El arsénico es un elemento químico de la tabla periódica que pertenece al grupo de los metaloides, también llamados semimetales. Es un sólido a temperatura ambiente; a presión atmosférica, sublima a 613°C. Su símbolo es As y el número atómico es 33. En la tabla periódica de los elementos se encuentra en el quinto grupo principal. El arsénico se presenta generalmente en forma de sulfuros. Se conoce desde la antigüedad y es extremadamente tóxico.
Es un elemento esencial para la vida y su deficiencia puede dar lugar a trastornos, pero no se conoce con precisión la función biológica. La ingesta diaria de hasta 15μg puede consumirse sin problemas en la dieta diaria en carnes, pescados, vegetales y cereales; siendo los peces y crustáceos los que más contenido de arsénico presentan.
Su nombre proviene del persa zarnikh, ‘oropimente amarillo’.
Se conocen compuestos de arsénico desde la antigüedad, siendo extremadamente tóxicos, aunque se emplean como componentes en algunos medicamentos. Es usado para la fabricación de semiconductores y como componente de semiconductores III-V como el arseniuro de galio.
Es muy común en la atmósfera terrestre, en rocas y suelos, en la hidrosfera y la biosfera. Es llevado al ambiente a través de una combinación de procesos como: Naturales como la meteorización, actividad biológica, emisiones volcánicas Antropogénicos como la actividad minera, uso de combustibles fósiles, uso de pesticidas, herbicidas, etc.
Características principales Características físicas thumb|left|150px|Arsénico puro gris metálico. Los tres alótropos de arsénico más comunes son el arsénico gris o metálico, el amarillo y el negro. El arsénico gris (α-As, grupo espacial Rm) es la forma estable en condiciones normales y tiene estructura romboédrica, de doble capa que consiste en muchos anillos entrelazados, ondulados y de seis miembros. Debido a la débil unión entre las capas, el arsénico gris es frágil y tiene una dureza de Mohs relativamente baja de 3,5. Es un buen conductor del calor pero mal conductor eléctrico, su densidad es de 5,73g/cm³ y pierde el lustre metálico expuesto al aire. El arsénico gris es un semimetal, pero se convierte en un semiconductor con una banda prohibida de 1,2-1,4 eV si se "amorfiza" (se convierte de un material cristalino a uno amorfo).
El arsénico “amarillo” (forma γ) es blando y ceroso y se obtiene cuando el vapor de arsénico se enfría rápidamente. Este alótropo inestable, al ser molecular, es el más volátil, menos denso y más tóxico, además presenta fosforescencia a temperatura ambiente. El gas está constituido por moléculas tetraédricas de As4 de forma análoga al fósforo P4 y el sólido formado por la condensación del gas tiene estructura cúbica y tiene una densidad aproximada de 1,97g/cm³. Expuesto a la luz o al calor revierte rápidamente a la forma estable (gris). También se denomina arsénico amarillo al oropimente, mineral de trisulfuro de arsénico.
La tercera forma alotrópica, el arsénico “negro” (forma β) de estructura hexagonal y densidad 4,7g/cm³, tiene propiedades intermedias entre las formas alotrópicas descritas y se obtiene en la descomposición térmica de la arsina o bien enfriando lentamente el vapor de arsénico o por cristalización del arsénico amorfo en presencia de vapores de mercurio. Es vítreo y quebradizo. El arsénico negro también es un mal conductor eléctrico.
Todas las formas alotrópicas excepto la gris carecen de lustre metálico y tienen muy baja conductividad eléctrica por lo que el elemento se comportará como metal o no metal en función, básicamente, de su estado de agregación.
A presión atmosférica el arsénico sublima a 613°C, y a 400°C arde con llama blanca formando el sesquióxido As4O6. Reacciona violentamente con el cloro y se combina, al calentarse, con la mayoría de los metales para formar el arseniuro correspondiente. No reacciona con el ácido clorhídrico en ausencia de oxígeno, pero sí con el nítrico caliente, sea diluido o concentrado y otros oxidantes como el peróxido de hidrógeno, ácido perclórico, etc. Es insoluble en agua pero muchos de sus compuestos son solubles.El arsénico sublima al calentarse a presión atmosférica y se convierte directamente en gas sin necesidad de pasar al estado líquido a 887 K (614 °C). El punto triple se encuentra a 3,63 MPa y 1090 K (820 °C).
Isótopos
El arsénico se encuentra en la naturaleza como un isótopo estable, el 75As, y por lo tanto se lo denomina elemento monoisotópico. A partir de 2024, también se han sintetizado al menos 32 radioisótopos, con masas atómicas que van desde 64 hasta 95. El más estable de ellos es el 73As, con una vida media de 80,30 días. Todos los demás isótopos tienen vidas medias inferiores a un día, con la excepción del 71As (t1/2=65,30 horas), el 72As (t1/2=26,0 horas), el 74As (t1/2=17,77 días), el 76As (t1/2=26,26 horas) y el 77As (t1/2=38,83 horas). Los isótopos más ligeros que el estable 75As tienden a desintegrarse por desintegración β+, y los más pesados tienden a desintegrarse por desintegración β−, con algunas excepciones.
Características químicas El arsénico tiene una electronegatividad y energía de ionización similares a las de su congénere pnictógeno más ligero, el fósforo, y por lo tanto forma fácilmente moléculas covalentes con la mayoría de los no metales. Aunque es estable en aire seco, el arsénico se deslustre formando una capa como de bronce dorado al exponerse a la humedad que finalmente se convierte en una capa superficial negra.
El arsénico reacciona violentamente con agentes oxidantes y halógenos. El arsénico arde en el aire con una llama azulada para producir humo blanco de óxido de arsénico (III) tóxico. 4As + 3O2 -> 2As2O3 los vapores de esta reacción tienen un olor parecido al del ajo.
Este olor se puede detectar al golpear minerales de arsénico como la arsenopirita con un martillo. Se quema en oxígeno para formar trióxido de arsénico y pentóxido de arsénico, que tienen la misma estructura que los compuestos de fósforo más conocidos, y reacciona con flúor para dar pentafluoruro de arsénico. 2As + 5F2 -> 2AsF5
Sin calor externo, la reacción con el cloro se produce con la aparición de fuego para formar cloruro de arsénico(III). 2As + 3Cl2 -> 2AsCl3
Es posible una mayor oxidación: AsCl3 + Cl2 -> AsCl5
Los ácidos oxidantes fuertes, como el ácido nítrico concentrado o el agua regia, convierten el arsénico en ácido arsénico: As + 5HNO3 -> 5NO2 + H2O + H3AsO4
Si la fuerza de oxidación es menor, por ejemplo cuando se utiliza ácido nítrico diluido o ácido sulfúrico, se forma ácido arsenioso: 2As + 3H2SO4 -> 3SO2 + 2H3AsO3
Si se utiliza ácido sulfúrico concentrado, se forma trióxido de arsénico.
Sin embargo, no reacciona con agua, álcalis o ácidos no oxidantes. En condiciones ácidas y en presencia de metales básicos no pasivados, especialmente zinc, el arsénico reacciona con el hidrógeno formado para formar arsano: Zn + 2H3O+ -> Zn^2+ + H2 + 2 H2O El zinc reacciona con iones de hidrógeno para formar iones de zinc e hidrógeno neutro. 2As + 3H2 -> 2AsH3
El arsénico reacciona con metales para formar arseniuros, aunque estos no son compuestos iónicos que contengan el ion As3− ya que la formación de dicho anión sería altamente endotérmica e incluso los arseniuros del grupo 1 tienen propiedades de compuestos intermetálicos. Al igual que el germanio, el selenio y el bromo, que como el arsénico sufren la contracción de la serie de transición 3d, el arsénico es mucho menos estable en el estado de oxidación +5 que sus vecinos verticales fósforo y antimonio, y por lo tanto el pentóxido de arsénico y el ácido arsénico son oxidantes potentes.
Compuestos de arsénico
right|thumb|Iones de arsénico en complejos químicos (R denota los ligandos) Los compuestos de arsénico se parecen, en algunos aspectos, a los del fósforo, que ocupa el mismo grupo (columna) de la tabla periódica. Los estados de oxidación más comunes del arsénico son: -3 en los arseniuros, que son compuestos intermetálicos similares a aleaciones, +3 en los arsenitos y +5 en los arsenatos y la mayoría de los compuestos organoarsénicos. El arsénico también se enlaza fácilmente consigo mismo, como se ve en los iones cuadrados As3−4 en el mineral escuterudita. En el estado de oxidación +3, el arsénico es típicamente piramidal debido a la influencia del par solitario de electrones.
Compuestos inorgánicos de arsénico Uno de los compuestos de arsénico más simples es el trihidruro, la arsina pirofórica (AsH3), altamente tóxica e inflamable. Este compuesto generalmente se considera estable, ya que a temperatura ambiente se descompone lentamente. A temperaturas de 250-300 °C, la descomposición en arsénico e hidrógeno es rápida. Varios factores, como la humedad, la presencia de luz y ciertos catalizadores (en particular, el aluminio) facilitan la velocidad de descomposición. Se oxida fácilmente en el aire para formar trióxido de arsénico y agua, y tienen lugar reacciones análogas con azufre y selenio en lugar de oxígeno.
El arsénico forma óxidos cristalinos incoloros e inodoros, As2O3 ("arsénico blanco") y As2O5, que son higroscópicos y fácilmente solubles en agua para formar soluciones ácidas. El ácido arsénico (V) es un ácido débil y sus sales, conocidas como arsenatos, son una fuente importante de contaminación por arsénico de las aguas subterráneas en regiones con altos niveles de minerales de arsénico de origen natural. Los arsenatos sintéticos incluyen el arseniato de calcio y el hidrógeno arseniato de plomo, utilizados como herbicidas, insecticidas y venenos.
Los pasos de protonación entre el arseniato y el ácido arsénico son similares a los que se dan entre el fosfato y el ácido fosfórico. A diferencia del ácido fosforoso, el ácido arsenioso es genuinamente tribásico, con la fórmula As(OH)3.
Se conoce una amplia variedad de compuestos de azufre del arsénico. El oropimente (As2S3) y el rejalgar (As4S4) son bastante abundantes y antiguamente se utilizaban como pigmentos para pinturas. En As4S10, el arsénico tiene un estado de oxidación formal de +2 en As4S4 que presenta enlaces As-As de modo que la covalencia total de As sigue siendo 3. Tanto el oropimente como el rejalgar, así como el As4S3, tienen análogos de selenio; el análogo As2Te3 se conoce como el mineral kalgoorlieíta.
Todos los trihaluros de arsénico(III) son bien conocidos excepto el astaturo, que es desconocido. El pentafluoruro de arsénico (AsF5) es el único pentahaluro importante, lo que refleja la menor estabilidad del estado de oxidación +5; aun así, es un agente fluorante y oxidante muy fuerte. (El pentacloruro es estable solo por debajo de −50 °C, temperatura a la que se descompone en tricloruro, liberando gas cloro).
Compuestos de organoarsénico
left|upright=0.4|thumb|Trimetilarsina Se conoce una gran variedad de compuestos de organoarsénico. Varios de ellos se desarrollaron como agentes de guerra química durante la Primera Guerra Mundial. El ácido cacodílico, que tiene interés histórico y práctico, surge de la metilación del trióxido de arsénico, una reacción que no tiene analogía en la química del fósforo. El cacodilo fue el primer compuesto organometálico conocido (aunque el arsénico no es un metal verdadero) y recibió su nombre del griego κακωδία "hedor" por su olor ofensivo, parecido al ajo; es muy tóxico.
Historia 75px|thumb|Símbolo alquímico del arsénico.
El arsénico (del griego άρσενιχόν, oropimente) se conoce desde tiempos remotos, lo mismo que algunos de sus compuestos, especialmente los sulfuros. Dioscórides y Plinio el Viejo (griegos del ) conocían las propiedades del oropimente y el rejalgar y Celso Aureliano (romano del ) y Galeno () sabían de sus efectos irritantes, tóxicos, corrosivos y parasiticidas y observaron sus virtudes contra las toses pertinaces, afecciones de la voz y las disneas.