في الكيمياء يظهر الأرسين أو ما يعرف بغاز ثلاثي هيدريد الزرنيخ على شكل غاز عديم اللون برائحة الثوم الكريهة، وهو عبارة عن غاز قابل للاشتعال، وهو أثقل من الهواء، يكون شديد السمية عن طريق الاستنشاق ولقد تم استخدامه كغاز سام عسكري، ومؤكدة أنها مادة مسرطنة للإنسان، تحت التعرض المطول للحريق أو الحرارة قد تنفجر حاويات بعنف والصواريخ.
أرسين
الأرسين بشكل عام عبارة عن غاز عديم اللون وقابل للاشتعال وشديد السمية، ونظرًا لأن الزرنيخ غير مهيج ولا ينتج عنه أعراض فورية، فقد لا يكون الأشخاص المعرضون لمستويات خطرة على علم بوجوده، والأرسين قابل للذوبان في الماء، ويتم شحنها بشكل عام في اسطوانات كغاز مضغوط مسال.
يحدث التعرض في كثير من الأحيان عندما يتولد غاز الزرنيخ، بينما يتم معالجة المعادن أو الخامات الخام المحتوية على شوائب الزرنيخ بالحمض وهذا مصدر شائع للتعرض، كما وتشمل المرادفات هيدريد الزرنيخ وثلاثي هيدريد الزرنيخ والهيدروجين المعالج بالزرنيخ وهيدريد الزرنيخ وزرنيخيد الهيدروجين.
الأرسين هو عبارة عن مادة صناعية شديدة السمية، وهو مادة كيميائية يمكن أن تسبب إصابات جماعية، يمكن أن يؤدي استنشاق غاز الزرنيخ إلى الوفاة، إنه التأثير السمي الأولي هو انحلال الدم والذي قد يؤدي إلى الفشل الكلوي لاحقا، العلامات والأعراض هي أنه قد يبدو المريض في حالة جيدة نسبيًا في البداية، وعادة في غضون 30 إلى 60 دقيقة
مع التعرض الشديد تشمل الأعراض الشائعة الشعور بالضيق والصداع العطش والرعشة وآلام البطن وضيق التنفس، ويمكن أن يتأخر تكون هذه الأعراض لمدة 2 إلى 24 ساعة.
تحدث البيلة الهيموغلوبينية عادةً في غضون ساعات، ويحدث اليرقان في غضون يوم أو يومين، إن التسمم بالأرسين يسبب انحلال الدم داخل الأوعية الدموية، والذي قد يؤدي إلى الفشل الكلوي، الاستنشاق هو الطريق الرئيسي للتعرض للزرنيخ، وهناك القليل من المعلومات حول الامتصاص من خلال الجلد أو التأثيرات السامة على الجلد أو العينين.
لا يشكل الأشخاص المعرضون للأرسين أي مخاطر ثانوية، كميات صغيرة من الارسين يمكن أن تحبس الغاز في ملابس أو شعر الضحية بعد التعرض الكبير، ولكن من غير المحتمل أن تخلق خطرًا على الأفراد خارج المنطقة الساخنة، ويجب على موظفي قسم الطوارئ مراعاة الاحتياطات القياسية.
الخصائص العامة للأرسين
مركب الأرسين أو غاز ثلاثي هيدريد الزرنيخ في الحالة القياسية الطبيعية هو عبارة عن غاز عديم اللون ويمتلك أكثر كثافة من الهواء قابل للذوبان بشكل طفيف في الماء (20٪ عند 20 درجة مئوية)، وفي العديد من المذيبات العضوية أيضًا، بينما الزرنيخ نفسه عديم الرائحة، ونظرًا لأكسدته عن طريق الهواء فمن الممكن شم رائحة خفيفة من الثوم أو رائحة تشبه رائحة السمك عندما يكون المركب أعلى من 0.5 جزء في المليون.
هذا المركب في الواقع مستقر حركيًا وفي درجة حرارة الغرفة يتحلل ببطء فقط، وفي 230 درجة مئوية يكون التحلل إلى الزرنيخ والهيدروجين سريعًا بدرجة كافية ليكون أساس اختبار الاهوار، على غرار الستيبين يكون تحلل الزرنيخ تحفيزيًا ذاتيًا حيث يعمل الزرنيخ المحرّر أثناء التفاعل كمحفز لنفس التفاعل، وهناك العديد من العوامل الأخرى مثل الرطوبة ووجود الضوء وبعض العوامل الحفازة (بالتحديد الألومينا) تسهل معدل التحلل.
مركب ثلاثي هيدريد الزرنيخ (AsH3) هو عبارة عن جزيء هرمي بزوايا (H-As-H) تبلغ 91.8 درجة وثلاثة روابط (As-H) مكافئة طول كل منها 1.519، ويتم تحضير هذا المركب عمومًا من خلال تفاعل مصادر أيون الزرنيخ (+As3) مع مكافئات الهيدريد (H−) كما في المعادلة الكيميائية التالية:
4AsCl3 + 3 NaBH4 → 4 AsH3 + 3 NaCl + 3 BCl3
كما ورد في عام 1775 ميلادي، قام كارول سكيل باختزال أكسيد الزرنيخ (III) بالزنك في وجود الحمض، ورد الفعل هذا هو مقدمة لاختبار مارش، حيث تتفاعل مصادر أيون (As3−) مع الكواشف البروتونية من أجل إنتاج هذا الغاز أيضًا، كما ويعتبر زرنيخيد الزنك وزرنيخيد الصوديوم من السلائف المناسبة كما في المعادلات التالية:
+Zn3As2 + 6 H + → 2 AsH3 + 3 Zn2
Na3As + 3 HBr → AsH3 + 3 NaBr
لقد تم تطوير فهم الخصائص الكيميائية للأرسين جيدًا ويمكن توقعه بناءً على متوسط سلوك نظائر (pnictogen) الأخف مثل كلا من (PH3 و SbH3)، إن التحلل الحراري نموذجي للهيدريد الثقيل (على سبيل المثال SbH3 و H2Te و SnH4).
2AsH3 → 3 H2 + 2 As
تفاعل التحلل هذا هو أساس اختبار مارش الموصوف أدناه والذي يكتشف العنصر As، واستمرارًا للتماثل مع مركب (SbH3) يتأكسد (AsH3) بسهولة عن طريق تركيز O2 أو تركيز O2 المخفف في الهواء كما في المعادلة التالية:
2 AsH3 + 3 O2 → As2O3 + 3 H2O
يتفاعل مركب الأرسين بعنف وشدة عند تواجد عوامل مؤكسدة قوية مثل مركب برمنجنات البوتاسيوم ومركب هيبوكلوريت الصوديوم أو حمض النيتريك، وهناك التفاعلات الحمضية القاعدية، حيث أنه غالبًا ما يتم استغلال الخصائص الحمضية لرابطة (As-H) وبالتالي يمكن إزالة الأرسين كما في المعادلة الكيميائية التالية:
AsH3 + NaNH2 → NaAsH2 + NH3
تعتبر تفاعلات الزرنيخ مع الهالوجينات (الفلوروالكلور) أو بعض مركباتها، مثل ثلاثي كلوريد النيتروجين شديدة الخطورة ويمكن أن تؤدي إلى حدوث انفجارات.
التطبيقات على الأرسين
تطبيقات الإلكترونيات الدقيقة حيث يستخدم الأرسين في تصنيع المواد شبه الموصلة المتعلقة بالإلكترونيات الدقيقة وليزر الحالة الصلبة، وهو مرتبط بالفوسفور، الزرنيخ عبارة عن مادة (n-dopant) للسيليكون والجرمانيوم، والأهم من ذلك يتم استخدامه في صنع أشباه الموصلات (GaAs) عن طريق عملية ترسيب البخار الكيميائي (CVD) عند 700-900 درجة مئوية، كما في المعادلة التالية:
Ga (CH3) 3 + AsH3 → GaAs + 3 CH4
بالنسبة للتطبيقات الإلكترونية الدقيقة من الممكن أن يتم توفير الزرنيخ من خلال مصدر غاز تحت الغلاف الجوي، وفي هذا النوع من عبوات الغاز فإنه يتم امتصاصه على شكل مادة ماصة صلبة صغيرة من السهل اختراقها داخل أسطوانة غاز، كما وتسمح هذه الطريقة بتخزين الغاز دون ضغط مما يقلل بشكل كبير من خطر تسرب غاز الزرنيخ من الأسطوانة.
الحرب الكيميائية: منذ ما قبل الحرب العالمية الثانية لقد تم اقتراح الأرسين كسلاح حرب كيميائية محتمل، الغاز عديم اللون عديم الرائحة تقريبًا وأكثف 2.5 مرة من الهواء كما هو مطلوب للتأثير الشامل المنشود في الحرب الكيميائية، كما أنه قاتل بتركيزات أقل بكثير من تلك المطلوبة لشم رائحته الشبيهة بالثوم.
وبعيدا عن هذه الخصائص فإنه على الرغم من ذلك لم يتم استخدام الزرنيخ رسميًا كسلاح وذلك بسبب قابليته المرتفعة للاشتعال وانخفاض فعاليته عند مقارنته بالفوسجين البديل غير القابل للاشتعال، ومن ناحية أخرى لقد تم تطوير العديد من المركبات العضوية القائمة على الزرنيخ، مثل لويسيت (β-chlorovinyldichloroarsine) و (diphenylaminechloroarsine) و (diphenylchloroarsine) و(diphenylcyanoarsine) بشكل فعال للاستخدام في الحرب الكيميائية.
