Сегодня мы поговорим о химическом элементе, который тысячелетия держал в страхе всё человечество. В его ядре 33 протона. Имя его – мышьяк. Это полуметалл, который иногда встречается в природе в чистом виде. Весь природный мышьяк представлен на этой планете одним изотопом - 75As.
Этот элемент имеет много имён. И все они зловещи: «король ядов», «яд королей» или, самое показательное - «порошок наследников».
В отличие от такого элемента, как германий, о котором мы говорили в одной из наших предыдущих статей, мышьяк давно известен людям из-за достаточно обильной распространённости. Хотя на протяжении многих веков человек использовал его преимущественно в составе соединений. Как использовал? Да по-сути убивал с помощью него. Потому что мышьяк очень токсичен для всех без исключений многоклеточных организмов.
Да, он использовался очень часто людьми против людей. Однако этим применение мышьяка не ограничивалось. Многие соединения, содержащие мышьяк, применялись с древних времён в качестве инсектицидов или родентицидов, за тысячелетия до разработки первого промышленного яда. И, по иронии судьбы, такой подход спас множество человеческих жизней, поскольку помогал очень эффективно бороться с вредителями, которые разоряли запасы еды.
Почему ты ядовит, мышьяк?
Но почему же мышьяк – это страшный и эффективный яд практически для любого живого существа?
Я опущу все премудрости этого процесса, поскольку мой уважаемый читатель скорее всего не станет разбираться в деталях, и скажу в двух словах – мышьяк может заменять собой в некоторых очень важных клеточных биохимических реакциях «законный» здесь элемент, фосфор. Ведь мышьяк по своим химическим свойствам очень похож на фосфор, однако при этом настолько отличается от него, что образовавшиеся молекулы вроде бы и похожи на нужные, но не могут выполнять свои биологические функции. Это если очень упрощённо.
То есть если проглотить достаточное количество мышьяка, по мере его распространения по организму он постепенно будет убивать клетки. Скорее всего, сначала в таких местах, как почки и печень, а затем и в других органах. При вдыхании мышьяка тоже происходит нечто подобное, но в этом случае первыми под удар попадают лёгкие.
Употребление определённой дозы мышьяка приводит (если с этим ничего не предпринимать) к смерти. Органы перестают функционировать один за другим. Но даже если есть мышьяк понемногу, клетки некоторых органов всё равно будут постепенно умирать, что будет влиять на их функции. И в итоге ничем хорошим это не закончится.
Короче говоря, мышьяк – это яд. И весьма ужасный.
Более того, поскольку элемент поражает практически любой орган, его употребление внутрь не имеет каких-то явных особенных симптомов. В наши дни, конечно, можно обнаружить присутствие мышьяка в организме, но представьте себе, что Вы живёте в средневековье: число болезней, вызывающих симптомы, подобные отравлению мышьяком, настолько огромно, что практически невозможно было узнать, умер ли человек от того, что переел на балу мышьяка, сразила ли его инфекция или же его зарубили мечом это было отравление. Холера или мышьяк? Шут его знает!
Характерной особенностью этого полуметалла является то, что он токсичен как в чистом виде, так и виде практически всех соединений с другими элементами.
Красивые. Но токсичные
Так, например, издревле были известны две весьма похожие между собой породы, очень красивые по внешнему виду благодаря яркому цвету, но при этом ужасно ядовитые: реальгар и аурипигмент.
Реальгар образует красивые кристаллы, в некоторых случаях похожие на рубин из-за чрезвычайно интенсивного красного цвета. И его иногда называют «мышьяковистым рубином». Его название происходит от арабского rahj al-ġār, «пещерная пыль», поскольку его, как правило, находили в пещерах или шахтах.
Завораживающий красный цвет минерала был настолько притягательным, что его часто использовали для изготовления красных красителей. Однако очень быстро люди выяснили, что реальгар не только красив, а ещё и весьма токсичен.
Настолько токсичен, что во многих местах мира камень измельчали и использовали для уничтожения или отпугивания насекомых и мышей.
Мышьяк был известен древним китайцам и грекам, которые тоже использовали его в качестве пестицида (что продолжали делать и в средние века почти во всей Европе).
Реальгар часто ассоциировался с другой очень похожей породой. Тоже красивой и ядовитой. Этот камень имеет великолепный жёлтый цвет. Он на протяжении многих веков использовался для создания жёлтых красок и красителей. Отсюда и произошло его название. На латыни оно звучит как «аурум пигментум» (золотой пигмент).
Как и реальгар, аурипигмент веками использовался в качестве яда и инсектицида. Однако в данном случае его имя отражает большую его важность для использования в качестве красителя. Гораздо большую, чем у реальгара.
Так получилось вот по какой причине – людям были известны и другие ярко-красные красители, кроме реальгара. А вот с жёлтыми был напряг. Фактически аурипигмент оставался основным «поставщиком» этого цвета до 19 века. Только тогда химики открыли другие источники жёлтого красителя, столь же красивые, но не такие ядовитые. Например - кадмий.
Кроме того, реакционная способность как реальгара, так и аурипигмента делала их малопригодными при смешивании с некоторыми другими соединениями, поскольку они вступали с ними в реакцию и изменяли цвет смеси.
Средневековые алхимики понимали, что обе породы обладают схожими свойствами. И это было очень интересно. Они проводили множество экспериментов с обоими минералами. И по понятной причине больше их интересовал аурипигмент. Многие из алхимиков думали, что единственный источник жёлтого пигмента обязательно должен содержать золото, или быть своего рода каким-то «родственником» золота. И пытались получить драгоценный металл из этой ядовитой породы, они часто сталкивались с ужасными долгосрочными последствиями своих изысканий.
Пострадали даже мыши
К сожалению, и это было неизбежно, жертвами мышьяка были не только мыши и насекомые. В древней Корее, например, его использовали для смертной казни, а в Средние века и эпоху Возрождения элемент широко использовался в качестве яда для устранения неудобных политических деятелей.
Но, как и многие другие страшные яды, мышьяк использовался и в качестве лекарства. Поскольку мышьяк ядовит, его с древних времён использовали для лечения некоторых инфекционных заболеваний. И это было очень жёсткое лечение. Что-то вроде современной агрессивной химиотерапии.
Чистый мышьяк имеет три аллотропные формы (то есть одного и того же состава, но с атомами, связанными по-разному). Внешне чистый обычный серый мышьяк похож на металл. Два его аллотропа гораздо менее стабильны и более токсичны: это жёлтый мышьяк и черный мышьяк. Из-за нестабильности их можно получить только в том случае, если они приготовлены в лаборатории. Но даже самый стабильный, обыкновенный серый мышьяк, очень редко встречается в природе, так как довольно легко реагирует практически со всеми элементами.
Как только появилась возможность производить мышьяк в больших количествах, значение этого элемента как яда возросло как в медицине, так и в сельском хозяйстве. Его даже какое-то время использовали в качестве косметического средства (хотя сегодня в это очень трудно поверить!): если нанести на кожу оксид мышьяка As2O3, то она становится бледной, с таинственным матовым оттенком (что, конечно, неудивительно).
Для нас сегодня это кажется дикостью, но в викторианской Англии среди женщин было очень модно быть бледными, как моль. Для этого представительницы прекрасного пола проглатывали мышьяк (!), смешанный с уксусом и меловым порошком.
И были потом самыми красивыми на Земле. Но недолго.
Появление антибиотиков привело к значительному сокращению использования мышьяка в медицине, но даже сегодня оксид мышьяка все еще используется для лечения некоторых видов онкологических заболеваний, устойчивых к другим методам лечения. Однако это происходит очень и очень редко.
Также может вызывать удивление тот факт, что люди продолжают использовать мышьяк в птицеводстве и животноводстве. Его добавляют в небольших дозах в корм курам и свиньям, поскольку элемент предотвращает некоторые заболевания и, по неизвестным науке причинам, ускоряет набор веса животных.
С другой стороны, точно так же, как технологии сделали мышьяк устаревшим для многих применений, они же сделали его важным элементом для промышленности. Соединение, образованное двумя металлоидами, арсенид галлия (GaAs), оказалось первоклассным полупроводником, превосходящим в определённых ситуациях даже кремний.
Что совсем не вызывает удивление, мышьяк использовался для производства химического оружия. Например, Соединённые Штаты применяли его во Вьетнаме в составе агента ((CH3)2AsO·OH), гербицида широкого спектра действия. Американцы опрыскивали им рисовые плантации, чтобы вьетнамцы умерли от голода, и в обезлюдевшей стране воцарилась демократия и не нарушались права человека.
Ну и на десерт: после всего вышесказанного о токсичности мышьяка нас ждёт сюрприз: некоторые бактерии не только способны выживать в присутствии мышьяка, но и используют его для осуществления процессов своей биохимии!
Науке давно известно существование своеобразных бактерий, способных «дышать» в отсутствие кислорода, используя в качестве окислителей соли мышьяка. При окислении топлива мышьяк в этих солях переходит от As+5 к As+3, который более стабилен и более распространён.
В 2010 году Институт астробиологии НАСА обнаружил бактерии, которые пошли еще дальше. Некоторые представители семейства Halomonadaceae, обитающие в озере Моно в Калифорнии (чрезвычайно солёном!) включили мышьяк в свои биологические процессы вместо фосфора. Да так удачно, что им требуется лишь незначительное количество второго элемента.
Первоначально считалось, что эти бактерии даже используют мышьяк в своей ДНК, но более поздние исследования не подтвердили эту гипотезу. Эти экстремальные бактерии очень интересны для астробиологии, потому что они показывают: жизнь всегда находит пути, когда, казалось бы, уже никакого выхода нет. И использует яд в качестве необходимого элемента для жизни.
Да, мы живём в каком-то просто волшебном мире.
Всем добра.
Любите химию? Есть чудесное издание👇
Ставьте лайк и подписывайтесь, здесь бывает интересно.
___________________________________________
*Реклама ООО Яндекс ИНН 7736207543