvan	LD₅₀	Rota ⓘ
Arsenik trioksit (As(III))	Fare	26 mg/kg	oral
Arsenit (As(III))	Fare	8 mg/kg	im
Arsenat (As(V))	Fare	21 mg/kg	im
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

Arseniğin toksisitesi, arsenik(III) oksitlerin tiyollere olan afinitesinden kaynaklanmaktadır. Sistein kalıntıları ve lipoik asit ve koenzim A gibi kofaktörler şeklindeki tiyoller, birçok önemli enzimin aktif bölgelerinde yer almaktadır. ⓘ

Arsenik, ATP üretimini çeşitli mekanizmalar yoluyla bozar. Sitrik asit döngüsü düzeyinde arsenik, piruvat dehidrojenaz için bir kofaktör olan lipoik asidi inhibe eder. Arsenat, fosfat ile rekabet ederek oksidatif fosforilasyonu ayırır, böylece NAD+'nin enerji bağlantılı indirgenmesini, mitokondriyal solunumu ve ATP sentezini inhibe eder. Hidrojen peroksit üretimi de artar, bunun da reaktif oksijen türleri ve oksidatif stres oluşturma potansiyeline sahip olduğu tahmin edilmektedir. Bu metabolik müdahaleler çoklu sistem organ yetmezliğinden ölüme yol açar. Organ yetmezliğinin apoptozdan değil nekrotik hücre ölümünden kaynaklandığı tahmin edilmektedir, çünkü enerji rezervleri apoptozun gerçekleşemeyeceği kadar tükenmiştir. ⓘ

Maruziyet riskleri ve iyileştirme

Ahşap koruma, 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 ayrıca izabe endüstrisi ile ilişkili kok fırını emisyonlarında da bulunur. ⓘ

As(III) ve As(V) arasındaki dönüşüm, arsenik çevresel kirlenmesinde büyük bir faktördür. Croal, Gralnick, Malasarn ve Newman'a göre, "As(III) oksidasyonunu neyin uyardığı ve/veya As(V) indirgenmesini neyin sınırladığının anlaşılması, kirlenmiş alanların biyoremediasyonu için önemlidir (Croal). Kemolitoototrofik As(III) oksitleyicilerin ve heterotrofik As(V) indirgeyicilerin incelenmesi, arseniğin oksidasyonunun ve/veya indirgenmesinin anlaşılmasına yardımcı olabilir. ⓘ

Arıtma

Kronik arsenik zehirlenmesinin tedavisi mümkündür. İngiliz anti-lewisit (dimerkaprol) ilk gün için her 4 saatte bir 300 mg'a kadar 5 mg/kg dozunda, daha sonra ikinci gün için her 6 saatte bir ve son olarak 8 gün daha her 8 saatte bir reçete edilir. Ancak ABD'nin Toksik Maddeler ve Hastalık Kayıt Ajansı (ATSDR) arseniğe maruz kalmanın 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 maruziyet ve bunun sonucunda idrar yoluyla atılım, karaciğer, prostat, deri, akciğer ve burun boşluğu kanserinin yanı sıra mesane ve böbrek kanseriyle de ilişkilendirilmiştir. ⓘ

Bibiliyografi

John Emsley (25 Ağustos 2011). Nature's Building Blocks (İngilizce). Oxford University Press. ISBN 978-0-19-960563-7.
Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-08-037941-8.
John Rieuwerts (14 Nisan 2015). The Elements of Environmental Pollution (İngilizce). Routledge. ISBN 978-0-41-585920-2. ⓘ

Konuyla ilgili yayınlar

James C. Whorton (2011). The Arsenic Century (İngilizce). Oxford University Press, USA. ISBN 978-0-19-960599-6. ⓘ

Tehlikeler
GHS etiketlemesi:
Piktogramlar
Sinyal kelimesi	Tehlike
Tehlike bildirimleri	H301+H331, H315, H318, H350, H410
İhtiyati ifadeler	P273, P280, P301+P310, P302+P352, P304+P340+P311, P305+P351+P338