As

Arseen


Omdat ze haast niet waren op te sporen, zijn arseenverbindingen lange tijd populaire gifstoffen geweest onder criminelen en ongeduldige erfgenamen. Tegelijkertijd werden ze gebruikt als ingrediënt van versterkende drankjes en brouwsels (bijvoorbeeld kaliumarsenaat) en in serieuze geneesmiddelen, onder andere voor syfilis. Het metalloïde is vandaag de dag een cruciale component in halfgeleiders voor zonnecellen, LED's en lasers. Het wordt daarbij vaak gecombineerd met elementen uit groep 3 (gallium en indium). Daarnaast is het een legeringselement voor lood. Puur arseen is het meest stabiel in een grijze, metaalachtige vorm, maar er is ook geel en zwart arseen.
Symbool As Protonen/elektronen 33
Groep 15 Isotopen 75As
Periode Elektronenconfiguratie [Ar] 4s2 3d10 4p3
Blok p Elektronegativiteit 2,2 (Pauling)
Bij kamertemperatuur vast Atoomstraal 121 10-12m
Dichtheid 5700 kg m-3 Relatieve atoommassa 74.9216
Smeltpunt 817 oC
(1090 K)
Soortelijke warmte J kg-1K-1
Kookpunt 614 oC
(887 (sublimeert) K)
Warmtegeleidingscoëfficiënt W m-1K-1

Lichtgevende diode

Lichtgevende diodes, kortweg LED???s (oorspronkelijk een afkorting van light emitting diodes), zijn opto-elektronische componenten opgebouwd uit halfgeleiders. Bij de zogenaamde p-n-over­gang zenden ze - afhankelijk van de gebruikte materialen - rood, oranje, geel, groen of blauw licht uit. LED's met galliumarsenide bijvoorbeeld, geven rood licht. Ook arseniden van germanium en indium worden toegepast.

 

Laserdiode

Een bijzondere variant van de LED is de laserdiode. Deze levert coherent, monochromatisch laserlicht met een relatief hoog vermogen (enkele Watts). De meestgebruikte rode laserdiodes bevatten galliumarsenide (GaAs). Dit is met afstand het meest gebruikte lasertype waarvan jaarlijks vele honderden miljoenen exemplaren worden geproduceerd. Je vindt de rode laserdiodes bijvoorbeeld in CD- en DVD-spelers.

Zonnecellen                                                              

Zonnecellen met laagjes galliumarsenide (GaAs) hebben een hoog rendement (ruim 25%). Vanwege hun relatief hoge prijs vind je ze vooral in 'high performance' toepassingen zoals in zonnepanelen voor de ruimtevaart (onder andere voor de Hubble-telescoop).

 

Deze zonnecellen worden ook toegepast in zonne-auto's voor de prestigieuze ???World Solar Challenge???. Vaak gaat het daarbij om 'space rejects', voor de ruimtevaart afgekeurde zonnecellen. De bekendste Nederlandse deelnemer aan deze race dwars door Australië (van Darwin naar Adelaide) is de Nuna, gebouwd door studenten van de Technische Universiteit Delft. De Nuna wist de race vier keer op rij te winnen. Overigens was de zesde versie van de Nuna uitgerust met silicium zonnecellen.

Meer toepassingen


Als element en in legeringen

  • metallurgie: verbeteren van koper- en loodlegeringen (onder andere de loodplaten van accu's)
  • Arseen-74 wordt gebruikt voor het lokaliseren van tumoren.

In verbindingen

  • IR-vensters                             GaAs, As2S3
  • keramiek                                 AsCl3
  • pigment                                 
    - orpiment of koningsgeel       As2S3
    - Parijs groen                          koperacetoarsenaat
  • vuurwerk                                 As4S4

Naam

De naam arseen is afgeleid van het Griekse arsenikon of het Latijnse arsenicum, voor gele verfstof. Het citroengele mine­raal orpi­ment (As2S3, foto) werd al in de Oudheid als pigmentstof gebruikt. Een diepere oorsprong voor de benaming is het Arabische az-zernik, dat kleurstof uit Perzië betekent. Ook het Perzische zemi, dat goudkleur betekent, staat met deze naam in verband.

 

Een andere veronderstelling is dat de naam is afgeleid van het Griekse arseni­kos, dat mannelijk betekent. Alchemisten kenden aan meta­len een mannelijk of vrouwelijk symbool toe, afhan­kelijk van de eigenschappen. Het toevoegen van arseen aan koper verhoogt de hardheid van dat metaal en daarom werd arseen met mannelijkheid geassocieerd.

Ontdekking

Arseenverbindingen werden al door de Grieken gebruikt als geneesmiddel, bijvoorbeeld arseentrioxide bij bloedarmoede. De mineralen orpiment en realgar werden in de Oudheid gebruikt als ontha­ringsmiddel en als grondstof in cosmetica. Arseen (realgar) werd ook gebruikt om zilveren voorwerpen een goudkleur te geven.

De zuivering van arseentrioxide is al rond 700 v. Chr. door Arabische alchemisten beschreven. Aan het eind van de negende eeuw beschreef de Arabische arts Abu Bekrer Razi de genezende werking van arseen(trioxide) bij bloedarmoede, huid- en zenuwaandoeningen.

 

De Duitse filosoof/theoloog/alchemist Albertus Magnus (foto) iso­leerde arseen al rond 1250. Hij verhitte arseen­sulfide (As2S3) met zeep, waar­bij arseen sublimeerde.

In 1649 bevatten alchemistisch handboeken twee bereidings­wij­zen voor het maken van elemen­tair arseen.

Pas veel later - in het begin van de negentiende eeuw - kwam structureel onderzoek naar het element arseen op gang, met name door de Zweedse chemicus Jöns Jacob Berzelius.

Voorkomen

Arseen is redelijk zeldzaam - het staat nummer 54 in de rangorde van voorkomen in de aardkorst. Het aandeel bedraagt 1,8.10-4 % op gewichtsbasis.

 

Het is aan te treffen in de vorm van het arsenide of sulfoarse­nide in een groot aantal mineralen, bijvoorbeeld:

  • allemontiet                              SbAs met As of Sb
  • arsenoliet                                As2O3
  • arsenopyriet                           FeAsS
  • claudetiet                                As2O3                                                             
  • gersdorffiet                             Ni­AsS                                    
  • kobaltiet                                  Co­AsS
  • niccoliet of nikkelien               NiAs
  • orpiment (foto)                        As2S3
  • proustiet                                 Ag3AsS3
  • rammelsbergiet                       NiAs2
  • realgar                                    AsS
  • saffloriet                                  (Co,Fe)As
  • sperryliet                                 PtAs2

Arseen wordt ook in 'gedegen' toestand (als metaal) aange­troffen.

Ook in zwavel, steenkool, aardolie, zee- en mineraalwa­ter komt arseen voor.

Winning

De belangrijkste wingebieden liggen in Frankrijk, Nami­bië, Rusland, Mexico, Peru, Canada, Taiwan, Japan, Duits­land, China, Portugal en Zweden.

Vroeger

Arseen werd bereid door arsenopyriet (FeAsS) te verhit­ten in een zuurstofvrije atmosfeer, waarbij arseen subli­meerde.

 

Tegenwoordig

Men bereidt arseenoxide (As2O3) vooral door reductie met koolstof. Het oxide is afkomstig uit erts of uit vliegas, ge­vormd bij het roosten van koper-, lood- of kobaltertsen. Het verkregen arseen is zo nodig te zuiveren door sublimatie.

Het verhitten van arsenopyriet (FeAsS) of löllingiet (FeAs2) tot 700 °C leidt ook tot de vorming van zuiver arseen. Deze methode alleen gebruikt om kleine hoeveelheden te verkrijgen, of om een dunne laag arseen op een spiegel aan te brengen.

Tenslotte levert de reductie van arseenchloride met waterstof zeer zuiver arseen, onder andere voor toegepassing in halfgeleiders.

Deel dit op: