Asen là gì?

Trạng thái ôxi hóa phổ biến nhất của nó là -3 (asenua: thông thường  trong các hợp chất liên kim loại tương tự như hợp kim), +3 (asenat (III)  hay asenit và phần lớn các hợp chất asen hữu cơ), +5 (asenat (V): phần  lớn các hợp chất vô cơ chứa ôxy của asen ổn định). Asen cũng dễ tự liên  kết với chính nó, chẳng hạn tạo thành các cặp As-As trong sulfua đỏ hùng hoàng (α-As₄S₄)  và các ion As₄^3- vuông trong khoáng coban asenua  có tên skutterudit. Ở trạng thái ôxi hóa +3, tính chất hóa học lập thể  của asen chịu ảnh hưởng bởi sự có mặt của cặp electron không liên kết.

Asen về tính chất hóa học rất giống với nguyên tố đứng trên nó là phốtpho.  Tương tự như phốtpho, nó tạo thành các ôxít kết tinh, không màu, không  mùi như As2O3 và As2O5 là những chất hút ẩm và dễ dàng hòa tan trong nước để tạo thành các  dung dịch có tính axít. Axít asenic (V),  tương tự như axít phốtphoric, là một axít yếu. Tương tự như phốtpho,  asen tạo thành hiđrua dạng khí và không ổn định, đó là arsin (AsH3).  Sự tương tự lớn đến mức asen sẽ thay thế phần nào cho phốtpho trong các  phản ứng hóa sinh học và vì thế nó gây ra ngộ độc. Tuy nhiên, ở các liều thấp hơn mức gây  ngộ độc thì các hợp chất asen hòa tan lại đóng vai trò của các chất kích  thích và đã từng phổ biến với các liều nhỏ như là các loại thuốc  chữa bệnh cho con người vào giữa thế kỷ 18.

Khi bị nung nóng trong không khí, nó bị ôxi hóa để tạo  ra triôxít asen;  hơi từ phản ứng này có mùi như mùi tỏi. Mùi  này cũng có thể phát hiện bằng cách đập các khoáng vật asenua như asenopyrit bằng búa. Asen (và một số hợp chất của asen) thăng  hoa khi bị nung nóng ở áp suất tiêu chuẩn, chuyển hóa trực tiếp  thành dạng khí mà không chuyển qua trạng thái lỏng. Trạng thái lỏng xuất  hiện ở áp suất 20 átmốtphe trở lên, điều này giải thích tại sao điểm  nóng chảy lại cao hơn điểm sôi[4]. Asen  nguyên tố được tìm thấy ở nhiều dạng thù hình rắn: dạng màu vàng thì  mềm, dẻo như sáp và không ổn định, và nó làm cho các phân tử dạng tứ  diện As4 tương tự như các phân tử của phốtpho trắng. Các dạng  màu đen, xám hay ‘kim loại’ hơi có cấu trúc kết tinh thành lớp với các  liên kết trải rộng khắp tinh thể. Chúng là các chất bán dẫn cứng với ánh kim. Tỷ trọng riêng của dạng  màu vàng là 1,97 g/cm³; dạng ‘asen xám’ hình hộp mặt thoi nặng hơn nhiều  với tỷ trọng riêng 5,73 g/cm³; các dạng á kim khác có tỷ trọng tương  tự.

Asen và nhiều hợp chất của nó là những chất độc cực kỳ có hiệu  nghiệm. Asen phá vỡ việc sản xuất ATP thông qua vài cơ chế. Ở cấp độ của chu  trình axít citric, asen ức chế pyruvat  dehydrogenaza và bằng cách cạnh tranh với phốtphat nó tháo bỏ phốtphorylat  hóa ôxi hóa, vì thế ức chế quá trình khử NAD+ có liên quan tới năng lượng, hô hấp của ti thể và tổng hợp ATP. Sản sinh của perôxít hiđrô cũng tăng lên, điều này có  thể tạo thành các dạng ôxy hoạt hóa và sức căng ôxi hóa. Các can thiệp  trao đổi chất này dẫn tới cái chết từ hội chứng rối loạn chức  năng đa cơ quan (xem ngộ độc asen) có lẽ từ cái chết tế bào do chết hoại, chứ  không phải do chết  tự nhiên của tế bào. Khám  nghiệm tử thi phát hiện màng nhầy màu  đỏ gạch, do xuất huyết nghiêm trọng. Mặc dù asen gây ngộ độc nhưng nó cũng có vai trò là một  chất bảo vệ.

Asen nguyên tố và các hợp chất của asen được phân loại là “độc” và “nguy hiểm cho môi trường” tại Liên minh châu Âu theo chỉ dẫn 67/548/EEC. IARC công nhận asen  nguyên tố và các hợp chất của asen như là các chất gây ung thư nhóm 1, còn EU liệt kê triôxít asen,  pentôxít asen và các muối asenat như là các  chất gây ung thư loại 1. Asen gây ra ngộ độc asen do sự hiện diện của nó trong nước  uống, “chất phổ biến nhất là asenat [HAsO42- ;  As(V)] và asenit [H3AsO3 ; As(III)]”. Khả năng của  asen tham gia phản ứng ôxi hóa-khử để chuyển hóa giữa As (III) và As  (V) làm cho khả năng nó có mặt trong môi trường là hoàn toàn có thể.  Theo Croal và ctv thì “việc hiểu về điều gì kích thích ôxi hóa As  (III) và/hoặc hạn chế khử As (V) có liên quan tới xử lý sinh học các  khu vực ô nhiễm. Nghiên cứu các tác nhân ôxi hóa As (III) tự dưỡng thạch  hóa học và các tác nhân khử As (V) dị dưỡng có thể giúp hiểu về ôxi hóa  và/hoặc khử asen. Phơi nhiễm nghề nghiệp

Phơi nhiễm asen ở mức cao hơn trung bình có thể diễn ra ở một số nghề  nghiệp. Các ngành công nghiệp sử dụng asen vô cơ và các hợp chất của nó  bao gồm bảo quản gỗ, sản xuất thủy tinh, các hợp kim phi sắt và sản  xuất bán dẫn điện tử. Asen vô cơ cũng tìm thấy trong khói tỏa ra từ các  lò cốc gắn liền với công nghiệp nấu kim loại.

Nhiễm bẩn asen trong nước ngầm đã dẫn tới đại dịch ngộ độc  asen tại Bangladesh[10] và  các nước láng giềng. Người ta ước tính khoảng 57 triệu người đang sử  dụng nước uống là nước ngầm có hàm lượng asen cao hơn tiêu chuẩn của  Tổ chức Y tế Thế giới là 10 phần tỷ.  Asen trong nước ngầm có nguồn gốc tự nhiên và nó được giải phóng ra từ  trầm tích vào nước ngầm do các điều kiện thiếu ôxy của lớp đất gần bề  mặt. Nước ngầm này bắt đầu được sử dụng sau khi các tổ chức phi chính phủ (NGO) phương  Tây hỗ trợ chương trình làm các giếng nước lớn để lấy nước uống vào cuối  thế kỷ 20. Chương trình này được đề ra nhằm ngăn ngừa việc uống nước từ  nước bề mặt bị nhiễm khuẩn, nhưng lại không chú trọng tới kiểm định  asen trong nước ngầm. Nhiều quốc gia và khu vực khác ở Đông Nam Á, như Việt  Nam, Campuchia, Tây Tạng, Trung Quốc, được coi là có các điều kiện địa chất tương tự  giúp cho quá trình tạo nước ngầm giàu asen. Ngộ độc asen đã được báo cáo tại Nakhon Si Thammarat, Thái  Lan năm 1987, và asen hòa tan trong sông Chao Phraya bị nghi là chứa hàm lượng cao asen  nguồn gốc tự nhiên, nhưng đã không có vấn đề gì với sức khỏe công cộng  do việc sử dụng nước đóng chai.

Miền bắc Hoa Kỳ, bao gồm các phần thuộc Michigan,  Wisconsin,  Minnesota và Dakota cũng có hàm lượng asen trong nước ngầm khá cao. Mức độ ung  thư da cao hơn gắn liền với phơi nhiễm asen tại Wisconsin, mặc dù ở mức  thấp hơn tiêu chuẩn 10 phần tỷ của nước uống. Chứng cứ dịch tễ học từ Chile chỉ ra mối liên hệ phụ thuộc liều lượng giữa  phơi nhiễm asen kinh niên và các dạng ung thư khác nhau, cụ thể là khi  các yếu tố rủi ro khác, như hút thuốc, cũng tồn tại. Các hiệu ứng này  được chứng minh là tồn tại dưới 50 phần tỷ. Nghiên cứu về tỷ lệ ung thư tại Đài Loan gợi  ý rằng sự gia tăng đáng kể trong tử suất do ung thư dường như chỉ ở mức  trên 150 phần tỷ.

Phân tích các nghiên cứu dịch tễ học nhiều nguồn về phơi nhiễm asen  vô cơ gợi ý rằng rủi ro nhỏ nhưng có thể đo được tăng lên đối với ung  thư bàng quang ở  mức 10 phần tỷ. Theo Peter Ravenscroft từ khoa Địa trường Đại học Cambridge  khoảng 80 triệu người trên khắp thế giới tiêu thụ khoảng 10 tới 50 phần  tỷ asen trong nước uống của họ. Nếu họ tiêu thụ chính xác 10 phần tỷ  asen trong nước uống của mình thì phân tích dịch tễ học đa nguồn trích  dẫn trên đây phải dự báo 2.000 trường hợp bổ sung về ung thư bàng quang.  Điều này thể hiện sự ước tính quá thấp rõ nét về ảnh hưởng tổng thể, do  nó không tính tới ung thư phổi và da. Những người chịu phơi nhiễm asen ở  mức cao hơn tiêu chuẩn hiện tại của WHO nên cân nhắc tới chi phí và lợi  ích của các biện pháp giải trừ asen.

Asen có thể được loại bỏ ra khỏi nước uống thông qua đồng ngưng  kết các khoáng vật sắt bằng ôxi hóa và lọc nước. Khi cách xử lý này  không đem lại kết quả mong muốn thì các biện pháp hút bám để loại bỏ  asen có thể cần phải sử dụng. Một vài hệ thống hút bám đã được chấp  thuận cho các điểm dịch vụ sử dụng trong nghiên cứu do Cục Bảo vệ Môi  trường (EPA) và Quỹ Khoa học Quốc gia (NSF) Hoa Kỳ tài trợ. Việc tách asen ra bằng từ trường ở các gradient từ trường cực thấp đã  được chứng minh ở các máy lọc nước tại điểm sử dụng với diện tích bề  mặt lớn và các tinh thể nano manhêtit đồng  nhất kích thước (Fe3O4). Sử dụng diện tích bề mặt  riêng lớn của các tinh thể nano Fe3O4 thì khối  lượng chất thải gắn liền với loại bỏ asen từ nước đã giảm đáng kể.