Arsen

Halaman ini berisi artikel tentang unsur kimia. Untuk racun yang biasa disebut "arsen", lihat arsen trioksida.

Arsen, arsenik, arsenikum atau warangan adalah sebuah unsur kimia dengan lambang As dan nomor atom 33. Arsen terdapat dalam banyak mineral, biasanya dalam kombinasi dengan belerang dan beberapa logam, tetapi juga sebagai kristal elemental murni. Arsen adalah sebuah metaloid. Ia memiliki berbagai alotrop, tetapi hanya bentuk abu-abu, yang memiliki penampilan metalik, yang penting bagi industri.

33As Arsen
Sampel arsen elemental
Garis spektrum arsen
Sifat umum
Pengucapan	/arsèn/ /arsènik/
Alotrop	abu-abu (paling umum), kuning, hitam (lihat alotrop arsen)
Penampilan	abu-abu metalik
Arsen dalam tabel periodik
33As Hidrogen Helium Lithium Berilium Boron Karbon Nitrogen Oksigen Fluor Neon Natrium Magnesium Aluminium Silikon Fosfor Sulfur Clor Argon Potasium Kalsium Skandium Titanium Vanadium Chromium Mangan Besi Cobalt Nikel Tembaga Seng Gallium Germanium Arsen Selen Bromin Kripton Rubidium Strontium Yttrium Zirconium Niobium Molybdenum Technetium Ruthenium Rhodium Palladium Silver Cadmium Indium Tin Antimony Tellurium Iodine Xenon Caesium Barium Lanthanum Cerium Praseodymium Neodymium Promethium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantalum Tungsten Rhenium Osmium Iridium Platinum Gold Mercury (element) Thallium Lead Bismuth Polonium Astatine Radon Francium Radium Actinium Thorium Protactinium Uranium Neptunium Plutonium Americium Curium Berkelium Californium Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson P ↑ As ↓ Sb germanium ← arsen → selenium Lihat bagan navigasi yang diperbesar
Nomor atom (Z)	33
Golongan	golongan 15 (pniktogen)
Periode	periode 4
Blok	blok-p
Kategori unsur	metaloid
Berat atom standar (Ar)	74,921595±0,000006 74,922±0,001 (diringkas)
Konfigurasi elektron	[Ar] 4s2 3d10 4p3
Elektron per kelopak	2, 8, 18, 5
Sifat fisik
Fase pada STS (0 °C dan 101,325 kPa)	padat
Titik sublimasi	887 K ​(615 °C, ​1137 °F)
Kepadatan mendekati s.k.	5,727 g/cm3
saat cair, pada t.l.	5,22 g/cm3
Titik tripel	1090 K, ​3628 kPa
Titik kritis	1673 K, ? MPa
Kalor peleburan	abu-abu: 24,44 kJ/mol
Kalor penguapan	34,76 kJ/mol (?)
Kapasitas kalor molar	24,64 J/(mol·K)
Tekanan uap P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k pada T (K) 553 596 646 706 781 874
Sifat atom
Bilangan oksidasi	−3, −2, −1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 (oksida agak asam)
Elektronegativitas	Skala Pauling: 2,18
Energi ionisasi	ke-1: 947,0 kJ/mol ke-2: 1798 kJ/mol ke-3: 2735 kJ/mol (artikel)
Jari-jari atom	empiris: 119 pm
Jari-jari kovalen	119±4 pm
Jari-jari van der Waals	185 pm
Lain-lain
Kelimpahan alami	primordial
Struktur kristal	​rombohedron
Ekspansi kalor	5,6 µm/(m·K) (pada s.k.)
Konduktivitas termal	50,2 W/(m·K)
Resistivitas listrik	333 nΩ·m (suhu 20 °C)
Arah magnet	diamagnetik
Suseptibilitas magnetik molar	−5,5×10−6 cm3/mol
Modulus Young	8 GPa
Modulus curah	22 GPa
Skala Mohs	3,5
Skala Brinell	1440 MPa
Nomor CAS	7440-38-2
Sejarah
Penemuan	alkemis Arab (sebelum 815 M)
Isotop arsen yang utama
Iso­top Kelim­pahan Waktu paruh (t1/2) Mode peluruhan Pro­duk 73As sintetis 80,3 hri ε 73Ge γ – 74As sintetis 17,8 hri ε 74Ge β+ 74Ge γ – β− 74Se 75As 100% stabil

Penggunaan utama arsen adalah paduan timbal (misalnya dalam aki mobil dan amunisi). Arsen adalah dopan tipe-n yang umum dalam perangkat elektronik semikonduktor. Ia juga merupakan komponen dari semikonduktor majemuk III–V galium arsenida. Arsen dan senyawanya, terutama trioksida, digunakan dalam produksi pestisida, produk kayu olahan, herbisida, dan insektisida. Aplikasi ini menurun dengan meningkatnya pengakuan terhadap toksisitas arsen dan senyawanya.

Beberapa spesies bakteri dapat menggunakan senyawa arsen sebagai metabolit pernapasan. Sejumlah kecil arsen merupakan unsur makanan penting pada tikus, hamster, kambing, ayam, dan mungkin spesies lainnya. Peran dalam metabolisme manusia tidak diketahui. Namun, keracunan arsen dapat terjadi dalam kehidupan multisel jika jumlahnya lebih besar dari yang dibutuhkan. Kontaminasi arsen di air tanah adalah masalah yang memengaruhi jutaan orang di seluruh dunia.

Badan Perlindungan Lingkungan Amerika Serikat menyatakan bahwa semua bentuk arsen merupakan risiko serius bagi kesehatan manusia. Badan untuk Zat Beracun dan Pendaftaran Penyakit Amerika Serikat menempatkan arsen sebagai nomor 1 dalam Daftar Prioritas Bahan Berbahaya 2001 di lokasi Superfund. Arsen diklasifikasikan sebagai karsinogen Grup-A.

Karakteristik

Sifat fisik

Struktur kristal umum untuk Sb, AsSb dan As abu-abu

Tiga alotrop arsen yang paling umum adalah arsen abu-abu, kuning, dan hitam, dengan abu-abu menjadi yang paling umum. Arsen abu-abu (As-α, grup ruang R3m No. 166) mengadopsi struktur berlapis ganda yang terdiri dari banyak cincin beranggota enam yang saling bertautan dan acak-acakan. Karena ikatan antarlapisan yang lemah, arsen abu-abu bersifat rapuh dan memiliki kekerasan Mohs yang relatif rendah, yaitu 3,5. Tetangga terdekat dan terdekat-berikutnya membentuk kompleks oktahedron terdistorsi, dengan tiga atom dalam lapisan ganda yang sama sedikit lebih dekat daripada tiga atom berikutnya. Pengepakan yang relatif padat ini menghasilkan kepadatan yang tinggi, yaitu 5,73 g/cm³. Arsen abu-abu adalah sebuah semilogam, tetapi akan menjadi semikonduktor dengan celah pita 1,2–1,4 eV jika diamorfisasi. Arsen abu-abu juga merupakan bentuk yang paling stabil. Arsen kuning lunak dan berlilin, dan agak mirip dengan tetrafosforus (P
4). Keduanya memiliki empat atom yang tersusun dalam struktur tetrahedron di mana setiap atom terikat pada masing-masing dari tiga atom lainnya dengan ikatan tunggal. Alotrop yang tidak stabil ini, bersifat molekuler, adalah yang paling volatil, paling tidak padat, dan paling beracun. Arsen kuning padat dihasilkan dari pendinginan cepat terhadap uap arsen, As
4. Ia dengan cepat diubah menjadi arsen abu-abu oleh cahaya. Bentuk kuning ini memiliki kepadatan 1,97 g/cm³. Arsen hitam memiliki struktur yang mirip dengan fosforus hitam. Arsen hitam juga dapat dibentuk dengan mendinginkan uap arsen pada suhu sekitar 100–220 °C dan melalui kristalisasi arsen amorf dengan adanya uap raksa. Ia berbentuk seperti kaca dan rapuh. Arsen hitam juga merupakan konduktor listrik yang buruk. Karena titik tripel arsen adalah 3,628 MPa (35,81 atm), ia tidak memiliki titik lebur pada tekanan standar, tetapi menyublim dari padat menjadi uap pada suhu 887 K (615 °C atau 1137 °F).

Isotop

Artikel utama: Isotop arsen

Arsen terjadi di alam sebagai satu isotop stabil, ⁷⁵As, sehingga ia merupakan sebuah unsur monoisotop. Hingga tahun 2003, setidaknya 33 radioisotop juga telah disintesis, dengan massa atom berkisar antara 60 hingga 92. Yang paling stabil adalah ⁷³As dengan waktu paruh 80,30 hari. Semua isotop lain memiliki waktu paruh kurang dari satu hari, kecuali ⁷¹As (t_1/2=65,30 jam), ⁷²As (t_1/2=26,0 jam), ⁷⁴As (t_1/2=17,77 hari), ⁷⁶As (t_1/2=1,0942 hari), dan ⁷⁷As (t_1/2=38,83 jam). Isotop yang lebih ringan dari ⁷⁵As yang stabil cenderung meluruh melalui peluruhan β⁺, dan isotop yang lebih berat cenderung meluruh melalui peluruhan β⁻, dengan beberapa pengecualian.

Setidaknya 10 isomer nuklir telah dijelaskan, dengan massa atom berkisar antara 66 hingga 84. Isomer arsen yang paling stabil adalah ^68mAs dengan waktu paruh 111 detik.

Sifat kimia

Arsen memiliki elektronegativitas dan energi ionisasi yang mirip dengan kongenernya yang lebih ringan, fosforus, sehingga mudah membentuk molekul kovalen dengan sebagian besar nonlogam. Meskipun stabil di udara kering, arsen akan membentuk noda perunggu keemasan saat terpapar kelembapan yang akhirnya menjadi lapisan permukaan hitam. Saat dipanaskan di udara, arsen akan teroksidasi menjadi arsen trioksida; asap dari reaksi ini memiliki bau yang menyerupai bawang putih. Bau ini dapat dideteksi pada mineral arsenida seperti arsenopirit yang dipukul dengan palu. Ia dapat terbakar dalam oksigen untuk membentuk arsen trioksida dan arsen pentoksida, yang memiliki struktur yang sama dengan senyawa fosforus yang lebih terkenal, dan dalam fluorin menghasilkan arsen pentafluorida. Arsen (dan beberapa senyawa arsen) menyublim saat dipanaskan pada tekanan atmosfer, berubah langsung menjadi bentuk gas tanpa intervensi keadaan cair pada suhu 887 K (614 °C). Titik tripelnya adalah 3,63 MPa dan 1.090 K (820 °C). Arsen akan membentuk asam arsenat dengan asam nitrat pekat, asam arsenit dengan asam nitrat encer, dan arsen trioksida dengan asam sulfat pekat; namun, ia tidak bereaksi dengan air, alkali, atau asam non-pengoksidasi. Arsen dapat bereaksi dengan beberapa logam untuk membentuk arsenida, meskipun mereka bukanlah senyawa ionik yang mengandung ion As³⁻ karena pembentukan anion semacam itu akan sangat endotermik dan bahkan arsenida golongan 1 memiliki sifat senyawa antarlogam. Seperti germanium, selenium, dan bromin, yang berada setelah deret transisi 3d seperti dirinya, arsen jauh lebih tidak stabil dalam keadaan oksidasi golongannya, +5, daripada tetangga vertikalnya fosforus dan antimon, sehingga arsen pentoksida dan asam arsenat adalah pengoksidasi yang kuat.

Senyawa

Lihat pula Kategori: Senyawa arsen

Senyawa arsen dalam beberapa hal mirip dengan fosforus yang menempati golongan (kolom) yang sama dalam tabel periodik. Keadaan oksidasi yang paling umum untuk arsen adalah: −3 dalam arsenida, yang merupakan senyawa antarlogam seperti-paduan, +3 dalam arsenit, serta +5 dalam arsenat dan sebagian besar senyawa organoarsen. Arsen juga mudah berikatan dengan dirinya sendiri seperti yang terlihat pada ion persegi As3−
4 dalam mineral skuterudit. Dalam keadaan oksidasi +3, arsen biasanya berbentuk piramida karena pengaruh pasangan elektron bebas.

Senyawa anorganik

Salah satu senyawa arsen yang paling sederhana adalah trihidrida yang bersifat piroforik, sangat beracun, dan mudah terbakar, yaitu arsina (AsH₃). Senyawa ini umumnya dianggap stabil, karena pada suhu kamar ia terurai hanya secara lambat. Pada suhu 250–300 °C, dekomposisi menjadi arsen dan hidrogen berlangsung cepat. Beberapa faktor seperti kelembapan, adanya cahaya dan katalis tertentu (seperti aluminium) dapat memfasilitasi laju dekomposisi. Ia mudah teroksidasi di udara untuk membentuk arsen trioksida dan air, dan reaksi analog terjadi dengan belerang dan selenium, bukan oksigen.

Arsen membentuk kristal oksida As₂O₃ ("arsen putih") dan As₂O₅ yang tidak berwarna dan tidak berbau, serta bersifat higroskopis dan mudah larut dalam air untuk membentuk larutan asam. Asam arsen(V) adalah sebuah asam lemah dan garamnya disebut arsenat, pencemaran arsen di air tanah yang paling umum, dan masalah yang telah memengaruhi banyak orang. Arsen sintetis meliputi Hijau Scheele (kuprihidrogen arsenat, tembaga arsenat asam), kalsium arsenat, dan timbal hidrogen arsenat. Ketiganya telah digunakan sebagai insektisida dan racun pertanian.

Langkah-langkah protonasi antara arsenat dan asam arsenat serupa dengan antara fosfat dan asam fosfat. Tidak seperti asam fosfit, asam arsenit benar-benar tribasa, dengan rumus As(OH)₃.

Berbagai macam senyawa belerang bersama arsen telah diketahui. Orpimen (As₂S₃) dan realgar (As₄S₄) agak melimpah dan sebelumnya digunakan sebagai pigmen lukisan. Dalam As₄S₁₀, arsen memiliki keadaan oksidasi formal +2 pada As₄S₄ yang menampilkan ikatan As–As sehingga kovalensi total As tetap 3. Baik orpimen maupun realgar, serta As₄S₃, memiliki analog selenium; analog As₂Te₃ dikenal sebagai mineral kalgoorlieit, dan anion As₂Te⁻ dikenal sebagai sebuah ligan dalam kompleks kobalt.

Semua trihalida arsen(III) telah dikenal kecuali astatida, yang masih tidak diketahui. Arsen pentafluorida (AsF₅) adalah satu-satunya pentahalida yang penting, mencerminkan stabilitas yang lebih rendah dari keadaan oksidasi +5; meski demikian, ia adalah sebuah zat fluorinasi dan pengoksidasi yang sangat kuat. (Pentaklorida stabil hanya di bawah suhu −50 °C, pada suhu di mana ia terurai menjadi triklorida, melepaskan gas klorin.)

Paduan

Arsen digunakan sebagai unsur golongan 5 dalam semikonduktor III-V galium arsenida, indium arsenida, dan aluminium arsenida. Jumlah elektron valensi GaAs sama dengan sepasang atom Si, tetapi struktur pitanya benar-benar berbeda yang menghasilkan sifat curah yang berbeda. Paduan arsen lainnya termasuk semikonduktor II-V kadmium arsenida.

Senyawa organoarsen

Artikel utama: Kimia organoarsen

Trimetilarsina

Berbagai macam senyawa organoarsen telah diketahui. Beberapa di antaranya dikembangkan sebagai agen perang kimia selama Perang Dunia I, termasuk vesikan seperti lewisit dan agen muntah seperti adamsit. Asam kakodilat, yang menarik secara historis dan praktis, muncul dari metilasi arsen trioksida, sebuah reaksi yang tidak memiliki analogi dalam kimia fosforus. Kakodil adalah senyawa organologam pertama yang diketahui (walaupun arsen bukanlah logam sejati) dan dinamai dari bahasa Yunani κακωδία "bau" karena baunya yang menyengat; ia sangat beracun.

Keterjadian dan produksi

Lihat pula: Mineral arsenida dan Mineral arsenat

Sampel arsen asli besar

Arsen membentuk sekitar 1,5 ppm (0,00015%) kerak Bumi, dan merupakan unsur paling melimpah ke-53. Konsentrasi latar belakang khas arsen tidak melebihi 3 ng/m³ di atmosfer; 100 mg/kg dalam tanah; 400 μg/kg dalam tumbuh-tumbuhan; 10 μg/L dalam air tawar dan 1,5 μg/L dalam air laut.

Mineral dengan rumus MAsS dan MAs₂ (M = Fe, Ni, Co) adalah sumber arsen komersial yang dominan, bersama dengan realgar (sebuah mineral arsen sulfida) dan arsen asli (elemental). Salah satu mineral ilustratif adalah arsenopirit (FeAsS), yang secara struktural terkait dengan besi pirit. Banyak mineral kecil yang mengandung As telah diketahui. Arsen juga terjadi dalam berbagai bentuk organik di lingkungan.

Output arsen pada tahun 2006

Pada tahun 2014, Tiongkok menjadi produsen arsen putih utama dengan pangsa dunia hampir 70%, diikuti oleh Maroko, Rusia, dan Belgia, menurut Survei Geologi Britania Raya dan Survei Geologi Amerika Serikat. Sebagian besar operasi pemurnian arsen di A.S. dan Eropa telah ditutup karena masalah lingkungan. Arsen ditemukan dalam debu peleburan dari pelebur tembaga, emas, dan timbal, dan diperoleh terutama dari debu pemurnian tembaga.

Pada pemanggangan arsenopirit di udara, arsen akan menyublim sebagai arsen(III) oksida meninggalkan besi oksida, sementara pemanggangan tanpa udara menghasilkan produksi arsen abu-abu. Pemurnian lebih lanjut dari belerang dan kalkogen lainnya dicapai melalui sublimasi dalam ruang hampa, dalam atmosfer hidrogen, atau melalui distilasi dari campuran timbal–arsen cair.

Peringkat	Negara	Produksi As2O3 2014
1	Tiongkok	25.000 T
2	Maroko	8.800 T
3	Rusia	1.500 T
4	Belgia	1.000 T
5	Bolivia	52 T
6	Jepang	45 T
—	Total Dunia (dibulatkan)	36.400 T

Sejarah

Realgar

Lambang alkimia untuk arsen

Kata arsenik berasal dari kata Suryani ܙܪܢܝܟܐ zarnika, dari bahasa Arab al-zarnīḵ الزرنيخ 'orpimen', berdasarkan bahasa Persia zar 'emas' dari kata زرنيخ zarnikh, yang berarti "kuning" (secara harfiah berarti "berwarna emas") dan karenanya "orpimen (kuning)". Ia diadopsi ke dalam bahasa Yunani sebagai arsenikon (ἀρσενικόν), suatu bentuk yang merupakan etimologi rakyat, menjadi bentuk netral dari kata Yunani arsenikos (ἀρσενικός), yang berarti "laki-laki", "jantan".

Kata Yunani diadopsi dalam bahasa Latin sebagai arsenicum, yang dalam bahasa Prancis menjadi arsenic, dari mana kata bahasa Inggris arsenic diambil. Arsen sulfida (orpimen, realgar) dan oksida telah dikenal dan digunakan sejak zaman kuno. Zosimos (sekitar 300 M) menjelaskan pemanggangan sandarach (realgar) untuk mendapatkan awan arsen (arsen trioksida), yang kemudian direduksi menjadi arsen abu-abu. Karena gejala keracunan arsen tidak terlalu spesifik, arsen sering digunakan untuk pembunuhan hingga munculnya uji Marsh, suatu uji kimiawi yang sensitif terhadap keberadaannya. (Uji lain yang kurang sensitif tetapi lebih umum adalah uji Reinsch.) Karena penggunaannya oleh kelas penguasa untuk membunuh satu sama lain dan potensi serta kerahasiaannya, arsen disebut sebagai "racun raja" dan "raja racun". Di era Renaisans, arsen dikenal sebagai "bubuk warisan" karena digunakan untuk membunuh anggota keluarga lain.

Labirin arsen, bagian dari Tambang Botallack, Cornwall

Selama Zaman Perunggu, arsen sering dimasukkan ke dalam perunggu, yang membuat paduannya lebih keras (disebut "perunggu arsen"). Isolasi arsen dijelaskan oleh Jabir bin Hayyan sebelum tahun 815 M. Albertus Magnus (Albertus Agung, 1193–1280) kemudian mengisolasi unsur ini dari suatu senyawa pada tahun 1250, dengan memanaskan sabun bersama dengan arsen trisulfida. Pada tahun 1649, Johann Schröder menerbitkan dua cara untuk membuat arsen. Kristal arsen elemental (asli) dapat ditemukan di alam, meski jarang.

Cairan berasap Cadet (kakodil tidak murni), sering diklaim sebagai senyawa organologam sintetis pertama, disintesis pada tahun 1760 oleh Cadet de Gassicourt melalui reaksi kalium asetat dengan arsen trioksida.

Kartun satir karya Honoré Daumier tentang seorang kimiawan yang mendemonstrasikan arsen di depan umum, 1841

Di era Victoria, "arsen" ("arsen putih" atau arsen trioksida) dicampur dengan cuka dan kapur dan dimakan oleh para wanita untuk memperbaiki corak wajah mereka, membuat kulit mereka lebih pucat untuk menunjukkan bahwa mereka tidak bekerja di ladang. Penggunaan arsen yang tidak disengaja dalam pemalsuan bahan makanan menyebabkan keracunan manisan Bradford pada tahun 1858, yang mengakibatkan 21 kematian. Produksi kertas dinding juga mulai menggunakan pewarna yang terbuat dari arsen, yang dianggap dapat meningkatkan kecerahan pigmen.

Dua pigmen arsen telah digunakan secara luas sejak penemuannya – Hijau Paris dan Hijau Scheele. Setelah toksisitas arsen diketahui secara luas, bahan kimia ini lebih jarang digunakan sebagai pigmen dan lebih sering digunakan sebagai insektisida. Pada tahun 1860-an, produk sampingan arsen dari produksi pewarna, Ungu London, digunakan secara luas. Ini adalah campuran padat dari arsen trioksida, anilin, kapur, dan feroksida, yang tidak larut dalam air dan sangat beracun jika terhirup atau tertelan. Tetapi, ia kemudian diganti dengan Hijau Paris, pewarna berbasis arsen lainnya. Dengan pemahaman yang lebih baik mengenai mekanisme toksikologi, dua senyawa lain digunakan mulai tahun 1890-an. Arsenit kapur dan arsenat timbal digunakan secara luas sebagai insektisida hingga ditemukannya DDT pada tahun 1942.

Aplikasi

Pertanian

Roksarsona adalah senyawa arsenik kontroversial yang digunakan sebagai bahan pakan ayam.

Toksisitas arsen terhadap serangga, bakteri, dan fungi menyebabkan penggunaannya sebagai pengawet kayu. Pada tahun 1930-an, proses pengolahan kayu dengan tembaga arsenat terkromasi (juga dikenal sebagai CCA atau Tanalith) ditemukan, dan selama beberapa dekade, pengolahan ini merupakan penggunaan arsen industri yang paling luas. Pengakuan yang meningkat terhadap toksisitas arsen menyebabkan larangan CCA dalam produk konsumen pada tahun 2004, yang diprakarsai oleh Uni Eropa dan Amerika Serikat. Namun, CCA tetap banyak digunakan di negara lain (seperti di perkebunan karet Malaysia).

Arsen juga digunakan dalam berbagai insektisida dan racun pertanian. Misalnya, timbal hidrogen arsenat adalah insektisida yang umum digunakan pada pohon buah-buahan, tetapi kontak dengan senyawa tersebut terkadang mengakibatkan kerusakan otak di antara mereka yang bekerja menjadi penyemprot. Pada paruh kedua abad ke-20, mononatrium metil arsenat (MSMA) dan dinatrium metil arsenat (DSMA) – bentuk arsen organik yang kurang beracun – menggantikan timbal arsenat di bidang pertanian. Arsen organik ini pada gilirannya dihapus pada tahun 2013 di semua kegiatan pertanian kecuali pertanian kapas.

Biogeokimia arsen sangatlah kompleks dan mencakup berbagai proses adsorpsi dan desorpsi. Toksisitas arsen dikaitkan dengan kelarutannya dan dipengaruhi oleh pH. Arsenit (AsO3−
3) lebih mudah larut daripada arsenat (AsO3−
4) dan lebih beracun; namun, pada pH yang lebih rendah, arsenat akan menjadi lebih mudah bergerak dan beracun. Ditemukan bahwa penambahan belerang, fosforus, dan besi oksida pada tanah dengan kadar arsenit tinggi akan sangat mengurangi fitotoksisitas arsen.

Arsen digunakan sebagai aditif pakan dalam produksi unggas dan babi, khususnya di A.S. untuk meningkatkan berat badan, meningkatkan efisiensi pakan, dan mencegah penyakit. Salah satu contohnya adalah roksarsona, yang telah digunakan sebagai starter ayam pedaging oleh sekitar 70% peternak ayam pedaging di Amerika Serikat. Alpharma, anak perusahaan Pfizer Inc., yang memproduksi roksarsona, secara sukarela menangguhkan penjualan obat tersebut sebagai tanggapan atas penelitian yang menunjukkan peningkatan kadar arsen anorganik, sebuah karsinogen, pada ayam yang diberi obat tersebut. Penerus Alpharma, Zoetis, terus menjual nitarsona, terutama untuk digunakan pada kalkun.

Arsen sengaja ditambahkan pada pakan ayam yang dipelihara untuk konsumsi manusia. Senyawa arsen organik kurang beracun daripada arsen murni, dan dapat mendorong pertumbuhan ayam. Dalam beberapa kondisi, arsen yang berada dalam pakan ayam diubah menjadi bentuk anorganik yang beracun.

Sebuah penelitian tahun 2006 mengenai sisa-sisa dari kuda pacu Australia, Phar Lap, menetapkan bahwa kematian juara pacuan kuda terkenal yang terjadi pada tahun 1932 tersebut disebabkan oleh overdosis arsen yang masif. Dokter hewan dari Sydney, Percy Sykes, menyatakan, "Pada masa itu, arsen adalah tonik yang cukup umum, biasanya diberikan dalam bentuk larutan (Larutan Fowler) ... Ia sangatlah umum sehingga menurut saya 90 persen dari kuda-kuda itu memiliki arsen dalam sistem mereka."

Penggunaan medis

Selama abad ke-17, 18, dan 19, sejumlah senyawa arsen digunakan sebagai obat, meliputi arsfenamina (oleh Paul Ehrlich) dan arsen trioksida (oleh Thomas Fowler). Arsfenamina, serta neosalvarsan, diindikasikan untuk sifilis, tetapi telah digantikan oleh antibiotik modern. Namun, beberapa obat arsen seperti melarsoprol masih digunakan untuk pengobatan tripanosomiasis, karena walaupun obat ini memiliki kelemahan berupa toksisitas yang parah, penyakit ini hampir selalu fatal jika tidak diobati.

Arsen trioksida telah digunakan dalam berbagai cara sejak abad ke-15, paling sering dalam pengobatan kanker, tetapi juga dalam pengobatan yang beragam seperti larutan Fowler pada psoriasis. Pada tahun 2000, Badan Pengawas Obat dan Makanan A.S. menyetujui senyawa ini untuk digunakan dalam pengobatan pasien dengan leukemia promielositik akut yang resisten terhadap asam retinoat all-trans.

Sebuah makalah tahun 2008 melaporkan keberhasilan dalam menemukan lokasi tumor menggunakan arsen-74 (sebuah pemancar positron). Isotop ini menghasilkan citra pemindaian PET yang lebih jelas daripada agen radioaktif sebelumnya, iodin-124, karena tubuh cenderung mengangkut iodin ke kelenjar tiroid yang menghasilkan derau sinyal. Partikel nano arsen telah menunjukkan kemampuan untuk membunuh sel kanker dengan sitotoksisitas yang lebih rendah daripada formulasi arsen lainnya.

Dalam dosis subtoksik, senyawa arsen terlarut bertindak sebagai stimulan, dan pernah populer dalam dosis kecil sebagai pengobatan oleh orang-orang pada pertengahan abad ke-18 hingga ke-19; penggunaannya sebagai stimulan sangatlah lazim pada berbagai hewan olahraga seperti kuda pacuan atau dengan anjing pekerja.

Paduan

Penggunaan utama arsen adalah dalam paduan dengan timbal. Komponen timbal dalam aki mobil dapat diperkuat dengan persentase arsen yang sangat kecil. Dezinkifikasi kuningan (sebuah paduan tembaga–seng) akan sangat berkurang dengan penambahan arsen. "Tembaga Arsenik Terdeoksidasi Fosforus" dengan kandungan arsen 0,3% memiliki stabilitas korosi yang meningkat di lingkungan tertentu. Galium arsenida adalah sebuah bahan semikonduktor penting, digunakan dalam sirkuit terpadu. Sirkuit yang terbuat dari GaAs jauh lebih cepat (tetapi juga jauh lebih mahal) daripada yang terbuat dari silikon. Tidak seperti silikon, GaAs memiliki celah pita langsung, dan dapat digunakan dalam dioda laser dan LED untuk mengubah energi listrik secara langsung menjadi cahaya.

Militer

Setelah Perang Dunia I, Amerika Serikat membangun timbunan 20.000 ton lewisit (ClCH=CHAsCl₂) yang dijadikan senjata, sebuah vesikan (agen lepuh) organoarsen dan iritan paru-paru. Timbunan tersebut dinetralkan dengan pemutih dan dibuang ke Teluk Meksiko pada 1950-an. Selama Perang Vietnam, Amerika Serikat menggunakan Agen Biru, sebuah campuran natrium kakodilat dan bentuk asamnya, sebagai salah satu herbisida pelangi untuk menghancurkan penutup dedaunan dan beras tentara Vietnam Utara.

Kegunaan lainnya

• Tembaga asetoarsenit digunakan sebagai pigmen hijau yang dikenal dengan banyak nama, termasuk Hijau Paris dan Hijau Zamrud. Ia telah menyebabkan banyak keracunan arsen. Hijau Scheele, sebuah tembaga arsenat, digunakan pada abad ke-19 sebagai zat pewarna dalam permen.
• Arsen digunakan dalam pemerungguan (bronzing) dan piroteknika.
• Sebanyak 2% arsen yang diproduksi digunakan dalam paduan timbal untuk shot timbal dan peluru.
• Arsen ditambahkan dalam jumlah kecil pada kuningan-α untuk membuatnya tahan dezinkifikasi. Tingkat kuningan ini digunakan dalam perlengkapan pipa dan lingkungan basah lainnya.
• Arsen juga digunakan untuk pengawetan sampel taksonomi. Ia juga digunakan dalam cairan pembalseman pada zaman dahulu.
• Arsen digunakan sebagai opasifier dalam keramik, menghasilkan glasir putih.
• Hingga saat ini, arsen digunakan dalam kaca optik. Produsen kaca modern, di bawah tekanan para pecinta lingkungan, telah berhenti menggunakan arsen dan timbal.
• Pada komputer; arsen digunakan dalam cip sebagai doping tipe-n.

Peran biologis

Artikel utama: Biokimia arsen

Bakteri

Beberapa spesies bakteri memperoleh energinya tanpa adanya oksigen dengan mengoksidasi berbagai bahan bakar sambil mereduksi arsenat menjadi arsenit. Di bawah kondisi lingkungan oksidatif, beberapa bakteri menggunakan arsenit sebagai bahan bakar, yang dioksidasi menjadi arsenat. Enzim yang terlibat dalam proses ini dikenal sebagai arsenat reduktase (Arr).

Pada tahun 2008, ditemukan bakteri yang menggunakan versi fotosintesis tanpa adanya oksigen dengan arsenit sebagai donor elektron, menghasilkan arsenat (sama seperti fotosintesis biasa yang menggunakan air sebagai donor elektron, menghasilkan oksigen molekuler). Para peneliti menduga bahwa, sepanjang perjalanan sejarah, organisme berfotosintesis ini menghasilkan arsenat yang memungkinkan bakteri pereduksi arsenat berkembang. Satu galur, PHS-1, telah diisolasi dan terkait dengan gamaproteobakteri Ectothiorhodospira shaposhnikovii. Mekanismenya tidak diketahui, tetapi enzim Arr yang dikodekan dapat berfungsi terbalik dengan homolognya yang diketahui.

Pada tahun 2011, dipostulatkan bahwa galur Halomonadaceae dapat tumbuh tanpa adanya fosforus jika unsur tersebut diganti dengan arsen, memanfaatkan fakta bahwa anion arsenat dan fosfat memiliki struktur yang serupa. Penelitian ini dikritik secara luas dan kemudian disangkal oleh kelompok peneliti independen.

Unsur jejak penting pada hewan tingkat tinggi

Arsen dipahami sebagai mineral jejak penting pada burung karena terlibat dalam sintesis metabolit metionina, dengan rekomendasi pemberian makan antara 0,012 dan 0,050 mg/kg.

Beberapa bukti menunjukkan bahwa arsen merupakan mineral jejak penting pada mamalia. Namun fungsi biologisnya tidak diketahui.

Hereditas

Arsen telah dikaitkan dengan perubahan epigenetik, perubahan ekspresi gen yang diwariskan yang terjadi tanpa perubahan urutan DNA. Ini meliputi metilasi DNA, modifikasi histon, dan interferensi RNA. Arsen tingkat racun akan menyebabkan hipermetilasi DNA yang signifikan dari gen penekan tumor p16 dan p53, sehingga meningkatkan risiko karsinogenesis. Peristiwa epigenetik ini telah dipelajari secara in vitro menggunakan sel ginjal manusia dan in vivo menggunakan sel hati tikus dan leukosit darah tepi pada manusia. Spektrometri massa plasma gandeng induktif (ICP-MS) digunakan untuk mendeteksi kadar arsen intraseluler dan basa arsen lain yang terlibat dalam modifikasi epigenetik DNA secara tepat. Penelitian yang menyelidiki arsen sebagai faktor epigenetik dapat digunakan untuk mengembangkan biomarker paparan dan kerentanan yang tepat.

Pakis rem cina (Pteris vittata) akan menghiperakumulasi arsen dari tanah ke dalam daunnya dan diusulkan untuk digunakan dalam fitoremediasi.

Biometilasi

Arsenobetain

Arsen anorganik dan senyawanya, saat memasuki rantai makanan, secara progresif dimetabolisme melalui proses metilasi. Misalnya, kapang Scopulariopsis brevicaulis akan menghasilkan trimetilarsina jika terdapat arsen anorganik. Senyawa organik arsenobetain ditemukan pada beberapa makanan laut seperti ikan dan alga, dan juga jamur dalam konsentrasi yang lebih besar. Asupan rata-rata seseorang adalah sekitar 10–50 µg/hari. Nilai sekitar 1000 µg terbilang tidak biasa mengikuti konsumsi ikan atau jamur, tetapi hanya terdapat sedikit bahaya dalam memakan ikan karena senyawa arsen ini hampir tidak beracun.

Masalah lingkungan

Paparan

Sumber paparan manusia yang terjadi secara alami meliputi abu vulkanik, pelapukan mineral dan bijih, dan air tanah yang termineralisasi. Arsen juga ditemukan dalam makanan, air, tanah, dan udara. Arsen diserap oleh semua tumbuhan, tetapi lebih terkonsentrasi pada sayuran berdaun, nasi, jus apel dan anggur, serta makanan laut. Rute pemaparan tambahan adalah penghirupan gas dan debu atmosfer. Selama era Victoria, arsen banyak digunakan dalam dekorasi rumah, terutama kertas dinding.

Keterjadian pada air minum

Artikel utama: Kontaminasi arsen di air tanah

Kontaminasi arsen yang luas pada air tanah telah menyebabkan keracunan arsen yang meluas di Bangladesh dan negara-negara tetangga. Diperkirakan sekitar 57 juta orang di cekungan Benggala meminum air tanah dengan konsentrasi arsen di atas standar Organisasi Kesehatan Dunia sebesar 10 bagian per miliar (ppb). Namun, sebuah penelitian mengenai tingkat kanker di Taiwan menunjukkan bahwa peningkatan yang signifikan pada kematian akibat kanker hanya muncul pada tingkat di atas 150 ppb. Arsen dalam air tanah berasal dari alam, dan dilepaskan dari sedimen ke dalam air tanah, yang disebabkan oleh kondisi anoksik di bawah permukaan. Air tanah ini digunakan setelah LSM lokal dan barat serta pemerintah Bangladesh melakukan program air minum sumur dangkal besar-besaran pada akhir abad ke-20. Program ini dirancang untuk mencegah pengonsumsian air permukaan yang terkontaminasi bakteri, tetapi gagal menguji kandungan arsen dalam air tanah. Banyak negara dan distrik lain di Asia Tenggara, seperti Vietnam dan Kamboja, memiliki lingkungan geologis yang menghasilkan air tanah dengan kandungan arsen yang tinggi. Arsenikosis dilaporkan di Nakhon Si Thammarat, Thailand pada tahun 1987, dan Sungai Chao Phraya mungkin mengandung arsen terlarut tingkat tinggi yang terjadi secara alami, tetapi tidak menjadi masalah kesehatan bagi masyarakat karena banyak masyarakat menggunakan air kemasan. Di Pakistan, lebih dari 60 juta orang terpapar air minum yang tercemar arsen, ditunjukkan oleh laporan Science baru-baru ini. Tim Podgorski menyelidiki lebih dari 1200 sampel dan lebih dari 66% darinya melebihi tingkat kontaminasi minimum WHO.

Sejak 1980-an, penduduk wilayah Ba Men di Mongolia Dalam, Tiongkok telah terpapar arsen secara kronis melalui air minum dari sumur yang terkontaminasi. Sebuah studi penelitian tahun 2009 mengamati adanya peningkatan lesi kulit di antara penduduk dengan konsentrasi arsen di air sumur antara 5 dan 10 µg/L, menunjukkan bahwa toksisitas yang diinduksi arsen dapat terjadi pada konsentrasi yang relatif rendah dengan paparan kronis. Secara keseluruhan, 20 dari 34 provinsi di Tiongkok memiliki konsentrasi arsen yang tinggi dalam pasokan air tanah, berpotensi membuat 19 juta orang terpapar air minum yang berbahaya.

Sebuah penelitian yang dilakukan oleh IIT Kharagpur menemukan tingkat arsen tinggi dalam air tanah di 20% tanah India, mengekspos lebih dari 250 juta orang. Beberapa negara bagian seperti Punjab, Bihar, Benggala Barat, Assam, Haryana, Uttar Pradesh, dan Gujarat memiliki wilayah daratan tertinggi yang terpapar arsen.

Di Amerika Serikat, arsen paling banyak ditemukan di perairan tanah di barat daya. Beberapa bagian dari New England, Michigan, Wisconsin, Minnesota dan Dakota juga diketahui memiliki konsentrasi arsen yang signifikan dalam air tanah. Peningkatan tingkat kanker kulit telah dikaitkan dengan paparan arsen di Wisconsin, bahkan pada tingkat di bawah standar air minum 10 bagian per miliar. Menurut sebuah film baru-baru ini yang didanai oleh US Superfund, jutaan sumur pribadi memiliki kadar arsen yang tidak diketahui, dan di beberapa wilayah A.S., lebih dari 20% sumur mungkin mengandung kadar yang melebihi batas yang ditetapkan.

Paparan arsen tingkat rendah pada konsentrasi 100 bagian per miliar (yaitu, di atas standar air minum pada 10 bagian per miliar) dapat membahayakan respons kekebalan awal terhadap infeksi H1N1 atau flu babi menurut para ilmuwan yang didukung NIEHS. Penelitian yang dilakukan pada tikus laboratorium menunjukkan bahwa orang yang terpapar arsen dalam air minumnya mungkin berisiko lebih tinggi untuk penyakit yang lebih serius atau kematian akibat virus.

Beberapa orang Kanada meminum air yang mengandung arsen anorganik. Air sumur gali pribadi paling berisiko mengandung arsen anorganik. Analisis air sumur awal biasanya tidak menguji arsen. Para peneliti di Survei Geologi Kanada telah memodelkan variasi relatif dalam potensi bahaya arsen alami di provinsi New Brunswick. Studi ini memiliki implikasi penting untuk air minum dan masalah kesehatan yang berkaitan dengan arsen anorganik.

Bukti epidemiologis dari Chili menunjukkan hubungan yang bergantung pada dosis antara paparan arsen kronis dan berbagai bentuk kanker, khususnya bila ada faktor risiko lain, seperti merokok. Efek ini telah dibuktikan pada kontaminasi kurang dari 50 ppb. Arsen itu sendiri merupakan konstituen dari asap tembakau.

Menganalisis beberapa studi epidemiologis pada paparan arsen anorganik menunjukkan peningkatan risiko kanker kandung kemih yang kecil namun terukur pada 10 ppb. Menurut Peter Ravenscroft dari Departemen Geografi di Universitas Cambridge, sekitar 80 juta orang di seluruh dunia mengonsumsi antara 10 dan 50 ppb arsen dalam air minum mereka. Jika mereka semua mengonsumsi tepat 10 ppb arsen dalam air minum mereka, beberapa analisis studi epidemiologis yang dikutip sebelumnya akan memprediksi tambahan 2.000 kasus kanker kandung kemih saja. Ini jelas meremehkan dampak keseluruhan, karena tidak termasuk kanker paru-paru atau kulit, dan secara eksplisit meremehkan paparannya. Mereka yang terpapar arsen di atas standar WHO saat ini harus mempertimbangkan biaya dan manfaat remediasi arsen.

Evaluasi awal (1973) terhadap proses untuk menghilangkan arsen terlarut dari air minum menunjukkan kemanjuran kopresipitasi dengan besi atau aluminium oksida. Secara khusus, besi sebagai koagulan ditemukan dapat menghilangkan arsen dengan kemanjuran melebihi 90%. Beberapa sistem media adsorptif telah disetujui untuk digunakan pada titik layanan dalam studi yang didanai oleh Badan Perlindungan Lingkungan Amerika Serikat (US EPA) dan Yayasan Sains Nasional (NSF). Sebuah tim ilmuwan dan insinyur Eropa dan India telah mendirikan enam pabrik pengolahan arsen di Benggala Barat berdasarkan metode remediasi in-situ (Teknologi SAR). Teknologi ini tidak menggunakan bahan kimia apa pun dan arsen dibiarkan dalam bentuk tidak larut (keadaan +5) di zona bawah tanah dengan mengisi ulang air teraerasi ke dalam akuifer dan mengembangkan zona oksidasi yang mendukung mikroorganisme pengoksidasi arsen. Proses ini tidak menghasilkan aliran limbah atau lumpur dan relatif murah.

Metode lain yang efektif dan murah untuk menghindari kontaminasi arsen adalah dengan menambah kedalaman sumur menjadi 500 kaki atau lebih untuk mencapai air yang lebih murni. Sebuah studi tahun 2011 baru-baru ini yang didanai oleh Program Penelitian Superfund dari Institut Ilmu Kesehatan Lingkungan A.S. menunjukkan bahwa sedimen dalam dapat menghilangkan arsen dan mengeluarkannya dari sirkulasi. Dalam proses ini, yang disebut adsorpsi, arsen menempel pada permukaan partikel sedimen yang dalam dan secara alami dikeluarkan dari air tanah.

Pemisahan magnetik arsen pada gradien medan magnet yang sangat rendah dengan luas permukaan tinggi dan nanokristal magnetit (Fe₃O₄) monodispersi telah didemonstrasikan dalam pemurnian air di tempat penggunaan. Dengan menggunakan luas permukaan spesifik nanokristal Fe₃O₄ yang tinggi, massa limbah yang terkait dengan penghilangan arsen dari air telah berkurang secara dramatis.

Studi epidemiologis menunjukkan korelasi antara konsumsi kronis air minum yang terkontaminasi arsen dan kejadian semua penyebab utama kematian. Literatur menunjukkan bahwa paparan arsen adalah penyebab dalam patogenesis diabetes.

Filter berbasis sekam baru-baru ini terbukti mengurangi kandungan arsen pada air hingga 3 µg/L. Ia mungkin dapat digunakan di daerah di mana air minum diekstraksi dari akuifer bawah tanah.

San Pedro de Atacama

Selama beberapa abad, penduduk San Pedro de Atacama di Chili telah meminum air yang terkontaminasi arsen, dan beberapa bukti menunjukkan bahwa mereka telah mengembangkan kekebalan.

Peta bahaya untuk air tanah yang terkontaminasi

Sekitar sepertiga populasi dunia meminum air dari sumber air tanah. Dari jumlah tersebut, sekitar 10 persen, sekitar 300 juta orang, memperoleh air dari sumber air tanah yang terkontaminasi dengan kadar arsen atau fluorida yang tidak sehat. Unsur jejak ini berasal terutama dari mineral dan ion di dalam tanah.

Transformasi redoks arsen di perairan alami

Arsen terbilang unik di antara metaloid jejak dan logam jejak pembentuk oksianion (misalnya As, Se, Sb, Mo, V, Cr, U, Re). Ia peka terhadap mobilisasi pada nilai pH perairan alami khas (pH 6,5–8,5) di bawah kondisi oksidasi dan reduksi. Arsen dapat terjadi di lingkungan dalam beberapa keadaan oksidasi (−3, 0, +3, dan +5), tetapi di perairan alami ia sebagian besar ditemukan dalam bentuk anorganik sebagai oksianion trivalen arsenit [As(III)] atau pentavalen arsenat [As(V)]. Bentuk organik dari arsen diproduksi dari aktivitas biologis, sebagian besar di permukaan air, tetapi jarang penting secara kuantitatif. Namun, senyawa arsen organik dapat terjadi di perairan yang secara signifikan dipengaruhi oleh polusi industri.

Arsen dapat dilarutkan melalui berbagai proses. Ketika pH tinggi, arsen dapat dilepaskan dari tempat pengikatan permukaan yang kehilangan muatan positifnya. Ketika permukaan air turun dan mineral sulfida terpapar ke udara, arsen yang terperangkap dalam mineral sulfida dapat dilepaskan ke dalam air. Ketika karbon organik hadir dalam air, bakteri akan membuat makanannya dengan langsung mereduksi As(V) menjadi As(III) atau dengan mereduksi unsur tersebut di tempat pengikatan, melepaskan arsen anorganik.

Transformasi arsen di air dipengaruhi oleh pH, potensial reduksi-oksidasi, konsentrasi bahan organik, serta konsentrasi dan bentuk unsur lain, terutama besi dan mangan. Faktor utamanya adalah pH dan potensial redoks. Umumnya, bentuk utama arsen dalam kondisi oksik adalah H₃AsO₄, H₂AsO₄⁻, HAsO₄²⁻, dan AsO₄³⁻, masing-masing pada pH 2, 2–7, 7–11, dan 11. Dalam kondisi reduksi, H₃AsO₄ menjadi dominan pada pH 2–9.

Oksidasi dan reduksi akan memengaruhi migrasi arsen di lingkungan bawah permukaan. Arsenit adalah bentuk arsen larut yang paling stabil dalam lingkungan pereduksi dan arsenat, yang kurang gesit dibandingkan arsenit, dominan dalam lingkungan pengoksidasi pada pH netral. Oleh karena itu, arsen mungkin lebih mudah bergerak dalam kondisi pereduksi. Lingkungan pereduksi juga kaya bahan organik yang dapat meningkatkan kelarutan senyawa arsen. Akibatnya, adsorpsi arsen akan berkurang dan arsen terlarut terakumulasi dalam air tanah. Itu sebabnya kandungan arsen lebih tinggi di lingkungan pereduksi daripada di lingkungan pengoksidasi.

Kehadiran belerang merupakan faktor lain yang memengaruhi transformasi arsen dalam air alami. Arsen dapat mengendap ketika sulfida logam terbentuk. Dengan cara ini, arsen dihilangkan dari air dan mobilitasnya berkurang. Ketika oksigen hadir, bakteri akan mengoksidasi belerang tereduksi untuk menghasilkan energi, berpotensi melepaskan arsen terikat.

Reaksi redoks yang melibatkan Fe juga tampaknya menjadi faktor penting dalam nasib arsen dalam sistem perairan. Pengurangan besi oksihidroksida memainkan peran kunci dalam pelepasan arsen ke air. Jadi, arsen dapat diperkaya dalam air dengan konsentrasi Fe tinggi. Dalam kondisi pengoksidasi, arsen dapat dimobilisasi dari pirit atau besi oksida terutama pada pH tinggi. Dalam kondisi pereduksi, arsen dapat dimobilisasi dengan disolusi atau desorpsi reduktif bila dikaitkan dengan besi oksida. Desorpsi reduktif terjadi dalam dua keadaan. Salah satunya adalah ketika arsenat direduksi menjadi arsenit yang kurang kuat dalam menyerap besi oksida. Yang lainnya dihasilkan dari perubahan muatan pada permukaan mineral yang mengarah pada desorpsi arsen terikat.

Beberapa spesies bakteri akan mengatalisis transformasi redoks arsen. Prokariota yang berespirasi arsenat disimilasi (DARP) mempercepat reduksi As(V) menjadi As(III). DARP menggunakan As(V) sebagai akseptor elektron dari respirasi anaerobik dan memperoleh energi untuk bertahan hidup. Zat organik dan anorganik lainnya dapat dioksidasi dalam proses ini. Pengoksidasi arsenit kemoautotrofik (CAO) dan pengoksidasi arsenit heterotrofik (HAO) mengubah As(III) menjadi As(V). CAO menggabungkan oksidasi As(III) dengan reduksi oksigen atau nitrat. Mereka menggunakan energi yang diperoleh untuk memperbaiki menghasilkan karbon organik dari CO₂. HAO tidak dapat memperoleh energi dari oksidasi As(III). Proses ini mungkin merupakan mekanisme detoksifikasi arsen untuk bakteri.

Perhitungan termodinamika kesetimbangan memprediksi bahwa konsentrasi As(V) seharusnya lebih besar daripada konsentrasi As(III) dalam semua kondisi kecuali reduksi kuat, yaitu di mana reduksi SO₄²⁻ terjadi. Namun, reaksi redoks arsen abiotik berjalan lambat. Oksidasi As(III) oleh O₂ terlarut merupakan reaksi yang sangat lambat. Misalnya, Johnson dan Pilson (1975) memberikan waktu paruh untuk oksigenasi As(III) dalam air laut mulai dari beberapa bulan hingga satu tahun. Dalam penelitian lain, rasio As(V)/As(III) dapat stabil selama periode beberapa hari atau minggu selama pengambilan sampel air ketika tidak ada perawatan khusus yang dilakukan untuk mencegah oksidasi, sekali lagi menunjukkan laju oksidasi yang relatif lambat. Cherry menemukan dari beberapa studi eksperimental bahwa rasio As(V)/As(III) dapat stabil dalam larutan anoksik hingga 3 minggu tetapi perubahan bertahap terjadi dalam rentang waktu yang lebih lama. Sampel air steril telah diamati kurang rentan terhadap perubahan spesiasi dibandingkan sampel non-steril. Oremland menemukan bahwa reduksi As(V) menjadi As(III) di Danau Mono dengan cepat dikatalisis oleh bakteri dengan konstanta laju mulai dari 0,02 hingga 0,3 hari⁻¹.

Pengawetan kayu di A.S.

Pada tahun 2002, industri yang berbasis di A.S. mengonsumsi 19.600 ton metrik arsen. Sembilan puluh persen darinya digunakan untuk perawatan kayu dengan tembaga arsenat terkromasi (CCA). Pada tahun 2007, 50% dari 5.280 ton metrik konsumsi masih digunakan untuk tujuan ini. Di Amerika Serikat, penghentian arsen secara sukarela dalam produksi produk konsumen dan produk konstruksi perumahan dan konsumen umum dimulai pada tanggal 31 Desember 2003, dan bahan kimia alternatif sekarang digunakan, seperti Tembaga Alkali Kuarterner, borat, tembaga azola, siprokonazola, dan propikonazola.

Meski dihentikan, aplikasi ini juga menjadi salah satu yang paling mengkhawatirkan masyarakat umum. Sebagian besar kayu yang diberi perlakuan tekanan lebih tua diolah dengan CCA. Kayu CCA masih digunakan secara luas di banyak negara, dan banyak digunakan selama paruh kedua abad ke-20 sebagai bahan bangunan struktural dan luar ruangan. Meskipun penggunaan kayu CCA dilarang di banyak daerah setelah penelitian menunjukkan bahwa arsen dapat larut dari kayu tersebut ke tanah di sekitarnya (dari peralatan taman bermain, misalnya), risiko juga ditimbulkan oleh pembakaran kayu CCA yang lebih tua. Menelan abu kayu secara langsung atau tidak langsung dari kayu CCA yang terbakar telah menyebabkan kematian pada hewan dan keracunan serius pada manusia; dosis mematikan manusia adalah sekitar 20 gram abu. Potongan kayu CCA dari lokasi konstruksi dan pembongkaran mungkin secara tidak sengaja digunakan dalam kebakaran komersial dan rumah tangga. Protokol pembuangan kayu CCA yang aman tidak konsisten di seluruh dunia. Pembuangan TPA yang meluas dari kayu semacam itu menimbulkan beberapa kekhawatiran, tetapi penelitian lain menunjukkan tidak ada kontaminasi arsen di air tanah.

Pemetaan pelepasan industri di A.S.

Salah satu alat yang digunakan untuk memetakan lokasi (dan informasi lainnya mengenai) pelepasan arsen di Amerika Serikat adalah TOXMAP. TOXMAP adalah sebuah Sistem Informasi Geografis (GIS) dari Divisi Layanan Informasi Khusus Perpustakaan Kedokteran Nasional Amerika Serikat (NLM) yang didanai oleh Pemerintah Federal Amerika Serikat. Dengan peta A.S. yang diberi markah, TOXMAP memungkinkan pengguna menjelajahi data secara visual dari Inventaris Pelepasan Beracun dan Program Penelitian Dasar Superfund milik Badan Perlindungan Lingkungan Amerika Serikat (EPA). Informasi kimia dan kesehatan lingkungan TOXMAP diambil dari Jaringan Data Toksikologi (TOXNET) NLM, PubMed, dan dari sumber resmi lainnya.

Bioremediasi

Metode fisik, kimia, dan biologi telah digunakan untuk memulihkan air yang terkontaminasi arsen. Bioremediasi dikatakan hemat biaya dan ramah lingkungan. Bioremediasi air tanah yang terkontaminasi arsen bertujuan untuk mengubah arsenit, bentuk arsen yang beracun bagi manusia, menjadi arsenat. Arsenat (keadaan oksidasi +5) adalah bentuk dominan arsen di air permukaan, sedangkan arsenit (keadaan oksidasi +3) adalah bentuk dominan di lingkungan hipoksia hingga anoksik. Arsenit lebih mudah larut dan bergerak daripada arsenat. Banyak spesies bakteri dapat mengubah arsenit menjadi arsenat dalam kondisi anoksik dengan menggunakan arsenit sebagai donor elektron. Ini adalah metode yang berguna dalam remediasi air tanah. Strategi bioremediasi lainnya adalah menggunakan tumbuhan yang mengakumulasi arsen pada jaringannya melalui fitoremediasi tetapi pembuangan bahan tumbuhan yang terkontaminasi perlu dipertimbangkan.

Bioremediasi memerlukan evaluasi dan desain yang cermat sesuai dengan kondisi yang ada. Beberapa lokasi mungkin memerlukan penambahan akseptor elektron sementara yang lain memerlukan suplementasi mikroba (bioaugmentasi). Terlepas dari metode yang digunakan, hanya pemantauan konstan yang dapat mencegah kontaminasi di masa mendatang.

Toksisitas dan pencegahan

Artikel utama: Keracunan arsen

Arsen

Bahaya
Piktogram GHS
Keterangan bahaya GHS	{{{value}}}

Arsen dan banyak senyawanya adalah racun yang sangat kuat. Sejumlah kecil arsen dapat dideteksi melalui metode farmakopoi yang meliputi reduksi arseni menjadi arseno dengan bantuan seng dan dapat dipastikan dengan kertas merkuriklorida.

Klasifikasi

Arsen elemental serta senyawa arsen sulfat dan trioksida diklasifikasikan sebagai "beracun" dan "berbahaya bagi lingkungan" di Uni Eropa berdasarkan arahan 67/548/EEC. Badan Penelitian Kanker Internasional (IARC) mengakui arsen dan senyawa arsen anorganik sebagai karsinogen golongan 1, dan UE mencantumkan arsen trioksida, arsen pentoksida, dan arsenat sebagai karsinogen kategori 1.

Arsen diketahui menyebabkan arsenikosis bila terdapat dalam air minum, "spesies yang paling umum adalah arsenat [HAsO2−
4; As(V)] dan arsenit [H
3AsO
3; As(III)]".

Batasan hukum, makanan, dan minuman

Di Amerika Serikat sejak tahun 2006, konsentrasi arsen maksimum dalam air minum yang diperbolehkan oleh Badan Perlindungan Lingkungan (EPA) adalah 10 ppb dan FDA menetapkan standar yang sama pada tahun 2005 untuk air kemasan. Departemen Perlindungan Lingkungan New Jersey menetapkan batas air minum sebesar 5 ppb pada tahun 2006. Nilai IDLH (langsung berbahaya bagi kehidupan dan kesehatan) untuk logam arsen dan senyawa arsen anorganik adalah 5 mg/m³ (5 ppb). Administrasi Keselamatan dan Kesehatan Kerja (OSHA) telah menetapkan batas paparan yang diizinkan (PEL) hingga rata-rata tertimbang waktu (TWA) sebesar 0,01 mg/m³ (0,01 ppb), dan Institut Nasional untuk Keselamatan dan Kesehatan Kerja (NIOSH) telah menetapkan batas paparan yang direkomendasikan (REL) hingga paparan konstan selama 15 menit sebesar 0,002 mg/m³ (0,002 ppb). PEL untuk senyawa arsen organik adalah TWA 0,5 mg/m³ (0,5 ppb).

Pada tahun 2008, berdasarkan pengujian berkelanjutan dari berbagai makanan Amerika untuk bahan kimia beracun, Badan Pengawas Obat dan Makanan A.S. menetapkan "tingkat perhatian" untuk arsen anorganik dalam jus apel dan pir pada 23 ppb, berdasarkan efek non-karsinogenik, dan mulai memblokir impor produk yang melebihi tingkat ini; A.S. juga mengharuskan penarikan untuk produk dalam negeri yang tidak sesuai. Pada tahun 2011, acara televisi nasional Dr. Oz menyiarkan program yang menyoroti uji yang dilakukan oleh sebuah laboratorium independen yang disewa oleh produser. Meskipun metodologinya diperdebatkan (karena tidak membedakan antara arsen organik dan anorganik), uji tersebut menunjukkan kadar arsen hingga 36 ppb. Sebagai tanggapan, FDA menguji merek terburuk dari acara Dr. Oz dan menemukan tingkat yang jauh lebih rendah. Pengujian yang sedang berlangsung menemukan 95% dari sampel jus apel berada di bawah tingkat perhatian. Pengujian selanjutnya yang dilakukan oleh Consumer Reports menunjukkan arsen anorganik pada tingkat sedikit di atas 10 ppb, dan organisasi tersebut mendesak orang tua untuk mengurangi konsumsi. Pada Juli 2013, dengan pertimbangan konsumsi oleh anak-anak, paparan kronis, dan efek karsinogenik, FDA menetapkan "tingkat tindakan" pada 10 ppb untuk jus apel, sama dengan standar air minum.

Kekhawatiran mengenai arsen dalam beras di Bangladesh muncul pada tahun 2002, tetapi pada saat itu hanya Australia yang memiliki batas legal untuk makanan (satu miligram per kilogram). Kekhawatiran muncul mengenai orang-orang yang makan nasi A.S. melebihi standar WHO untuk asupan arsen pribadi pada tahun 2005. Pada tahun 2011, Republik Rakyat Tiongkok menetapkan standar makanan arsen pada 150 ppb.

Di Amerika Serikat pada tahun 2012, pengujian oleh kelompok peneliti terpisah di Pusat Penelitian Kesehatan Lingkungan dan Pencegahan Penyakit Anak di Dartmouth College (di awal tahun, berfokus pada tingkat urine pada anak-anak) dan Consumer Reports (pada bulan November) menemukan kadar arsen dalam beras yang menyebabkan FDA meminta untuk menetapkan batas. FDA merilis beberapa hasil pengujian pada September 2012, dan hingga Juli 2013, masih mengumpulkan data untuk mendukung potensi peraturan baru. Ia belum merekomendasikan perubahan apa pun dalam perilaku konsumen.

Consumer Reports merekomendasikan:

1. Bahwa EPA dan FDA harus menghilangkan pupuk, obat-obatan, dan pestisida yang mengandung arsen dalam produksi makanan;
2. Bahwa FDA harus menetapkan batas legal untuk makanan;
3. Bahwa industri harus mengubah praktik produksi untuk menurunkan kadar arsen, terutama dalam makanan untuk anak-anak; dan
4. Bahwa konsumen harus menguji pasokan air rumah, makan makanan yang bervariasi, dan memasak nasi dengan air berlebih, lalu mengeringkannya (mengurangi kadar arsen anorganik sekitar sepertiga bersama dengan sedikit pengurangan kandungan vitamin).
5. Pendukung kesehatan masyarakat berbasis bukti juga merekomendasikan bahwa, mengingat kurangnya peraturan atau pelabelan untuk arsen di A.S., anak-anak harus makan nasi tidak lebih dari 1,5 porsi per minggu dan tidak boleh minum susu beras sebagai bagian dari diet harian mereka sebelum usia 5 tahun. Mereka juga menawarkan rekomendasi untuk orang dewasa dan bayi tentang cara membatasi paparan arsen dari beras, air minum, dan jus buah.

Konferensi penasihat Organisasi Kesehatan Dunia 2014 dijadwalkan untuk mempertimbangkan batas 200–300 ppb untuk beras.

Mengurangi kandungan arsen pada beras

Pendekatan memasak nasi yang lebih baik untuk memaksimalkan pembuangan arsen sambil menjaga unsur nutrisi

Pada tahun 2020, para ilmuwan menilai beberapa prosedur persiapan beras untuk kapasitasnya mengurangi kandungan arsen dan menjaga nutrisi, merekomendasikan prosedur yang melibatkan pratanak dan penyerapan air.

Batas paparan pekerjaan

Negara	Batas
Amerika Serikat	TWA 0,01 mg/m3
Argentina	Karsinogen manusia terkonfirmasi
Australia	TWA 0,05 mg/m3 – Karsinogen
Belgia	TWA 0,1 mg/m3 – Karsinogen
Britania Raya	TWA 0,1 mg/m3
Bulgaria	Karsinogen manusia terkonfirmasi
Denmark	TWA 0,01 mg/m3
Filipina	TWA 0,5 mg/m3
Finlandia	Karsinogen
Hungaria	Konsentrasi langit-langit 0,01 mg/m3 – Kulit, karsinogen
India	TWA 0,2 mg/m3
Jepang	Karsinogen golongan 1
Kanada	TWA 0,01 mg/m3
Kolombia	Karsinogen manusia terkonfirmasi
Korea Selatan	TWA 0,01 mg/m3
Meksiko	TWA 0,2 mg/m3
Mesir	TWA 0,2 mg/m3
Norwegia	TWA 0,02 mg/m3
Polandia	TWA 0,01 mg/m3
Selandia Baru	TWA 0,05 mg/m3 – Karsinogen
Singapura	Karsinogen manusia terkonfirmasi
Swedia	TWA 0,01 mg/m3
Thailand	TWA 0,5 mg/m3
Turki	TWA 0,5 mg/m3
Vietnam	Karsinogen manusia terkonfirmasi
Yordania	Karsinogen manusia terkonfirmasi

Ekotoksisitas

Arsen bersifat bioakumulatif pada banyak organisme, khususnya spesies laut, tetapi ia tampaknya tidak mengalami biomagnifikasi secara signifikan dalam jaring-jaring makanan. Di daerah tercemar, pertumbuhan tumbuhan dapat dipengaruhi oleh serapan arsenat oleh akar, yang merupakan analog fosfat dan oleh karena itu mudah diangkut dalam jaringan dan sel tumbuhan. Di daerah yang tercemar, penyerapan ion arsenit yang lebih beracun (ditemukan lebih khusus pada kondisi reduksi) kemungkinan besar terjadi di tanah yang berdrainase buruk.

Toksisitas pada hewan

Senyawa	Hewan	LD50	Rute
Arsen	Tikus besar (rat)	763 mg/kg	oral
Arsen	Tikus kecil (mouse)	145 mg/kg	oral
Kalsium arsenat	Tikus besar	20 mg/kg	oral
Kalsium arsenat	Tikus kecil	794 mg/kg	oral
Kalsium arsenat	Kelinci	50 mg/kg	oral
Kalsium arsenat	Anjing	38 mg/kg	oral
Timbal arsenat	Kelinci	75 mg/kg	oral

Senyawa	Hewan	LD50	Rute
Arsen trioksida (As(III))	Tikus kecil (mouse)	26 mg/kg	oral
Arsenit (As(III))	Tikus kecil	8 mg/kg	im
Arsenat (As(V))	Tikus kecil	21 mg/kg	im
MMA (As(III))	Hamster	2 mg/kg	ip
MMA (As(V))	Tikus kecil	916 mg/kg	oral
DMA (As(V))	Tikus kecil	648 mg/kg	oral
im = disuntikkan secara intramuskular ip = diberikan secara intraperitoneal

Mekanisme biologis

Toksisitas arsen berasal dari afinitas arsen(III) oksida terhadap tiol. Tiol, dalam bentuk residu sisteina dan kofaktor seperti asam lipoat dan koenzim A, terletak di tempat aktif dari banyak enzim penting.

Arsen dapat mengganggu produksi ATP melalui beberapa mekanisme. Pada tingkat siklus asam sitrat, arsen akan menghambat asam lipoat, yang merupakan kofaktor piruvat dehidrogenase. Dengan bersaing dengan fosfat, arsenat melepaskan fosforilasi oksidatif, sehingga menghambat reduksi NAD+ terkait energi, respirasi mitokondria, dan sintesis ATP. Produksi hidrogen peroksida juga meningkat, yang diperkirakan berpotensi membentuk spesi oksigen reaktif dan stres oksidatif. Gangguan metabolisme ini dapat menyebabkan kematian akibat kegagalan organ multi-sistem. Kegagalan organ ini diduga berasal dari kematian sel nekrotik, bukan apoptosis, karena cadangan energi telah terlalu sedikit untuk terjadinya apoptosis.

Risiko paparan dan remediasi

Paparan pekerjaan dan keracunan arsen dapat terjadi pada orang-orang yang bekerja di industri yang melibatkan penggunaan arsen anorganik dan senyawanya, seperti pengawetan kayu, produksi kaca, paduan logam nonfero, dan pembuatan semikonduktor elektronik. Arsen anorganik juga ditemukan dalam emisi oven kokas yang terkait dengan industri peleburan.

Konversi antara As(III) dan As(V) merupakan faktor besar dalam pencemaran lingkungan arsen. Menurut Croal, Gralnick, Malasarn, dan Newman, "pemahaman tentang apa yang merangsang oksidasi As(III) dan/atau membatasi reduksi As(V) adalah relevan untuk bioremediasi lokasi yang terkontaminasi (Croal)". Studi mengenai pengoksidasi As(III) kemolitoautotrofik dan pereduksi As(V) heterotrofik dapat membantu pemahaman mengenai oksidasi dan/atau reduksi arsen.

Pengobatan

Pengobatan keracunan arsen kronis dimungkinkan. Dimerkaprol diresepkan dalam dosis 5 mg/kg hingga 300 mg setiap 4 jam untuk hari pertama, kemudian setiap 6 jam untuk hari kedua, dan akhirnya setiap 8 jam selama 8 hari tambahan. Namun, Badan untuk Zat Beracun dan Pendaftaran Penyakit A.S. (ATSDR) menyatakan bahwa efek jangka panjang dari paparan arsen tidak dapat diprediksi. Kandungan arsen dalam darah, urine, rambut, dan kuku dapat diuji; namun, uji ini tidak dapat meramalkan kemungkinan hasil kesehatan dari paparan arsen. Paparan jangka panjang dan ekskresi lebih lanjut melalui urine telah dikaitkan dengan kanker kandung kemih dan ginjal selain kanker hati, prostat, kulit, paru-paru, dan rongga hidung.

Lihat pula

• Aqua Tofana
• Arsen putih
• Arsen trioksida
• Biokimia arsen
• GFAJ-1
• Keracunan arsen
• Kimia organoarsen
• Larutan Fowler
• Logam berat beracun
• Senyawa arsen
• Toksisitas arsen

Bibliografi

• Emsley, John (2011). "Arsenic". Nature's Building Blocks: An A–Z Guide to the Elements. Oxford, Inggris: Oxford University Press. hlm. 47–55. ISBN 978-0-19-960563-7. 
• Greenwood, Norman N.; Earnshaw, A. (1997), Chemistry of the Elements (edisi ke-2), Oxford: Butterworth-Heinemann, ISBN 0-7506-3365-4 Pemeliharaan CS1: Banyak nama: authors list (link)
• Rieuwerts, John (2015). The Elements of Environmental Pollution. Abingdon and New York: Routledge. ISBN 978-0-41-585920-2. 

Bacaan lebih lanjut

• Whorton, James G. (2011). The Arsenic Century. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-960599-6. 

Pranala luar

• (Inggris) Arsen Zat Penyebab Kanker, Institut kanker Nasional Amerika Serikat.
• (Inggris) Halaman arsen CTD dan halaman obat arsen CTD dari Basis Data Toksikogenomik Komparatif
• (Inggris) Keracunan arsen: aspek umum dan agen pengelat, oleh Geir Bjørklund, Massimiliano Peana dkk. Arsip Toksikologi (2020) 94:1879–1897.
• (Inggris) Toksikologi Dosis Kecil
• (Inggris) Arsen dalam air tanah Buku mengenai arsen dalam air tanah oleh IAH's Netherlands Chapter and the Netherlands Hydrological Society
• (Inggris) Contaminant Focus: Arsen Diarsipkan 1 September 2009 di Wayback Machine. oleh EPA.
• (Inggris) Kriteria Kesehatan Lingkungan untuk Arsen dan Senyawa Arsen, 2001 oleh WHO.
• (Inggris) Kapaj, Simon; Peterson, Hans; Liber, Karsten; Bhattacharya, Prosun (2006). "Human Health Effects from Chronic Arsenic Poisoning–A Review". Journal of Environmental Science and Health, Part A. 41 (10): 2399–2428. doi:10.1080/10934520600873571. PMID 17018421. 
• (Inggris) Institut Nasional untuk Keselamatan dan Kesehatan Kerja – Halaman Arsen
• (Inggris) Arsenic di The Periodic Table of Videos (Universitas Nottingham)