As

Arsen

atomnummer: 33
gruppe: 15
periode: 4
atomvekt: 74,92160

I mennesket
18 mg

I jordskorpen
2 ppm

I havet
2,6 µg/liter

Innledning

Flere polymorfe former

[Foto: Rune Selbekk, Naturhistorisk museum, UiO.]

Gedigent arsen fra Tyskland
Foto: Rune Selbekk, Naturhistorisk museum, UiO.

Mens grunnstoffene til venstre for arsen i periodesystemet hovedsakelig er metaller, er de til høyre typisk molekylære forbindelser. Arsen tilhører dermed en gruppe grunnstoffer som ofte kalles metalloidene. Mens metallene til venstre i periodesystemet leder elektrisitet godt og ikke-metallene er isolatorer, er metalloidene typisk halvledere. Flere av disse grunnstoffene har flere polymorfe former hvorav én kan være metall-liknende, mens en annen kan være molekylær. Slik er det også for arsen. Den mest stabile modifikasjonen av arsen har ett grått metalliknende utseende, men det finnes også en gul modifikasjon som dannes ved å kondensere arsen direkte fra gassfase. Her danner arsenet små As4-klustere som bindes sammen til en tredimensjonal struktur. Arsen har i seg selv ingen stor betydning, men arsenforbindelser har vært og er viktige.

Navn

Det er to teorier for opphavet til navnet arsen. Én tolkning er at navnet kommer fra arsenikon, det greske navnet for mineralet gul orpiment. Alternativt knyttes navnet til det greske ordet for tapper, arsenikos. Alkymistene forbandt ofte et metall med kjønn. Ved å legere inn As i kobber ble kobberet hardere og sterkere; derav navnet.

Historie

Visste du at...

orpiment på 1600-tallet var et populært gult pigment blant Hollandske malere? Dessverre så oksiderer sulfidet over tid og danner hvitt arsenoksid.

Mennesket har blitt utsatt for arsen i alle tider. Grunnvannet vasker arsen ut av bergarter, arsenforbindelser produseres av mikro-organismer og det slippes ut av vulkaner. Menneskets aktivitet forårsaker imidlertid ofte større eksponering en den naturlige. Dette er det enkelt å påvise fordi arsen typisk oppkonsentreres i hår. Hår fra den 5300 år gamle ismannen Ötzi, som ble funnet vel bevart i en isbre i Alpene i

[Foto: ???]

Ismannen Ötzi.
Foto: ???

1991, hadde for eksempel et meget høyt arseninnhold. Han hadde tydeligvis vært eksponert for arsen i høy konsentrasjon over lengre tid. Man tror kanskje Ötzi var kobbersmed siden kobber ofte utvinnes fra arsenrike mineraler.

Arsen var et av de første grunnstoffene som ble isolert. Noen mener Albertus Magnus (1193-1280 e.Kr.) var den første til å gjøre dette, men arsenforbindelser ble omtalt lenge før hans tid. I følge den greske historikeren Plinius den eldre finansierte den romerske keiseren Caligula et prosjekt som hadde som mål å lage gull fra orpiment, As2S3. Theophrastus, Aristoteles' elev og etterfølger, rapporterte før dette om to former for ”arsen”, mineralene orpiment og realgar.

Beveger vi oss frem i tid til 1800-tallet så var arsenforbindelser populære som pigmenter/fargestoffer. Orpiment var på 1600-tallet populært som gult pigment (kongelig gul) blandt hollandske malere. Dessverre oksiderer sulfidet over tid og danner hvitt arsenoksid. Ikke bare blekner fargene, men arsenoksid damper dessuten av. Fargestoffer som Sceeles-grønn og Paris-grønn har også vært populære og blant annet brukt i tapeter. Disse fargestoffene er ikke bestandige, og i fuktig vær dannes det fort mugg som reagerer med disse kobberarsenatene. Resultatet er flyktige forbindelser som metylarsin som kan gi opphav til kronisk arsenforgiftning ved lang eksponering. Det finnes eksempler på at dette har ført til dødsfall. I denne sammenheng nevnes ofte Napoleon. Analyser av hans hår viser at han har vært eksponert for store mengder arsen. Man vet også at tapetene i hjemmet hans på St. Helena inneholdt disse fargestoffene. Man trodde lenge årsaken til forgiftningen var klar, men ting tyder på at Napoleon istedet ble forgiftet med overlegg; arsenkonsentrasjonene er med all sannsynlighet for store til at de kan ha opphav i damp fra tapetene.

I viktoria-tiden blandet fine damer arsenikk med eddik og kalk og spiste dette. Målet var å oppnå en ”fin” blek hud som viste at de ikke jobbet ute. Arsen ble også massert inn i fjes og armer med samme målsetning.

Arsen har også blitt benyttet til kjemisk krigføring. Et arsenderivat, som kalles lewisite, ble brukt som kjemisk våpen i første verdenskrig. Soldater ble uskadeliggjort ved at det ble dannet blemmer og sår på eksponert skinn og ved at lungene ble ødelagt ved innåndning av stoffet.

Forekomst

[Foto: Per Aas, Naturhistorisk museum, UiO.]

Arsenopyritt, FeAsS, fra Tydalen
Foto: Per Aas, Naturhistorisk museum, UiO.

De vanligste mineralene som inneholder arsen er sulfidene realgar (As4S4) og orpiment (As2S3). Arsenider av jern, kobolt, nikkel og kobber og flere arsenid-sulfider er også vanlige. Skutteruditt er et eksempel på et rent arsenid; CoAs3, mens enargitt, Cu3AsS4, er et eksempel på et blandet arsenid-sulfid.

[Illustrasjon: geonorge.no]

Skuterud i Buskerud har gitt navnet til mineralet skutteruditt.
Illustrasjon: geonorge.no

Industrielt kan arsen fremstilles ved å varme arsenopyritt, FeAsS, ved ca. 700 oC uten luft. Arsen damper med dette av og kan avsettes som rent arsen. Men mineralene utvinnes i liten grad fordi arsenikk, As2O3, i store mengder dannes som et biprodukt i fremstillingen av metaller som kopper og bly. Dette arsenikket kan enten benyttes som sådan eller reduseres med kull. Hvert år produseres det på denne måten så mye som 50 000 tonn arsenoksid. Dette overgår i stor grad industriell etterspørsel.

Arsenikk og gamle kniplinger

Visste du at...

Pave Roderigo Borgia var overhodet i familien som blir sett på som en forløper til den italienske mafiaen?

Arsen forbindes ofte med giftmord; med arsenikk. Likevel er arsen nødvendig i spormengder for noen dyr og kanskje også for mennesket. I så fall er ønskelig inntak per dag imidlertid lavt; kanskje mindre enn 0,01 milligram. Kylling og rotter som gis arsenfri føde over lang tid får misdannelser uten at man vet akkurat hvorfor.

[Maleri: Bartolomeo Veneto.]

Die Kurtisane er trolig et portrett av Lucrezia Borgia.
Maleri: Bartolomeo Veneto.

Arsenforbindelser kan være dødelige. Dødelig dose av arsenoksid, arsenikk, er for eksempel kun i overkant av 100 milligram. På den annen side inneholder østers, skalldyr og fisk betydelige mengder organiske arsenforbindelser. Disse ser ikke ut til å ha skadelige biologiske effekter.

Arsen binder seg til svovelholdige enzymer og blokkerer deres virkning. Symptomene er oppkast, sterke magesmerter, diaré og dehydrering. Stiller man riktig diagnose raskt nok kan livet reddes siden det finnes effektive motgifter.

Arsenikk var et naturlig valg for mange drapsmenn og -kvinner på 1800-tallet og tidlig på 1900-tallet siden det var enkelt tilgjengelig som ugressmiddel, rottegift og annet. I tillegg kunne symptomene mistolkes som andre sykdommer dersom offeret ble gitt mindre doser over lengre tid. Arsenikk er uten smak og farge og når så giftvirkningen ikke er øyeblikkelig, men inntreffer dager etter inntak, så var ikke årsaken alltid like lett å oppdage. Situasjonen endret seg imidlertid i 1836 når James Marsh utviklet sin berømte test som kunne påvise arsen selv i svært små mengder. Under følger noen av de mer berømte sakene hvor arsenikk har vært involvert.

Agrippina (15-59 e.Kr.)

I romerrikets tid var giftmord slett ikke uvanlig, og de fleste giftene som ble benyttet kom fra planter. Arsenikk ble imidlertid også benyttet. Keiser Caligulas søster Agrippina drepte Keiser Claudius kone, for så å gifte seg med Keiseren. I neste omgang drepte hun ikke bare Keiseren, men også hans sønn Britannicus. Dette sikret at hennes egen sønn Nero kom til makten i 54.

Borgia-familien - 1500

Roderigo Borgia, pave fra 1492 til 1503, var overhodet i familien som blir sett på som en forløper til den italienske mafiaen. Hans barn Lucrezia og Cesare brukte et hvitt pulver i attentater. Dette ble kalt La Cantarella og var sannsynligvis arsenikk (arsenoksid).

Mary Ann Cotton (1832-1874)

Mary Ann kan stå som eksempel på en av flere historiske massemordere – hun brukte også arsenikk. Hun ble født i Durham County i 1832 og rakk å ta livet av mer enn 20 mennesker, inkludert sin egen mor, tre ektemenn, en elsker, åtte egne barn og syv stebarn før hun ble hengt i 1874.

[Foto: O. Madsen (1875).]

Sophie Johannesdatter, den siste kvinnen som ble henrettet i Norge (i 1876).
Foto: O. Madsen (1875).

Fredrikshaldsaken

Om kvelden 10 februar 1875 brant familien Stangs hus i skippergaten i Fredrikshald (Halden). Etterforskningen avdekket at brannen var påsatt, sannsynligvis for å ta livet av 16 årige Mathilde Wiel som var på besøk hos sin tante. Det ble også avdekket at hushjelpen Sophie Johannesdatter tidligere hadde skaffet rottegift (arsenikk på de tider) fra Sverige. Konfrontert med dette tilstod Sophie at hun hadde gitt tre, da døde, medlemmer av husstanden rottegift i maten.

Første offer var en annen hushjelp, Maren Johannesdatter (1836-1869), så ble

husmoren Cathinka Stang (1809-73) drept og så tilslutt husfaren, trelasthandler Niels Anker Stang (1804-75).

Professor Peter Waage ved Universitetet i Oslo analyserte prøver av likene og fant 0,28 g arsenikk i leveren og magesekken både til herren og fruen i huset. Han fant 0,06 g i prøver fra hushjelpen som hadde ligget i jorda i 6 år.

Sophie Johannesdatter ble halshugget 18 februar 1876. Hun var den siste kvinne som ble offentligt henrettet i Norge.

Medisinsk bruk

Arsenforbindelser har blitt brukt medisinsk i lang tid. Oldtidens leger som Hippokrates og Plinius beskrev bruk av arsensulfid i medisiner. Senere har arsen blitt brukt mot revmatisme, malaria, tuberkolose og diabetes, men arsen gjorde nok mer ugagn enn nytte.

Arsen var imidlertid en viktig medisin fra 1909 og en tid framover. Paul Ehrlich fant at arsenamin kurerte syfilis. Den bruken fortsatte til penicillin overtok.

Anvendelser

Mens arsenforbindelser i mange år ble brukt i pigmenter, pestisider og sprøytemidler, så er det andre typer bruk som dominerer i dag.

Dels brukes arsenoksider i glass – så lite som 0,5 vekt% arsenikk avfarger/ klarner glasset.

[Illustrasjon: Øystein Prytz, Fysisk institutt, UiO.]

Ved å koble halvledere (n- og p-ledere) i serie i en varmegradient kan man skape elektrisitet.
Illustrasjon: Øystein Prytz, Fysisk institutt, UiO.

Arsen benyttes også i halvlederindustrien. For at silisium skal kunne brukes i mange anvendelser av halvledere, for eksempel i solceller, må silisiumet tilsettes små menger andre grunnstoffer (dopes). Arsen er et av dop-grunnstoffene. Arsenatomet har i ytterste skall et elektron mer en silisumatomet. Siden det ikke er plass til dette elektronet i strukturen så vil det kunne bevege seg fritt i krystallen. Det dannes ett elektron per arsenatom, og dermed kan man kontrollere den elektriske ledningsevnen ved å kontrollere arseninneholdet.

I den industrielle prosessen benyttes den ekstremt giftige gassen arsin, AsH3, og streng regulering av produksjonen er nødvendig.

GaAs er en annen viktig halvleder som for eksempel benyttes i lasere.

Skutteruditter er aktuelle for å bruke i termoelektriske innretninger. Her koples halvledere sammen på en måte som gjør at innretningen enten fungerer som en termogenerator (dvs. at varme konverteres til elektrisitet) eller som en varmepumpe (dvs. at den elektriske strømmen forflytter varme fra den ene siden til den andre). I varmepumpe-modus kan man for eksempel kjøle ned elektriske komponenter som ellers ville ha blitt for varme.

Arsen i grunnvannet

Visste du at...

jord som er forurenset med arsen kan renses ved å dyrke jorda med den kinesiske klatreplanten, Pteris vittata?

Arsen finnes i atmosfæren, men kun i spormengder. Det er flere kilder til arsenet. Vulkaner frigir rundt 3000 tonn pr år, og mikroorganismer frigir flyktige metylarsiner av størrelsesorden 20 000 tonn pr år. Likevel er menneskelig aktivitet ansvarlig for de største utslippene. Bruk av fossilt brensel frigir rundt 80 000 tonn pr år.

Et alvorlig miljøproblem har vært arsen i grunnvannet. I land som India, Bangladesh og Thailand har lokale forurensninger lenge ført til spredning av sykdommer; epidimier av ulike slag. FN gikk derfor i 60-årene inn med penger til å grave brønner som kunne gi brønnvann fritt for bakterier. Titusener av slike brønner ble gravd. Vannet ble brukt i vanningsanlegg og førte til enklere jordbruk. Vannet ble også brukt til drikke. Det hjelpearbeiderne ikke visste var at enkelte bergarter, for eksempel i vest-Bengal, var meget rike på arsen i en form som ble vasket ut i vann. Resultatet var vann med opptil 4 mg arsen pr liter. Verdens helseorganisasjon anbefaler et maksimum nivå for arsen pr liter vann på 0,01 milligram. Store befolkningsgrupper har dermed blitt utsatt for en alt for stor eksponering av arsen i mange år. Resultatet er kroniske skinneksem (lepra-liknende symptomer) og økt kreftrisiko.

Jord som er forurenset med arsen kan renses ved å dyrke jorda med den kinesiske klatreplanten, Pteris vittata. Denne gror fort og kan absorbere opp til 5 % av tørrvekten arsen.

Det har lenge blitt brukt store mengder arsenikk til trykkimpregnering av tre mot forråtnelse og soppdannelse. I dag er denne bruken ikke tillatt; i stedet trykkimpregneres tre med kopperforbindelser som gir opphav til den kjente grønne fargen på slikt trevirke. Selv om undersøkelser viste at arsen ble vasket ut og dermed forhøyet arsenkonsentrasjoner i områder nær tømmer behandlet på denne måten, er hovedproblemet bruk av dette trevirket til oppvarming. Asken inneholder store mengder arsen og fatale ulykker har funnet sted hvor buskap eller mennesker har fått i seg slik aske.

Skutteruditt

Visste du at...

et av de viktigste arsenholdige mineralene ble oppdaget ved Skuterud i Modum i 1845?

[Foto: Rune Selbekk, Naturhistorisk museum, UiO.]

Skutteruditt, CoAs3, fra Modum.
Foto: Rune Selbekk, Naturhistorisk museum, UiO.

Et av de viktigste arsenholdige mineralene ble oppdaget ved Skuterud i Modum i 1845. Skutteruditter er i dag et fellesnavn for en klasse av forbindelser med sammensetning MAs3. Mineralet har en klar metallisk glans, og er tinnhvitt eller stålgrått. Skutterudittene er spesielt aktuelle i dag fordi de kan brukes i termoelektriske innretninger (som over).

Forfatter:  Svein Stølen

Finn nabogrunnstoff

Si P S
Ge As Se
Sn Sb Te

Vis alt om arsen

Arsen i periodesystemet

Visste du at...

Pb

Til tross for uttrykket ”tungt som bly” finnes det flere grunnstoffer som har større egenvekt enn bly, for eksempel gull, kvikksølv og platina.

Les mer om bly

App

Periodic Puzzle

Noen har rotet det til i periodesystemet. Du må flytte grunnstoffene tilbake på riktig plass.

Les mer:
Om Periodic Puzzle appen

Samarbeidspartner

Naturhistorisk museum

 


Les om periodesystemet (bakom-stoff, utdypende artikler)
Periodesystemet.no fra Kjemisk institutt, Universitetet i Oslo.   Idé: Dmitrij Ivanovitsj Mendelejev.
Prosjektledelse: Svein Stølen. Design: John Vedde.   Redaksjon     Rettigheter