Eigenschaft |
Wert / Beschreibung |
Elementsymbol |
As |
Ordnungszahl |
33 |
Elementgruppe |
Stickstoffgruppe (5. Hauptgruppe, 15. IUPAC-Gruppe) |
Periode |
4 |
Klassifikation |
Halbmetall (Metalloid) |
Aussehen |
Graues Arsen (stabil): Stahlgrau, metallisch glänzend, spröde |
Entdeckung |
Als elementare Form erstmals 1240 durch Albertus Magnus beschrieben (Verbindungen waren schon früher bekannt) |
Relative Atommasse |
Ca. 74,92 u |
Dichte |
5,73 g/cm}^3 (Graues Arsen) |
Schmelzpunkt |
817°C (unter hohem Druck) |
Sublimation |
Ca. 614 °C (unter Normaldruck – es geht direkt vom festen in den gasförmigen Zustand über) |
Elektronenkonfiguration |
Ar 3d^10 4s^2 4p^3 |
Arsen ist ein klassisches Halbmetall und steht in der 5. Hauptgruppe des Periodensystems (Stickstoffgruppe). Es vereint sowohl metallische als auch nichtmetallische Eigenschaften.
Arsen tritt in mehreren Modifikationen auf:
Graues Arsen: Dies ist die stabilste und häufigste Form. Es ist stahlgrau, metallisch glänzend und leitet elektrischen Strom (Halbleiter).
Gelbes Arsen: Eine instabile Form, die sich bei Raumtemperatur langsam in graues Arsen umwandelt. Arsendampf bei niedriger Temperatur besteht aus
As_4-Molekülen.
Schwarzes Arsen: Eine amorphe, glasartige und spröde Form.
Arsen bildet in seinen Verbindungen typischerweise die Oxidationsstufen +3 und +5, seltener –3.
Reaktion mit Luft: An der Luft oxidiert es langsam. Beim Erhitzen verbrennt es zu Arsentrioxid (As_2O_3, dem sogenannten Arsenik, einer hochgiftigen weißen Substanz.
Reaktion mit Wasserstoff: Es bildet Arsan (AsH_3), ein extrem giftiges Gas, das sich beim Erhitzen rasch in Arsen und Wasserstoff zersetzt (Grundlage der Marsh’schen Probe zum Nachweis von Arsen).
Arsen ist ein relativ häufiges Element in der Erdkruste und kommt meistens in sulfidischen Mineralien vor.
Vorkommen: Es ist häufig als Begleiter in Zink-, Blei- und Kupfererzen sowie in Mineralien wie Arsenkies (FeAsS) und Realgar (As_4S_4) enthalten.
Gewinnung: Elementares Arsen wird meistens durch Erhitzen von Arsenkies unter Luftabschluss gewonnen. Dabei sublimiert das Arsen ab. Kommerziell wird Arsen häufig als Nebenprodukt bei der Verhüttung von Buntmetallerzen (z. B. Zinkerzen) gewonnen.
Die Anwendung von Arsen ist aufgrund seiner Toxizität stark reglementiert und begrenzt, aber es hat wichtige industrielle Verwendungszwecke:
Halbleitertechnik: Dies ist die wichtigste moderne Anwendung. Arsen ist ein Dotierungsmittel und wird zur Herstellung von Halbleiterverbindungen wie Galliumarsenid (GaAs) verwendet. GaAs ist für Hochfrequenzschaltungen, Laser, Leuchtdioden (LEDs) und bestimmte Solarzellen unverzichtbar, da es bessere elektronische Eigenschaften als Silicium in bestimmten Bereichen aufweist.
Legierungen: Arsen wird Legierungen (z. B. aus Blei oder Kupfer) beigemischt, um deren Härte zu erhöhen.
Medizin: Die hochgiftige Verbindung Arsentrioxid (As_2O_3) wird heutzutage in der Behandlung bestimmter aggressiver Leukämieformen (Krebs) eingesetzt.
Historisch: Früher war Arsen (besonders Arsentrioxid) berühmt-berüchtigt als Gift ("Arsenik") sowie als Bestandteil von Pigmenten, Pestiziden, Herbiziden und zur Holzkonservierung. Diese Verwendungen sind heute weitestgehend verboten.
Anorganisches Arsen ist hochgiftig und von der Internationalen Agentur für Krebsforschung (IARC) als krebserregend beim Menschen eingestuft ($\text{H}350$).
Toxizität: Arsen stört grundlegende biochemische Prozesse in den Zellen. Das giftigste und am längsten bekannte Toxin ist das weiße Pulver Arsentrioxid ($\text{As}_2\text{O}_3$). Bereits geringe Mengen können tödlich sein.
Chronische Aufnahme: Eine langfristige Aufnahme von anorganischem Arsen, z. B. über kontaminiertes Trinkwasser oder Lebensmittel (insbesondere Reis), kann zu Hautschädigungen, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Atemwegserkrankungen und verschiedenen Krebsarten führen (Haut-, Blasen- und Lungenkrebs).
Vorkommen in Lebensmitteln: Da Arsen ein natürlicher Bestandteil der Erdkruste ist, gelangt es in Böden und Wasser. Es kann von Pflanzen aufgenommen werden. Besonders Reis neigt dazu, Arsen anzureichern, was in einigen Regionen ein Gesundheitsproblem darstellt.