Priče o elementima #7: Arsen – otrov u svim bojama

Arsen je kemijski element koji je poznat od pamtivijeka, a ipak je otkriven tek u 13. stoljeću. Kako je to moguće?

Moguće je jer je kemijski element bio pojam posve nepoznat kako alkemičarima tako i prvim kemičarima nakon njih (koji se zovu i chymists, kimičari). Arsenovi spojevi i arsenove legure s bakrom (o čemu sam pisao u 2. nastavku ove serije) bile su naime poznate, ali poznate kao tvari, ali ne kao čiste tvari u modernom smislu, nešto što se sastoji od istovrsnih atoma ili molekula. Za elementarni su arsen znali još egipatski protokemičari, ali su ga smatrali nekom vrstom žive. Grci i Rimljani su poznavali arsenik (arsenicum album), popularni otrov iz romana Agathe Christie te, dakako, arsenove minerale realgar (sandarake) i auripigment (arsenikon, arsenicum). Očito su ta dva minerala poznavali Židovi i Perzijaci jer riječ arsenikon (kao i naše arsen) potječe iz tih jezika. Štoviše, sve su četiri čiste tvari, arsen (As), auripigment (As₂S₃), realgar (AsS) i arsenik (As₂O₃) činile stepenice alkemičara prema njihovom konačnom cilju, a to je, naravno, pravljenje zlata.

Boja je ono što prvo primjećujemo, ali ona je zapravo sekundarno svojstvo stvari i tvari; supruga nekog profesora književnosti, ljuta što mu knjige leže razbacane svuda po stanu, digla ih je s poda i uredno složila: crvene knjige na jednu, plave na drugu, a žute na treću policu! Kako je rečena gospođa gledala na knjige, tako su alkemičari gledali na tvari, a da pravo kažem, nisu ih ni mogli gledati drugačije. Ako imate dva bijela praha, kako ćete znati da nije riječ o istoj tvari? Kako ćete vidjeti (kemijsku) promjenu ako se bijelo pretvorilo u bijelo ili crno u crno? Je li se uopće dogodila promjena?

Nasuprot većini kemijskih spojeva, arsenovim spojevima boja ne manjka. Žarenjem crvenog realgara ili žutog auripigmenta u zraku dobiva se bijeli arsenik, a njegovom redukcijom ugljenom dobiva se crni arsen. Sve se lijepo vidi: žuto (ili crveno) prelazi u bijelo, a bijelo u crno (žuto → bijelo → crno), baš kao da slijedi uputu alkemičara za priređivanje zlata. Prema naputku aleksandrijskih alkemičara (protokemičara) zlato se naime dobivalo tako da je ishodnu tvar trebalo pretvoriti u nešto crno, zatim crno pretvoriti u bijelo, bijelo u žuto i na kraju žuto u crveno („četiri stupnja bojenja“). Ne treba imati mnogo mašte, a ne treba znati ni mnogo kemije da se napiše arsen → arsenik → auripigment → realgar ili, kemijski određenije, As → As₂O₃ → As₂S₃ → AsS. Problem koji bi kemičar vidio u ovim reakcijama je njihov slijed, a posebice je zagonetno kako dobiti alementarani arsen (crn) iz njegovih obojenih spojeva. Valjda zbog toga i nisu dobili zlato!

No vratimo se suvremenoj kemiji. Arsen je neobičan već po tome što nije ni metal ni nemetal ili – točnije – on je i metal i nemetal, dakle (najtočnije) polumetal. Pojavljuje se dakako u dvije alotropske modifikacije, metalnoj i nemetalnoj. Metalna modifikacija može biti crna (amorfni arsen) ili čelično siva (kristalni arsen), no ako se arsenove pare naglo ohlade dobiva se – opet promjena boje! – njegova nemetalna, žuta modifikacija. No žuta modifikacija arsena (As₄) stajanjem posivi, pretvara se u metalni arsen, jer je nemetalna modifikacija metastabilna.

Arsen je, zna svatko tko je pogledao periodni sustav elemenata, kemijski element 15. ili 5B skupine, što znači da je najsličniji dušiku i fosforu. Njegova se nemetalna narav vidi po tome što postoji arsenasta kiselina (HAsO₂), analogna dušičastoj kiselini (HNO₂), i arsenska kiselina (H₃AsO₄), analogna fosfornoj kiselini (H₃PO₄). Spojevi arsena su, znamo, otrovni ali soli arsenske kiseline, arsenati, to ne moraju biti!

Riječ je o tome da arsenati mogu poslužiti crijevnim bakterijama kao izvor kisika, pa ako imamo jaku „arsenovu crijevnu floru“ arsen nam neće nauditi, jer ćemo ga izbaciti iz tijela zajedno s bakterijama. No za tako što, za ječanje crijevne flore treba svakodnevno konzumirati arsen – što nikome ne bih preporučio. To opet ne znači da mnogi i ne znajući razvijaju otpornost na arsen i ne znajući da to čine. Može se naime dogoditi da u vodi za piće ima arsena (jer su arsenovi minerali vrlo rasprostranjeni), što može biti jako opasno, budući da je arsen jak otrov, a usto je i kancerogen. Najveći slučaj trovanja vodom bogatom arsenom dogodio se u Bangladešu sedamdesetih godina prošloga stoljeća, kada su Bangladešani počeli – na nagovor zdravstvenih radnika – kopati dublje bunare kako bi se zaštitili od površinskih fekalnih voda. Dobili su doduše vodu bez bakterija, ali zato s mnogo arsena (50 mg m^-3), što je pet puta više od maksimalno dozvoljene koncentracije (10 mg m^-3). Na kraju je sve završilo kroničnim trovanjem 60 milijuna ljudi koji su pili arsenom onečišćenu vodu. Sada vodu prije pića čiste od arsena, pa je sve OK.

Osim žrtava iz romana Agathe Christie, žrtva, no ovaj put svojevoljnog trovanja arsenom, je i Mademe Bovary iz istoimenog Flaubertova romana. No to su žrtve neukih trovatelja. Akutno trovanje arsenom, dakle jednom jakom, smrtonosnom dozom (0,2 – 0,3 g As₂O₃), lako se prepoznaje po teškim simptomima (povraćanje, proljev, grčevi, cijanoza), što nije slučaj s kroničnim trovanjem, dakle dugotrajnim trovanjem malim dozama. No nemojte misliti da se i to ne može otkriti! Arsen se naime akumulira u tijelu, pa se iz analize krvi, a posebice iz analize kose može vidjeti da je netko bio izložen arsenu. Arsen su našli i u čuperku iz Napoleonove kose, pa se mnogo pisalo o tome da je namjerno trovan za vrijeme zatočeništva na otoku Sveta Helena. Možda i jest tako, pa opet ne mora biti.

Riječ je o tome da su u Napoleonovo doba tapete mazali Schweinfurtskim zelenilom, bakrovim(II) arsenitacetatom, kako bi spriječili da se ispod njih gnijezde stjenice. Stjenice i njihova legla su time uništili, ali su dali hranu bakterijama. Bakterije su pak pretvarale arsenit (AsO₂^–) u arsin (AsH₃), spoj arsena s vodikom analogan amonijaku (NH₃) i fosfinu (PH₃). Arsin je plin (mirisa na češnjak), baš kao i spomenuta dva hidrida, pa je prodirao kroz tapete u sobu i trovao sve koji su se u njoj nalazili. Da bude još i gore, od trovanja arsenom kroz pluća ne mogu nas zaštititi crijevne bakterije, a i otrovi koji dolaze u tijelo plućima opasniji su od onih koji dolaze kroz želudac. Danas se više tapete ne premazuju bakrovim(II) arsenitacetatom, ali se arsena svejedno treba čuvati. Osim u vodi, ima ga u dosta u ribi.

I na kraju, da odgovorim na pitanje na koje vodi prva rečenica ovog članka: „Tko je otkrio arsen?“ Otkrio ga je u 13. stoljeću njemački alkemičar Albert Veliki ili, latinski, Albertus Magnus (1200. – 1280.), učitelj Tome Akvinskog i jedan o četiri „doktora“ (Doctor universalis) srednjovjekovne skolastike. On je naime grijanjem arsenika sa sapunom priredio arsen u elementarnom, metalnom stanju, te mu opisao svojstva. Ovdje je očito riječ o redukciji i to vrlo neobičnoj, jer – da vam pravo kažem – još nisam čuo da bi netko upotrijebio sapun kao redukcijsko sredstvo.

Nenad Raos, rođen u Zagrebu 1951., je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, sada u mirovini. Bio je pročelnik Sekcije za izobrazbu Hrvatskog kemijskog društva, glavni urednik časopisa Priroda i urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Piše za časopis Čovjek i svemir, te mrežne stranice Panopticum i, naravno, Bug-online. Autor je 16 znanstveno-popularnih knjiga, od kojih treba izvojiti „Kemijski leksikon u stripu“, „Metali života – metali smrti“ te „Kemičar u kući – kemija svakodnevnog života“.