આર્સેનિક

આર્સેનિક : આવર્તક કોષ્ટકના 15મા (અગાઉના VA) સમૂહનું અર્ધધાત્વિક (semimetallic) રાસાયણિક તત્ત્વ. સંજ્ઞા As. નાઇટ્રોજન, ફૉસ્ફરસ, ઍન્ટિમની અને બિસ્મથ તેના સહસભ્યો છે. સંયોજનો રૂપે તે ઈ. પૂ. ચોથા સૈકા પહેલાં જાણીતું હોવા છતાં જે. સ્કૉડરે તેને 1649માં અલગ પાડ્યું ત્યાં સુધી આ તત્વની બરાબર ઓળખ થઈ ન હતી. આ અગાઉ 1250માં જર્મન વૈજ્ઞાનિક આલ્બટર્સ મૅગ્નસે (1193-1280) હરતાલ (orpiment) માંથી તેના નિષ્કર્ષણ માટે વર્ણવેલી પદ્ધતિ નજીવા ફેરફાર સાથે હાલ પણ વપરાય છે. આર્સેનિકનું અતિસામાન્ય સંયોજન સફેદ આર્સેનિક (સોમલ) આર્સેનિકનો ઑક્સાઇડ (As₂O₃ અથવા As₄O₆) છે તે જ્યૉર્જ બ્રાન્ડ્ટે 1733 માં જણાવ્યું હતું.

ખનિજો : આર્સેનિકનાં અગત્યનાં ખનિજો મન:શિલા (realgar, AsS અથવા As₄S₄), હરતાલ (As₂S₃), આર્સેનોલાઇટ (As₂O₃),  લોલિન્ગાઇટ (FeAs₂) તથા આર્સેનોપાઇરાઇટ (FeAsS) છે. પૃથ્વીના પોપડામાં તેનું પ્રમાણ દસ લાખ ભાગે 1.8 ભાગ અથવા 1.8 ગ્રા/ટન જેટલું છે. 1980 યુ. એસ. સફેદ આર્સેનિકનો પુરવઠો પૂરો પાડનાર મુખ્ય દેશ હતો. છેલ્લાં કેટલાંક વર્ષોથી તેનું વૈશ્વિક ઉત્પાદન પ્રતિવર્ષ 52,000 ટને સ્થિર રહ્યું છે. ફ્રાન્સ (10,000 ટન),સ્વીડન (10,000 ટન), રશિયા (8,000 ટન) અને ચિલી (7,000 ટન) તેના મુખ્ય ઉત્પાદકો છે.

નિષ્કર્ષણ : ઔદ્યોગિક રીતે FeAs₂ અથવા FeAsSના 650-700⁰ સે. તાપમાને હવાની ગેરહાજરીમાં પ્રગલન (smelting) દ્વારા આર્સેનિક મેળવવામાં આવે છે.

FeAsS → FeS + As(g). → As (s).

ઊર્ધ્વીકરણ પામેલા તત્વને ઠારવાથી ઘન આર્સેનિક મળે છે. સલ્ફાઇડમાં રહી ગયેલા આર્સેનિકને મેળવવા તેનું હવામાં ભુંજન (roasting) કરવામાં આવે છે. તેથી આર્સેનિક તેના ઑક્સાઇડ-(As₂O₃)માં ફેરવાય છે, જે ધૂમવાહિકા (flue) અથવા ચીમનીમાં ઠરી જાય છે. આર્સેનિકની અન્ય રાસાયણિક નીપજો મેળવવા આ ઑક્સાઇડનો ઉપયોગ થાય છે. તત્વ તરીકે આર્સેનિક મેળવવા ઑક્સાઇડનું કોલસા (charcoal) સાથે 700-800⁰ સે. તાપમાને અપચયન કરવામાં આવે છે.

2 As₂S₃ + 9O₂  → As₄O₆ + 6 SO₂

As₄O₆ + 6C  →  As₄ + 6 CO

ગુણધર્મો : ધાત્વિક આર્સેનિક સ્ટીલ જેવા ભૂખરા રંગનો, બરડ, સ્ફટિકમય પદાર્થ છે. આર્સેનિકનાં ત્રણ અપરરૂપો (allotropes) જાણીતાં છે : (1) ભૂખરું, ધાત્વિક, ત્રિસમનતાક્ષ (સમાન્તર ષટ્ફલકીય, (rhombohedral) રૂપ. તે સામાન્ય તાપમાને સ્થિર સ્વરૂપ છે. (2) કાળું, અસ્ફટિકમય, (amorphous) મિતસ્થાયી (metatable) રૂપ. (3) આર્સેનિકની બાષ્પને અત્યંત નીચા તાપમાને ઠારવાથી મળતું પીળું, સમઘન (cubic), કાર્બન ડાઇસલ્ફાઇડમાં દ્રાવ્ય, મિતસ્થાયી રૂપ. છેલ્લા બંને પ્રકારો તપાવવાથી અથવા તેમનું પ્રકાશમાં ઉદભાસન (exposure) કરવાથી તે ભૂખરા, ધાત્વિક આર્સેનિકમાં ફેરવાય છે.

કુદરતમાં સામાન્ય રીતે આર્સેનિકનો એક જ સ્થાયી સમસ્થાનિક, As-75 મળી આવે છે. તેના અન્ય સમસ્થાનિકો (દા.ત., As-72, As-74, As-76) વિકિરણધર્મી હોય છે. તે રોગનિદાનમાં ઉપયોગી છે.

આર્સેનિકના કેટલાક ભૌતિક ગુણધર્મો નીચે સારણીમાં આપ્યા છે :

સારણી 1 : આર્સેનિકના કેટલાક ભૌતિક ગુણધર્મો

પરમાણુક્રમાંક	33
પરમાણુભાર	74.92160
ઇલેક્ટ્રૉનીય વિન્યાસ	2,8,18,5 અથવા [Ar]3d104s24p3
પરમાણુકદ (ઘન સેમી/ગ્રા.પરમાણુ)	13.09
ધાત્વિક ત્રિજ્યા (પિમી.)	139
આયનિક ત્રિજ્યા, (As3+)(પિમી.)	69
સહસંયોજક ત્રિજ્યા (AsIII) (પિમી.)	120
ગલનબિંદુ (ભૂખરું As) (0સે.)	816 (38.6 વાતા.)
ઉત્કલનબિંદુ (ભૂખરું As) (0સે)	615 (ઊર્ધ્વીકરણ)
ઘનતા (ભૂખરું રૂપ) (ગ્રા./ઘ. સેમી, 250 સે.) (પીળું  રૂપ)   (ગ્રા./ઘસેમી., 180 સે.)	5.778 2.03
વિશિષ્ટ ઉષ્મા (ધાત્વિક રૂપ) (જૂ./ગ્રા./0સે.)	0.343
કઠિનતા (મોઝ)	3.5
વિદ્યુતઋણતા	2.0
આયનીકરણ ઊર્જા (As3+) (મે.જૂ./મોલ)	5.481
વીજધ્રુવ વિભવ (As3+/As) (વોલ્ટ)	0.25
ઉપચયન અંકો	-3, 0, +3, +5
વિષાલુતાસ્તર (હવામાં) (મિગ્રા./ઘ.મી)	0.5

આર્સેનિક ઠીક-ઠીક સક્રિય તત્વ છે. સૂકી હવામાં તે સ્થાયી છે, પણ ભેજવાળી હવામાં તેની સપાટી પ્રથમ સોનેરી કાંસ્ય રંગ ધારણ કરે છે, જે વધુ ઉદભાસનથી કાળા આચ્છાદનમાં ફેરવાય છે. 250⁰-300⁰ સે તાપમાને ગરમ કરતાં તે સ્ફુરદીપ્તિ (phosphorescence) દર્શાવે છે. 400⁰ સે તાપમાને તે હવામાં સહેજ વાદળી રંગની જ્યોતથી સળગે છે અને આર્સેનિક(III) ઑક્સાઇડનો સફેદ ધુમાડો ઉત્પન્ન થાય છે. આ વખતે લસણ જેવી વાસ આવે છે. લગભગ 800⁰ સે. સુધી આર્સેનિકના અણુઓ As₄ રૂપે (ચતુષ્ફલકીય આકાર) જ હોય છે.

સામાન્ય રીતે આર્સેનિક પર પાણી, આલ્કલાઇન દ્રાવણો કે બિનઉપચયનકારી ઍસિડોની ઝડપથી અસર થતી નથી; પણ મંદ નાઇટ્રિક ઍસિડ આર્સેનિયસ ઍસિડ (H₃AsO₃) આપે છે, જ્યારે ગરમ સાંદ્ર નાઇટ્રિક ઍસિડ આર્સેનિક ઍસિડ (H₃AsO₄) આપે છે. ગરમ સાંદ્ર સલ્ફ્યુરિક ઍસિડ As₄O₆ આવે છે. પ્રબળ બેઇઝમાં તે દ્રવે છે અને આર્સેનેટ સંયોજનો બનાવે છે. પિગલિત NaOH સાથે હાઇડ્રોજન મુક્ત કરે છે.

As + 3 NaOH → Na₃AsO₃ + 3/2 H₂

હૅલોજનો સાથે ગરમ કરવાથી તે ટ્રાઇહેલાઇડ (AsX₃) આપે છે. ફ્લૉરિન સાથે તે પેન્ટાફ્લૉરાઇડ પણ આપે છે. 1976 માં પ્રવાહી ક્લોરીનમાં AsCl₃ને -105⁰ સે તાપમાને પારજાંબલી પ્રકાશ વડે વિકિરણિત કરવાથી AsCl₅ મેળવવામાં આવ્યો હતો. આર્સેનિક(III) ક્લોરાઇડ પ્રવાહી છે અને પાણી દ્વારા તેનું વિઘટન થાય છે.

આર્સેનિક હાઇડ્રાઇડ ઝેરી વાયુ છે. તે ધાતુના આર્સેનાઇડની ઍસિડ સાથેની પ્રક્રિયાથી અથવા આર્સેનિકના સંયોજનમાં જસત અને ઍસિડ ઉમેરવાથી મળે છે. નવજાત હાઇડ્રોજનની આર્સેનિક સાથેની પ્રક્રિયાથી પણ તે મળે છે. તે અપચાયક (readucing agent) છે અને અસ્થાયી હોઈ ગરમ કરતાં આર્સેનિકના દર્પણ રૂપે કાચની નળીમાં જામે છે (માર્શ કસોટી).

સલ્ફર સાથે તે સલ્ફાઇડ (દા.ત., As₂S₃, As₂S₂ અને As₂S₅) આપે છે. આર્સેનિક સલ્ફાઇડ (રિઅલગર), As₂S₃, પીળો વર્ણક છે. ચર્મઉદ્યોગમાં વાળ દૂર કરવા તેમજ દારૂખાનાની બનાવટમાં તે ઉપયોગી છે. તેને ચાંદીના સિક્કા ઉપર ઘસતાં તેની સપાટી સોનેરી થતી હોવાથી કીમિયાગરો રિઅલગરને પારસમણિ ગણતા હતા.

ઑક્સિજન સાથેની પ્રક્રિયાથી આર્સેનિક(III) ઑક્સાઇડ (As₂O₃ અથવા As₄O₆) બને છે. તે સફેદ ભૂકારૂપ અને અત્યંત ઝેરી હોય છે. તેને ખાસ સ્વાદ હોતો નથી. 0.1 ગ્રામથી વધુ પ્રમાણ માનવી માટે ઘાતક નીવડે છે. પાણીમાં તે 2 % જેટલો દ્રાવ્ય થાય છે અને દ્રાવણ એસિડિક હોય છે. As₂O₃નું ઉપચયન (દા.ત., HNO₃ વડે) કરવાથી આર્સેનિક(V) પેન્ટૉક્સાઇડ, As₂O₅, મેળવી શકાય છે. તેનું સૂત્ર As₄O₁₀ હોવાની શક્યતા છે. આ પદાર્થ પાણીમાં ઘણો દ્રાવ્ય છે અને H₃AsO₄ બનવાને લીધે દ્રાવણ એસિડિક હોય છે.

ધાતુઓ સાથેનાં આર્સેનિકનાં કેટલાંક આંતરધાત્વિક (inter-metallic) સંયોજનો પણ જાણીતાં છે. આર્સેનિકનાં કાર્બધાત્વિક સંયોજનો પણ બનાવી શકાયાં છે.

ઉપયોગો : તેના અર્ધધાત્વિક ગુણધર્મોને કારણે આર્સેનિકનો ઉપયોગ મિશ્રધાતુઓ બનાવવામાં થાય છે. સીસામાં 0.5 થી 2 % આર્સેનિક ઉમેરવાથી પ્રવાહી ધાતુનું પૃષ્ઠતાણ વધવાથી સીસાની ગોળીઓને સારો ગોળાકાર આપી શકાય છે. વળી આથી ગોળા કઠણ પણ બને છે. તાંબામાં આર્સેનિક ઉમેરવાથી તે કઠણ બને છે તેમજ તેની સંક્ષારણ-રોધકતા (corrosionresistance) વધે છે. લેડ ધરાવતી બેરિંગ મિશ્રધાતુઓમાં 3 % જેટલું As ઉમેરવાથી તેમના યાંત્રિક ગુણધર્મોમાં સુધારો થાય છે. ઊંચા તાપમાને પણ મિશ્રધાતુ સારા ગુણધર્મો દર્શાવે છે. લેડ-આધારિત બૅટરીની ગ્રીડમાં તેમજ કેબલના આવરણમાં તે ઉમેરવાથી પદાર્થની કઠિનતામાં સુધારો થાય છે. 0.5 % As ધરાવતી Pb (92 %), Sb (5 %) અને Sn(2.5 %)ની મિશ્રધાતુ સોલ્ડર તરીકે વપરાય છે.

ઊંચી શુદ્ધતાવાળું (99.999 % કરતાં વધુ) આર્સેનિક અર્ધવાહક તકનીકીમાં વપરાય છે. ગૅલિયમ-આર્સેનાઇડ ડાયોડ, ટ્રાન્ઝિસ્ટર અને લેઝરમાં વપરાય છે. ઇન્ડિયમ-આર્સેનાઇડ પારરક્ત (infra-red) પરખકો(detectors)માં વપરાય છે.

કાચને રંગવિહીન કરવા આર્સેનિક ઑક્સાઇડનો ઉપયોગ થાય છે. આર્સેનિકનાં કેટલાંક સંયોજનો, દા.ત., લેડ આર્સેનેટ (PbHAsO₄) અને કૅલ્શિયમ આર્સેનેટ [Ca₃(AsO₄)₂] ખેતરની જમીનને જીવાણુમુક્ત કરવા તથા ઉપદ્રવી જીવાત(pest)નો નાશ કરવામાં ઉપયોગી છે. એક જમાનામાં શીલેઝ ગ્રીન નામનો પદાર્થ વર્ણક તરીકે ઓળખાતો, પણ તેના ઉપર ફૂગ લાગવાથી ઝેરી વાયુરૂપ પદાર્થો [AsH₃, (CH₃)₃As] બનતા હોવાથી તે હાલમાં વપરાતો નથી. આર્સેનિકનાં C-As બંધ ધરાવતાં કાર્બનિક સંયોજનો ઓછાં વિષાલુ હોઈ ઔષધ તરીકે વપરાય છે. (દા.ત., સાલ્વરસન, કાર્બાસોન વગેરે). યુદ્ધમાં વાપરવા માટે આર્સેનિકયુક્ત ઝેરી વાયુ લેવિસાઇટ બનાવાયો હતો. BAL (British Anti-Lewisite) આના મારણ તરીકે શોધાયો હતો, જે આર્સેનિક વિષાક્તતાના ઉપચાર માટે ઉપયોગી છે.

કસોટી : ગુણાત્મક રીતે આર્સેનિક વધુ હાઇડ્રોક્લૉરિક ઍસિડ ધરાવતા દ્રાવણમાંથી પીળા સલ્ફાઇડ As₂S₃ના અવક્ષેપન દ્વારા પારખી શકાય છે. આર્સેનિકનાં સંયોજનો અતિશય ઝેરી હોઈ અલ્પમાત્રામાં પણ તે પારખી શકાય તે માટેની વિશિષ્ટ પદ્ધતિઓ વિકસાવવામાં આવી છે. તીવ્ર વિષપાનની અસર રૂપે ઊબકા, ઊલટી, મોં અને ગળાની બળતરા અને પેટમાં સખત પીડા થાય છે. દીર્ઘકાલીન વિષાક્તતામાં નબળાઈ, અતિસાર/કબજિયાત, ત્વચા-વર્ણકતા, ચામડી ઊતરવી, રક્તાલ્પતા, પક્ષાઘાત અને કૅન્સર જેવા રોગની અસરો નોંધાઈ છે. શરીરમાં જતું આર્સેનિકનું અલ્પ પ્રમાણ કાલાન્તરે વાળ અને નખમાં એકઠું થાય છે. આથી મરણોત્તર તપાસમાં કે કબરમાંના શબની તપાસમાં વાળ/નખની તપાસ અગત્યની છે. ખૂન/આપઘાતના કિસ્સા ઉપરાંત આર્સેનિકની વિષાક્તતાની અસર આર્સેનિકનાં સંયોજનો બનાવતાં કારખાનાંના કામદારો, ખેતમજૂરો વગેરેમાં પણ જોવા મળે છે. ફળો વગેરે પણ ધોયા વગર ખાવાના ઉપયોગમાં લેવાય તો તેમાં પણ આર્સેનિક વિષાક્તતાનું જોખમ રહેલું છે. ખોરાક, બીજા પદાર્થોના નમૂના તેમજ ઝેર લીધા કે અપાયાના શંકાસ્પદ કિસ્સાઓમાં હોજરીમાં રહેલ પદાર્થ વગેરેમાં માર્શ અથવા ગ્યુટ્ઝાઇટ કસોટી દ્વારા આર્સેનિકની હાજરી સાબિત કરી શકાય છે. માર્શ કસોટી 10^-7 ગ્રામ આર્સેનિક પારખી શકે છે. ગ્યુટ્ઝાઇટ કસોટીમાં આર્સીનને સિલ્વર નાઇટ્રેટના સંપર્કમાં આવવા દેતાં પીળો કે કાળો રંગ આર્સેનિકની હાજરી દર્શાવે છે. આર્સીનને ડાઇઇથાઇલ ડાઇથાયોકાર્બામેટમાં પસાર કરતાં પીળું દ્રાવણ લાલ બને છે, જે ફોટોઇલેક્ટ્રિક કોષથી પારખી શકાય છે. આર્સેનિકનું હવામાં પ્રમાણ જોખમકારક છે કે નહિ તે જાણવા આ પદ્ધતિ ઉદ્યોગમાં વપરાય છે.

જ. ચં. વોરા