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33. Arsen (As) - Das Gift der Könige · Das Periodensystem der Elemente

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Willkommen zu einer neuen Folge von Wissensreise durch das
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Periodensystem der Elemente, deinem Podcast zum Entspannen,
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Loslassen und lernen. Wenn dir der Podcast gefällt,
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bewerte ihn bitte, das hilft uns, weitere Folgen zu
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produzieren. Kennst du schon unsere anderen
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Podcastreihen wie Wissensreise durch die Uhrzeit oder
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Wissensreise durch die Länder der Erde?
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Es gibt Elemente, die einen Ruf haben, einen Ruf, der so alt
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ist, so tief in der menschlichen Geschichte verankert, dass er
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das wissenschaftliche Bild fast überlagert.
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Arsen ist eines dieser Elemente, wer das Wort hört, denkt sofort
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an Gift, an Mord, an dunkle Geschichten aus Fürstenhöfen und
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viktorianischen Schlafzimmern, an Agatha Christie, an die
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Borgha. Und dieser Ruf ist nicht ganz
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unverdient. Arsen hat tatsächlich eine
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lange, blutige Geschichte als Mordwaffe, aber Arsen ist so
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viel mehr als das, es ist ein Element mit einer komplexen
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Chemie, einer spannenden Geologie, einer überraschenden
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Geschichte, in der Medizin und einer alarmierenden Gegenwart
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als globaler Umweltschadstoff es ist ein Element, das tötet, aber
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unter bestimmten Umständen auch heilt.
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Ein Element, das in der Erdkruste ubiquitär vorkommt und
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gleichzeitig in vielen Regionen der Welt das Trinkwasser
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vergiftet. Arsen, ordnungszahl, 33,
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chemisches Symbol as, abgeleitet vom lateinischen Arsenicum, das
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wiederum auf das griechische Arsenicum zurückgeht, ein Wort,
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das so viel bedeutet wie männlich oder kraftvoll.
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Vielleicht wegen der Intensität seiner Wirkung, vielleicht wegen
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seiner Präsenz in goldgelben Mineralien, die die alten
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beeindruckten. Lass uns die Geschichte dieses
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faszinierenden, gefürchteten Elements gemeinsam erkunden.
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Arsen selbst ist ein sogenanntes Metaloid oder Halbmetall,
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ähnlich wie das im letzten Podcast besprochene Germanium.
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Es verhält sich in mancher Hinsicht wie ein Metall, in
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anderer Hinsicht wie ein Nichtmetall diese
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Zwischenstellung verleiht ihm eine chemische Vielseitigkeit,
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die seine breite Wirkung in der Natur, in der Geschichte und in
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der Technik erklärt. Arsen kommt in mehreren
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allotropen Formen vor. Das bedeutet, dasselbe Element
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kann in unterschiedlichen Strukturen auftreten, die ganz
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verschiedene Eigenschaften haben.
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Die stabilste Form ist das sogenannte graue oder
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metallische Arsen, es hat einen silbergrauen Glanz, ist spröde
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und leitet Elektrizität moderat. Daneben gibt es gelbes Arsen,
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eine instabile molekulare Form, die aus AS 4 Molekülen besteht
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und stark giftig ist, und schwarzes Arsen, das eine
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amorphe glasartige Struktur besitzt.
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Die Atommasse von Arsen beträgt 74,922 Einheiten interessant,
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Arsen hat nur ein einziges stabiles Isotop Arsen 75.
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Das ist vergleichsweise ungewöhnlich und macht Arsen zu
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einem sogenannten Reinelementopoisotop, also einem
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Element, das in der Natur ausschließlich als ein einziges
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stabiles Isotop vorkommt. Der Schmelzpunkt von Arsen ist
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eine Besonderheit Arsen Sublimiert unter Normaldruck,
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das heißt, es geht direkt vom Festen in den gasförmigen
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Zustand über, ohne vorher zu schmelzen.
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Bei etwa 887 Grad Celsius wird dieser Übergang vollzogen.
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Erst unter erhöhtem Druck schmilzt Arsen tatsächlich Arsen
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ist in der Erdkruste mit einer durchschnittlichen Konzentration
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von etwa 1,5 bis 2 Milligramm pro Kilogramm vertreten, ähnlich
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wie Germanium. Es ist damit nicht selten, aber
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auch nicht häufig. Arsen kommt selten als
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gediegenes Element vor. Viel häufiger findet es sich in
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Verbindungen, vor allem als Arsenid oder Arsensulfid.
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Das bekannteste Arsenmineral ist Arsenkis, auch Arsenopyrit
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genannt, mit der chemischen Formel FEASS eine Verbindung aus
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Eisen, Arsen und Schwefel. Arsenkis ist das häufigste
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Arsenmineral der Erdkruste und tritt häufig in Hydrothermalen
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Erzgängen auf. Oft vergesellschaftet mit Gold
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tatsächlich ist Arsen ein wichtiger geologischer Indikator
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für Goldvorkommen, wo sich Arsenkies findet, lohnt es sich,
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nach Gold zu suchen weitere wichtige Arsen Verbindungen sind
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REALGAR as 4, S 4, ein leuchtend rotes Mineral und Auripigment as
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2 S 3, ein goldgelbes Mineral, dessen Name buchstäblich
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goldfarbe bedeutet. Beide wurden in der Antike und
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im Mittelalter als Pigmente und als Ausgangsstoffe für
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Arsenverbindungen genutzt. Arsen ist eng mit vulkanischer
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Aktivität verknüpft, in vulkanischen Gebieten tritt
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Arsen aus heißen Quellen aus und reichert sich in Böden,
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Sedimenten und Gewässern an. Der Yellowstone Nationalpark in
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den USA etwa enthält natürlicherweise erhöhte
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Arsenkonzentrationen in seinen Thermalgewässern.
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Besonders bedeutsam ist das Vorkommen von Arsen im
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Grundwasser in vielen Regionen der Welt, vor allem in Teilen
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Bangladeschs, Indiens, Chinas, Argentiniens und Chiles.
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Liegen die Arsenkonzentrationen im Grundwasser weit über den von
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der Weltgesundheitsorganisation empfohlenen Grenzwerten von 10
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Mikrogramm pro Liter? Diese natürliche Arsenbelastung
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des Trinkwassers ist eine der größten Umwelt und
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Gesundheitskatastrophen unserer Zeit, auf die wir später noch
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ausführlich eingehen werden. Die Geschichte des Arsens von
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der Antike bis zur Renaissance. Die Geschichte des Arsens reicht
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weit zurück. Schon in der Antike kannten
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Menschen arsenhaltige Mineralien, auch wenn sie das
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Element selbst nicht in reiner Form isolieren konnten.
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Auripigment, das goldgelbe Arsensulfid, wurde im alten
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Ägypten und in der Antike als Pigment für Malereien und als
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Enthaarungsmittel verwendet, Real gar diente ebenfalls als
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Farbpigment und fand Verwendung in der Feuerwerkerei.
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Da es beim Verbrennen eine charakteristische Flamme
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erzeugt, die Griechen und Römer kannten die Giftigkeit von Arsen
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Dioscurides der griechische Arzt des ersten Jahrhunderts nach
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Christus beschrieb sowohl Auripigment als auch Realgar in
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seinem pharmakologischen Hauptwerk und warnte vor ihrer
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Giftigkeit. Wann Arsen zum ersten Mal als
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gezieltes Mordwerkzeug eingesetzt wurde, lässt sich
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nicht genau sagen. Mit Sicherheit aber sehr früh.
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Der Übergang von der Kenntnis einer giftigen Substanz zu ihrer
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bewussten Verwendung als Waffe ist in der Geschichte des
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Menschen erschreckend kurz, das reine metallische Arsen wurde
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wahrscheinlich im 13 Jahrhundert erstmals isoliert,
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üblicherweise. Wird Albertus Magnus, der
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bedeutende mittelalterliche Gelehrte und Naturforscher, als
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Erster genannt, der metallisches Arsen durch Erhitzen von
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Arsenkis mit Seife darstellte? Damit war das Element in seiner
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reinen Form zugänglich und damit auch Arsenoxid, das aus der
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Verbrennung von Arsen entsteht, ARSENTRIOXID as 2 o 3 ist das
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berühmteste Arsengift der Geschichte, das.
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Es ist ein weißes, geruchloses Pulver, das sich langsam in
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Wasser löst und praktisch geschmacklos ist.
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Diese Eigenschaften machten es zum idealen Mordmittel es ließ
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sich problemlos in Speisen oder Getränken verstecken und die
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Vergiftungssymptome Erbrechen. Durchfall, Schwäche, Herz,
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Kreislauf, versagen, ähnelten bis ins 19 Jahrhundert hinein
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stark den Symptomen von Cholera oder anderen damals häufigen
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Krankheiten. Ohne forensische Mittel war
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Arsenvergiftung kaum von natürlichem Tod zu
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unterscheiden, Arsen bekam deshalb den makaberen Beinamen
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Erbschaftspulver poudre de Succession auf Französisch.
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Weil es so effektiv dabei eingesetzt wurde, unliebsame
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Verwandte zu beseitigen und Erbschaften zu beschleunigen.
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In Europa des Mittelalters und der frühen Neuzeit war
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Arsenvergiftung so verbreitet, dass es zeitweise die häufigste
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Mordmethode in bestimmten gesellschaftlichen Kreisen
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gewesen sein dürfte. Keine Erzählung über Arsen als
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Gift kommt an 2 historischen Kapiteln vorbei, den Borgia und
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Napoleon Bonaparte. Die Familie Borgia, insbesondere
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Rodrigo Borgia Papst Alexander I.
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Sechste und seine Kinder Cesare und Lucretia, gilt in der
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Populärkultur als die giftige Familie schlechthin.
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Der Mythos um Lucretia Borgia, die angeblich Gift in
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Schmuckstücken trug, ist legendär.
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Wieviel davon historische Wahrheit und wieviel politische
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Verleumdung ist, lässt sich heute nicht mehr vollständig
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trennen, was sicher ist. Die Renaissance war eine Zeit,
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in der Gift und insbesondere Arsen als politisches Instrument
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wohl keine theoretische Größe war.
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Napoleons Tod auf der Insel St. Helena im Jahr 1821 hat
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Historikerinnen und Naturwissenschaftlerinnen über
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Jahrzehnte beschäftigt, die offizielle Todesursache war
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Magenkrebs. Doch im 20 Jahrhundert wurden
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Haarproben Napoleons analysiert und dabei fand sich ein
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erstaunlich hoher Arsengehalt, vielfach höher als bei der
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durchschnittlichen Bevölkerung seiner Zeit war Napoleon
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vergiftet worden, möglicherweise von seinen britischen Bewachern.
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Die Forschung hat diese Frage zunehmend differenzierter
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beantwortet. Zum einen war der Arsengehalt im
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Haar auch bei anderen Menschen des frühen 19 Jahrhunderts
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allgemein hoch. Arsen war in Farben, Tapeten,
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Medikamenten und Pestiziden allgegenwärtig, zum anderen
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wurde in den Räumen auf St. Helena ein Tapetenmuster
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verwendet, das einen arsenhaltigen grünen Farbstoff
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enthielt, Schieles Grün eine Kupfer arsenit Verbindung.
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In der feuchten Raumluft der Insel konnten Schimmelpilze
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diesen Farbstoff in flüchtige Arsenverbindungen umwandeln, die
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dann eingeatmet wurden. Napoleon war also möglicherweise
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nicht absichtlich vergiftet worden, sondern langsam durch
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seine eigene Tapete erkrankt, ein grotesk tragisches Bild
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dieser Fall illustriert übrigens, wie weit verbreitet
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Arsen im 19 Jahrhundert war. Scheeles Grün und das ähnliche
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Pariser Grün waren populäre Pigmente, die in Tapeten,
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Textilien und Gemälden verwendet wurden.
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Die gesundheitlichen Folgen für die Menschen, die in diesen
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Räumen lebten und arbeiteten, waren erheblich, und kaum jemand
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erkannte den Zusammenhang. Das änderte sich mit einer
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entscheidenden Entdeckung im Jahr 1836.
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Der britische Chemiker James Marsh entwickelte einen
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chemischen Test, der in der Lage war, winzige Mengen von Arsen in
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organischem Material, Mageninhalt Körpergewebe,
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zuverlässig nachzuweisen. Die sogenannte Marschprobe A
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nutzt die Reaktion von Arsen mit Wasserstoff zu gasförmigem Arsen
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Wasserstoff. Der beim Verbrennen einen
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charakteristischen Arsenspiegel, einen glänzenden schwarzen Belag
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auf einer Porzellanfläche hinterlässt.
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Die Marschprobe war ein Meilenstein der forensischen
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Chemie. Zum ersten Mal war es möglich,
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Arsenvergiftungen wissenschaftlich zu beweisen.
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Einer der ersten prominenten Einsätze der Methode fand im
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Fall Marie Lafarge im Jahr 1840 in Frankreich statt.
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Die Methode wurde vor Gericht eingesetzt, um den Tod ihres
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Mannes auf Arsenvergiftung zurückzuführen.
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Der Fall erregte ganz Europa und zeigte, dass die Wissenschaft
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nun in der Lage war, Mörderinnen zu überführen, die sich bisher
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sicher gefühlt hatten, die Zahl der Arsenvergiftungen in Europa
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soll danach spürbar zurückgegangen sein, Arsen hatte
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seinen Nimbus der Unentdeckbarkeit verloren
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Jachen. Arsen ist giftig, aber, und das
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klingt wie ein Paradox, Arsen ist auch ein Heilmittel.
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Diese doppelte Natur ist eines der faszinierendsten Kapitel
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seiner Geschichte, die medizinische Verwendung von
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Arsenpräparaten reicht ebenfalls weit zurück in der
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traditionellen chinesischen Medizin wurde Arsentrioxid seit
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Jahrhunderten zur Behandlung verschiedener Erkrankungen
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eingesetzt. Im Europa des 18 und 19
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Jahrhunderts war Foulers Solution eine wässrige Lösung
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von Kaliumarsenid, ein weit verbreitetes Tonikum.
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Thomas Fouler stellte diese Lösung 1786 vor, und sie wurde
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für Jahrzehnte gegen eine beeindruckend lange Liste von
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Beschwerden verordnet, Fieber, Malaria, Syphilis, nervenleiden,
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Hautkrankheiten. Sogar als Stärkungsmittel.
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Heute würde man bei einer solchen Liste die Augen
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verdrehen. Damals war das medizinischer
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Alltag der erste echte Durchbruch der modernen
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Chemotherapie basierte auf Arsen.
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Paul Ehrlich, der deutsche Arzt und Nobelpreisträger,
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entwickelte in den ersten Jahren des 20 Jahrhunderts systematisch
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chemische Verbindungen zur Behandlung von
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Infektionskrankheiten. Im Jahr 1909 entdeckte sein Team
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Salvasan Arsphenamin, eine organische Arsenverbindung, die
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wirksam gegen den Erreger der Syphilis, treponema pallidum,
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war. Es war das erste wirklich
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spezifische Chemotherapeutikum der Geschichte, das sogenannte
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Zauberkugelkonzept in die Praxis umgesetzt, eine chemische
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Substanz, die gezielt den Krankheitserreger trifft, ohne
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den Patienten oder die Patientin zu vernichten.
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Salvarsem revolutionierte die Medizin und ebnete den Weg für
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die gesamte spätere Antibiotikaentwicklung.
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Heute verwendet man Salvarsan nicht mehr Penicillin und andere
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Antibiotika haben es ersetzt, aber Arsen ist in der modernen
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Medizin keineswegs verschwunden. Arsentrioxid, das weiße Gift der
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Renaissance Mörder ist heute ein zugelassenes Medikament zur
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Behandlung einer bestimmten Form von Leukämie, der akuten
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Promillozytenleukämie, kurz apl. Arsentrioxid induziert in den
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Leukämiezellen einen programmierten Zelltod, die
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Apoptose, und führt in vielen Fällen zu einer vollständigen
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Remission in Kombination mit anderen Wirkstoffen gehört die
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APL heute zu den am besten behandelbaren Leukämieformen das
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Gift der Könige rettet Leben, wenn man die Dosis kontrolliert
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Phosphat, also der phosphorsäurerest Po 43 minus.
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Spielt eine zentrale Rolle in der Biochemie lebender
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Organismen. Es ist Bestandteil der DNA und
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RNA der Zellmembranen und vor allem des Adenosintriphosphats,
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kurz ATP, dem universellen Energieträger der Zelle.
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Jede Reaktion, die in einer Zelle Energie verbraucht oder
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freisetzt, läuft über ATP Arsenert.
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Aso 43 Minus hat eine fast identische Größe und
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Ladungsverteilung wie Phosphat. Die Enzymsysteme der Zelle
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können diese beiden Ionen kaum unterscheiden.
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Arsenat wird deshalb in biochemische Prozesse eingebaut,
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wo eigentlich Phosphat hingehört, das führt zur Bildung
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von Arsenat Estern anstelle von Phosphat estern.
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Aber diese Arsenatverbindungen sind chemisch instabil und
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zerfallen sofort. Das Ergebnis, der
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Energiestoffwechsel der Zelle bricht zusammen, die ATP
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Synthese wird entkoppelt, die Zelle kann keine Energie mehr
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speichern oder nutzen, Arsen in der dreiwertigen Form, also
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arsenit as 3 plus, wirkt über einen anderen Mechanismus.
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Es bindet mit hoher Affinität an Schwefelatome in Proteinen,
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insbesondere an sogenannte thiol Gruppen in Enzymen.
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Viele zentrale Enzyme des Zellstoffwechsels enthalten
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solche thiol Gruppen an ihren aktiven Zentren, wenn Arcinit
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diese Gruppen blockiert, werden die Enzyme inaktiviert, der
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Zellstoffwechsel kommt zum Erliegen.
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Beide Mechanismen wirken zusammen und führen zu den
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klinischen Symptomen einer akuten Arsenvergiftung Übelkeit,
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Erbrechen, Durchfall, Krämpfe, Herzrhythmusstörungen,
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Multiorganversagen bei chronischer Arsenexposition
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durch verseuchtes Trinkwasser etwa entwickeln sich über Jahre
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hinweg andere Zeichen. Charakteristische
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Hautverfärbungen und Verhornungen, sogenannte
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Hyperkeratosen, Periphere Neuropathien, also
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Nervenschäden, und ein erhöhtes Krebsrisiko für Haut, Lunge,
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Blase und weitere Organe in weiten Teilen Süd und
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Südostasiens, besonders in Bangladesch und den angrenzenden
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Regionen West Bengalens in Indien enthält das Grundwasser
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natürlich hohe Mengen gelösten Arsens.
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Diese Arsenbelastung hat ihre Ursache in der Geologie im
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Gangesdelta haben sich über Jahrtausende Sedimente
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abgelagert, in denen arsenhaltige Eisenminerale
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vorkommen. Unter bestimmten chemischen
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Bedingungen. Wenn Grundwasser sauerstoffarm
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wird und der PH wert sich verändert, löst sich das Arsen
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aus den Mineralien und geht ins Grundwasser über.
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Tragischerweise wurde das Problem durch gut gemeinte
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Entwicklungshilfemaßnahmen der 1970er und 80er Jahre
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verschärft, um die Bevölkerung vor kontaminiertem
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Oberflächenwasser und den dadurch verursachten
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Durchfallerkrankungen zu schützen, wurde damals
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massenhaft Tiefbrunnen gebohrt, Millionen von Röhrenbrunnen, die
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Wasser aus tieferen Grundwasserschichten zu Tage
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fördern. Dieses Wasser war tatsächlich
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frei von Bakterien und Viren, aber es war in vielen Fällen mit
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Arsen belastet. Ein Problem, das niemand
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vorhergesehen hatte, weil systematische
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Arsenuntersuchungen fehlten. Die Folgen sind verheerend
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Schätzungen zufolge sind in Bangladesch allein viele
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Millionen Menschen chronisch arsenbelastetem Trinkwasser
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ausgesetzt. Die WHO bezeichnet die
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Arsenbelastung des Grundwassers in Bangladesch als die größte
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Massenvergiftung in der Geschichte der Menschheit.
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Chronische Arsenbelastung verursacht dort in großem
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Maßstab Hautkrebs, Lungenkrebs, Blasenkrebs, Neuropathien und
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andere Erkrankungen. Die betroffenen Menschen sind
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häufig die ärmsten der armen Menschen ohne politische Lobby,
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ohne Zugang zu sauberem Wasser aus anderen Quellen, ohne
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ausreichende medizinische Versorgung.
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Hinzu kommt eine von Menschen gemachte Arsenbelastung, der
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Abbau von Buntmetallerzen, Kupfer, Blei, Zink bringt
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arsenreiche Gesteine an die Oberfläche, wo Arsen durch
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Verwitterung in Boden und Wasser gelangen kann.
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Alte Bergbaugebiete in Europa, Nordamerika und anderswo sind
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häufig erheblich mit Arsen belastet.
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Auch die Verwendung arsenhaltiger Pestizide, die vor
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allem im 20 Jahrhundert in der Landwirtschaft weit verbreitet
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war, hat zu einer dauerhaften Kontamination von Ackerböden
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geführt. In der Halbleitertechnik spielt
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Gallium Arsenid, kurz Gas, eine wichtige Rolle.
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Geesis ist ein Verbindungshalbleiter mit einer
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direkten Bandlücke von 1,42 Elektronenvolt.
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Damit ist es hervorragend geeignet für die Emission und
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Absorption von Licht. Ga as Bauelemente finden sich in
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Laserdioden, Leuchtdioden, Solarzellen für
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Weltraumanwendungen und Hochfrequenztransistoren für
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Mobilfunk und Radar. Die Elektronenmobilität in Gas
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ist deutlich höher als in Silizium, was schnellere
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Bauelemente erlaubt. Gallium Arsenid ist das
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Material, aus dem viele der schnellen elektronischen
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Komponenten moderner Smartphones gefertigt sind, Indium, Arsenid
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und andere arsenid Verbindungen werden in der Infrarotsensorik
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und in spezialisierten Halbleiterbauelementen
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eingesetzt. In der Vergangenheit wurde Arsen
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als Legierungsbestandteil in Blei und Kupferlegierungen
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verwendet, um deren Härte zu erhöhen.
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Arsenhaltige Pestizide wurden in der Landwirtschaft eingesetzt,
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darunter Bleiarsenat und Calciumarsenat als Insektizide
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und Pariser Grün als Fungizid. Diese Verwendungen sind in den
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meisten Ländern heute verboten oder stark eingeschränkt, nicht
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zuletzt wegen der oben beschriebenen Bodenbelastung.
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Die größte Herausforderung rund um Arsen heute ist nicht die
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eines Giftmörders aus dem Mittelalter, es ist die Stille,
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schleichende Vergiftung durch Trinkwasser und kontaminierte
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Böden. Ein Problem, das Millionen von
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Menschen betrifft und das unsere kollektive Aufmerksamkeit
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verdient. Technologien zur Arsenentfernung
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aus Trinkwasser existieren Eisenbasierte,
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Adsorptionsfilter, Koagulation und Flockung Umkehrosmose.
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All das kann Arsen aus dem Wasser entfernen, das Problem
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ist Verfügbarkeit und Kosten. In armen ländlichen Regionen
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Bangladeschs oder Indiens sind diese Technologien für viele
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Menschen nicht erreichbar. Internationale
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Hilfsorganisationen und Regierungen arbeiten an
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Lösungen, Fortschritte werden erzielt, aber das Tempo ist
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angesichts der Dimension des Problems unzureichend, Arsen ist
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überall in den Böden, unter unseren Füßen, im Wasser, das
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aus manchen Brunnen kommt. In den Glasfasern, die unser
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Internet tragen, als Dotierungsspuren in
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Medikamenten, die Leben retten, in Halbleiterbauelementen, die
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in unseren Smartphones stecken. Das war die heutige Folge der
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Wissensreise durch das Periodensystem der Elemente über
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Arsen, das Gift der Könige, das Heilmittel der Moderne, das
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stille Umweltproblem unserer Zeit.
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Wenn dir diese Folge gefallen hat, bewerte den Podcast gerne
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und empfehle ihn weiter. Schau auch in unsere anderen
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Reihenreihen Wissensreise durch die Uhrzeit und Wissensreise
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durch die Länder der Erde erwarten dich mit ebenso
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faszinierenden Themen bis zur nächsten Folge.
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Bleib neugierig, bleib wachsam.