L'arsènic és un element químic del grup del nitrogen (grup 15 de la taula periòdica). Es tracta d'una substància trencadissa (α-arsènic) gris amb una brillantor metàl·lica amb una xarxa cristal·lina romboèdrica. Quan s'escalfa a 600 °C, com sublima. Quan el vapor es refreda, apareix una nova modificació: arsènic groc. Per sobre de 270 °C, totes les formes d'As es converteixen en arsènic negre.
Historial de descobriments
L'arsènic es coneixia molt abans que fos reconegut com un element químic. Al segle IV. BC e. Aristòtil va esmentar una substància anomenada sandarak, que ara es creu que és realgar, o sulfur d'arsènic. I al segle I d. C. e. els escriptors Plini el Vell i Pedani Dioscòrides van descriure l'orpiment: el colorant As2S3. Al segle XI. n. e. es van distingir tres varietats d'"arsènic": blanc (As4O6), groc (As2 S 3) i vermell (Com a4S4). L'element en si va ser probablement aïllat per primera vegada al segle XIII per Albert el Gran, que va notar l'aparició d'una substància semblant a un metall quan l'arsènic, un altre nom As2S3 , es va escalfar amb sabó. Però no hi ha cap certesa que aquest científic natural hagi rebut arsènic pur. La primera evidència autèntica de l'aïllament d'un element químic puramb data de 1649. El farmacèutic alemany Johann Schroeder va preparar l'arsènic escalfant el seu òxid en presència de carbó. Més tard, Nicolas Lemery, metge i químic francès, va observar la formació d'aquest element químic escalfant una barreja del seu òxid, sabó i potassa. A principis del segle XVIII, l'arsènic ja era conegut com un semimetall únic.
Prevalència
A l'escorça terrestre, la concentració d'arsènic és baixa i ascendeix a 1,5 ppm. Es troba al sòl i als minerals i es pot alliberar a l'aire, l'aigua i el sòl a través de l'erosió del vent i de l'aigua. A més, l'element entra a l'atmosfera des d' altres fonts. Com a resultat de les erupcions volcàniques, s'alliberen a l'aire unes 3.000 tones d'arsènic a l'any, els microorganismes formen 20.000 tones de metilarsina volàtil a l'any i, com a resultat de la crema de combustibles fòssils, s'alliberen 80.000 tones durant el mateix període..
Malgrat que com és un verí mortal, és una part important de la dieta d'alguns animals i possiblement dels humans, encara que la dosi requerida no supera els 0,01 mg/dia.
L'arsènic és extremadament difícil de convertir en un estat soluble en aigua o volàtil. El fet que sigui bastant mòbil fa que no hi puguin aparèixer grans concentracions de la substància en qualsevol lloc. D'una banda, això és bo, però de l' altra, la facilitat amb què es propaga és el motiu pel qual la contaminació per arsènic s'està convertint en un problema creixent. A causa de les activitats humanes, principalment a través de la mineria i la fosa, migra un element químic normalment immòbil, i ara es pot trobar no només en llocsla seva concentració natural.
La quantitat d'arsènic a l'escorça terrestre és d'uns 5 g per tona. A l'espai, la seva concentració s'estima en 4 àtoms per milió d'àtoms de silici. Aquest element està molt estès. Hi ha una petita quantitat a l'estat natiu. Per regla general, es troben formacions d'arsènic amb una puresa del 90 al 98% juntament amb metalls com l'antimoni i la plata. La majoria, però, s'inclou en la composició de més de 150 minerals diferents: sulfurs, arsenurs, sulfoarsenids i arsenites. Arsenopirita FeAsS és un dels minerals més comuns que contenen As. Altres compostos comuns d'arsènic són els minerals realgar As4S4, orpiment As2S 3, lellingita FeAs2 i enargita Cu3AsS4. L'òxid d'arsènic també és comú. La major part d'aquesta substància és un subproducte de la fusió de minerals de coure, plom, cob alt i or.
A la natura, només hi ha un isòtop estable de l'arsènic: 75As. Entre els isòtops radioactius artificials, destaca 76Com amb una vida mitjana de 26,4 hores. L'arsènic-72, -74 i -76 s'utilitzen en el diagnòstic mèdic.
Producció i aplicació industrial
L'arsènic metàl·lic s'obté escalfant l'arsenopirita a 650-700 °C sense aire. Si l'arsenopirita i altres minerals metàl·lics s'escalfen amb oxigen, l'As entra fàcilment en combinació amb ella, formant As4O6 fàcilment sublimable, també conegut. com "blancarsènic". El vapor d'òxid es recull i es condensa, i després es purifica per resublimació. La majoria d'As es produeix mitjançant la reducció de carboni a partir de l'arsènic blanc obtingut així.
El consum mundial d'arsènic metàl·lic és relativament petit: només uns centenars de tones a l'any. La major part del que es consumeix prové de Suècia. S'utilitza en metal·lúrgia per les seves propietats metal·loides. Al voltant de l'1% d'arsènic s'utilitza en la producció de granalla de plom, ja que millora la rodonesa de la gota fosa. Les propietats dels aliatges de coixinets a base de plom milloren tant tèrmicament com mecànicament quan contenen aproximadament un 3% d'arsènic. La presència d'una petita quantitat d'aquest element químic en aliatges de plom els endureix per utilitzar-los en bateries i blindatges de cable. Les petites impureses d'arsènic augmenten la resistència a la corrosió i les propietats tèrmiques del coure i el llautó. En la seva forma pura, l'element químic As s'utilitza per al bronzejat i en pirotècnia. L'arsènic altament purificat s'utilitza en la tecnologia dels semiconductors, on s'utilitza amb silici i germani, i en forma d'arsenur de gal·li (GaAs) en díodes, làsers i transistors.
Connexions com a
Com que la valència de l'arsènic és 3 i 5, i té un nombre d'estats d'oxidació de -3 a +5, l'element pot formar diversos tipus de compostos. El més important comercialment són els seus òxids, les formes principals dels quals són As4O6 iCom a2O5. L'òxid d'arsènic, conegut comunament com a arsènic blanc, és un subproducte de la torració de minerals de coure, plom i alguns altres metalls, així com d'arsenopirita i minerals de sulfur. És el material de partida per a la majoria dels altres compostos. A més, s'utilitza en pesticides, com a agent de blanqueig en la producció de vidre i com a conservant per a pells. El pentòxid d'arsènic es forma per l'acció d'un agent oxidant (per exemple, l'àcid nítric) sobre l'arsènic blanc. És l'ingredient principal dels insecticides, herbicides i adhesius metàl·lics.
Arsina (AsH3), un gas verinós incolor compost d'arsènic i hidrogen, és una altra substància coneguda. La substància, també anomenada hidrogen arsènic, s'obté mitjançant la hidròlisi d'arsenurs metàl·lics i la reducció de metalls a partir de compostos d'arsènic en solucions àcides. Ha trobat ús com a dopant en semiconductors i com a gas verí militar. En agricultura, àcid arsènic (H3AsO4), arseniat de plom (PbHAsO44 4 ) i arsenat de calci [Ca3(AsO4)2
], que s'utilitzen per esterilitzar el sòl i el control de plagues.
L'arsènic és un element químic que forma molts compostos orgànics. HowOne (CH3)2As−As(CH3)2 , per exemple, s'utilitza en la preparació d'un dessecant (dessecant) àmpliament utilitzat: l'àcid cacodílic. Els compostos orgànics complexos de l'element s'utilitzen en el tractament de certes mal alties, per exemple, la disenteria amebiana,causada per microorganismes.
Propietats físiques
Què és l'arsènic pel que fa a les seves propietats físiques? En el seu estat més estable, és un sòlid fràgil i gris acer amb baixa conductivitat tèrmica i elèctrica. Tot i que algunes formes d'As són semblants al metall, classificar-lo com a no metall és una caracterització més precisa de l'arsènic. Hi ha altres tipus d'arsènic, però no estan ben estudiats, especialment la forma metaestable groga, formada per molècules As4, semblants al fòsfor blanc P4. L'arsènic es sublima a 613 °C i existeix com a vapor com a molècules As4 que no es dissocien fins a uns 800 °C. La dissociació completa en molècules As2 es produeix a 1700 °C.
L'estructura de l'àtom i la capacitat de formar enllaços
La fórmula electrònica de l'arsènic és 1s22s22p63s23p63d104s24p 3 - s'assembla al nitrogen i al fòsfor perquè té cinc electrons a la capa exterior, però es diferencia d'ells per tenir 18 electrons a la penúltima capa en lloc de dos o vuit. L'addició de 10 càrregues positives al nucli mentre s'omple cinc orbitals 3d sovint provoca una disminució general del núvol d'electrons i un augment de l'electronegativitat dels elements. L'arsènic de la taula periòdica es pot comparar amb altres grups que demostren clarament aquest patró. Per exemple, generalment s'accepta que el zinc ho ésmés electronegatiu que el magnesi i el gal·li que l'alumini. Tanmateix, en els grups posteriors, aquesta diferència s'estreny i molts discrepen que el germani sigui més electronegatiu que el silici, malgrat l'abundància d'evidències químiques. Una transició similar de la closca de 8 a 18 elements del fòsfor a l'arsènic pot augmentar l'electronegativitat, però això segueix sent controvertit.
La similitud de la capa exterior d'As i P suggereix que poden formar 3 enllaços covalents per àtom en presència d'un parell d'electrons no enllaçats addicionals. Per tant, l'estat d'oxidació ha de ser +3 o -3, depenent de l'electronegativitat mútua relativa. L'estructura de l'arsènic també parla de la possibilitat d'utilitzar l'orbital d exterior per expandir l'octet, la qual cosa permet que l'element formi 5 enllaços. Només es realitza per reacció amb fluor. La presència d'un parell d'electrons lliures per a la formació de compostos complexos (mitjançant la donació d'electrons) a l'àtom d'As és molt menys pronunciada que en fòsfor i nitrogen.
L'arsènic és estable a l'aire sec, però a l'aire humit es cobreix d'òxid negre. El seu vapor es crema fàcilment i forma As2O3. Què és l'arsènic lliure? Pràcticament no es veu afectat per l'aigua, els àlcalis i els àcids no oxidants, però s'oxida per l'àcid nítric fins a un estat de +5. Els halògens, el sofre reaccionen amb l'arsènic i molts metalls formen arsenurs.
Química analítica
La substància arsènic es pot detectar qualitativament com un orpiment groc que precipita sota la influència del 25%solució d'àcid clorhídric. Els rastres d'As generalment es determinen convertint-lo en arsina, que es pot detectar mitjançant la prova de Marsh. L'arsina es descompon tèrmicament, formant un mirall d'arsènic negre dins d'un tub estret. Segons el mètode Gutzeit, una sonda impregnada amb clorur de mercuri, sota la influència de l'arsina, s'enfosqueix a causa de l'alliberament de mercuri.
Característiques toxicològiques de l'arsènic
La toxicitat de l'element i els seus derivats varia àmpliament en un ampli rang, des de l'arsina extremadament verinosa i els seus derivats orgànics fins a simplement As, que és relativament inert. L'ús dels seus compostos orgànics com a agents de guerra química (lewisita), vesicants i defoliants (Agent Blue a base d'una barreja aquosa d'àcid cacodílic al 5% i 26% de la seva sal sòdica) ens indica què és l'arsènic.
En general, els derivats d'aquest element químic irriten la pell i provoquen dermatitis. També es recomana protecció per inhalació contra la pols que conté arsènic, però la majoria de les intoxicació es produeixen quan s'ingereixen. La concentració màxima permesa d'As en pols durant una jornada laboral de vuit hores és de 0,5 mg/m3. Per a l'arsina, la dosi es redueix a 0,05 ppm. A més de l'ús de compostos d'aquest element químic com a herbicides i pesticides, l'ús de l'arsènic en farmacologia va permetre obtenir salvarsan, el primer fàrmac d'èxit contra la sífilis.
Efectes sobre la salut
L'arsènic és un dels elements més tòxics. Compostos inorgànics d'una substància química determinadaLes substàncies es troben naturalment en petites quantitats. Els humans poden estar exposats a l'arsènic a través dels aliments, l'aigua i l'aire. L'exposició també es pot produir pel contacte de la pell amb sòl o aigua contaminats.
El contingut d'arsènic als aliments és força baix. Tanmateix, els nivells en peixos i mariscs poden ser molt alts, ja que absorbeixen la substància química de l'aigua on viuen. Quantitats importants d'arsènic inorgànic al peix poden suposar un risc per a la salut humana.
Les persones que treballen amb la substància, viuen en cases construïdes amb fusta tractada amb ella i en terrenys agrícoles on s'han utilitzat pesticides en el passat també estan exposades a la substància.
L'arsènic inorgànic pot causar diversos efectes sobre la salut en humans, com ara irritació estomacal i intestinal, reducció de la producció de glòbuls vermells i blancs, canvis a la pell i irritació pulmonar. Es creu que ingerir quantitats importants d'aquesta substància pot augmentar les possibilitats de desenvolupar càncer, especialment càncer de pell, pulmó, fetge i sistema limfàtic.
Concentracions molt altes d'arsènic inorgànic causen infertilitat i avortament involuntari en les dones, dermatitis, reducció de la resistència a les infeccions, problemes cardíacs i danys cerebrals. A més, aquest element químic pot danyar l'ADN.
La dosi letal d'arsènic blanc és de 100 mg.
Els compostos orgànics de l'element no causen càncer ni danys al codi genètic, però les dosis elevades podencausar danys a la salut humana, com ara trastorns nerviosos o dolor abdominal.
Propietats com a
Les principals propietats químiques i físiques de l'arsènic són les següents:
- Número atòmic - 33.
- El pes atòmic és 74,9216.
- El punt de fusió del motlle gris és de 814 °C a una pressió de 36 atmosferes.
- Gris Densitat 5,73 g/cm3 a 14°C.
- Densitat de motlle groc 2,03 g/cm3 a 18 °C.
- La fórmula electrònica de l'arsènic és 1s22s22p63s23p63d104s24p 3 .
- Estats d'oxidació – -3, +3, +5.
- La valència de l'arsènic és 3, 5.
