Arsenico (As) ed acqua

L'arsenico elementare normalmente non reagisce con l'acqua in assenza di aria. Non reagisce con aria secca, ma quando entra in contatto con aria umida si forma uno strato, inizialmente di colore bronzeo, e successivamente con una superficie nera.
Un esempio di composto con arsenico che reagisce fortemente con l'acqua è l'orpimento, un composto amorfo dell'arsenico. Il meccanismo di reazione è:

 As₂S₃ + 6 H₂O -> 2 H₃AsO₃ + 3 H₂S

Nelle acque naturali l'arsenico partecipa alle reazioni di ossidazione e riduzione, coagulazione ed assorbimento. L'assorbimento dell'arsenico in particelle fini da parte dell'acqua e la precipitazione con idrossidi di alluminio o ferro causa l'ingresso dell'arsenico nei sedimenti. Dopo qualche tempo l'arsenico può dissolversi nuovamente in conseguenza alle reazioni di riduzione.

Solubilità di arsenico e dei composti dell'arsenico

L'arsenico elementare è abbastanza insolubile, mentre i composti dell'arsenico possono dissolversi facilmente. L'arsenico è per la maggior parte presente in soluzioni acquose come HAsO₄^2-(aq) e H₂AsO₄^- (aq) e più probabilmente parzialmente come H₃AsO₄ (aq), AsO₄^3-(aq) o H₂AsO₃^-(aq).
Esempi di solubilità di composti dell'arsenico: arsenico(III)Idrido 700 mg/L, ossido di arsenico(III) 20 g/L, arsenic acid (H₃AsO₄^.1/2 H₂O) 170 g/L, and solfato di arsenico(III) 0.5 mg/L.

Perchè l'arsenico è presente in acqua?

I composti dell'arsenico sono abbondanti sulla crosta terrestre. Le particelle vengono rilasciate durante estrazione mineraria e diffuse in tutto l'ambiente. L'arsenico derivante da erosione di rocce e terreno di dissolve nell'acqua reflua. Le concentrazioni di arsenico nell'acqua reflua sono particolarmente abbondanti in aree con attività geotermica. Negli ecosistemi acquatici e prevalente l'arsenico inorganico derivato dalle rocce in forma di triossido di arsenico (As₂O₃), orpimento (As₂S₃), arsenopirite (AsFeS) e realgar (As₄S₄).
L'arsenico può essere utilizzato in diverse forme e come tale può entrare nei corpi idrici. Le pur elevate quantità di arsenico rilasciate da attività vulcanica e da microrganismi sono piccole se confrontate con le quantità rilasciate per esempio dalla combustione di combustibile fossile. L'arsenico metallico è trattato in leghe di rame ed acciaio, per esempio per aumentare la durezza. Il gas di arsenico AsH3, estremamente tossico, gioca un ruolo importante nella produzione di microchip. Il rame arsenato (Cu₃(AsO₄)₂.4H₂O) è usato come pesticida in viticoltura, ma il suo impiego è attualmente proibito in molti paesi. La parassite(CuAs₂) è un insetticida ed un fungicida.
Altri composto di arsenico sono usati per conservare il legno, nel trattamento del vetro, nelle industrie chimiche o nella tecnica a semiconduttori insieme a gallio ed indio.
I pittori olandesi utilizzarono l'arsenico come pigmento per il giallo, durante la prima guerra mondiale l'arsenico fu usato in armi chimiche. Durante la guerra del Vietnam l'acido arsenico dimetile fu utilizzato per la distruzione di coltivazioni di riso.
Nonostante l'arsenico sia sempre meno usato, è ancora presente nell'ambiente in quantità rilevanti. Per esempio nei pressi di miniere abbandonate può essere presente una quantità di arsenico fino a 30 g/kg.
L'arsenico era ed è tuttora usato a fini medici. Nell'acqua da fonti sicure probabilmente aiuta a curare l'asma, malattie ematologiche, dermatosi e psicosi. Nel 19esimo secolo soluzioni acquose di potassio arsenide (soluzioni Flower) venivano usate per trattare asma bronchiale cronica e altre malattie. All'inizio del 20esimo secolo altri composti contenenti arsenico venivano usati per trattare sifilide, l'arsenico può inoltre contribuire a curare la malattia del sonno e la leucemia.
Composti di arsenico possono entrare nel corpo umano meno specificatamente attraverso il cibo, il che contribuisce al 90% della presa totale di arsenico, prevalentemente attraverso il pesce. Attraverso il pesce macinato contenuto nei prodotti per allevamento l'arsenico può anche entrare nella carne, e attraverso la contaminazione del terreno può entrare nelle piante. Concentrazioni di arsenico fino a 50 mg/kg possono essere rilevate in funghi che crescono nei pressi di piante contenenti arsenico.

Quali sono gli effetti ambientali dell'arsenico nell'acqua?

L'arsenico è un composto essenziale per molte specie animali, in quanto prende parte alla sintesi delle proteine. È poco chiaro se l'arsenico è un minerale dietetico per gli esseri umani. La tossicità dell'arsenico è un'altra caratteristica importante: la concentrazione limite di arsenico per le alghe d'acqua dolce è di 2-46 ppm. Il valore LC₅₀ è 7.4 ppm per la dafnia magna e 7.5 ppm per l'ostrica americana. Questi valori comprendono un periodo di tempo pari a 48 ore. I valori di tossicità cronica per un periodo di tempo di tre settimane è 0.5 ppm per il grande cladocerano. Per i ratti è stato rilevato un valore LC50 pari a 20 mg/kg della massa corporea. Questo è il valore per composto cancerogeno ossido di arsenico(III). Tale composto inoltre ostruisce i processi enzimatici, aumentando la sua tossicità. In topi, criceti e ratti i composti erano embrio-tossici e teratogeni. Le felci bioaccumulano grandi quantità di arsenico. In natura esiste soltanto un isotopo di arsenico stabile, ed attualmente sono stati scoperti altri 19 isotopi instabili.

Quali sono gli effetti sulla salute dell'arsenico in acqua?

Le malattie derivanti dall'arsenico sono solitamente causate dal consumo di acqua potabile contaminata. In passato veniva usata usata come veleno, perché i sintomi di avvelenamento da arsenico sono simili ai sintomi del colera e quindi il fattore intenzionale era nascosto.
L'arsenico sembra essere essenziale per alcune specie di animale e piante ed una dose possibile sicura per gli esseri umani è stata calcolata. Se l'arsenico è un minerale dietetico, tale dose sarebbe pari a 15-25 μg,   importo che potrebbe essere assorbito dagli alimenti senza alcuna difficoltà. La quantità totale di arsenico nel corpo umano è pari a circa 0.5-15 mg. Molti composti di arsenico sono assorbiti per il 60-90%, ma essi sono anche espulsi facilmente. Gli esseri umani possono sviluppare resistenza a determinate concentrazioni di arsenico. Subito dopo l'assorbimento l'arsenico può essere trovato in fegato, milza, polmoni e nel tratto digestivo. La maggior parte del arsenico è espulso ed residui possono essere trovati in pelle, capelli, unghie, gambe e denti. In circostanze di esposizione prolungata, molti organi possono essere danneggiati, può verificarsi pigmentazione della pelle, caduta di capelli e la crescita delle unghie può arrestarsi.
La tossicità e diversa tra i vari residui arsenichi, per esempio, l'acido arsenico monometilico e l'arseniuro inorganico hanno un livello di tossicità più elevato rispetto alla colina arsenica. La tossicità acuta è generalmente più alta per i composti di arsenico inorganici che per i composti di arsenico organici. L'assunzione orale di una quantità superiore ai 100 mg è mortale. La dose letale di triossido di arsenico è 10-180 mg e per l'arseniuro e di 70-210 mg per l'arsenide.
Il meccanismo della tossicità lega ed ostruisce gli enzimi dello zolfo. I sintomi di avvelenamento da arsenico acuto sono nausea, vomito, diarrea, cianosi, aritmia cardiaca, confusione ed allucinazioni. I sintomi di avvelenamento da arsenico cronico sono meno specifici. Includono depressione, intorpidimento, disordini di sonno ed emicranie.
Gli effetti sulla salute relativi all'arsenico non sono solitamente acuti, ma comprendono principalmente cancro, soprattutto della pelle. L'arsenico può causare peso basso alla nascita e aborto spontaneo. L'arsenico in acqua potabile è una questione di importanza globale, quindi il limite legale è stato diminuito a 10 μg/L. Questo limite legale non è soddisfatto in paesi quali Vietnam e Bangladesh, dove milioni di persone consumano acqua potabile con un contenuto arsenico superiore ai 50 μg/L. Questo problema provoca effetti sulla salute cronici di lunga durata, come malattie della pelle, cancro della pelle ed i tumori ai polmoni, alla vescica, a reni e fegato.

Maggiori informazioni sul problema dell'arsenico in Bangladesh nella nostra pagina sui disastri ambientali.

Quali tecnologie di depurazione possono essere usate per rimuovere l'arsenico dall'acqua?

La rimozione dell'arsenico dall'acqua può essere realizzata in modi diversi. Opzioni includono scambio ionico, filtrazione con membrane e coagulazione con ferro ed alluminio. L'acqua potabile contiene soprattutto arsenico inorganico (arsenide o arsenato), quindi è sufficiente determinare la concentrazione di arsenico totale. Non è rilevante distinguere tra diversi tipi di arsenico.
La rimozione di arsenico dal terreno può essere realizzata utilizzando felci che accumulano grandi quantità di arsenico.

Bibiliografia e altri elementi e loro interazione con l'acqua