L'arsenic, élément chimique de symbole As et de numéro atomique 33, est un pnictogène aux multiples facettes. Son comportement chimique, sa présence dans l'environnement et ses applications variées, allant de la métallurgie à l'agriculture, en font un sujet d'étude complexe et crucial, notamment en ce qui concerne sa toxicité pour les organismes vivants. Cet article explore en profondeur les propriétés de l'arsenic, son cycle environnemental, ses utilisations passées et présentes, ainsi que les méthodes d'analyse permettant de détecter sa présence et d'évaluer ses impacts sur la santé et l'environnement.
Caractéristiques générales de l'arsenic
L'arsenic se situe dans le groupe V du tableau périodique, aux côtés de l'azote, du phosphore, de l'antimoine, du bismuth et du moscovium. Ce groupe se distingue par une affinité croissante pour les sulfures stables plutôt que pour les oxydes. Chimiquement, l'arsenic est très proche du phosphore, son analogue chimique, ce qui influence son comportement et sa toxicité.
Son nom, d'origine syriaque et persane, évoque la couleur jaune de l'orpiment, un sulfure naturel d'arsenic. Le terme grec "arsenikon", signifiant "qui dompte le mâle" en raison de sa forte toxicité, a donné naissance au mot français "arsenic".
L'arsenic possède 33 isotopes connus, mais seul l'isotope 75As est stable, faisant de lui un élément monoisotopique et mononucléidique. Ses radioisotopes les plus stables ont des demi-vies allant de quelques jours à quelques dizaines de jours.
Formes allotropiques et présence dans la nature
L'arsenic existe sous plusieurs formes allotropiques, dont l'arsenic natif et l'arsénolamprite. On le trouve fréquemment combiné au soufre et à divers métaux, formant des arséniures et des sulfo-arséniures de fer, de nickel ou de cobalt. Il est souvent associé à l'antimoine et peut être présent dans les gisements aurifères.
Lire aussi: Découvrez la Gourmette Argent
L'arsenic est un élément relativement abondant dans la croûte terrestre, avec un clarke de 5 g par tonne. Son minerai principal est le mispickel, un arsénopyrite de fer.
Cycle de l'arsenic dans l'environnement
Le cycle de l'arsenic est complexe et encore mal connu. On estime que les bactéries terrestres produisent des milliers de tonnes d'arsenic méthylé volatil chaque année, qui finissent par atteindre l'océan. Les volcans et l'érosion éolienne contribuent également à la présence d'arsenic dans l'environnement.
Les sédiments marins piègent une partie de cet arsenic, qui reste biodisponible pendant un certain temps. Une faible quantité d'arsenic est présente dans tous les organismes marins, avec des concentrations plus élevées chez les invertébrés, notamment les mollusques bivalves.
Propriétés physico-chimiques
L'arsenic jaune (As4) est une forme allotropique non métallique de structure tétraédrique, obtenue par condensation rapide de vapeur d'arsenic. L'arsenic noir, plus stable, présente un reflet métallique et une conductivité modérée de la chaleur et de l'électricité.
L'arsenic solide est cassant, de couleur gris de fer à gris métal, et possède un éclat métallique. Il se sublime à partir de 300 °C et totalement à 613 °C, formant des rhomboèdres par condensation. Il est insoluble dans l'eau et se ternit à l'air.
Lire aussi: Tout savoir sur les chaînes en argent pour enfants
L'arsenic réagit avec l'acide nitrique pour former de l'acide arsénique en solution aqueuse. Il brûle dans le dichlore, formant du trichlorure d'arsenic (AsCl3). L'oxyde d'arsenic (As2O3) est amphotère, ce qui confirme son caractère de métalloïde.
Composés importants de l'arsenic
Trioxyde d'arsenic (As2O3) : également connu sous le nom d'anhydride arsénieux ou "arsenic blanc", est un poison violent.
Arsine (AsH3) : un gaz incolore, d'odeur alliacée nauséabonde, extrêmement toxique, utilisé comme gaz de combat pendant la Première Guerre mondiale.
Arsénobétaïne et arsénocholine : composés présents dans diverses plantes et organismes marins.
Utilisations de l'arsenic à travers l'histoire
L'arsenic a été utilisé dans de nombreux domaines au cours de l'histoire :
Lire aussi: Guide sur l'argent de poche
Âge du Bronze : l'arsenic était utilisé comme durcisseur dans les alliages de cuivre, donnant naissance à l'âge du Bronze-Arsenic.
Antiquité : utilisé en métallurgie, dans les arts (pigments, peinture) et en médecine (traitement des ulcères cutanés).
Vert de Scheele : un pigment vert à base d'arséniate de cuivre, utilisé comme alternative au carbonate de cuivre.
Armes chimiques : les arsines ont été utilisées comme armes chimiques pendant la Première Guerre mondiale.
Pesticides : l'arséniate de plomb a été utilisé comme pesticide, mais a été interdit en raison de sa toxicité. L'arsénite de soude a également été utilisé comme pesticide sur la vigne, mais a été interdit en raison de ses effets néfastes sur la santé et l'environnement.
Additif pour le bois : Mélangé avec du cuivre et du chrome (CCA), il est utilisé comme produit de traitement du bois, lui donnant une couleur verdâtre.
Imprimantes laser et photocopieuses : Il est depuis peu utilisé sur les « tambours » des imprimantes dites « lasers » et des photocopieuses, fax.
Alimentation animale : la roxarsone, un antibiotique organo-arsenié, a été utilisée comme additif alimentaire pour favoriser la croissance des porcs et des volailles, mais a été interdite en Europe en raison de la transformation de l'arsenic organique en une forme inorganique plus toxique.
Méthodes d'analyse de l'arsenic
L'analyse de l'arsenic nécessite des méthodes sensibles et précises pour détecter sa présence et quantifier sa concentration dans différents échantillons. Les méthodes couramment utilisées comprennent :
Spectrométrie d'absorption atomique avec atomisation électrothermique (GF-AAS)
Génération d'hydrure suivie d'une détection par spectroscopie d'absorption atomique (HG-AAS) ou par fluorescence atomique (HG-AFS) : cette méthode implique la réduction de l'As(V) en As(III), suivie de la transformation de l'arsenic en arsine volatile et de sa détection par spectrophotométrie d'absorption atomique.
Spectrométrie de masse par torche à plasma (ICP-MS) : cette méthode permet d'ioniser l'échantillon dans un plasma d'argon et de séparer les ions en fonction de leur rapport masse/charge. Elle offre une grande sensibilité et de faibles limites de détection, mais peut être affectée par des interférences isobariques dans les échantillons à forte concentration en chlorure.
La préparation des échantillons est cruciale pour une analyse précise de l'arsenic. Les échantillons doivent être prélevés dans des contenants préalablement lavés avec de l'acide nitrique ou chlorhydrique et rincés à l'eau déminéralisée. La solubilisation des échantillons peut être réalisée par attaque acide sur plaque ou à reflux, ou par attaque acide en micro-ondes fermé.
Toxicité comparée de l'arsenic
La toxicité de l'arsenic varie en fonction de sa forme chimique, de sa concentration et de la voie d'exposition. Les composés inorganiques de l'arsenic sont généralement plus toxiques que les composés organiques. L'arsenic peut affecter de nombreux organes et systèmes, notamment le système nerveux, le système cardiovasculaire, le système respiratoire et la peau.
Plantes : L'arsenic peut inhiber la croissance des plantes, réduire leur capacité à absorber les nutriments et perturber leur métabolisme. Certaines plantes peuvent accumuler de l'arsenic dans leurs tissus, ce qui peut présenter un risque pour les consommateurs.
Animaux : L'exposition à l'arsenic peut provoquer divers effets toxiques chez les animaux, tels que des lésions hépatiques, des troubles neurologiques, des problèmes respiratoires et des cancers. La roxarsone, un additif alimentaire organo-arsenié utilisé dans l'élevage, peut entraîner une accumulation d'arsenic dans les tissus des animaux et contaminer l'environnement.
Embryon : L'arsenic est un tératogène connu, ce qui signifie qu'il peut provoquer des malformations congénitales chez les embryons en développement. L'exposition à l'arsenic pendant la grossesse peut entraîner des problèmes de croissance, des anomalies neurologiques et d'autres complications.
tags: #argent #cuivre #plantes #animaux #embryon #comparaison