Arsenic -Arsenic

Arsenic,  33 As
Arsen 1a.jpg
Arsenic
Prononciation
Allotropes gris (le plus courant), jaune, noir (voir Allotropes de l'arsenic )
Apparence gris métallisé
Masse atomique standard A r °(As)
L'arsenic dans le tableau périodique
Hydrogène Hélium
Lithium Béryllium Bore Carbone Azote Oxygène Fluor Néon
Sodium Magnésium Aluminium Silicium Phosphore Soufre Chlore Argon
Potassium Calcium Scandium Titane Vanadium Chrome Manganèse Fer Cobalt Nickel Cuivre Zinc Gallium Germanium Arsenic Sélénium Brome Krypton
Rubidium Strontium Yttrium Zirconium Niobium Molybdène Technétium Ruthénium Rhodié Palladium Argent Cadmium Indium Étain Antimoine Tellure Iode Xénon
Césium Baryum Lanthane Cérium Praséodyme Néodyme Prométhium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutétium Hafnium Tantale Tungstène Rhénium Osmium Iridium Platine Or Mercure (élément) Thallium Mener Bismuth Polonium astate Radon
francium Radium Actinium Thorium Protactinium Uranium Neptunium Plutonium Américium Curium Berkélium Californie Einsteinium fermium Mendélévium nobélium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium copernic nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessee Oganesson
P

Comme

Sb
germaniumarsenicsélénium
Numéro atomique ( Z ) 33
Groupe groupe 15 (pnictogènes)
Période période 4
Bloc   p-bloc
Configuration électronique [ Ar ] 3d 10 4s 2 4p 3
Électrons par coquille 2, 8, 18, 5
Propriétés physiques
Phase à  STP solide
Point de sublimation 887 K ​(615 °C, ​1137 °F)
Densité (près  de rt ) 5,727 g/cm 3
lorsqu'il est liquide (à  mp ) 5,22 g/cm 3
Point triple 1090K, ​3628 kPa
Point critique 1673 K, ? MPa
Température de fusion gris : 24,44  kJ/mol
Chaleur de vaporisation 34,76 kJ/mol (?)
Capacité calorifique molaire 24,64 J/(mol·K)
La pression de vapeur
P  (Pa) 1 dix 100 1 k 10k 100k
à  T  (K) 553 596 646 706 781 874
Propriétés atomiques
États d'oxydation −3 , −2, −1, 0, +1, +2, +3 , +4, +5 (unoxyde légèrement acide )
Électronégativité Échelle de Pauling : 2,18
Énergies d'ionisation
Rayon atomique empirique : 119  h
Rayon covalent 119±16h
Rayon de Van der Waals 185h
Lignes de couleur dans une gamme spectrale
Lignes spectrales d'arsenic
Autres propriétés
Occurrence naturelle primordial
Structure en cristal rhomboédrique
Structure cristalline rhomboédrique pour l'arsenic
Dilatation thermique 5,6 µm/(m⋅K) (à  ta )
Conductivité thermique 50,2 W/(m⋅K)
Résistivité électrique 333 nΩ⋅m (à 20 °C)
Commande magnétique diamagnétique
Susceptibilité magnétique molaire −5,5 × 10 −6  cm 3 /mol
Module d'Young 8 GPa
Module de masse 22 GPa
Dureté de Mohs 3.5
Dureté Brinell 1440 MPa
Numero CAS 7440-38-2
Histoire
Découverte Alchimistes arabes (avant 815 après JC)
Isotopes de l'arsenic
Principaux isotopes Carie
abondance demi-vie ( t 1/2 ) mode produit
73 Comme synthé 80,3 j ε 73 Ge
γ
74 Comme synthé 17,8 j ε 74 Ge
β + 74 Ge
γ
β- _ 74 Se
75 comme 100% écurie
 Catégorie : Arsenic
| les références

L'arsenic est un élément chimique avec le symbole As et le numéro atomique 33. L'arsenic est présent dans de nombreux minéraux, généralement en combinaison avec du soufre et des métaux , mais aussi sous forme de cristal élémentaire pur . L'arsenic est un métalloïde . Il possède divers allotropes , mais seule la forme grise, qui a un aspect métallique, est importante pour l'industrie.

L'arsenic est principalement utilisé dans les alliages de plomb (par exemple, dans les batteries de voiture et les munitions ). L'arsenic est un dopant de type n courant dans les dispositifs électroniques à semi-conducteurs . C'est également un composant de l' arséniure de gallium semi-conducteur composé III-V . L'arsenic et ses composés, en particulier le trioxyde, sont utilisés dans la production de pesticides , de produits du bois traité, d'herbicides et d'insecticides . Ces applications sont en déclin avec la reconnaissance croissante de la toxicité de l'arsenic et de ses composés.

Quelques espèces de bactéries sont capables d'utiliser les composés de l'arsenic comme métabolites respiratoires . Des traces d'arsenic sont un élément alimentaire essentiel chez les rats, les hamsters, les chèvres, les poulets et vraisemblablement d'autres espèces. Un rôle dans le métabolisme humain n'est pas connu. Cependant, l'empoisonnement à l'arsenic se produit dans la vie multicellulaire si les quantités sont plus importantes que nécessaires. La contamination par l'arsenic des eaux souterraines est un problème qui touche des millions de personnes à travers le monde.

L' Environmental Protection Agency des États-Unis déclare que toutes les formes d'arsenic constituent un risque sérieux pour la santé humaine. L'Agence des États-Unis pour les substances toxiques et le registre des maladies a classé l'arsenic au premier rang dans sa liste prioritaire de 2001 des substances dangereuses sur les sites du Superfund . L'arsenic est classé comme cancérigène du groupe A.

Caractéristiques

Caractéristiques physiques

Structure cristalline commune à Sb , AsSb et As gris

Les trois allotropes d'arsenic les plus courants sont l'arsenic gris, jaune et noir, le gris étant le plus courant. L'arsenic gris (α-As, groupe spatial R 3 m n ° 166) adopte une structure à double couche composée de nombreux anneaux à six chaînons imbriqués et froissés. En raison de la faible liaison entre les couches, l'arsenic gris est cassant et a une dureté Mohs relativement faible de 3,5. Les voisins les plus proches et les plus proches forment un complexe octaédrique déformé, les trois atomes de la même double couche étant légèrement plus proches que les trois atomes de la suivante. Ce tassement relativement serré conduit à une masse volumique élevée de 5,73 g/cm 3 . L'arsenic gris est un semi-métal , mais devient un semi-conducteur avec une bande interdite de 1,2 à 1,4 eV s'il est amorphisé. L'arsenic gris est également la forme la plus stable. L'arsenic jaune est mou et cireux, et quelque peu semblable au tétraphosphore ( P 4 ). Les deux ont quatre atomes disposés dans une structure tétraédrique dans laquelle chaque atome est lié à chacun des trois autres atomes par une simple liaison. Cet allotrope instable, étant moléculaire, est le plus volatil, le moins dense et le plus toxique. L'arsenic jaune solide est produit par refroidissement rapide de la vapeur d'arsenic, As 4 . Il est rapidement transformé en arsenic gris par la lumière. La forme jaune a une densité de 1,97 g/cm 3 . L'arsenic noir a une structure similaire au phosphore noir . L'arsenic noir peut également se former par refroidissement de la vapeur à environ 100–220 °C et par cristallisation de l'arsenic amorphe en présence de vapeurs de mercure. Il est vitreux et cassant. L'arsenic noir est également un mauvais conducteur électrique. Comme le point triple de l'arsenic est à 3,628 MPa (35,81 atm), il n'a pas de point de fusion à pression standard mais se sublime à la place du solide à la vapeur à 887 K (615 ° C ou 1137 ° F).

Isotopes

L'arsenic est présent dans la nature sous la forme d'un isotope stable , 75 As, un élément monoisotopique . En 2003, au moins 33 radio-isotopes ont également été synthétisés, dont la masse atomique varie de 60 à 92. Le plus stable d'entre eux est le 73 As avec une demi-vie de 80,30 jours. Tous les autres isotopes ont des demi-vies inférieures à un jour, à l'exception de 71 As ( t 1/2 =65,30 heures), 72 As ( t 1/2 =26,0 heures), 74 As ( t 1/2 =17,77 jours ), 76 As ( t 1/2 = 1,0942 jours) et 77 As ( t 1/2 = 38,83 heures). Les isotopes plus légers que l' As stable ont tendance à se désintégrer par désintégration β + , et ceux qui sont plus lourds ont tendance à se désintégrer par désintégration β , à quelques exceptions près.

Au moins 10 isomères nucléaires ont été décrits, dont la masse atomique va de 66 à 84. Le plus stable des isomères de l'arsenic est le 68mAs avec une demi-vie de 111 secondes.

Chimie

L'arsenic a une électronégativité et des énergies d'ionisation similaires à celles de son congénère phosphore plus léger et forme par conséquent facilement des molécules covalentes avec la plupart des non-métaux. Bien que stable à l'air sec, l'arsenic forme une ternissure bronze doré lors d'une exposition à l'humidité qui finit par devenir une couche superficielle noire. Lorsqu'il est chauffé à l'air, l'arsenic s'oxyde en trioxyde d'arsenic ; les vapeurs de cette réaction ont une odeur ressemblant à l'ail . Cette odeur peut être détectée en frappant des minéraux arséniures tels que l'arsénopyrite avec un marteau. Il brûle dans l'oxygène pour former du trioxyde d'arsenic et du pentoxyde d'arsenic , qui ont la même structure que les composés phosphorés les plus connus, et dans le fluor pour donner du pentafluorure d'arsenic . L'arsenic (et certains composés d'arsenic) se sublime lors du chauffage à la pression atmosphérique, se convertissant directement en une forme gazeuse sans état liquide intermédiaire à 887 K (614 ° C). Le point triple est de 3,63 MPa et 1 090 K (820 °C). L'arsenic fabrique de l'acide arsenique avec de l'acide nitrique concentré , de l'acide arsenique avec de l'acide nitrique dilué et du trioxyde d'arsenic avec de l'acide sulfurique concentré ; cependant, il ne réagit pas avec l'eau, les alcalis ou les acides non oxydants. L'arsenic réagit avec les métaux pour former des arséniures , bien qu'il ne s'agisse pas de composés ioniques contenant l'ion As 3− car la formation d'un tel anion serait hautement endothermique et même les arséniures du groupe 1 ont des propriétés de composés intermétalliques . Comme le germanium , le sélénium et le brome , qui, comme l'arsenic, succèdent à la série de transition 3d , l'arsenic est beaucoup moins stable dans l'état d'oxydation de groupe de +5 que ses voisins verticaux le phosphore et l'antimoine, et donc le pentoxyde d'arsenic et l'acide arsenique sont de puissants oxydants.

Composés

Les composés de l'arsenic ressemblent à certains égards à ceux du phosphore qui occupe le même groupe (colonne) du tableau périodique . Les états d'oxydation les plus courants pour l'arsenic sont : -3 dans les arséniures , qui sont des composés intermétalliques de type alliage, +3 dans les arsénites , et +5 dans les arséniates et la plupart des composés organoarsenic. L'arsenic se lie également facilement à lui-même comme on le voit dans le carré As3−4ions dans le minéral skutterudite . À l' état d'oxydation +3 , l'arsenic est typiquement pyramidal en raison de l'influence de la paire d' électrons isolée .

Composés inorganiques

L'un des composés d'arsenic les plus simples est le trihydrure, l' arsine hautement toxique, inflammable et pyrophorique (AsH 3 ). Ce composé est généralement considéré comme stable, car à température ambiante, il ne se décompose que lentement. À des températures de 250 à 300 ° C, la décomposition en arsenic et en hydrogène est rapide. Plusieurs facteurs, tels que l'humidité , la présence de lumière et certains catalyseurs (notamment l'aluminium ) facilitent la vitesse de décomposition. Il s'oxyde facilement dans l'air pour former du trioxyde d'arsenic et de l'eau, et des réactions analogues ont lieu avec le soufre et le sélénium au lieu de l'oxygène .

L'arsenic forme des oxydes cristallins incolores et inodores As 2 O 3arsenic blanc ») et As 2 O 5 qui sont hygroscopiques et facilement solubles dans l'eau pour former des solutions acides. L'acide arsenic (V) est un acide faible et les sels sont appelés arséniates , la contamination par l'arsenic la plus courante des eaux souterraines et un problème qui touche de nombreuses personnes. Les arséniates synthétiques comprennent le vert de Scheele (arséniate d'hydrogène cuivrique, arséniate de cuivre acide), l'arséniate de calcium et l'arséniate d'hydrogène de plomb . Ces trois-là ont été utilisés comme insecticides et poisons agricoles .

Les étapes de protonation entre l'arséniate et l'acide arsenique sont similaires à celles entre le phosphate et l'acide phosphorique . Contrairement à l'acide phosphoreux , l'acide arsénique est véritablement tribasique, de formule As(OH) 3 .

Une grande variété de composés soufrés d'arsenic sont connus. L'orpiment ( As 2 S 3 ) et le réalgar ( As 4 S 4 ) sont assez abondants et étaient autrefois utilisés comme pigments de peinture. Dans As 4 S 10 , l'arsenic a un état d'oxydation formel de +2 dans As 4 S 4 qui comporte des liaisons As-As de sorte que la covalence totale de As est toujours de 3. L'orpiment et le réalgar, ainsi que As 4 S 3 , avoir des analogues de sélénium; l'analogue As 2 Te 3 est connu sous le nom de kalgoorlieite minérale et l'anion As 2 Te est connu comme ligand dans les complexes de cobalt .

Tous les trihalogénures d'arsenic (III) sont bien connus à l'exception de l'astate, qui est inconnu. Le pentafluorure d'arsenic (AsF 5 ) est le seul pentahalogénure important, reflétant la plus faible stabilité de l'état d'oxydation +5 ; même ainsi, c'est un agent fluorant et oxydant très puissant. (Le pentachlorure n'est stable qu'en dessous de -50 ° C, température à laquelle il se décompose en trichlorure, libérant du chlore gazeux.)

Alliages

L'arsenic est utilisé comme élément du groupe 5 dans les semi-conducteurs III-V arséniure de gallium , arséniure d'indium et arséniure d'aluminium . Le nombre d'électrons de valence de GaAs est le même que celui d'une paire d'atomes de Si, mais la structure de bande est complètement différente, ce qui se traduit par des propriétés de masse distinctes. D'autres alliages d'arsenic comprennent l' arséniure de cadmium semi-conducteur II-V .

Composés organoarsenic

Une grande variété de composés organoarsenic sont connus. Plusieurs ont été développés comme agents de guerre chimique pendant la Première Guerre mondiale, y compris des vésicants tels que le lewisite et des agents de vomissement tels que l'adamsite . L'acide cacodylique , qui présente un intérêt historique et pratique, est issu de la méthylation du trioxyde d'arsenic, réaction sans analogie dans la chimie du phosphore. Le cacodyl a été le premier composé organométallique connu (même si l'arsenic n'est pas un vrai métal) et a été nommé du grec κακωδία "puanteur" pour son odeur désagréable; c'est très toxique.

Occurrence et production

Un grand échantillon d'arsenic natif

L'arsenic comprend environ 1,5  ppm  (0,00015%) de la croûte terrestre et est le 53e élément le plus abondant. Les concentrations de fond typiques d'arsenic ne dépassent pas 3 ng/m 3 dans l'atmosphère; 100 mg/kg dans le sol ; 400 μg/kg dans la végétation ; 10 μg/L en eau douce et 1,5 μg/L en eau de mer.

Les minéraux de formule MAsS et MAs 2 (M = Fe , Ni , Co ) sont les principales sources commerciales d'arsenic, avec le réalgar (un minéral sulfuré d'arsenic) et l'arsenic natif (élémentaire). Un minéral illustratif est l'arsénopyrite ( Fe As S ), qui est structurellement apparentée à la pyrite de fer . De nombreux minéraux mineurs contenant de l'As sont connus. L'arsenic est également présent sous diverses formes organiques dans l'environnement.

Production d'arsenic en 2006

En 2014, la Chine était le premier producteur d'arsenic blanc avec près de 70 % de part mondiale, suivie du Maroc, de la Russie et de la Belgique, selon le British Geological Survey et le United States Geological Survey . La plupart des opérations de raffinage d'arsenic aux États-Unis et en Europe ont fermé pour des raisons environnementales. L'arsenic se trouve dans la poussière de fonderie des fonderies de cuivre , d'or et de plomb , et est récupéré principalement à partir de la poussière de raffinage du cuivre.

Lors du grillage de l'arsénopyrite à l'air, l'arsenic se sublime sous forme d'oxyde d'arsenic (III) laissant des oxydes de fer, tandis que le grillage sans air entraîne la production d'arsenic gris. Une purification supplémentaire du soufre et d'autres chalcogènes est obtenue par sublimation sous vide, dans une atmosphère d'hydrogène ou par distillation à partir d'un mélange plomb-arsenic fondu.

Rang Pays Production d'As 2 O 3 en 2014
1  Chine 25 000 t
2  Maroc 8 800 t
3  Russie 1 500 t
4  Belgique 1 000 tonnes
5  Bolivie 52T
6  Japon 45T
Total mondial (arrondi) 36 400 t

Histoire

Réalgar
Symbole alchimique de l'arsenic

Le mot arsenic trouve son origine dans le mot syriaque الزرنيخ الزرنيخ 'l' orpiment ', basé sur le mot persan zar 'or' du mot زرنيخ zarnikh , signifiant " jaune" (littéralement "couleur or") et d'où "orpiment (jaune)". Il a été adopté en grec sous le nom d' arsenikon ( ἀρσενικόν ), une forme qui relève de l'étymologie populaire , étant la forme neutre du mot grec arsenikos ( ἀρσενικός ), signifiant "mâle", "viril".

Le mot grec a été adopté en latin sous le nom d'arsenicum , qui en français est devenu arsenic , d'où est tiré le mot anglais arsenic. Les sulfures d'arsenic (orpiment, réalgar ) et les oxydes sont connus et utilisés depuis l'Antiquité. Zosimos (vers 300 après JC) décrit la torréfaction du sandarach (réalgar) pour obtenir un nuage d'arsenic ( trioxyde d'arsenic ), qu'il réduit ensuite en arsenic gris. Comme les symptômes de l'empoisonnement à l'arsenic ne sont pas très spécifiques, il était fréquemment utilisé pour le meurtre jusqu'à l'avènement du test Marsh , un test chimique sensible à sa présence. (Un autre test moins sensible mais plus général est le test de Reinsch .) En raison de son utilisation par la classe dirigeante pour s'entretuer et de sa puissance et de sa discrétion, l'arsenic a été appelé le "poison des rois" et le "roi des poisons". À l'époque de la Renaissance, l'arsenic était connu sous le nom de "poudre d'héritage" en raison de son utilisation pour tuer des membres de la famille.

Le labyrinthe d'arsenic, partie de la mine Botallack , Cornwall

Au cours de l' âge du bronze , l'arsenic était souvent inclus dans le bronze , ce qui rendait l'alliage plus dur (ce que l'on appelle le " bronze arsenical "). L'isolement de l'arsenic a été décrit par Jabir ibn Hayyan avant 815 après JC. Albertus Magnus (Albert le Grand, 1193-1280) a ensuite isolé l'élément d'un composé en 1250, en chauffant du savon avec du trisulfure d'arsenic . En 1649, Johann Schröder publie deux façons de préparer l'arsenic. Des cristaux d'arsenic élémentaire (natif) se trouvent dans la nature, bien que rares.

Le liquide fumant de Cadet ( cacodyle impur ), souvent revendiqué comme le premier composé organométallique synthétique , a été synthétisé en 1760 par Louis Claude Cadet de Gassicourt par la réaction de l'acétate de potassium avec le trioxyde d'arsenic .

Caricature satirique d' Honoré Daumier d'un chimiste faisant une démonstration publique d'arsenic, 1841

À l' époque victorienne , "l'arsenic" ("arsenic blanc" ou trioxyde d'arsenic) était mélangé avec du vinaigre et de la craie et consommé par les femmes pour améliorer le teint de leur visage, rendant leur peau plus pâle pour montrer qu'elles ne travaillaient pas dans les champs. L'utilisation accidentelle d'arsenic dans la falsification de denrées alimentaires a conduit à l' empoisonnement sucré de Bradford en 1858, qui a entraîné la mort de 21 personnes. La production de papiers peints a également commencé à utiliser des colorants à base d'arsenic, censés augmenter la luminosité du pigment.

Deux pigments d'arsenic ont été largement utilisés depuis leur découverte : le vert de Paris et le vert de Scheele . Après que la toxicité de l'arsenic soit devenue largement connue, ces produits chimiques ont été utilisés moins souvent comme pigments et plus souvent comme insecticides. Dans les années 1860, un sous-produit de l'arsenic de la production de teinture, le London Purple, était largement utilisé. Il s'agissait d'un mélange solide de trioxyde d'arsenic, d'aniline, de chaux et d'oxyde ferreux, insoluble dans l'eau et très toxique par inhalation ou ingestion. Mais il a ensuite été remplacé par le vert de Paris, un autre colorant à base d'arsenic. Avec une meilleure compréhension du mécanisme toxicologique, deux autres composés ont été utilisés à partir des années 1890. L'arsénite de chaux et l'arséniate de plomb ont été largement utilisés comme insecticides jusqu'à la découverte du DDT en 1942.

Applications

Agricole

La roxarsone est un composé d'arsenic controversé utilisé comme ingrédient alimentaire pour les poulets.

La toxicité de l'arsenic pour les insectes , les bactéries et les champignons a conduit à son utilisation comme agent de préservation du bois. Dans les années 1930, un procédé de traitement du bois avec de l'arséniate de cuivre chromaté (également connu sous le nom de CCA ou Tanalith ) a été inventé, et pendant des décennies, ce traitement a été l'utilisation industrielle la plus répandue de l'arsenic. Une appréciation accrue de la toxicité de l'arsenic a conduit à une interdiction du CCA dans les produits de consommation en 2004, initiée par l' Union européenne et les États-Unis. Cependant, le CCA reste largement utilisé dans d'autres pays (comme dans les plantations de caoutchouc malaisiennes).

L'arsenic était également utilisé dans divers insecticides et poisons agricoles. Par exemple, l'arséniate de plomb hydrogéné était un insecticide courant sur les arbres fruitiers , mais le contact avec le composé entraînait parfois des lésions cérébrales chez ceux qui travaillaient sur les pulvérisateurs. Dans la seconde moitié du XXe siècle, l'arséniate de méthyle monosodique (MSMA) et l'arséniate de méthyle disodique (DSMA) - des formes organiques d'arsenic moins toxiques - ont remplacé l'arséniate de plomb dans l'agriculture. Ces arsenicaux organiques ont été à leur tour éliminés en 2013 dans toutes les activités agricoles à l'exception de la culture du coton.

La biogéochimie de l'arsenic est complexe et comprend divers processus d'adsorption et de désorption. La toxicité de l'arsenic est liée à sa solubilité et est affectée par le pH. Arsénite ( AsO3−3) est plus soluble que l'arséniate ( AsO3−4) et est plus toxique ; cependant, à un pH inférieur, l'arséniate devient plus mobile et toxique. Il a été constaté que l'ajout de soufre, de phosphore et d'oxydes de fer aux sols à haute teneur en arsénite réduit considérablement la phytotoxicité de l'arsenic.

L'arsenic est utilisé comme additif alimentaire dans la production de volailles et de porcs , en particulier aux États-Unis, pour augmenter le gain de poids, améliorer l'efficacité alimentaire et prévenir les maladies. Un exemple est la roxarsone , qui avait été utilisée comme démarreur de poulets de chair par environ 70% des éleveurs de poulets de chair américains. Alpharma, une filiale de Pfizer Inc., qui produit de la roxarsone, a volontairement suspendu les ventes du médicament en réponse à des études montrant des niveaux élevés d'arsenic inorganique, un cancérogène, chez les poulets traités. Un successeur d'Alpharma, Zoetis , continue de vendre du nitarsone , principalement destiné aux dindes.

L'arsenic est intentionnellement ajouté à l'alimentation des poulets élevés pour la consommation humaine. Les composés d'arsenic organique sont moins toxiques que l'arsenic pur et favorisent la croissance des poulets. Dans certaines conditions, l'arsenic contenu dans les aliments pour poulets est converti en une forme inorganique toxique.

Une étude de 2006 sur les restes du cheval de course australien , Phar Lap , a déterminé que la mort en 1932 du célèbre champion avait été causée par une surdose massive d'arsenic. Le vétérinaire de Sydney, Percy Sykes, a déclaré: "À cette époque, l'arsenic était un tonique assez courant, généralement administré sous forme de solution ( solution de Fowler ) ... C'était si courant que je pense que 90% des chevaux avaient de l'arsenic dans leur système."

Usage médical

Au cours des XVIIe, XVIIIe et XIXe siècles, un certain nombre de composés d'arsenic ont été utilisés comme médicaments, notamment l'arsphénamine (par Paul Ehrlich ) et le trioxyde d'arsenic (par Thomas Fowler ). L'arsphénamine, ainsi que le néosalvarsan , étaient indiqués pour la syphilis , mais ont été supplantés par les antibiotiques modernes . Cependant, les arsenicaux tels que le mélarsoprol sont toujours utilisés pour le traitement de la trypanosomiase , car bien que ces médicaments présentent l'inconvénient d'une toxicité sévère, la maladie est presque uniformément mortelle si elle n'est pas traitée.

Le trioxyde d'arsenic a été utilisé de diverses manières depuis le XVe siècle, le plus souvent dans le traitement du cancer , mais aussi dans des médicaments aussi divers que la solution de Fowler dans le psoriasis . En 2000, la Food and Drug Administration des États-Unis a approuvé ce composé pour le traitement des patients atteints de leucémie promyélocytaire aiguë résistante à l'acide rétinoïque tout-trans .

Un article de 2008 fait état d'un succès dans la localisation de tumeurs à l'aide d'arsenic-74 (un émetteur de positrons). Cet isotope produit des images TEP plus claires que l'agent radioactif précédent, l'iode -124, car le corps a tendance à transporter l'iode vers la glande thyroïde, produisant un bruit de signal. Les nanoparticules d'arsenic ont montré leur capacité à tuer les cellules cancéreuses avec une cytotoxicité moindre que les autres formulations d'arsenic.

À des doses subtoxiques, les composés d'arsenic solubles agissent comme des stimulants et étaient autrefois populaires à petites doses comme médicaments par les gens du milieu du XVIIIe au XIXe siècle ; son utilisation comme stimulant était particulièrement répandue chez les animaux de sport tels que les chevaux de course ou les chiens de travail .

Alliages

L'arsenic est principalement utilisé dans l'alliage avec le plomb. Les composants au plomb des batteries de voiture sont renforcés par la présence d'un très faible pourcentage d'arsenic. La dézincification du laiton (un alliage cuivre-zinc) est fortement réduite par l'ajout d'arsenic. Le "Phosphorus Deoxidized Arsenical Copper" avec une teneur en arsenic de 0,3% a une stabilité accrue à la corrosion dans certains environnements. L'arséniure de gallium est un matériau semi-conducteur important , utilisé dans les circuits intégrés . Les circuits en GaAs sont beaucoup plus rapides (mais aussi beaucoup plus chers) que ceux en silicium . Contrairement au silicium, GaAs a une bande interdite directe et peut être utilisé dans les diodes laser et les LED pour convertir l'énergie électrique directement en lumière .

Militaire

Après la Première Guerre mondiale , les États-Unis ont constitué un stock de 20 000 tonnes de lewisite militarisée (ClCH=CHAsCl 2 ), un vésicant organoarsenic (agent blister) et un irritant pulmonaire . Le stock a été neutralisé avec de l'eau de Javel et déversé dans le golfe du Mexique dans les années 1950. Pendant la guerre du Vietnam , les États-Unis ont utilisé l'Agent Blue , un mélange de cacodylate de sodium et de sa forme acide, comme l'un des herbicides arc-en-ciel pour priver les soldats nord-vietnamiens de couverture végétale et de riz.

Autres utilisations

  • L'acétoarsénite de cuivre était utilisée comme pigment vert connu sous de nombreux noms, notamment Paris Green et Emerald Green. Il a causé de nombreux empoisonnements à l'arsenic . Le vert de Scheele , un arséniate de cuivre, était utilisé au XIXe siècle comme colorant dans les sucreries .
  • L'arsenic est utilisé dans le bronzage et la pyrotechnie .
  • Jusqu'à 2 % de l'arsenic produit est utilisé dans les alliages de plomb pour la grenaille de plomb et les balles .
  • L'arsenic est ajouté en petites quantités à l'alpha-laiton pour le rendre résistant à la dézincification . Cette qualité de laiton est utilisée dans les raccords de plomberie et autres environnements humides.
  • L'arsenic est également utilisé pour la conservation des échantillons taxonomiques. Il a également été utilisé dans les fluides d'embaumement historiquement.
  • L'arsenic était utilisé comme opacifiant dans la céramique, créant des émaux blancs.
  • Jusqu'à récemment, l'arsenic était utilisé dans le verre optique. Les verriers modernes, sous la pression des écologistes, ont cessé d'utiliser à la fois l'arsenic et le plomb .
  • Dans les ordinateurs ; l'arsenic est utilisé dans les puces comme dopant de type n

Rôle biologique

Bactéries

Certaines espèces de bactéries obtiennent leur énergie en l'absence d'oxygène en oxydant divers combustibles tout en réduisant l'arséniate en arsénite. Dans des conditions environnementales oxydantes, certaines bactéries utilisent l'arsénite comme combustible, qu'elles oxydent en arséniate. Les enzymes impliquées sont connues sous le nom d' arséniate réductases (Arr).

En 2008, des bactéries ont été découvertes qui utilisent une version de la photosynthèse en l'absence d'oxygène avec des arsénites comme donneurs d'électrons , produisant des arséniates (tout comme la photosynthèse ordinaire utilise l'eau comme donneur d'électrons, produisant de l'oxygène moléculaire). Les chercheurs conjecturent qu'au cours de l'histoire, ces organismes photosynthétisants ont produit les arséniates qui ont permis aux bactéries réductrices d'arséniate de prospérer. Une souche PHS-1 a été isolée et est apparentée à la gammaprotéobactérie Ectothiorhodospira shaposhnikovii . Le mécanisme est inconnu, mais une enzyme Arr codée peut fonctionner à l'inverse de ses homologues connus .

En 2011, il a été postulé qu'une souche d' Halomonadaceae pourrait être cultivée en l'absence de phosphore si cet élément était remplacé par de l'arsenic, exploitant le fait que les anions arséniate et phosphate sont structurellement similaires. L'étude a été largement critiquée puis réfutée par des groupes de chercheurs indépendants.

Oligo-élément essentiel chez les animaux supérieurs

L'arsenic est considéré comme un oligo-élément essentiel chez les oiseaux car il est impliqué dans la synthèse des métabolites de la méthionine, les recommandations alimentaires étant comprises entre 0,012 et 0,050 mg/kg.

Certaines preuves indiquent que l'arsenic est un oligo-élément essentiel chez les mammifères. Cependant, la fonction biologique n'est pas connue.

Hérédité

L'arsenic a été lié à des modifications épigénétiques , des modifications héréditaires de l'expression génique qui se produisent sans modification de la séquence d'ADN . Ceux-ci incluent la méthylation de l'ADN, la modification des histones et l'interférence de l'ARN . Des niveaux toxiques d'arsenic provoquent une hyperméthylation significative de l'ADN des gènes suppresseurs de tumeurs p16 et p53 , augmentant ainsi le risque de carcinogenèse . Ces événements épigénétiques ont été étudiés in vitro à l'aide de cellules rénales humaines et in vivo à l'aide de cellules hépatiques de rat et de leucocytes du sang périphérique chez l'homme. La spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif (ICP-MS) est utilisée pour détecter des niveaux précis d'arsenic intracellulaire et d'autres bases d'arsenic impliquées dans la modification épigénétique de l'ADN. Les études portant sur l'arsenic en tant que facteur épigénétique peuvent être utilisées pour développer des biomarqueurs précis d'exposition et de sensibilité.

La fougère de Chine ( Pteris vittata ) hyperaccumule l' arsenic du sol dans ses feuilles et a une utilisation proposée en phytoremédiation .

Biométhylation

L'arsenic inorganique et ses composés, en entrant dans la chaîne alimentaire , sont progressivement métabolisés par un processus de méthylation . Par exemple, la moisissure Scopulariopsis brevicaulis produit de la triméthylarsine si de l'arsenic inorganique est présent. Le composé organique arsénobétaïne se trouve dans certains aliments marins tels que les poissons et les algues, ainsi que dans les champignons à des concentrations plus importantes. L'apport moyen d'une personne est d'environ 10 à 50 µg/jour. Des valeurs d'environ 1000 µg ne sont pas inhabituelles suite à la consommation de poisson ou de champignons, mais il y a peu de danger à manger du poisson car ce composé d'arsenic est presque non toxique.

Problèmes environnementaux

Exposition

Les sources naturelles d'exposition humaine comprennent les cendres volcaniques , l'altération des minéraux et des minerais et les eaux souterraines minéralisées. L'arsenic se trouve également dans les aliments, l'eau, le sol et l'air. L'arsenic est absorbé par toutes les plantes, mais il est plus concentré dans les légumes à feuilles, le riz, le jus de pomme et de raisin et les fruits de mer. Une autre voie d'exposition est l'inhalation de gaz et de poussières atmosphériques. À l' époque victorienne , l'arsenic était largement utilisé dans la décoration intérieure, en particulier les papiers peints.

Présence dans l'eau potable

Une vaste contamination par l'arsenic des eaux souterraines a entraîné un empoisonnement généralisé à l'arsenic au Bangladesh et dans les pays voisins. On estime qu'environ 57 millions de personnes dans le bassin du Bengale boivent de l'eau souterraine avec des concentrations d'arsenic supérieures à la norme de l' Organisation mondiale de la santé de 10 parties par milliard (ppb). Cependant, une étude des taux de cancer à Taïwan a suggéré que des augmentations significatives de la mortalité par cancer n'apparaissent qu'à des niveaux supérieurs à 150 ppb. L'arsenic dans les eaux souterraines est d'origine naturelle et est libéré des sédiments dans les eaux souterraines, provoqué par les conditions anoxiques du sous-sol. Cette eau souterraine a été utilisée après que des ONG locales et occidentales et le gouvernement bangladais aient entrepris un vaste programme d'eau potable à puits tubulaires peu profonds à la fin du XXe siècle. Ce programme a été conçu pour empêcher la consommation d'eaux de surface contaminées par des bactéries, mais n'a pas réussi à tester l'arsenic dans les eaux souterraines. De nombreux autres pays et districts d' Asie du Sud-Est , comme le Vietnam et le Cambodge , ont des environnements géologiques qui produisent des eaux souterraines à forte teneur en arsenic. L'arsenicose a été signalée à Nakhon Si Thammarat , en Thaïlande , en 1987, et la rivière Chao Phraya contient probablement des niveaux élevés d'arsenic dissous d'origine naturelle sans être un problème de santé publique car une grande partie du public utilise de l'eau en bouteille . Au Pakistan, plus de 60 millions de personnes sont exposées à de l'eau potable polluée à l'arsenic, comme l'indique un récent rapport de Science . L'équipe de Podgorski a enquêté sur plus de 1200 échantillons et plus de 66% ont dépassé le niveau de contamination minimum de l'OMS.

Depuis les années 1980, les habitants de la région de Ba Men en Mongolie intérieure, en Chine, ont été exposés de manière chronique à l'arsenic par l'eau potable provenant de puits contaminés. Une étude de recherche de 2009 a observé une présence élevée de lésions cutanées chez les résidents avec des concentrations d'arsenic dans l'eau de puits comprises entre 5 et 10 µg/L, suggérant que la toxicité induite par l'arsenic peut se produire à des concentrations relativement faibles avec une exposition chronique. Dans l'ensemble, 20 des 34 provinces chinoises ont des concentrations élevées d'arsenic dans l'approvisionnement en eau souterraine, exposant potentiellement 19 millions de personnes à une eau potable dangereuse.

Aux États-Unis, l'arsenic se trouve le plus souvent dans les eaux souterraines du sud-ouest. Certaines parties de la Nouvelle-Angleterre , du Michigan , du Wisconsin , du Minnesota et des Dakotas sont également connues pour avoir des concentrations importantes d'arsenic dans les eaux souterraines. Des niveaux accrus de cancer de la peau ont été associés à l'exposition à l'arsenic dans le Wisconsin, même à des niveaux inférieurs à la norme de 10 parties par milliard pour l'eau potable. Selon un film récent financé par le Superfund américain , des millions de puits privés ont des niveaux d'arsenic inconnus, et dans certaines régions des États-Unis, plus de 20 % des puits peuvent contenir des niveaux qui dépassent les limites établies.

Selon les scientifiques soutenus par le NIEHS, une faible exposition à l'arsenic à des concentrations de 100 parties par milliard (c'est-à-dire au-dessus de la norme de 10 parties par milliard pour l'eau potable) compromet la réponse immunitaire initiale au H1N1 ou à la grippe porcine . L'étude, menée sur des souris de laboratoire, suggère que les personnes exposées à l'arsenic dans leur eau potable peuvent courir un risque accru de maladie plus grave ou de décès par le virus.

Certains Canadiens boivent de l'eau qui contient de l'arsenic inorganique. Les eaux des puits creusés privés sont les plus susceptibles de contenir de l'arsenic inorganique. L'analyse préliminaire de l'eau de puits ne teste généralement pas l'arsenic. Des chercheurs de la Commission géologique du Canada ont modélisé la variation relative du potentiel de danger lié à l'arsenic naturel pour la province du Nouveau-Brunswick. Cette étude a des implications importantes pour l'eau potable et les problèmes de santé liés à l'arsenic inorganique.

Les preuves épidémiologiques du Chili montrent un lien dose-dépendant entre l'exposition chronique à l'arsenic et diverses formes de cancer, en particulier lorsque d'autres facteurs de risque, tels que le tabagisme, sont présents. Ces effets ont été démontrés à des contaminations inférieures à 50 ppb. L'arsenic est lui-même un constituant de la fumée de tabac .

L'analyse de plusieurs études épidémiologiques sur l'exposition à l'arsenic inorganique suggère une augmentation faible mais mesurable du risque de cancer de la vessie à 10 ppb. Selon Peter Ravenscroft du Département de géographie de l'Université de Cambridge, environ 80 millions de personnes dans le monde consomment entre 10 et 50 ppb d'arsenic dans leur eau potable. S'ils consommaient tous exactement 10 ppb d'arsenic dans leur eau potable, l'analyse de plusieurs études épidémiologiques précédemment citée prédirait à elle seule 2 000 cas supplémentaires de cancer de la vessie. Cela représente une sous-estimation claire de l'impact global, puisqu'il n'inclut pas le cancer du poumon ou de la peau, et sous-estime explicitement l'exposition. Les personnes exposées à des niveaux d'arsenic supérieurs à la norme actuelle de l'OMS doivent peser les coûts et les avantages de l'assainissement de l'arsenic.

Les premières évaluations (1973) des procédés d'élimination de l'arsenic dissous de l'eau potable ont démontré l'efficacité de la co-précipitation avec des oxydes de fer ou d'aluminium. En particulier, le fer en tant que coagulant s'est avéré éliminer l'arsenic avec une efficacité supérieure à 90 %. Plusieurs systèmes de médias adsorbants ont été approuvés pour une utilisation au point de service dans une étude financée par l' Agence de protection de l'environnement des États-Unis (US EPA) et la National Science Foundation (NSF). Une équipe de scientifiques et d'ingénieurs européens et indiens a mis en place six usines de traitement de l'arsenic au Bengale occidental sur la base d'une méthode de remédiation in situ (technologie SAR). Cette technologie n'utilise aucun produit chimique et l'arsenic est laissé sous une forme insoluble (+5) dans la zone souterraine en rechargeant l'eau aérée dans l'aquifère et en développant une zone d'oxydation qui supporte les micro-organismes oxydant l'arsenic. Ce processus ne produit aucun flux de déchets ou de boues et est relativement bon marché.

Une autre méthode efficace et peu coûteuse pour éviter la contamination par l'arsenic consiste à creuser des puits de 500 pieds ou plus profonds pour atteindre des eaux plus pures. Une étude récente de 2011 financée par le programme de recherche Superfund de l'Institut national américain des sciences de la santé environnementale montre que les sédiments profonds peuvent éliminer l'arsenic et le retirer de la circulation. Dans ce processus, appelé adsorption , l'arsenic se colle à la surface des particules de sédiments profonds et est naturellement éliminé de l'eau souterraine.

Des séparations magnétiques de l'arsenic à très faibles gradients de champ magnétique avec des nanocristaux de magnétite (Fe 3 O 4 ) à grande surface et monodispersés ont été démontrées dans la purification de l'eau au point d'utilisation. En utilisant la surface spécifique élevée des nanocristaux de Fe 3 O 4 , la masse de déchets associée à l'élimination de l'arsenic de l'eau a été considérablement réduite.

Des études épidémiologiques ont suggéré une corrélation entre la consommation chronique d'eau potable contaminée par l'arsenic et l'incidence de toutes les principales causes de mortalité. La littérature indique que l'exposition à l'arsenic est responsable de la pathogenèse du diabète.

Il a récemment été démontré que les filtres à base de paillettes réduisent la teneur en arsenic de l'eau à 3 µg/L. Cela peut trouver des applications dans les zones où l'eau potable est extraite des aquifères souterrains .

San Pedro de Atacama

Pendant plusieurs siècles, les habitants de San Pedro de Atacama au Chili ont bu de l'eau contaminée par l'arsenic, et certaines preuves suggèrent qu'ils ont développé une certaine immunité.

Cartes des dangers pour les eaux souterraines contaminées

Environ un tiers de la population mondiale boit de l'eau provenant des ressources souterraines. De ce nombre, environ 10%, soit environ 300 millions de personnes, obtiennent de l'eau à partir de ressources souterraines contaminées par des niveaux malsains d'arsenic ou de fluorure. Ces oligo-éléments proviennent principalement des minéraux et des ions du sol.

Transformation redox de l'arsenic dans les eaux naturelles

L'arsenic est unique parmi les métalloïdes traces et les métaux traces formant des oxyanions (par exemple As, Se, Sb, Mo, V, Cr, U, Re). Il est sensible à la mobilisation à des valeurs de pH typiques des eaux naturelles (pH 6,5 à 8,5) dans des conditions à la fois oxydantes et réductrices. L'arsenic peut être présent dans l'environnement sous plusieurs états d'oxydation (−3, 0, +3 et +5), mais dans les eaux naturelles, il se trouve principalement sous des formes inorganiques sous forme d'oxyanions d'arsénite trivalent [As(III)] ou d'arséniate pentavalent [As (V)]. Les formes organiques d'arsenic sont produites par l'activité biologique, principalement dans les eaux de surface, mais sont rarement quantitativement importantes. Les composés organiques de l'arsenic peuvent toutefois se trouver là où les eaux sont fortement touchées par la pollution industrielle.

L'arsenic peut être solubilisé par divers procédés. Lorsque le pH est élevé, l'arsenic peut être libéré des sites de liaison de surface qui perdent leur charge positive. Lorsque le niveau d'eau baisse et que les minéraux sulfurés sont exposés à l'air, l'arsenic piégé dans les minéraux sulfurés peut être libéré dans l'eau. Lorsque du carbone organique est présent dans l'eau, les bactéries sont nourries en réduisant directement As(V) en As(III) ou en réduisant l'élément au site de liaison, libérant de l'arsenic inorganique.

Les transformations aquatiques de l'arsenic sont affectées par le pH, le potentiel de réduction-oxydation, la concentration en matière organique et les concentrations et formes d'autres éléments, notamment le fer et le manganèse. Les principaux facteurs sont le pH et le potentiel redox. Généralement, les principales formes d'arsenic dans des conditions oxiques sont H 3 AsO 4 , H 2 AsO 4 , HAsO 4 2− et AsO 4 3− à pH 2, 2–7, 7–11 et 11, respectivement. Dans des conditions réductrices, H 3 AsO 4 est prédominant à pH 2–9.

L'oxydation et la réduction affectent la migration de l'arsenic dans les environnements souterrains. L'arsénite est la forme d'arsenic soluble la plus stable dans les milieux réducteurs et l'arséniate, moins mobile que l'arsénite, est dominant dans les milieux oxydants à pH neutre . Par conséquent, l'arsenic peut être plus mobile dans des conditions réductrices. L'environnement réducteur est également riche en matière organique qui peut améliorer la solubilité des composés d'arsenic. En conséquence, l' adsorption de l'arsenic est réduite et l'arsenic dissous s'accumule dans les eaux souterraines. C'est pourquoi la teneur en arsenic est plus élevée dans les milieux réducteurs que dans les milieux oxydants.

La présence de soufre est un autre facteur qui affecte la transformation de l'arsenic dans l'eau naturelle. L'arsenic peut précipiter lors de la formation de sulfures métalliques. De cette façon, l'arsenic est éliminé de l'eau et sa mobilité diminue. Lorsque l'oxygène est présent, les bactéries oxydent le soufre réduit pour générer de l'énergie, libérant potentiellement de l'arsenic lié.

Les réactions d'oxydo-réduction impliquant Fe semblent également être des facteurs essentiels du devenir de l'arsenic dans les systèmes aquatiques. La réduction des oxyhydroxydes de fer joue un rôle clé dans la libération d'arsenic dans l'eau. Ainsi, l'arsenic peut être enrichi dans l'eau avec des concentrations élevées en Fe. Dans des conditions oxydantes, l'arsenic peut être mobilisé à partir de pyrite ou d'oxydes de fer, en particulier à pH élevé. Dans des conditions réductrices, l'arsenic peut être mobilisé par désorption ou dissolution réductrice lorsqu'il est associé à des oxydes de fer. La désorption réductrice se produit dans deux circonstances. L'un est lorsque l'arséniate est réduit en arsénite qui s'adsorbe moins fortement aux oxydes de fer. L'autre résulte d'un changement de charge à la surface du minéral qui conduit à la désorption de l'arsenic lié.

Certaines espèces de bactéries catalysent les transformations redox de l'arsenic. Les procaryotes dissimilateurs à respiration d'arséniate (DARP) accélèrent la réduction d'As(V) en As(III). DARP utilise As (V) comme accepteur d'électrons de la respiration anaérobie et obtient de l'énergie pour survivre. D'autres substances organiques et inorganiques peuvent être oxydées dans ce processus. Les oxydants d'arsénite chimioautotrophes (CAO) et les oxydants d'arsénite hétérotrophes (HAO) convertissent As(III) en As(V). Les CAO combinent l'oxydation de l'As(III) avec la réduction de l'oxygène ou du nitrate. Ils utilisent l'énergie obtenue pour fixer le carbone organique produit à partir du CO 2 . HAO ne peut pas obtenir d'énergie à partir de l'oxydation de As(III). Ce processus peut être un mécanisme de détoxification de l'arsenic pour les bactéries.

Les calculs thermodynamiques à l'équilibre prédisent que les concentrations d'As(V) devraient être supérieures aux concentrations d'As(III) dans toutes les conditions sauf fortement réductrices, c'est-à-dire lorsqu'une réduction de SO 4 2− se produit. Cependant, les réactions redox abiotiques de l'arsenic sont lentes. L'oxydation de l'As(III) par l'O 2 dissous est une réaction particulièrement lente. Par exemple, Johnson et Pilson (1975) ont donné des demi-vies pour l'oxygénation de l'As(III) dans l'eau de mer allant de plusieurs mois à un an. Dans d'autres études, les rapports As(V)/As(III) étaient stables sur des périodes de plusieurs jours ou semaines lors de l'échantillonnage de l'eau lorsqu'aucun soin particulier n'a été pris pour empêcher l'oxydation, ce qui suggère à nouveau des taux d'oxydation relativement lents. Cherry a découvert à partir d'études expérimentales que les rapports As(V)/As(III) étaient stables dans des solutions anoxiques jusqu'à 3 semaines, mais que des changements graduels se produisaient sur des échelles de temps plus longues. Il a été observé que les échantillons d'eau stérile sont moins sensibles aux changements de spéciation que les échantillons non stériles. Oremland a découvert que la réduction de As(V) en As(III) dans le lac Mono était rapidement catalysée par des bactéries avec des constantes de vitesse allant de 0,02 à 0,3-jour −1 .

La préservation du bois aux États-Unis

En 2002, les industries basées aux États-Unis consommaient 19 600 tonnes métriques d'arsenic. Quatre-vingt-dix pour cent de celui-ci a été utilisé pour le traitement du bois avec de l'arséniate de cuivre chromaté (CCA). En 2007, 50 % des 5 280 tonnes consommées étaient encore utilisées à cette fin. Aux États-Unis, l'élimination volontaire de l'arsenic dans la production de produits de consommation et de produits de construction résidentiels et grand public a commencé le 31 décembre 2003, et des produits chimiques alternatifs sont désormais utilisés, tels que le cuivre quaternaire alcalin , les borates , l' azole de cuivre , le cyproconazole , et le propiconazole .

Bien qu'abandonnée, cette application est aussi l'une des plus préoccupantes pour le grand public. La grande majorité du vieux bois traité sous pression a été traité avec de l'ACC. Le bois CCA est encore largement utilisé dans de nombreux pays et a été largement utilisé au cours de la seconde moitié du 20e siècle comme matériau de construction structurel et extérieur . Bien que l'utilisation de bois CCA ait été interdite dans de nombreuses régions après que des études aient montré que l'arsenic pouvait s'infiltrer du bois dans le sol environnant (à partir d'équipements de terrains de jeux, par exemple), un risque est également présenté par la combustion de bois CCA plus ancien. L'ingestion directe ou indirecte de cendre de bois provenant du bois CCA brûlé a causé la mort d'animaux et de graves empoisonnements chez l'homme; la dose humaine létale est d'environ 20 grammes de cendres. Les rebuts de bois CCA provenant des chantiers de construction et de démolition peuvent être utilisés par inadvertance dans des incendies commerciaux et domestiques. Les protocoles d'élimination sécuritaire du bois CCA ne sont pas uniformes partout dans le monde. L' enfouissement généralisé de ce bois suscite des inquiétudes, mais d'autres études n'ont montré aucune contamination par l'arsenic dans les eaux souterraines.

Cartographie des rejets industriels aux USA

TOXMAP est un outil qui cartographie l'emplacement (et d'autres informations) des rejets d'arsenic aux États-Unis . TOXMAP est un système d'information géographique (SIG) de la Division des services d'information spécialisés de la Bibliothèque nationale de médecine des États-Unis (NLM) financé par le gouvernement fédéral américain. Avec des cartes balisées des États-Unis, TOXMAP permet aux utilisateurs d'explorer visuellement les données de l'inventaire des rejets toxiques de l' Agence américaine de protection de l'environnement (EPA) et des programmes de recherche de base du Superfund . Les informations sur la santé chimique et environnementale de TOXMAP proviennent du réseau de données toxicologiques du NLM (TOXNET), de PubMed et d'autres sources faisant autorité.

Bioremédiation

Des méthodes physiques, chimiques et biologiques ont été utilisées pour assainir l'eau contaminée par l'arsenic. On dit que la bioremédiation est rentable et respectueuse de l'environnement. La bioremédiation des eaux souterraines contaminées par l'arsenic vise à convertir l'arsénite, la forme toxique de l'arsenic pour l'homme, en arséniate. L'arsénite (+5 degré d'oxydation) est la forme dominante de l'arsenic dans les eaux de surface, tandis que l'arsénite (+3 degré d'oxydation) est la forme dominante dans les environnements hypoxiques à anoxiques. L'arsénite est plus soluble et mobile que l'arséniate. De nombreuses espèces de bactéries peuvent transformer l'arsénite en arséniate dans des conditions anoxiques en utilisant l'arsénite comme donneur d'électrons. Il s'agit d'une méthode utile pour l'assainissement des eaux souterraines. Une autre stratégie de bioremédiation consiste à utiliser des plantes qui accumulent de l'arsenic dans leurs tissus via la phytoremédiation , mais l'élimination du matériel végétal contaminé doit être envisagée.

La bioremédiation nécessite une évaluation et une conception minutieuses conformément aux conditions existantes. Certains sites peuvent nécessiter l'ajout d'un accepteur d'électrons tandis que d'autres nécessitent une supplémentation en microbes ( bioaugmentation ). Quelle que soit la méthode utilisée, seule une surveillance constante peut prévenir une contamination future.

Toxicité et précautions

Arsenic
Dangers
Étiquetage SGH :
GHS05 : Corrosif GHS06 : Toxique GHS08 : Danger pour la santé GHS09 : Danger pour l'environnement
Danger
H301+H331 , H315 , H318 , H350 , H410
P273 , P280 , P301+P310 , P302+P352 , P304+P340+P311 , P305+P351+P338

L'arsenic et nombre de ses composés sont des poisons particulièrement puissants. Une petite quantité d'arsenic peut être détectée par des méthodes pharmacopées qui incluent la réduction de l'arsenic en arsenieux à l'aide de zinc et peuvent être confirmées avec du papier au chlorure mercurique.

Classification

L'arsenic élémentaire et les composés de sulfate et de trioxyde d'arsenic sont classés comme « toxiques » et « dangereux pour l'environnement » dans l' Union européenne en vertu de la directive 67/548/CEE . Le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC) reconnaît l'arsenic et les composés inorganiques de l'arsenic comme cancérogènes du groupe 1 , et l'UE répertorie le trioxyde d'arsenic, le pentoxyde d'arsenic et les sels d'arséniate comme cancérogènes de catégorie 1 .

L'arsenic est connu pour provoquer l'arsenicose lorsqu'il est présent dans l'eau potable, "l'espèce la plus courante étant l'arséniate [ HAsO2−4; As(V)] et arsénite [ H 3 AsO 3 ; Comme (III)]".

Limites légales, nourriture et boisson

Aux États-Unis depuis 2006, la concentration maximale dans l'eau potable autorisée par l' Environmental Protection Agency (EPA) est de 10 ppb et la FDA a établi la même norme en 2005 pour l'eau en bouteille. Le Département de la protection de l'environnement du New Jersey a fixé une limite d'eau potable de 5 ppb en 2006. La valeur IDLH (immédiatement dangereux pour la vie et la santé) pour l'arsenic métal et les composés d'arsenic inorganiques est de 5 mg/m 3 (5 ppb). L' Occupational Safety and Health Administration a fixé la limite d'exposition admissible (PEL) à une moyenne pondérée dans le temps (TWA) de 0,01 mg/m 3 (0,01 ppb), et l' Institut national pour la sécurité et la santé au travail (NIOSH) a fixé la limite d'exposition recommandée (REL) à une exposition constante de 15 minutes de 0,002 mg/m 3 (0,002 ppb). La PEL pour les composés organiques de l'arsenic est une TWA de 0,5 mg/m 3 . (0,5 ppb).

En 2008, sur la base de ses tests en cours sur une grande variété d'aliments américains pour détecter les produits chimiques toxiques, la Food and Drug Administration des États-Unis a fixé le "niveau de préoccupation" pour l'arsenic inorganique dans les jus de pomme et de poire à 23 ppb, sur la base d'effets non cancérigènes. , et a commencé à bloquer l'importation de produits dépassant ce niveau; il exigeait également des rappels pour les produits nationaux non conformes. En 2011, l' émission télévisée nationale Dr. Oz a diffusé une émission mettant en lumière les tests effectués par un laboratoire indépendant embauché par les producteurs. Bien que la méthodologie ait été contestée (elle ne faisait pas de distinction entre l'arsenic organique et inorganique), les tests ont montré des niveaux d'arsenic allant jusqu'à 36 ppb. En réponse, la FDA a testé la pire marque de l' émission Dr. Oz et a trouvé des niveaux beaucoup plus bas. Des tests en cours ont révélé que 95 % des échantillons de jus de pomme étaient inférieurs au niveau préoccupant. Des tests ultérieurs par Consumer Reports ont montré de l'arsenic inorganique à des niveaux légèrement supérieurs à 10 ppb, et l'organisation a exhorté les parents à réduire leur consommation. En juillet 2013, compte tenu de la consommation par les enfants, de l'exposition chronique et de l'effet cancérogène, la FDA a établi un «niveau d'action» de 10 ppb pour le jus de pomme, identique à la norme sur l'eau potable.

L'inquiétude concernant l'arsenic dans le riz au Bangladesh a été soulevée en 2002, mais à l'époque seule l'Australie avait une limite légale pour les aliments (un milligramme par kilogramme). Des inquiétudes ont été exprimées au sujet des personnes qui mangeaient du riz américain dépassant les normes de l'OMS pour l'apport personnel en arsenic en 2005. En 2011, la République populaire de Chine a établi une norme alimentaire de 150 ppb pour l'arsenic.

Aux États-Unis en 2012, des tests effectués par des groupes distincts de chercheurs du Children's Environmental Health and Disease Prevention Research Center du Dartmouth College (au début de l'année, axés sur les niveaux urinaires chez les enfants) et Consumer Reports (en novembre) ont révélé des niveaux d'arsenic dans le riz qui a entraîné des appels à la FDA pour fixer des limites. La FDA a publié des résultats de tests en septembre 2012 et, en juillet 2013, elle collecte toujours des données à l'appui d'une nouvelle réglementation potentielle. Il n'a recommandé aucun changement dans le comportement des consommateurs.

Consumer Reports recommande :

  1. Que l'EPA et la FDA éliminent les engrais, les médicaments et les pesticides contenant de l'arsenic dans la production alimentaire ;
  2. Que la FDA établisse une limite légale pour les aliments ;
  3. Que l'industrie change ses pratiques de production pour réduire les niveaux d'arsenic, en particulier dans les aliments pour enfants ; et
  4. Que les consommateurs testent l'approvisionnement en eau à domicile, aient une alimentation variée et cuisent le riz avec un excès d'eau, puis l'égouttent (réduisant l'arsenic inorganique d'environ un tiers avec une légère réduction de la teneur en vitamines).
  5. Les défenseurs de la santé publique fondés sur des preuves recommandent également que, compte tenu de l'absence de réglementation ou d'étiquetage de l'arsenic aux États-Unis, les enfants ne devraient pas manger plus de 1,5 portion de riz par semaine et ne devraient pas boire de lait de riz dans le cadre de leur alimentation quotidienne avant l'âge de 5 ans. Ils proposent également des recommandations pour les adultes et les nourrissons sur la façon de limiter l'exposition à l'arsenic provenant du riz, de l'eau potable et des jus de fruits.

Une conférence consultative de l'Organisation mondiale de la santé en 2014 devait examiner des limites de 200 à 300 ppb pour le riz.

Réduire la teneur en arsenic du riz

Une approche améliorée de la cuisson du riz pour maximiser l'élimination de l'arsenic tout en préservant les éléments nutritifs

En 2020, les scientifiques ont évalué plusieurs procédures de préparation du riz pour leur capacité à réduire la teneur en arsenic et à préserver les nutriments, recommandant une procédure impliquant l'étuvage et l'absorption d'eau.

Limites d'exposition professionnelle

Pays Limite
Argentine Cancérogène confirmé pour l'homme
Australie TWA 0,05 mg/m 3 – Cancérogène
Belgique TWA 0,1 mg/m 3 – Cancérogène
Bulgarie Cancérogène confirmé pour l'homme
Canada TWA 0,01 mg/ m3
Colombie Cancérogène confirmé pour l'homme
Danemark TWA 0,01 mg/ m3
Finlande Cancérogène
Egypte TWA 0,2 mg/ m3
Hongrie Concentration plafond 0,01 mg/m 3 – Peau, cancérigène
Inde TWA 0,2 mg/ m3
Japon Cancérogène du groupe 1
Jordan Cancérogène confirmé pour l'homme
Mexique TWA 0,2 mg/ m3
Nouvelle-Zélande TWA 0,05 mg/m 3 – Cancérogène
Norvège TWA 0,02 mg/ m3
Philippines TWA 0,5 mg/ m3
Pologne TWA 0,01 mg/ m3
Singapour Cancérogène confirmé pour l'homme
Corée du Sud TWA 0,01 mg/ m3
Suède TWA 0,01 mg/ m3
Thaïlande TWA 0,5 mg/ m3
Turquie TWA 0,5 mg/ m3
Royaume-Uni TWA 0,1 mg/ m3
États-Unis TWA 0,01 mg/ m3
Viêt Nam Cancérogène confirmé pour l'homme

Écotoxicité

L'arsenic est bioaccumulable dans de nombreux organismes, en particulier les espèces marines, mais il ne semble pas se bioamplifier de manière significative dans les réseaux trophiques. Dans les zones polluées, la croissance des plantes peut être affectée par l'absorption par les racines de l'arséniate, qui est un analogue du phosphate et donc facilement transporté dans les tissus et les cellules des plantes. Dans les zones polluées, l'absorption de l'ion arsénite plus toxique (que l'on trouve plus particulièrement dans des conditions réductrices) est probable dans les sols mal drainés.

Toxicité chez les animaux

Composé Animal LD 50 Itinéraire
Arsenic Rat 763mg/kg oral
Arsenic Souris 145mg/kg oral
Arséniate de calcium Rat 20mg/kg oral
Arséniate de calcium Souris 794mg/kg oral
Arséniate de calcium Lapin 50mg/kg oral
Arséniate de calcium Chien 38mg/kg oral
Arséniate de plomb Lapin 75mg/kg oral
Composé Animal LD 50 Itinéraire
Trioxyde d'arsenic (As(III)) Souris 26mg/kg oral
Arsénite (As(III)) Souris 8mg/kg je suis
Arséniate (As(V)) Souris 21mg/kg je suis
MMA (As(III)) Hamster 2mg/kg IP
MMA (As(V)) Souris 916mg/kg oral
DMA (As(V)) Souris 648mg/kg oral
im = injecté par voie intramusculaire

ip = administré par voie intrapéritonéale

Mécanisme biologique

La toxicité de l'arsenic provient de l'affinité des oxydes d'arsenic(III) pour les thiols . Les thiols, sous forme de résidus de cystéine et de cofacteurs tels que l'acide lipoïque et la coenzyme A , sont situés sur les sites actifs de nombreuses enzymes importantes .

L'arsenic perturbe la production d'ATP par plusieurs mécanismes. Au niveau du cycle de l'acide citrique , l'arsenic inhibe l'acide lipoïque qui est un cofacteur de la pyruvate déshydrogénase . En entrant en compétition avec le phosphate, l'arséniate découple la phosphorylation oxydative , inhibant ainsi la réduction liée à l'énergie du NAD+ , de la respiration mitochondriale et de la synthèse d'ATP. La production de peroxyde d'hydrogène est également augmentée, ce qui, suppose-t-on, a le potentiel de former des espèces réactives de l'oxygène et un stress oxydatif. Ces interférences métaboliques entraînent la mort par défaillance multiviscérale . La défaillance d'organe est présumée être due à la mort cellulaire nécrotique , et non à l'apoptose , car les réserves d'énergie ont été trop épuisées pour que l'apoptose se produise.

Risques d'exposition et remédiation

L'exposition professionnelle et l'empoisonnement à l'arsenic peuvent survenir chez les personnes travaillant dans des industries impliquant l'utilisation d'arsenic inorganique et de ses composés, telles que la préservation du bois, la production de verre, les alliages de métaux non ferreux et la fabrication de semi-conducteurs électroniques. L'arsenic inorganique se retrouve également dans les émissions des fours à coke associées à l'industrie de la fonderie.

La conversion entre As(III) et As(V) est un facteur important dans la contamination de l'environnement par l'arsenic. Selon Croal, Gralnick, Malasarn et Newman, "[la] compréhension [de] ce qui stimule l'oxydation de l'As(III) et/ou limite la réduction de l'As(V) est pertinente pour la bioremédiation des sites contaminés (Croal). L'étude de l' As chimiolithoautotrophe Les oxydants (III) et les réducteurs As(V) hétérotrophes peuvent aider à comprendre l'oxydation et/ou la réduction de l'arsenic.

Traitement

Le traitement de l'intoxication chronique à l'arsenic est possible. L'anti-lewisite britannique ( dimercaprol ) est prescrit à des doses de 5 mg/kg jusqu'à 300 mg toutes les 4 heures le premier jour, puis toutes les 6 heures le deuxième jour, et enfin toutes les 8 heures pendant 8 jours supplémentaires. Cependant, l'Agence américaine pour les substances toxiques et le registre des maladies (ATSDR) déclare que les effets à long terme de l'exposition à l'arsenic ne peuvent pas être prédits. Le sang, l'urine, les cheveux et les ongles peuvent être testés pour l'arsenic; cependant, ces tests ne peuvent pas prévoir les effets possibles sur la santé de l'exposition. L'exposition à long terme et l'excrétion urinaire qui en résulte ont été associées au cancer de la vessie et du rein en plus du cancer du foie, de la prostate, de la peau, des poumons et de la cavité nasale .

Voir également

Les références

Bibliographie

Lectures complémentaires

  • En ligneWhorton, James G. (2011). Le siècle de l'arsenic . Presse universitaire d'Oxford. ISBN 978-0-19-960599-6.

Liens externes