Arsen – Steckbrief

Stellung im Periodensystem

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Vorkommen und Gewinnung

Arsen kommt in der Erdkruste in vielen Mineralien vor, meist mit Schwefel und Metallen verbunden. Das häufigste ist Arsenkies, ein Eisen-Arsen-Sulfid (FeAsS). Auffällig sind die leuchtenden Arsensulfide: Realgar ist rot, Auripigment goldgelb. Beide wurden früher als Farbpigmente genutzt.

Arsenverbindungen kennt man seit der Antike. Das Element selbst stellte nach der Überlieferung im dreizehnten Jahrhundert der Gelehrte Albertus Magnus aus Arsensulfid her. Ein genaues Entdeckungsjahr gibt es nicht.

Arsen wird heute fast nur als Nebenprodukt gewonnen, wenn man Kupfer-, Blei- und Golderze verhüttet. Beim Rösten der Erze entsteht Arsentrioxid As₂O₃, ein weißes Pulver, das als Flugstaub anfällt. Es wird abgetrennt und ist der Ausgangsstoff für fast alle anderen Arsenverbindungen. Das Metalloid selbst entsteht, wenn man das Oxid mit Kohle reduziert.

Auch in der Umwelt kommt Arsen natürlich vor. Es löst sich aus arsenhaltigem Gestein ins Grundwasser, besonders in Bangladesch, in Westbengalen und in Teilen Südamerikas. Dort trinken viele Menschen seit Jahrzehnten belastetes Wasser aus Brunnen. In Deutschland wird das Trinkwasser überwacht. Der Grenzwert liegt derzeit bei zehn Mikrogramm je Liter und sinkt bis 2036 auf vier.

Eigenschaften und Reaktionen

Arsen steht in Periode 4 und Gruppe 15, in der Stickstoffgruppe unter Phosphor. Seine Elektronenkonfiguration ist [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p³, mit 5 Valenzelektronen. Die Elektronegativität beträgt 2,18. Die übliche graue Form hat eine Dichte von 5,776 g/cm³ und leitet Strom nur mäßig. Sie besteht aus gewellten Schichten, ähnlich wie schwarzer Phosphor. Es gibt auch ein gelbes Arsen aus As₄-Molekülen, das sich aber im Licht rasch in die graue Form umwandelt.

Beim Erhitzen schmilzt Arsen unter normalem Druck nicht. Es sublimiert, geht also bei 614 °C direkt vom festen in den gasförmigen Zustand über. Flüssig wird Arsen nur unter hohem Druck, dann liegt der Schmelzpunkt bei 817 °C. Die Dämpfe riechen nach Knoblauch. An der Luft verbrennt Arsen mit bläulicher Flamme zu Arsentrioxid.

Meist hat Arsen die Oxidationszahl plus drei oder plus fünf, in Arseniden wie Galliumarsenid und im Arsenwasserstoff minus drei. Die dreiwertigen Arsenverbindungen sind meist giftiger als die fünfwertigen. Arsen bindet sich an Schwefelgruppen in Eiweißen und blockiert dadurch Enzyme, die für den Energiestoffwechsel der Zellen nötig sind. Das ist die Ursache der Giftwirkung. Chronische Aufnahme kann zu Hautveränderungen und Krebs führen; anorganische Arsenverbindungen gelten als krebserzeugend für den Menschen.

Arsenwasserstoff AsH₃ ist ein farbloses, extrem giftiges Gas, das aus Arsenverbindungen und frisch gebildetem Wasserstoff entsteht. Auf ihm beruht der Marsh'sche Test aus dem Jahr 1836: Arsen aus einer Probe wird zu Arsenwasserstoff umgesetzt und als schwarzer Spiegel nachgewiesen.

Verwendung in Alltag und Technik

Der wichtigste technische Einsatz ist die Halbleitertechnik. Galliumarsenid ist schneller als Silicium und leuchtet, wenn Strom fließt. Es findet sich in Hochfrequenzbauteilen, Infrarot- und Laserdioden und in Solarzellen für Raumfahrt. In Silicium dient Arsen als Dotierstoff, der zusätzliche Elektronen liefert.

Kleine Mengen Arsen härten Blei in Akkuplatten und Bleikugeln. Früher waren Arsenverbindungen auch als Schädlingsbekämpfung und Holzschutz im Einsatz. Das gilt heute als zu gefährlich und ist weitgehend verboten. Die Anwendung als Farbstoff hat eine traurige Vorgeschichte: Das Kupferarsenit Scheeles Grün färbte im neunzehnten Jahrhundert Tapeten und Kleider. Bei Feuchtigkeit können daraus giftige Arsenverbindungen entstehen.

Arsen hat auch Gutes bewirkt. Paul Ehrlich und Sahachirō Hata fanden 1909 mit Salvarsan eines der ersten synthetischen Arzneimittel, das gegen die Syphilis half. Heute nutzt man Arsentrioxid in streng kontrollierter Dosis zur Behandlung einer seltenen Form von Blutkrebs.

Arsen ist für den Menschen kein lebenswichtiges Spurenelement, anders als Selen. Wer Reis oder bestimmte Algen isst, nimmt geringe Mengen auf, denn Reispflanzen und manche Algen reichern Arsen an. Fachbehörden raten, die Aufnahme möglichst gering zu halten: Säuglinge und Kleinkinder sollten nicht überwiegend Reisprodukte bekommen, und von der Alge Hijiki wird abgeraten. Arsen und seine anorganischen Verbindungen sind sehr giftig und krebserzeugend, deshalb gehören sie nicht in Schulversuche und nicht in Privathände.

Moleküle mit diesem Element

• Natriumarsenit NaAsO₂3D ansehen
• Kaliumdihydrogenarsenat KH₂AsO₄3D ansehen
• Mononatriummethanarsonat CH₃AsO₃HNa3D ansehen

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Häufige Fragen