El Arsénico

El Arsénico

El arsénico es un elemento de la naturaleza de símbolo “As”, con una masa atómica de 75. Es el 52avo elemento más abundante en la corteza terrestre (2 ppm en promedio).

arsénico

El 100% del arsénico en la naturaleza se presenta bajo su isótopo estable 75-Arsénico, con 33 protones y 42 neutrones, aunque se han producido alrededor de 33 isótopos de forma sintética con masas desde 60 hasta 92.

Presumiblemente la mayoría de la nucleosínteisis del arsénico ocurre durante el llamado “proceso-R” o proceso rápido que es el proceso que caracteriza a la formación de elementos pesados como el oro, la plata y el platino, que es una fusión endotérmica extremadamente rápida e inestable de neutrones que ocurre bajo las condiciones de explosiones de supernovas tipo-II en los que hay grandes flujos de neutrones disponibles que son capturados por núcleos de hierro o níquel como “núcleos semilla”.

Nucleosintesis del Arsénico

En Artinaid pensamos que núcleos de 56-Hierro podrían capturar rápidamente alrededor de 19 neutrones conformando primero un isótopo como el 75-Níquel, mismos que tendrían una decaída beta de alrededor de 7 neutrones para conformar el 75-Arsénico con 33 protones y 42 neutrones.

El Arsénico se presenta en 3 tipos de formas, la más común en la naturaleza como “arsénico gris metálico”, seguido del “arsénico amarillo” y en menor abundancia el “arsénico negro”. Las propiedades físicas del arsénico varían en su forma que pueden ser en estado sólido, líquido y gaseoso. Dependiendo de su ocurrencia puede estar en forma de polvo o cristalina.

El “arsénico gris” es la forma más estable, natural y densa del arsénico (5.73 toneladas por metro cúbico), siendo un material frágil con una dureza relativamente baja. Si es expuesto al aire, pierde su lustre metálico.

Arsénico Gris Metálico

El arsénico arde a 400°C con una llama blanca formando sesquióxidos.

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En algunos compuestos el arsénico se sublima (pasa del estado sólido al gaseoso sin pasar por el estado líquido) a 615°C a presión atmosférica.

Por otra parte, a altas presiones (35 bar) el arsénico llega a su punto de fusión del estado sólido al líquido a 814°C.

Cuando el arsénico cambia a su estado gaseoso se conoce como “arsénico amarillo”, y si éste se enfría rápidamente será una sustancia amarilla suave, cerosa, volátil, tóxica e inestable similar al tetra-fósforo (P4) con mucho menor densidad (1.97 tons por metro cúbico).

Arsénico Amarillo

Su estructura tanto en “arsénico gris” como en “arsénico amarillo” es romboédrica (4 átomos arreglados en el que cada átomo está atado a los otros 3 por un solo enlace), siendo un buen conductor de calor y un pobre conductor eléctrico en su forma cristalina, pero un excelente semiconductor si su estructura se modifica para hacerla amorfa.

Si el arsénico amarillo se expone a la luz, se transforma rápidamente en “arsénico negro”, que es una sustancia mineral meta-estable, no-metálica, vidriosa, densa (4.7 tons por metro cúbico) y frágil en su forma pura y se puede conseguir al enfriar vapor de arsénico desde 100°C a 200°C, siendo un conductor eléctrico pobre con propiedades intermedia entre el arsénico amarillo y el arsénico gris.

Arsénico negro

El arsénico no es soluble en agua en su estado natural, aunque a menudo genera uniones con sales naturales o minerales que en algunos casos pueden ser solubles en el agua.

El estado de oxidación más común del arsénico es -3 en los arseniuros (aleaciones metálicas) y +3 en arsenitos.

Los compuestos de arsénico son similares a los del fósforo. El arsénico reacciona rápidamente con el cloro. En presencia de ácidos nítricos, el arsénico genera un ácido arsenioso, y con ácido sulfúrico el arsénico se convierte en trióxido de arsénico.

El ácido arsénico es un ácido débil, y sus sales se llaman arseniatos, que son compuestos tribásicos de fórmula As(OH)3 y que son la base de la contaminación de arsénico en el agua subterránea.

Ácido arsénico

 

El arsénico se encuentra en forma natural, principalmente en forma de sulfuros con varios minerales como la arsenopirita Otros minerales comunes son el rejalgar (As2S2) y el oropimente (As2S3), así como en suelos que contienen cobre, plomo, hierro, níquel, cobalto entre otros metales como el oro.

Los minerales que contienen Fierro, Níquel y Cobalto son las fuentes dominantes de arsénico, junto con el mineral sulfuroso de arsénico el rejalgar, aunque se conocen muchos minerales menores que contienen arsénico. Uno de los minerales más ilustrativos, la arsenopirita (FeAsS) está relacionado estructuralmente con la pirita de hierro.

Arsenopirita

Los volcanes liberan alrededor de 3 mil toneladas de arsénico por año al aire, mientras que los microorganismos liberan alrededor de 20 mil toneladas al año. Con la combustión de energías fósiles, el ser humano libera alrededor de 80 mil toneladas al año a la atmósfera.

Bacterias de Arsénico

El arsénico es esencial para la vida y su deficiencia puede provocar complicaciones. La ingesta diaria es de 12 a 15 μg y se obtiene de forma diaria en el arroz, las carnes, pescados, vegetales y cereales, siendo los peces y crustáceos los que más arsénico presentan, generalmente en forma de arsenobetaina.

Arsenobetaina

La exposición al arsénico ocurre naturalmente por la exposición a ceniza volcánica, la climatización de minerales con arsénico y el agua subterránea. Se encuentra en la comida, el agua, el suelo y el aire, por lo que ocurre en varias formas orgánicas en el ambiente y es fácilmente absorbido por plantas, aunque se concentra en vegetales con hojas como el arroz, las manzanas y las uvas. A medida que el arsénico entra en la cadena alimenticia, éste es metabolizado a formas menos tóxicas a través de un proceso llamado metilación.

El arsénico es un componente extremadamente difícil de solubilizar o volatilizar cuando se encuentra inmóvil, pero una vez que se vuelve razonablemente móvil y se esparce con relativa rapidez por lo que puede encontrarse en el aire, el agua, a través del polvo y en el escurrimiento de aguas.

El arsénico se puede obtener en la fusión de minerales de cobre, plomo, cobalto y oro se obtiene trióxido de arsénico que se volatiliza en procesos de calor, siendo arrastrado por gases de chimenea que pueden contener más de 30% de trióxido de arsénico.

Cuando el arsénico gris es calentado y transformado en arsénico amarillo, en presencia de aire rápidamente formará trióxido de arsénico (conocido como “arsénico blanco”), pudiéndose combinar con la mayoría de los metales. La formación de óxidos es incolora e inolora (As2O3) volviéndolo fácilmente soluble en el agua para formar soluciones ácidas.

Los gases de la chimenea pueden refinarse mezclándolos con galena o pirita para evitar la formación de arsenitos y por tostación se puede obtener trióxido de arsénico entre 90% y 95% de pureza.

Trióxido de Arsénico

La mayoría del arsénico se comercializa como óxido. China es el productor mundial por excelencia del arsénico metálico.

El arsénico se produce principalmente en China (57% de la producción mundial), en Chile (23%),  Marruecos (14%), Rusia (3%), y Bélgica (2%), como un sub-producto de la purificación del cobre.

Producción global de Arsénico

 

En algunas instancias ha servido como productos medicionales o cosméticos.  El uso del arsénico es efectivo y ha sido aprobado por la FDA de Estados Unidos en aplicaciones farmacéuticas para el tratamiento de leucemia que es resistente al ATRA, así como para el tratamiento de tumores cancerígenos y hasta sífilis.

Arsénico en tratamiento médico

También en dosis sub-tóxicas, el arsénico fue utilizado durante el siglo 19 como un estimulante.

Algunos usos del arsénico son como preservativos de madera contra insectos, hongos y bacterias, así como en insecticidas y venenos para pestes.

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Algunas de sus propiedades lo hacen ideal para la industria y la manufactura. El uso principal del arsénico metálico es en aleaciones con plomo, pues el arsénico refuerza los componentes de plomo, así como en la des-zincficación.

Aleación de Plomo y Arsénico

El tratamiento del cobre con arsénico le da un acabado plateado. También puede ser útil para endurecer el plomo o el cobre o para prevenir la descoloración en el bronce e inclusive el vidrio.

Aleación de Cobre y Arsénico

El arsénico es además el semiconductor más rápido que existe, pero su alto costo lo hace poco frecuente únicamene en circuitos integrados de alto nivel, por lo que se utiliza en semiconductores como arsénido de galio, arsénido de indio y arsénido de aluminio y como elemento dopante para crear semiconductores tipo N.

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Una de las propiedades más conocidas del arsénico es su toxicidad, siendo uno de los elementos más tóxicos que se puede encontrar. Una vez que ha sido inhalado o ingerido, este material compite con los fosfatos en el cuerpo durante el metabolismo, lo que puede ocasionar una falla masiva de órganos. La exposición de arsénico puede causar varios daños a la salud como la irritación del estómago y los intestinos, decrece la producción de glóbulos rojos y blancos, así como cambios en la piel.

Históricamente el ser humano ha utilizado este elemento como un veneno potente, así como un herbicida y un insecticida. El arsénico ha sido utilizado como arma militar por los Estados Unidos durante la Primera Guerra Mundial, cuando se combina con otros agentes (cloros, carbonos) para conformar la lewisita (ClCH=CHAsCl2), el cuál puede ser neutralizado fácilmente con cloro, y durante la Guerra de Vietnam para conformar el “Agente Azul” mezclando Cacodilato de Sodio y en su forma ácida.

Debido a que es un elemento de la naturaleza, el arsénico no puede ser destruido, pero sí puede ser fácilmente removido del agua durante los procesos de purificación por medio de la co-precipitación con óxidos de hierro u óxidos de aluminio con una efectividad de hasta 90%.

Los sedimentos también son materiales que pueden remover de una forma muy efectiva el arsénico y mantenerlo fuera de circulación, por medio de la adsorción de sus partículas.