El arsénico es un elemento químico del grupo del nitrógeno (grupo 15 de la tabla periódica). Esta es una sustancia quebradiza (α-arsénico) gris con un brillo metálico con una red cristalina romboédrica. Cuando se calienta a 600°C, As se sublima. Cuando el vapor se enfría, aparece una nueva modificación: arsénico amarillo. Por encima de 270 °C, todas las formas de As se convierten en arsénico negro.
Historial de descubrimientos
El arsénico se conocía mucho antes de que se reconociera como elemento químico. En el siglo IV. antes de Cristo mi. Aristóteles mencionó una sustancia llamada sandarak, que ahora se cree que es rejalgar o sulfuro de arsénico. Y en el siglo I d. C. mi. los escritores Plinio el Viejo y Pedanius Dioscórides describieron el oropimente - el tinte como2S3. En el siglo XI. norte. mi. Se distinguieron tres variedades de "arsénico": blanco (As4O6), amarillo (As2 S 3) y rojo (As4S4). El elemento en sí probablemente fue aislado por primera vez en el siglo XIII por Alberto el Grande, quien notó la aparición de una sustancia similar a un metal cuando se arsénico, otro nombre As2S3 , se calentó con jabón. Pero no hay certeza de que este científico natural haya recibido arsénico puro. La primera evidencia auténtica del aislamiento de un elemento químico purofechado en 1649. El farmacéutico alemán Johann Schroeder preparó arsénico calentando su óxido en presencia de carbón. Posteriormente, Nicolás Lemery, médico y químico francés, observó la formación de este elemento químico al calentar una mezcla de su óxido, jabón y potasa. A principios del siglo XVIII, el arsénico ya era conocido como un semimetal único.
Prevalencia
En la corteza terrestre, la concentración de arsénico es baja y asciende a 1,5 ppm. Ocurre en el suelo y los minerales y puede liberarse en el aire, el agua y el suelo a través de la erosión del viento y el agua. Además, el elemento ingresa a la atmósfera desde otras fuentes. Como resultado de las erupciones volcánicas, se liberan al aire alrededor de 3 mil toneladas de arsénico al año, los microorganismos forman 20 mil toneladas de metilarsina volátil al año y, como resultado de la quema de combustibles fósiles, se liberan 80 mil toneladas en el mismo período..
A pesar de que el As es un veneno mortal, forma parte importante de la dieta de algunos animales y posiblemente humanos, aunque la dosis requerida no supera los 0,01 mg/día.
El arsénico es extremadamente difícil de convertir en un estado soluble en agua o volátil. El hecho de que sea bastante móvil significa que no pueden aparecer grandes concentraciones de la sustancia en cualquier lugar. Por un lado, esto es bueno, pero por otro lado, la facilidad con la que se propaga es la razón por la que la contaminación por arsénico se está convirtiendo en un problema cada vez mayor. Debido a las actividades humanas, principalmente a través de la minería y la fundición, un elemento químico normalmente inmóvil migra y ahora se puede encontrar no solo en lugaressu concentración natural.
La cantidad de arsénico en la corteza terrestre es de unos 5 g por tonelada. En el espacio, su concentración se estima en 4 átomos por millón de átomos de silicio. Este elemento está muy extendido. Una pequeña cantidad está presente en el estado nativo. Por regla general, las formaciones de arsénico con una pureza del 90 al 98 % se encuentran junto con metales como el antimonio y la plata. Sin embargo, la mayor parte está incluida en la composición de más de 150 minerales diferentes: sulfuros, arseniuros, sulfoarseniuros y arsenitos. La arsenopirita FeAsS es uno de los minerales que contienen As más comunes. Otros compuestos de arsénico comunes son los minerales de rejalgar As4S4, oropimente As2S 3, lellingita FeAs2 y enargita Cu3AsS4. El óxido de arsénico también es común. La mayor parte de esta sustancia es un subproducto de la fundición de minerales de cobre, plomo, cob alto y oro.
En la naturaleza, solo hay un isótopo estable de arsénico: 75As. Entre los isótopos radiactivos artificiales, destaca el 76As con una vida media de 26,4 horas. El arsénico-72, -74 y -76 se utilizan en diagnósticos médicos.
Producción y aplicación industrial
El arsénico metálico se obtiene calentando la arsenopirita a 650-700 °C sin aire. Si la arsenopirita y otros minerales metálicos se calientan con oxígeno, el As entra fácilmente en combinación con él, formando As4O6, también conocido como "blancoarsénico". El vapor de óxido se recoge y condensa, y luego se purifica por resublimación. La mayor parte del As se produce por reducción de carbono a partir del arsénico blanco así obtenido.
El consumo mundial de arsénico metálico es relativamente pequeño: solo unos pocos cientos de toneladas por año. La mayor parte de lo que se consume proviene de Suecia. Se utiliza en metalurgia debido a sus propiedades metaloides. Aproximadamente el 1% de arsénico se usa en la producción de perdigones de plomo, ya que mejora la redondez de la gota fundida. Las propiedades de las aleaciones para cojinetes a base de plomo mejoran tanto térmica como mecánicamente cuando contienen aproximadamente un 3% de arsénico. La presencia de una pequeña cantidad de este elemento químico en las aleaciones de plomo las endurece para su uso en baterías y armaduras de cables. Pequeñas impurezas de arsénico aumentan la resistencia a la corrosión y las propiedades térmicas del cobre y el latón. En su forma pura, el As elemental químico se utiliza para el bronceado y en pirotecnia. El arsénico altamente purificado encuentra uso en la tecnología de semiconductores, donde se usa con silicio y germanio, y en forma de arseniuro de galio (GaAs) en diodos, láseres y transistores.
Conexiones como
Dado que la valencia del arsénico es 3 y 5, y tiene varios estados de oxidación de -3 a +5, el elemento puede formar varios tipos de compuestos. Los más importantes comercialmente son sus óxidos, cuyas formas principales son As4O6 yComo2O5. El óxido de arsénico, comúnmente conocido como arsénico blanco, es un subproducto del tostado de minerales de cobre, plomo y algunos otros metales, así como minerales de arsenopirita y sulfuro. Es el material de partida para la mayoría de los otros compuestos. Además, se usa en pesticidas, como agente blanqueador en la producción de vidrio y como conservante para cueros. El pentóxido de arsénico se forma por la acción de un agente oxidante (p. ej., ácido nítrico) sobre el arsénico blanco. Es el principal ingrediente de insecticidas, herbicidas y adhesivos metálicos.
Arsine (AsH3), un gas venenoso incoloro compuesto de arsénico e hidrógeno, es otra sustancia conocida. La sustancia, también llamada hidrógeno de arsénico, se obtiene por hidrólisis de arseniuros metálicos y la reducción de metales a partir de compuestos de arsénico en soluciones ácidas. Ha encontrado uso como dopante en semiconductores y como gas venenoso militar. En agricultura, ácido arsénico (H3AsO4), arseniato de plomo (PbHAsO44 4 ) y arseniato de calcio [Ca3(AsO4)2
], que se utilizan para esterilizar el suelo y controlar plagas.
El arsénico es un elemento químico que forma muchos compuestos orgánicos. HowOne (CH3)2As−As(CH3)2 , por ejemplo, se usa en la preparación de un desecante (desecante) ampliamente utilizado: el ácido cacodílico. Los compuestos orgánicos complejos del elemento se utilizan en el tratamiento de ciertas enfermedades, por ejemplo, disentería amebiana,causada por microorganismos.
Propiedades físicas
¿Qué es el arsénico en términos de sus propiedades físicas? En su estado más estable, es un sólido gris acerado quebradizo con baja conductividad térmica y eléctrica. Aunque algunas formas de As son similares a los metales, clasificarlo como un no metal es una caracterización más precisa del arsénico. Hay otros tipos de arsénico, pero no están bien estudiados, especialmente la forma metaestable amarilla, que consta de moléculas As4, similar al fósforo blanco P4. El arsénico se sublima a 613 °C y existe como vapor como moléculas de As4 que no se disocian hasta aproximadamente 800 °C. La disociación completa en moléculas de As2 se produce a 1700 °C.
La estructura del átomo y la capacidad de formar enlaces
La fórmula electrónica del arsénico es 1s22s22p63s23p63d104s24p 3 - se parece al nitrógeno y al fósforo en que tiene cinco electrones en la capa exterior, pero se diferencia de ellos en que tiene 18 electrones en la penúltima capa en lugar de dos u ocho. La adición de 10 cargas positivas en el núcleo mientras se llenan cinco orbitales 3d a menudo provoca una disminución general en la nube de electrones y un aumento en la electronegatividad de los elementos. El arsénico en la tabla periódica se puede comparar con otros grupos que demuestran claramente este patrón. Por ejemplo, generalmente se acepta que el zinc esmás electronegativo que el magnesio y el galio que el aluminio. Sin embargo, en grupos posteriores, esta diferencia se reduce y muchos no están de acuerdo con que el germanio sea más electronegativo que el silicio, a pesar de la abundancia de pruebas químicas. Una transición similar de una capa de 8 a 18 elementos de fósforo a arsénico puede aumentar la electronegatividad, pero esto sigue siendo controvertido.
La similitud de la capa externa de As y P sugiere que pueden formar 3 enlaces covalentes por átomo en presencia de un par de electrones adicional no enlazado. Por lo tanto, el estado de oxidación debe ser +3 o -3, dependiendo de la electronegatividad mutua relativa. La estructura del arsénico también habla de la posibilidad de usar el orbital d externo para expandir el octeto, lo que permite que el elemento forme 5 enlaces. Se realiza únicamente por reacción con flúor. La presencia de un par de electrones libres para la formación de compuestos complejos (a través de la donación de electrones) en el átomo de As es mucho menos pronunciada que en el fósforo y el nitrógeno.
El arsénico es estable en aire seco, pero en aire húmedo se cubre con óxido negro. Su vapor arde fácilmente, formando As2O3. ¿Qué es el arsénico libre? Prácticamente no se ve afectado por el agua, los álcalis y los ácidos no oxidantes, pero se oxida con el ácido nítrico a un estado de +5. Los halógenos, el azufre reaccionan con el arsénico y muchos metales forman arseniuros.
Química analítica
La sustancia arsénico se puede detectar cualitativamente como un oropimente amarillo que precipita bajo la influencia del 25%solución de ácido clorhídrico. Las trazas de As generalmente se determinan convirtiéndolo en arsina, que se puede detectar mediante la prueba de Marsh. La arsina se descompone térmicamente, formando un espejo de arsénico negro dentro de un tubo estrecho. Según el método Gutzeit, una sonda impregnada con cloruro de mercurio, bajo la influencia de arsina, se oscurece debido a la liberación de mercurio.
Características toxicológicas del arsénico
La toxicidad del elemento y sus derivados varía ampliamente en un amplio rango, desde la extremadamente venenosa arsina y sus derivados orgánicos hasta simplemente el As, que es relativamente inerte. El uso de sus compuestos orgánicos como agentes de guerra química (lewisita), vesicante y defoliante (Agente Azul a base de una mezcla acuosa de 5% de ácido cacodílico y 26% de su sal de sodio) nos dice qué es el arsénico.
Por lo general, los derivados de este elemento químico irritan la piel y provocan dermatitis. También se recomienda la protección contra la inhalación contra el polvo que contiene arsénico, pero la mayoría de los envenenamientos ocurren cuando se ingiere. La concentración máxima permisible de As en el polvo durante una jornada laboral de ocho horas es de 0,5 mg/m3. Para la arsina, la dosis se reduce a 0,05 ppm. Además del uso de compuestos de este elemento químico como herbicidas y pesticidas, el uso del arsénico en farmacología permitió obtener salvarsan, el primer fármaco exitoso contra la sífilis.
Efectos sobre la salud
El arsénico es uno de los elementos más tóxicos. Compuestos inorgánicos de un químico dadoLas sustancias ocurren naturalmente en pequeñas cantidades. Los seres humanos pueden estar expuestos al arsénico a través de los alimentos, el agua y el aire. La exposición también puede ocurrir a través del contacto de la piel con tierra o agua contaminada.
El contenido de arsénico en los alimentos es bastante bajo. Sin embargo, los niveles en pescados y mariscos pueden ser muy altos ya que absorben la sustancia química del agua en la que viven. Cantidades significativas de arsénico inorgánico en el pescado pueden representar un riesgo para la salud humana.
Las personas que trabajan con la sustancia, viven en casas construidas con madera tratada con ella y en tierras agrícolas donde se han usado pesticidas en el pasado también están expuestas a la sustancia.
El arsénico inorgánico puede causar diversos efectos en la salud de los seres humanos, como irritación estomacal e intestinal, reducción de la producción de glóbulos rojos y blancos, cambios en la piel e irritación pulmonar. Se cree que ingerir cantidades significativas de esta sustancia puede aumentar las posibilidades de desarrollar cáncer, especialmente cáncer de piel, pulmón, hígado y sistema linfático.
Concentraciones muy altas de arsénico inorgánico causan infertilidad y aborto espontáneo en las mujeres, dermatitis, reducción de la resistencia a las infecciones, problemas cardíacos y daño cerebral. Además, este elemento químico puede dañar el ADN.
La dosis letal de arsénico blanco es de 100 mg.
Los compuestos orgánicos del elemento no causan cáncer ni dañan el código genético, pero las dosis altas puedencausar daño a la salud humana, como causar trastornos nerviosos o dolor abdominal.
Propiedades como
Las principales propiedades químicas y físicas del arsénico son las siguientes:
- Número atómico - 33.
- El peso atómico es 74,9216.
- El punto de fusión del moho gris es de 814 °C a una presión de 36 atmósferas.
- Gris Densidad 5,73 g/cm3 a 14 °C.
- Densidad del moho amarillo 2,03 g/cm3 a 18°C.
- La fórmula electrónica del arsénico es 1s22s22p63s23p63d104s24p 3 .
- Estados de oxidación – -3, +3, +5.
- La valencia del arsénico es 3, 5.
