L’arsenico può essere trovato nell’acqua di mare (2-4 ppb) e nei fiumi (0,5-2 ppb). Metà dell’arsenico presente è legato alle particelle. Le alghe d’acqua dolce e marina contengono circa 1-250 ppm di arsenico, i microfiti d’acqua dolce contengono 2-1450 ppm, i molluschi marini contengono 1-70 ppm, i crostacei marini 0,5-69 ppm e i pesci 0,2-320 ppm (tutti i valori sono basati sulla massa secca). In alcuni organismi marini, come alghe e gamberetti, l’arsenico può essere trovato in composti organici.
Il limite legale per l’arsenico nell’acqua applicato dall’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) è 10 µg/L.
In che modo e in quale forma l’arsenico reagisce con l’acqua?
L’arsenico elementare normalmente non reagisce con l’acqua in assenza di aria. Non reagisce con l’aria secca, ma quando viene a contatto con l’aria umida si forma uno strato. Lo strato ha un colore bronzo e successivamente sviluppa una superficie nera.
Un esempio di composti di arsenico che reagisce fortemente con l’acqua è orpiment. Questo è un composto di arsenico amorfo. Meccanismo di reazione:
As2S3 + 6 H2O- > 2 H3AsO3 + 3 H2S
In acqua naturale l’arsenico partecipa alle reazioni di ossidazione e riduzione, coagulazione e adsorbimento. L’adsorbimento di arsenico in particelle fini nell’acqua e la precipitazione con idrossidi di alluminio o ferro fa sì che l’arsenico entri nei sedimenti. Dopo un certo tempo l’arsenico può dissolversi ancora una volta consequenziale alle reazioni di riduzione.
Solubilità di arsenico e composti di arsenico
L’arsenico elementare è abbastanza insolubile, mentre i composti di arsenico possono facilmente dissolversi. L’arsenico è presente principalmente in soluzioni acquose come HAsO42-(aq) e H2AsO4- (aq), e molto probabilmente parzialmente come H3AsO4 (aq), AsO43-(aq) o H2AsO3-(aq).
Esempi di solubilità dei composti dell’arsenico: arsenico(III)idruro 700 mg/L, ossido di arsenico (III)20 g/L, acido arsenico(H3AsO4.1/2 H2O) 170 g/L e solfuro di arsenico (III)0,5 mg/L.
Perché l’arsenico è presente nell’acqua?
I composti di arsenico sono abbondanti nella crosta terrestre. Le particelle vengono rilasciate durante l’estrazione e si diffondono in tutto l’ambiente. L’arsenico proveniente da rocce e terreni alterati si dissolve nelle acque sotterranee. Le concentrazioni di arsenico nelle acque sotterranee sono particolarmente elevate nelle aree con attività geotermica. Negli ecosistemi acquatici arsenico inorganico derivato da rocce come triossido di arsenico (As2O3), orpiment (As2S3), arsenopirite (AsFeS) en realgar (As4S4) è più prevalente.
L’arsenico viene applicato in diverse forme e forme e può entrare nei corpi idrici in quanto tale. Grandi quantità di arsenico che vengono rilasciate dall’attività vulcanica e dai microrganismi sono relativamente piccole rispetto alle quantità rilasciate ad esempio dalla combustione di combustibili fossili. L’arsenico metallico viene lavorato in leghe di piombo o rame, per aumentare la durezza. Il gas arsenico estremamente tossico ASH3 svolge un ruolo importante nella produzione di microchip. L’arseniato di rame (Cu3 (AsO4) 2.4H2O) viene applicato come pesticida in viticoltura, ma il suo uso è attualmente vietato in molti paesi. Paxite (CuAs2) è un insetticida e fungicida.
Altri composti di arsenico sono applicati come conservante del legno, nella lavorazione del vetro, nelle industrie chimiche o nella tecnica dei semiconduttori insieme al gallio e all’indio.
Pittori olandesi applicato arsenico come pigmento giallo. Nella prima guerra mondiale l’arsenico fu applicato nelle armi chimiche. Nella guerra del Vietnam l’acido dimetil arsenico è stato applicato per la distruzione delle colture di riso.
Sebbene l’arsenico sia applicato sempre meno, è ancora presente nell’ambiente in quantità considerevoli. Ad esempio, vicino alle miniere abbandonate, le quantità di arsenico nel suolo possono ancora arrivare a 30 g/kg.
L’arsenico era ed è applicato per scopi medici. In acqua da fonti sicure probabilmente aiuta a curare asma, malattie ematologiche, dermatosi e psicosi. Nel 19 ° secolo sono state applicate soluzioni acquose di arseniuro di potassio (soluzione di Fowler) per trattare l’asma bronchiale cronico e altre malattie. All’inizio del 20 ° secolo altri composti di arsenico sono stati applicati per trattare la sifilide. L’arsenico può aiutare a curare la malattia del sonno e la leucemia.
I composti dell’arsenico possono entrare nel corpo meno specificamente attraverso l’assunzione di cibo. Questo comprende il 90% dell’assunzione totale di arsenico, principalmente da prodotti ittici. Attraverso la macinatura del pesce nei mangimi per bovini l’arsenico può entrare nella carne e attraverso i terreni contaminati può entrare nei prodotti vegetali. Nei funghi vicino a impianti di fusione di arsenico formati sono state trovate concentrazioni fino a 50 mg/kg di sostanza secca.
Quali sono gli effetti ambientali dell’arsenico nell’acqua?
L’arsenico è un composto essenziale per molte specie animali, perché svolge un ruolo nella sintesi proteica. Non è chiaro se l’arsenico sia un minerale alimentare per l’uomo. La tossicità dell’arsenico è un’altra caratteristica importante. La concentrazione limite di arsenico è di 2-46 ppm per le alghe d’acqua dolce. Il valore di LC50 per Daphnia Magna è di 7,4 ppm e per l’ostrica americana è di 7,5 ppm. Questi valori comprendono un periodo di tempo di 48 ore. I valori di tossicità cronica per un periodo di tre settimane sono 0,5 ppm per il grande cladocerano. Per i ratti è stato stabilito un valore di LC50 di 20 mg/kg di massa corporea. Questo è il valore per il composto di ossido di arsenico(III)cancerogeno. Questo composto blocca anche i processi enzimatici, aumentando la sua tossicità. Nei topi, criceti e ratti i composti era embrione tossico e teratogeno. Le felci bioaccumulano grandi quantità di arsenico.
Naturalmente, esiste solo un isotopo di arsenico stabile. Attualmente 19 altri isotopi instabili sono stati scoperti.
Quali sono gli effetti sulla salute dell’arsenico nell’acqua?
La malattia correlata all’arsenico è solitamente causata dal consumo di acqua potabile contaminata. Ai vecchi tempi veniva applicato come veleno, perché i sintomi dell’avvelenamento da arsenico assomigliano ai sintomi del colera, e quindi il fattore intenzionale era ombreggiato.
L’arsenico sembra essere essenziale per alcune specie vegetali e animali. È stata calcolata una possibile dose sicura per l’uomo. Se l’arsenico è un minerale alimentare, questa dose sarebbe 15-25 µg. Questa quantità potrebbe essere assorbita dal cibo senza problemi. La quantità totale di arsenico in un corpo umano è circa 0.5-15 mg. Molti composti di arsenico vengono assorbiti al 60-90%, ma sono anche facilmente escreti. Gli esseri umani possono sviluppare resistenza a determinate concentrazioni di arsenico. Poco dopo l’assorbimento l’arsenico può essere trovato nel fegato, nella milza, nei polmoni e nel tratto digestivo. La maggior parte dell’arsenico viene escreta e residui possono essere trovati in pelle, capelli, unghie, gambe e denti.
In condizioni di esposizione prolungata, molti organi possono essere danneggiati, può verificarsi pigmentazione della pelle, i capelli possono cadere e la crescita delle unghie può fermarsi.
La tossicità differisce tra vari composti di arsenico, ad esempio l’acido monometil arsenico e l’arseniuro inorganico hanno un livello di tossicità più elevato rispetto alla colina di arsenico. La tossicità acuta è generalmente più elevata per i composti inorganici dell’arsenico che per i composti organici dell’arsenico. L’assunzione orale di più di 100 mg è letale. La dose letale di triossido di arsenico è 10-180 mg, e per l’arsenuro questo è 70-210 mg. Il meccanismo di tossicità è il legame e il blocco degli enzimi dello zolfo. I sintomi di avvelenamento da arsenico acuto sono nausea, vomito, diarrea, cianosi, aritmia cardiaca, confusione e allucinazioni. I sintomi dell’avvelenamento da arsenico cronico sono meno specifici. Questi includono depressione, intorpidimento, disturbi del sonno e mal di testa.
Gli effetti sulla salute legati all’arsenico di solito non sono acuti, ma per lo più comprendono il cancro, principalmente il cancro della pelle. Arsenico può causare basso peso alla nascita e aborto spontaneo.
L’arsenico nell’acqua potabile è una questione di importanza globale, quindi il limite legale è stato ridotto a 10 µg/L. Questo limite legale non è soddisfatto in paesi come il Vietnam e il Bangladesh, dove milioni di persone consumano acqua potabile con un contenuto di arsenico superiore a 50 µg/L. Questo problema si traduce in effetti cronici a lungo termine sulla salute, come malattie della pelle, cancro della pelle e tumori a polmoni, vescica, reni e fegato.
Leggi di più sul problema dell’arsenico in Bangladesh nella nostra pagina sui disastri ambientali
Quali tecnologie di depurazione dell’acqua possono essere applicate per rimuovere l’arsenico dall’acqua?
La rimozione dell’arsenico dall’acqua può essere effettuata in diversi modi. Le opzioni includono lo scambio ionico, la filtrazione a membrana e la coagulazione di ferro e alluminio. L’acqua potabile contiene principalmente arsenico inorganico (arseniuro o arseniato), quindi è sufficiente determinare la concentrazione totale di arsenico. Distinguere tra diversi tipi di arsenico è irrilevante.
La rimozione dell’arsenico dai terreni può essere ottenuta applicando felci che bioaccumulano grandi concentrazioni di arsenico.
La letteratura e gli altri elementi e la loro interazione con l’acqua