Arsen

Eigenschaften des Elements

Stoffkonstanten und Häufigkeit des Vorkommens in der Natur

Dichte in	5,72
Härte nach Mohs	3 - 4
Schallgeschwindigkeit in
Schmelztemperatur in °C bei 2,75 mPa	817 p
spezifische Schmelzwärme in	369,72
Siedetemperatur in °C	613 subl.
spezifische Verdampfungswärme in	425,78
Standardentropie S0 in	35
Wärmeleitfähigkeit in	50,0
spezifische Wärmekapazität in	0,3285
Volumenausdehnungskoeffizient in 10- 3
spez. elektrischer Widerstand in	0,3355
Anteil in der Erdhülle in % (Atmosphäre, Wasser, Erdkruste bis 10 km Tiefe)	0,000 55

Schwarzes Arsen.

Nuklide des Elements

Ordnungszahl Z	Massenzahl A	Atommasse in u	Häufigkeit in %	Art der Strahlung und Energie in MeV	Halbwertszeit
33	74	73,923 933	künstlich	β : 0,9, β: 1,4	18 d
	75	74,921 596	100 %
	76	75,922 40	künstlich	β : 3,0	26,8 h
	77	76,920 65	künstlich	β : 0,7	38,8 h

Energieniveauschema

Weitere Eigenschaften

Arsen tritt in mehreren Modifikationen auf:

• Metallisches Arsen (a-Form) ist bei Raumtemperatur die stabile Form. Es ist eine stahlgraue, metallisch glänzende, undurchsichtige, spröde, rhomboedrisch kristallisierende Masse, die bei längerem Stehen an Luft schwarz wird.
• Gelbes Arsen (b-Form) ist eine metastabile, nichtmetallische Modifikation. Sie entsteht durch Abschrecken von Arsendampf und löst sich leicht in Kohlenstoffdisulfid auf. Gelbes Arsen bildet hellgelbe, durchsichtige, wachsartige, knoblachartig riechende, kubische Kristalle aus, aber schon bei geringer Energiezufuhr wandeln sich diese in graues Arsen um.
• Schwarzes Arsen ist eine schwarz glänzende glasartige und spröde Modifikation des Arsens. Sie leitet den elektrischen Strom nicht. Schwarzes Arsen kommt in mehreren nichtmetallischen Formen vor (b,g,e-Form). Arsen besitzt fünf Valenzelektronen und bildet daher in seinen Verbindungen mit elektronegativen Partnern die Oxidationsstufen +III und +V, mit elektropositiven Partnern dagegen die Stufe III aus. Arsen bildet mit den meisten Nichtmetallen starke kovalente Bindungen. Metallarsenide sind intermetallische oder legierungsartige Verbindungen.
• Graues Arsen ist an trockener Luft beständig. In feuchter Luft wird es jedoch oberflächlich oxidiert, dabei bildet sich eine gelbbronzene Trübung und schließlich ein schwarzer Belag. Von Wasser, alkalischen Lösungen oder nichtoxidierenden Säuren wird Arsen nicht angegriffen. Beim Erhitzen an Luft verbrennt Arsen zu Arsen(III)-oxid, wobei ein knoblauchartiger Geruch entsteht.

Entdeckung

Als Farbstoffe, Schminke oder als Haarentfernungsmittel waren Arsenverbindungen schon in der Antike bekannt. Das rote Arsensulfid wurde schon von THEOPHRAST (um 372 - 288 v. Chr.) erwähnt (er nannte es «Realgar»), und das gelbe Arsensulfid bezeichnete PLINIUS der Ältere (23 - 79 n. Chr.) als «Auripigment» (das bedeutet «das Goldfarbene»). 1250 beschrieb ALBERTUS MAGNUS (um 1193 - 1280) die Herstellung des Arsens, daher gilt er als der eigentliche Entdecker des Arsens. Auch PARACELSUS (16. Jh.) verwendete Arsenpräparate für medizinische Zwecke. Der Name Arsen stammt aus dem Griechischen und bedeutet soviel wie «kühn» oder «männlich». 1814 gab BERZELIUS dem Arsen das chemische Symbol As.

Vorkommen/Herstellung

Arsen steht an 47. Stelle der Elementhäufigkeit und gehört daher zu den selteneren Elementen der Erde. Arsen kommt z. B. spurenweise in Vulkangasen, Steinkohlen, Mineralwässern vor. Gediegen findet man Arsen nur in geringen Mengen in der Natur, z. B. als Scherbenkobalt oder Fliegenstein. Es tritt auch vergesellschaftet mit Antimon als Allemonit auf. In Form seiner Salze kommt es hauptsächlich vor, u. a. in den GUS-Staaten, in China, Schweden, Mexiko. Die technische Herstellung von metallischem Arsen erfolgt durch Erhitzen von Arsenkies oder Arsenikalkies unter Luftabschluss in liegenden Tonröhren. Arsen, das dabei sublimiert, wird in gekühlten tönernen Vorlagen aufgefangen und kondensiert. Durch Rösten an Luft werden die im Sulfidrückstand verbleibenden Arsenreste in Arsen(III)-oxid überführt. Das Trioxid wird anschließend durch Reduktion mit Aktivkohle in metallisches Arsen überführt. Hochreines Arsen, was man für die Halbleitertechnik benötigt, erhält man durch Kristallisation aus geschmolzenem Arsen oder durch Umwandlung in Arsenhydrid und dessen Zersetzung in Arsen und Wasserstoff bei hoher Temperatur. Für die Industrie ist die wichtigste Arsenquelle derzeit Arsenik, das in großen Mengen im Flugstaub beim Rösten anderer Erze wie Zinkblende, Kupferkies, Eisenkies etc. entsteht. Arsenik ist die wichtigste Ausgangssubstanz zur Herstellung aller weiteren Arsenverbindungen.

Verwendung

Metallisches Arsen findet hauptsächlich Verwendung als Legierungsbestandteil für Blei- und Kupferlegierungen. Durch Arsenzugabe steigt die Härte der Legierungen drastisch. In der Halbleitertechnologie verwendet man hochreines Arsen zur Dotierung von Silicium und Germanium sowie zur Herstellung von intermetallischen Verbindungen mit Aluminium, Gallium und Indium. Als Unkraut- und Schädlingsbekämpfungsmittel im großen Umfang in der Landwirtschaft kommen Arsenverbindungen u.a. noch in den USA zum Einsatz. Arsenverbindungen werden auch zur Herstellung von Farben verwendet, wobei die Arsensäure H3AsO4 als Trockenmittel genutzt wird. Andere Verbindungen des Arsens werden als Badezusatz zur Entfernung von Ungeziefer bei Rindern und Schafen benutzt. Wegen ihrer Giftigkeit finden Arsenverbindungen eine nicht unbedeutende Anwendung auch als Rattengift oder bei der Glaserzeugung zum Klären des Glasflusses und zur Konservierung von tierischen und pflanzlichen Stoffen.

Wichtige Verbindungen

Ähnlich wie beim Antimon sind unter den vielen bekannten anorganischen Verbindungen hervorhebenswert Arsen(III und V)-halogenide. Die wichtigsten Oxide sind As2O3 und As2O5. As2O3, Arsenik, war im Mittelalter ein beliebtes Gift, da es bis zum Eintreten des langsamen Todes die typischen Symptome einer langwierigen Krankheit hervorruft. In kleinen Dosen aufgenommen, wirkt es stimulierend, ruft aber Spätfolgen hervor. Die Säuren der Oxide, H3AsO3 und H3AsO4, sind bekannt, haben aber keine besondere praktische Bedeutung. Die anderen Arsenchalkogenide, As2S3, As2Se3 sind von untergeordneter praktischer Bedeutung. AsH3 ist beständiger als das Anrimonhydrid, aber ebenfalls extrem giftig. So wird Antimonweiß für hitzebeständige Anstriche, Goldschwefel und Antimonzinnober als Rohpigment für Kautschukwaren verwendet. Das Hydrid, SbH3, ist außerordentlich giftig und nicht sehr beständig.