Arsenatas (AsO4^3−) – cheminė formulė, savybės ir biologinis poveikis
Arsenatas (AsO4^3−): cheminė formulė, oksidacinės savybės, toksiškumas ir kaip jis pakeičia fosfatą ląstelėse; poveikis biologijai ir arseno bakterijų ypatybės.
Arsenatas yra jonas. Jo cheminė formulė yra AsO43-. Arseno oksidacijos būsena šiame jone yra +5. Arsenatas yra tetraedrinė anijoninė struktūra, labai panaši į fosfatą (PO43-), tačiau As–O ryšiai yra ilgesni nei P–O. Dėl struktūrinės panašumo arsenatas dažnai konkuruoja su fosfatu biocheminėse reakcijose.
Cheminės savybės ir druskos
Arsenatai yra arseno rūgšties (H3AsO4) druskos. Būdingi vienvalių ir daugiavalių arsenato jonai: AsO43-, HAsO42- ir H2AsO4-. Kartais iš arseno rūgšties paimami ne visi protonai ir tada susidaro vandenilio arsenatų druskos; jų cheminės formulės yra HAsO42- arba H2AsO4-. Arsenų rūgšties disociacijos konstanta (pKa) vertės yra maždaug pKa1 ≈ 2,20, pKa2 ≈ 6,97 ir pKa3 ≈ 11,53, todėl neutraliame (apie pH 7) vandenyje yra mišrios H2AsO4- ir HAsO42- formos.
Redukcinės/oksidacinės savybės ir aplinkos elgsena
Arsenatai dažnai laikomi oksidatoriais oksinėse (deguonį turinčiose) aplinkose. Esant redukcinėms sąlygoms, arsenatas gali būti redukuotas iki arsenito (AsO33-, As(III)) arba iki elementinio arseno arba įorganinių junginių (pvz., arsino) stipresniuose redukuojančiuose procesuose. Vandens ir dirvožemio sąlygos (pH, redoks potencialas, geležies oksidai, organinė medžiaga) stipriai lemia arsenato mobilumą ir speciaciją. Dėl šių procesų arsenatas dalyvauja arsenų cikle aplinkoje ir gali migruoti į gruntinius vandenis.
Pramoninis ir istorinis naudojimas
Arsenatai anksčiau buvo naudojami žemės ūkyje kaip insekticidai (pavyzdžiui, kalcio ar švino arsenatai) ir medienos konservantai. Dėl to kai kuriose vietovėse dirvožemis ir požeminiai vandenys vis dar yra arsenato teršinių židiniai. Šiuolaikinės taikymo sritys apima kai kuriuos cheminius preparatus ir pramonines procesų šakas, tačiau dėl toksinio poveikio daugelis panaudojimo sričių buvo apribotos.
Toksinis poveikis ir biologinės sąveikos
Arsenatas gali pakeisti fosfatą ląstelėse, tačiau jis neveikia taip, kaip fosfatas. Vienas gerai žinomų mechanizmų – arsenatas įsiterpia į fermentų katalizuojamas reakcijas, kuriose dalyvauja fosfatas. Pavyzdžiui, gliceraldehido-3-fosfato dehidrogenazės reakcijoje arsenatas gali pakeisti fosfato grupę ir suformuoti nestabilią 1-arsenato-3-fosfoglicerato rūšį, kuri spontaniškai hidrolizuojasi, neduodama ATP; dėl to sutrinka ATP sintezė ir energijos apykaita, o ląstelė gali žūti. Dėl šių savybių arsenatai yra toksiški.
Reikia pažymėti, kad organinis arsenatas ir inorganinis arsenitas (As(III)) turi skirtingus poveikio mechanizmus. Bakterijos ir kiti mikroorganizmai gali turėti skirtingus atsparumo mechanizmus: kai kurios rūšys gali atspariai išskirti arsenatą ar redukuoti jį iki arsenito, kitas – fiksuoti ar metilinti arseną.
Kai kurios mikroorganizmai vietoj fosfatų gali naudoti arsenatus arba naudoja arsenatą elektrocheminėse grandinėse: tokios organizacijos dažnai vadinamos arseno bakterijomis. Egzistuoja tiek disimiliacinio arsenato reduktoriai (naudojantys arsenatą kaip galutinį elektronų akceptorių), tiek organizmai, gebantys toleruoti didelį arsenato koncentracijų lygį.
Žmonių sveikata
Įkvėpimas, o taip pat geriamasis ar maisto keliu gaunamas ardensas (ypač ilgesnė eksponacija) sukelia ūmius ir lėtinius sveikatos sutrikimus. Ūmi intoksikacija pasireiškia pykinimu, vėmimu, pilvo skausmu, viduriavimu, dehidratacija, šoko požymiais. Lėtinė eksponacija gali sukelti odos pigmentacijos pokyčius, keratozę, periferinę neuropatiją, kepenų ir širdies bei kraujagyslių ligas, inkstų sutrikimus ir padidina tam tikrų vėžio formų (pvz., plaučių, odos, šlapimo pūslės) riziką. Tarptautinės organizacijos nustatė saugias ribas geriamajame vandenyje (pvz., Pasaulio sveikatos organizacija rekomenduoja 10 µg/l limitą), tačiau lokalūs standartai gali skirtis.
Analizė, prevencija ir valymo būdai
Arsenato kiekis vandenyje ir dirvožemyje nustatomas naudojant chromatografiją kartu su masių spektrometrija, plazminę emisijos spektrometriją (ICP-MS) ir kitus specifinius metodus. Kontrolės ir valymo metodai apima filtravimą (reverse osmosis), adsorbciją (pvz., aktyvintos anglies ar aliuminio oksido adsorbentai), koaguliaciją/nuosėdinimą, jonų mainus ir biologinius metodus (mikrobų bioremediacija, fitoremediacija). Prevencijai svarbu stebėti taršos šaltinius, užtikrinti tinkamą atliekų tvarkymą ir taikyti saugos priemones pramonėje bei žemės ūkyje.
Praktinė pastaba: nors chemine prasme arsenatas yra naudingas tyrimams kaip fosfato analogas, dėl jo toksiškumo laboratorijoje ir pramonėje reikia laikytis griežtų saugos protokolų ir teisinių reikalavimų.
Atsiradimas
Arsenatų natūraliai randama įvairiuose mineraluose. Šiuose mineraluose gali būti hidratuotų arba bevandenių arsenatų. Skirtingai nei fosfatai, arsenatai iš mineralų neišnyksta vykstant atmosferos procesams. Arsenatų turinčių mineralų pavyzdžiai: adamitas, alarsitas, annabergitas, eritritas ir legranditas.
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra arsenatas?
A: Arsenatas yra jonas, kurio cheminė formulė yra AsO43-.
K: Kokia yra arseno oksidacijos būsena arsenate?
A: Arsenas arsenate yra +5 oksidacijos būsenos.
K: Kas yra arsenatai?
A: Arsenatai yra arseno rūgšties druskos, kurios gali veikti kaip oksidatoriai.
K: Kas yra vandenilio arsenato druskos?
A: Vandenilio arsenato druskos susidaro, kai iš arseno rūgšties paimami ne visi protonai, ir jų cheminės formulės gali būti HAsO42- arba H2AsO4-.
K: Kodėl arsenatai yra nuodingi?
A: Arsenatai gali pakeisti fosfatus ląstelėse, tačiau veikia ne taip pat, todėl ląstelės žūsta.
K: Kas yra arseno bakterijos?
A: Kai kurios bakterijos vietoj fosfatų gali naudoti arsenatus ir vadinamos arsenobakterijomis.
K: Ar gali arsenatai pakeisti fosfatus ląstelėse?
A: Taip, arsenatai gali pakeisti fosfatus ląstelėse, tačiau jie veikia ne taip pat ir gali būti toksiški.
Ieškoti