Arsen

Arsen - Symbol As, Ordnungszahl 33 - ist ein zu den Halbmetallen zählendes chemisches Element der Stickstoffgruppe (5. Hauptgruppe).

Das in verschiedenen allotropen Modifikationen (Graues, Gelbes, Schwarzes und Braunes Arsen) auftretende Element kommt auf der Erde, wenn auch nur in geringen Konzentrationen, praktisch überall vor. Neben den arsenhaltigen Mineralien gibt es auch eine Reihe Fundorte, an denen Arsen in metallischer Form (gediegen) zu finden ist. Quelle für den industriellen Bedarf an Arsen ist die Cu-, Pb-, Co- und Au-Gewinnung; As fällt hier als Nebenprodukt an.

Der chemische Grundstoff ist in Form seiner Mineralien und Verbindungen bereits seit der Antike bekannt; die Isolierung des reinen Halbmetalls gelang vermutlich erstmals im 13. Jahrhundert. Allgemein bekannt ist das Arsen insbesondere als Gift aus Kriminalfällen; in neuerer Zeit stehen das Arsen und seine Verbindungen als Umweltgifte in der Kritik.

 

Übersicht: Allgemeine Daten zum Arsen

 

Das As-Atom - und damit das chemische Element Arsen - ist eindeutig durch die 33 positiv geladenen Protonen im Atomkern definiert. Für den elektrischen Ausgleich im ungeladenen Arsen-Atom sorgt die gleiche Anzahl an Elektronen.

Für Unterschiede bei den Atomkernen sorgen die Kernbausteine der Neutronen. Diese Atomsorten werden unter dem Begriff Arsen-Isotope bzw. Arsen-Nuklide zusammengefasst (Isotopen-Daten: siehe dort).

Die irdischen Arsen-Vorkommen bestehen aus nur einem Isotop; die relative Atommasse wird mit 74,921595(6) u angegeben.

 

Elektronenkonfiguration

Symbol

OZ

Kurzform

1s

2s

2p

3s

3p

3d

4s

4p

4d

4f

As

33

[Ar] 3d10 4s2 4p3

2

2

6

2

6

10

2

3

 

Ionisierungsenergien

Die folgende Tabelle listet die Bindungsenergien bzw. die Ionisierungsenergien IE, also die erforderliche Energie in Elektronenvolt (eV), um ein bestimmtes Elektron von einem Arsen-Atom zu trennen.

1. IE:

9,7886 eV

2. IE:

18,5892 eV

3. IE:

28,351 eV

4. IE:

50,13 eV

5. IE:

62,63 eV

6. IE:

127,6 eV

 

Elektronenbindungsenergie

Die nachfolgende Tabelle listet die Elektronenbindungsenergien der einzelnen Arsen-Elektronen in den jeweiligen Orbitalen auf. Die Werte sind in Elektronenvolt (eV) angegeben.

K	LI	LII	LIII
1s	2s	2p1/2	2p3/2
11867	1527,0	1359,1	1323,6

 

MI	MII	MIII	MIV	MV
3s	3p1/2	3p3/2	3d3/2	3d5/2
204,7	146,2	141,2	41,7	41,7

 

Weitere Daten

 

Spektrallinien des Arsens

Die nachfolgende Abbildung zeigt ein Emissionsspektrum des Arsens mit den charakteristischen Spektrallinien im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 400 und 700 nm:

 

 

Chemische Daten

 

Standardpotentiale

Normalpotential des Arsens:

E0 (V)	Nox	Name Ox.	Ox.	e-	⇔	Red.	Name Red.	Nox
-0,23	0	Arsen	As (s) + 3 H+	+ 3 e-	⇔	AsH3 (g)	Arsenwasserstoff	- III
0,24	+ III	Arsenige Säure	H3AsO3 (aq) + 3 H+	+ 3 e-	⇔	As (s) + 3 H2O	Arsen	0
0,56	+ V	Arsensäure	H3AsO4 (aq) + 2 H+	+ 2 e-	⇔	H3AsO3 (aq) + H2O	Arsenige Säure	+ III

 

Die nachfolgende Übersicht führt einige physikalische Daten sowie Materialeigenschaften des reinen Arsens auf.

 

Die drei am häufigsten vorkommenden Arsen-Allotrope sind das graue, das gelbe und und das schwarze Arsen, wobei die graue Modifikation auf Grund der höheren Stabilität dominiert.

Das graue α-Arsen (Raumgruppe R3m, Nr. 166) nimmt eine Doppelschichtstruktur an, die aus vielen ineinandergreifenden, unebenen Sechsringen besteht. Aufgrund der schwachen Bindung zwischen diesen Schichten ist graues Arsen spröde und hat eine relativ niedrige Mohs-Härte von 3,5. Die nächstgelegenen Nachbaratome bilden einen verzerrten oktaedrischen Komplex, wobei sich die drei Atome derselben Doppelschicht etwas näher sind als die drei Atome in der nächsten Schicht. Diese relativ enge Packung führt zu einer hohen Dichte von 5,73 g cm^-3. Graues Arsen ist halbmetallisch, wird jedoch zu einem Halbleiter mit einer Bandlücke von 1,2 - 1,4 eV, wenn er amorphisiert wird.

Das Gelbe Arsen ist weich und wachsartig. Die Atome sind in As₄-Strukturen - ähnlich dem Tetraphosphor P₄ - angeordnet. Beide Moleküle bestehen aus vier Atomen, die in einer tetraedrischen Struktur angeordnet sind, in der jedes Atom durch eine Einfachbindung an die anderen drei Atome gebunden ist. Dieses instabile Allotrop ist molekular, am flüchtigsten, am wenigsten dicht (1,97 g cm^-3) und am giftigsten. Festes gelbes Arsen entsteht durch schnelles Abkühlen von Arsendampf; durch die Einwirkung von Licht wandelt es sich jedoch rasch in die graue Modifikation um.

Schwarzes Arsen ähnelt in seiner Struktur dem schwarzen Phosphor und kann auch durch Abkühlen von As-Dampf bei etwa 100 bis 220 °C oder durch Kristallisation von amorphem Arsen in Gegenwart von Quecksilberdämpfen hergestellt werden. Es ist glasig spröde und ein schlechter elektrischer Leiter; Dichte 4,7 - 5,1 g cm^-3.

 

(Allgemeine Hinweise ohne Gewähr auf Richtigkeit und Vollständigkeit)

H301+H331 - Giftig bei Verschlucken oder Einatmen.

H410 - Sehr giftig für Wasserorganismen mit langfristiger Wirkung.

 

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Informationen, Daten zum Element

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Gruppenelemente - Informationen

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Einzelne Verbindungen

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Synthese, Herstellung, Produktion

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Analyse und Bestimmung

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Mineralogie

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Umweltchemie

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Toxikologie, Medizin, Physiologie

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Lebensmittelchemie

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Kategorie: Chemische Elemente

Aktualisiert am 24.01.2020.

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