Arsenik (As)

Arsenik (As), periyodik tablonun 15. grubunda yer alan, atom numarası 33 olan bir metaloiddir. Hem metalik hem de ametalik özellikler gösteren bu element, doğada yaygın olarak sülfürlü minerallerle birlikte bulunur ve çeşitli oksidasyon basamaklarında kararlı bileşikler oluşturur. Tarih boyunca zehir olarak ün kazanmış arsenik, aynı zamanda endüstriyel, tarımsal ve tıbbi uygulamalarda da kullanılmıştır. Fiziksel ve kimyasal özellikleri, çevresel yayılımı ve biyolojik etkileri nedeniyle bilimsel açıdan dikkatle incelenen bir elementtir.

Keşfi

Arsenik bileşikleri antik çağlardan beri bilinmekte olup, elemental arsenik ilk kez 13. yüzyılda Albertus Magnus tarafından tanımlanmıştır. Ancak modern anlamda serbest arsenik, 17. yüzyılda Alman eczacı Johann Schroeder tarafından arsenik oksidinin taş kömürü ile indirgenmesiyle elde edilmiştir. Arsenik, simya döneminde uçucu cevherler arasında sınıflandırılmış ve metallerin ayrıştırılmasında kullanılmıştır.

Sınıflandırma ve Temel Özellikler

Arsenik, metaloid sınıfında yer alır ve hem ametal hem de metal özellikleri gösterir. Periyodik tabloda 4. periyotta ve 15. grupta bulunur. Elektron dizilimi [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p³ şeklindedir. Atom yarıçapı yaklaşık 1.85 Å, yoğunluğu 5.75 g/cm³’tür. Oda sıcaklığında katı halde bulunur ve gri, sarı ve siyah olmak üzere üç allotropik formu vardır. En kararlı ve yaygın formu gri arseniktir.

Fiziksel ve Kimyasal Özellikler

Arsenik 613 °C’de süblimleşir; yani katı halden doğrudan gaz fazına geçer. Erime noktası 817 °C olarak verilse de bu değer yüksek basınç altında ölçülmüştür. Havada ısıtıldığında arsenik trioksit (As₂O₃) oluşturur. Asitlerle genellikle reaksiyona girmezken, oksitleyici ajanlarla kolayca tepkime verir. Arsenik, hem arsenit (As³⁺) hem de arsenat (As⁵⁺) formlarında bileşikler oluşturur. Bu bileşikler çevrede ve canlı sistemlerde farklı toksisite ve mobilite özellikleri gösterir.

Elektronegatifliği ve Reaktivitesi

Pauling elektronegatiflik değeri 2.18 olan arsenik, orta düzeyde elektronegatif bir elementtir. Oksidasyon basamakları −3, 0, +3 ve +5’tir. En yaygın ve kararlı formlar +3 ve +5’tir. Arsenik, hem indirgen hem de yükseltgen bileşikler oluşturabilir. Arsine (AsH₃) gibi gaz formundaki bileşikleri oldukça toksiktir ve endüstriyel işlemler sırasında oluşabilir.

İzotopları

Doğada bulunan tek kararlı izotopu ⁷⁵As’tir. Bunun dışında As-72, As-74 ve As-76 gibi radyoaktif izotopları tıbbi tanı yöntemlerinde kullanılmaktadır. Bu izotoplar kısa ömürlü olup, genellikle laboratuvar ortamında üretilir.

Doğadaki Bulunuşu ve Bileşikleri

Arsenik doğada genellikle sülfürlü minerallerle birlikte bulunur. En yaygın minerali arsenopirit (FeAsS) olup, bunun dışında realgar (As₄S₄), orpiment (As₂S₃), scorodit (FeAsO₄·8H₂O) gibi arsenik içeren mineraller de mevcuttur. Arsenik, yer altı sularında çözünmüş formda bulunabilir ve bu durum özellikle jeotermal bölgelerde içme suyu kaynaklarında sağlık riski oluşturabilir. Toprakta arsenik konsantrasyonu 0.1–40 ppm arasında değişebilir.

Biyolojik Rolü ve Canlılar İçin Önemi

Arsenik insanlar için esansiyel bir element değildir. Özellikle inorganik arsenik bileşikleri toksik ve kanserojen etki gösterir. Uzun süreli maruziyet; deri lezyonları, kardiyovasküler hastalıklar ve çeşitli kanser türleriyle ilişkilendirilmiştir. Arsenik, vücutta saç ve tırnak gibi keratinli dokularda birikir. Bazı mikroorganizmalar arsenik bileşiklerini metabolize edebilir ve çevresel arsenik döngüsünde rol oynarlar. Organik arsenik bileşikleri (örneğin arsenobetaine) genellikle daha az toksiktir ve deniz ürünlerinde yaygın olarak bulunur.

Kullanım Alanları

Arsenik, tarih boyunca pigment, ilaç ve zehir olarak kullanılmıştır. Günümüzde kullanım alanları şunlardır:

Yarı iletken endüstrisi: Gallium arsenide (GaAs), yüksek performanslı elektronik cihazlarda kullanılır.

Tarım: Geçmişte pestisit olarak kullanılan arsenik bileşikleri (örneğin Paris yeşili, kurşun arsenat) günümüzde yasaklanmıştır.

Ahşap koruma: Çinko ve krom arsenatlar, ahşapların bozulmasını önlemek amacıyla kullanılır.

Tıp: Geçmişte frengi tedavisinde kullanılmış; günümüzde bazı izotopları tanı amaçlı kullanılmaktadır.

Cam ve alaşım üretimi: Arsenik, özel camların üretiminde ve alaşımların dayanıklılığını artırmak için kullanılır.

Çevresel ve Toplumsal Etkileri

Arsenik, özellikle içme suyundaki varlığı nedeniyle küresel ölçekte bir halk sağlığı sorunu olarak kabul edilmektedir. Dünya genelinde 200 milyondan fazla insan, arsenik konsantrasyonu 10 µg/L’nin üzerinde olan içme suyuna maruz kalmaktadır. Bu durum, arsenik kaynaklarının jeolojik ve endüstriyel kökenli olmasıyla ilişkilidir. Arsenik kirliliği, özellikle Güney Asya, Çin ve bazı Latin Amerika ülkelerinde ciddi sağlık sorunlarına yol açmaktadır.