As · Elemento 33 · Metaloide
El veneno clásico de la historia: insípido, indetectable durante siglos y todavía una crisis de aguas subterráneas para millones de personas.
Estructura
No es un diagrama de puntos sobre anillos — es una muestra de Monte Carlo de la densidad de probabilidad real |ψ|² de cada subcapa ocupada. Arrastra para girar. El azul y el violeta indican signos opuestos de la función de onda, lo que permite la formación de enlaces.
Valores medidos
Cada barra muestra dónde se sitúa arsénico entre los 118 elementos según esa propiedad.
Fuentes: pesos atómicos estándar de la IUPAC de 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Los valores marcados con ~ son predichos y no medidos.
Tamaño, a escala
Radio de 119 pm: es decir, 0,119 nm, por lo que aproximadamente 4,2 millones de ellos, uno al lado del otro, abarcarían un milímetro.
Intervalo térmico
A presión ordinaria, arsénico no tiene estado líquido. Se sublima a 887 K, pasando directamente de sólido a vapor. El punto de fusión de 1090 K es real, pero solo por encima de aproximadamente 3.63 MPa.
La historia
El arsénico es probablemente el metaloide más infame de la tabla periódica: conocido a lo largo de la historia como un veneno mortal, ¡pero absolutamente esencial para la tecnología moderna. Este elemento de color gris acero tiene una reputación más oscura que cualquier otro elemento, pero también es crucial para los semiconductores, los pesticidas e incluso la medicina. El nombre proviene de la palabra griega "arsenikos", que significa oropimente amarillo, un mineral de arsénico hermoso pero mortal. Conocidos desde la Antigüedad, los compuestos de arsénico se han utilizado tanto para el asesinato como para la medicina durante más de 2.000 años. Los textos del antiguo Egipto, Grecia y Roma describen el envenenamiento por arsénico, que llegó a conocerse como el "rey de los venenos" durante el Renacimiento porque era insípido, inodoro y casi imposible de detectar. Sin embargo, paradójicamente, los compuestos de arsénico también se utilizaban como medicamentos, incluida la famosa "solución de Fowler", empleada para tratar desde fiebres hasta afecciones cutáneas. Lo que hace fascinante al arsénico desde el punto de vista científico son sus propiedades inusuales. Existe en varios alótropos: la forma metálica gris estable, una forma amarilla no metálica y una forma negra amorfa. El arsénico gris es en realidad un semiconductor, no un metal verdadero, y se sublima (pasa directamente del estado sólido al gas) cuando se calienta, creando vapor tóxico de arsénico. La tecnología moderna depende en gran medida del arsénico a pesar de su toxicidad. Los semiconductores de arseniuro de galio (GaAs) son más rápidos y eficientes que el silicio para aplicaciones de alta frecuencia. Tu teléfono móvil, sistema GPS y luces LED contienen compuestos de arsénico. Los paneles solares, los diodos láser y las comunicaciones por satélite no existirían sin semiconductores basados en arsénico. Aquí hay algo sorprendente: ¡el arsénico es en realidad esencial para la vida en cantidades minúsculas. Algunos organismos utilizan arsénico en su bioquímica, y los seres humanos necesitan cantidades mínimas para un crecimiento y desarrollo adecuados. Sin embargo, la diferencia entre las dosis esenciales y las tóxicas es extremadamente pequeña.
El arsénico es conocido por la humanidad desde la Antigüedad, pero su reconocimiento como elemento químico distinto se desarrolló gradualmente a lo largo de los siglos gracias al trabajo de numerosos alquimistas y químicos. Las civilizaciones antiguas, incluidos los griegos, romanos y chinos, conocían los compuestos de arsénico, especialmente los minerales de sulfuro oropimente y rejalgar, que se utilizaban como pigmentos y en la medicina tradicional a pesar de su toxicidad. El nombre del elemento deriva de la palabra griega "arsenikos", que significa "masculino" o "potente", y refleja la antigua comprensión de sus propiedades poderosas y peligrosas. Los alquimistas árabes del siglo VIII, incluido Jabir ibn Hayyan (conocido en latín como Geber), describieron métodos para preparar diversos compuestos de arsénico y reconocieron sus propiedades distintivas. La primera obtención clara de arsénico metálico se atribuye al alquimista alemán Albertus Magnus alrededor del año 1250, quien obtuvo el elemento calentando oropimente con materia orgánica, aunque quizá no comprendiera completamente qué había producido. El fraile dominico y erudito Albert the Great documentó procedimientos para obtener "una sustancia metálica" a partir de minerales de arsénico, lo que representa una de las primeras obtenciones registradas de arsénico elemental. El estudio sistemático del arsénico comenzó seriamente durante el siglo XVIII, cuando el químico sueco Georg Brandt proporcionó descripciones detalladas de las propiedades y el comportamiento químico del arsénico. El químico alemán Johann Schroeder publicó estudios exhaustivos sobre los compuestos de arsénico en el siglo XVII, contribuyendo significativamente a la comprensión de la química del elemento. El desarrollo de la química analítica en los siglos XVIII y XIX condujo a una caracterización más precisa de las propiedades del arsénico y a su reconocimiento como elemento distinto en el sistema periódico emergente. La infame asociación histórica del arsénico con el envenenamiento impulsó una amplia investigación sobre su detección y análisis, promoviendo avances en la química analítica y la ciencia forense.
Aplicaciones
El arsénico, a pesar de su conocida reputación como veneno, tiene varias aplicaciones industriales y tecnológicas importantes cuando se manipula y controla adecuadamente. La industria de los semiconductores utiliza arsénico de pureza ultraalta en la producción de semiconductores de arseniuro de galio (GaAs), esenciales para dispositivos electrónicos de alta frecuencia, iluminación LED, diodos láser y células solares. Estos semiconductores que contienen arsénico ofrecen características de rendimiento superiores a las del silicio en aplicaciones que requieren alta velocidad o gran eficiencia energética. La industria electrónica depende de los compuestos de arsénico para fabricar circuitos integrados, especialmente en aplicaciones especializadas como dispositivos de microondas y componentes optoelectrónicos. La conservación de la madera representó históricamente un uso importante de los compuestos de arsénico, en particular del arseniato de cobre cromatado (CCA), aunque esta aplicación se ha eliminado en gran medida en muchos países debido a preocupaciones sanitarias y medioambientales. La industria del vidrio utiliza trióxido de arsénico como agente clarificante para eliminar burbujas y mejorar la claridad óptica, especialmente en la producción de vidrio óptico de alta calidad y pantallas de televisión. Los compuestos de arsénico actúan como dopantes en el proceso de fabricación de semiconductores, donde se introducen cantidades precisas para modificar las propiedades eléctricas del silicio y otros materiales semiconductores. El campo médico ha encontrado aplicaciones especializadas para los compuestos de arsénico en el tratamiento del cáncer, especialmente el trióxido de arsénico para ciertos tipos de leucemia, donde ha demostrado una eficacia notable a pesar de su toxicidad. Las aplicaciones agrícolas incluyen ciertos pesticidas y herbicidas, aunque estos usos están estrictamente regulados y disminuyen debido a preocupaciones medioambientales y sanitarias. Continúan las investigaciones sobre las posibles aplicaciones del arsénico en tecnologías avanzadas, incluida la computación cuántica y las aleaciones especializadas para aplicaciones aeroespaciales. La industria metalúrgica utiliza arsénico como agente de aleación en materiales basados en plomo para mejorar la dureza y la resistencia a la corrosión.
La aplicación moderna más importante del arsénico es la fabricación de semiconductores, donde forma compuestos de arseniuro de galio utilizados en prácticamente todos los teléfonos inteligentes, luces LED y dispositivos de comunicación inalámbrica. Los paneles solares, especialmente los diseñados para aplicaciones espaciales, dependen de células de arseniuro de galio que contienen arsénico para lograr la máxima eficiencia al convertir la luz solar en electricidad. La infraestructura de Internet de alta velocidad depende de diodos láser y fotodetectores que contienen arsénico y se utilizan en sistemas de comunicación por fibra óptica. Los faros y las luces traseras LED de los automóviles incorporan semiconductores basados en arsénico para ofrecer brillo y eficiencia energética. Las aplicaciones militares y aeroespaciales utilizan compuestos de arsénico en sistemas de radar, comunicaciones por satélite y equipos de guerra electrónica. La industria del vidrio continúa utilizando pequeñas cantidades de trióxido de arsénico en la producción de vidrios especiales, incluidas lentes ópticas y pantallas de televisión de alta gama. Los departamentos de oncología utilizan trióxido de arsénico como agente quimioterapéutico para tipos específicos de cánceres de la sangre, donde ha demostrado una gran eficacia. Los laboratorios de investigación de todo el mundo emplean arsénico de pureza ultraalta en dispositivos semiconductores experimentales y aplicaciones de investigación cuántica. Algunas aleaciones metálicas especializadas todavía incorporan pequeñas cantidades de arsénico para mejorar las propiedades de los materiales en aplicaciones industriales específicas. Los equipos de monitorización medioambiental utilizan sensores y detectores basados en arsénico para medir la calidad del aire y del agua. Incluso los dispositivos electrónicos de consumo, como los procesadores de ordenador y las tarjetas gráficas, contienen cantidades traza de arsénico en sus componentes semiconductores. El sector de las energías renovables emplea compuestos de arsénico en sistemas fotovoltaicos avanzados diseñados para maximizar la eficiencia de generación de energía.
De dónde procede
1,8 mg/kg de la corteza terrestre · más abundante que el 56 % de los elementos
El arsénico está ampliamente distribuido por la corteza terrestre, con una concentración media de aproximadamente 1,8 partes por millón, lo que lo hace más abundante que muchos otros elementos traza, aunque rara vez se encuentra en depósitos concentrados. El elemento aparece de forma natural en más de 200 especies minerales, aunque solo unas pocas tienen importancia económica para su extracción. La arsenopirita (FeAsS) es el mineral que contiene arsénico más común y constituye la principal fuente de producción comercial de arsénico. Este mineral suele encontrarse asociado con menas de oro, plata y cobre, por lo que la recuperación de arsénico es un subproducto de las operaciones mineras de metales preciosos. El rejalgar (As4S4) y el oropimente (As2S3) son minerales de sulfuro de arsénico de color naranja y amarillo distintivos que históricamente fueron fuentes importantes, aunque actualmente tienen menor importancia comercial. El arsénico aparece habitualmente como elemento traza en menas sulfuradas de cobre, plomo, zinc, plata y oro, y a menudo complica el procesamiento de estos metales. Los depósitos de carbón contienen con frecuencia concentraciones de arsénico que van de 1 a 100 partes por millón, y algunos carbones con alto contenido de arsénico presentan niveles mucho mayores, lo que genera preocupaciones medioambientales cuando se queman. Las aguas subterráneas de ciertas formaciones geológicas contienen naturalmente niveles elevados de arsénico debido a la meteorización de rocas y minerales que contienen arsénico, lo que crea importantes desafíos para la salud pública en las regiones afectadas. La actividad volcánica puede liberar arsénico al medioambiente mediante procesos geotérmicos, dando lugar a concentraciones naturalmente elevadas en algunos manantiales termales y zonas geotérmicas. Los sedimentos marinos suelen contener arsénico concentrado mediante procesos biológicos y químicos, especialmente en zonas con un alto contenido de materia orgánica. Algunas plantas pueden acumular arsénico de suelos contaminados, lo que provoca concentraciones elevadas en ciertos productos agrícolas cultivados en las zonas afectadas. La distribución geográfica del arsénico está estrechamente vinculada a formaciones geológicas específicas, con concentraciones destacadas en zonas de actividad volcánica pasada y en determinadas cuencas sedimentarias.
Manejo
El arsénico es extremadamente tóxico y requiere el nivel más alto de precauciones de seguridad durante su manipulación, almacenamiento y eliminación, ya que está clasificado como carcinógeno del Grupo 1 por la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer. Todas las formas de arsénico, incluido el elemento metálico y sus compuestos, deben tratarse como materiales altamente peligrosos que requieren formación especializada y equipos de seguridad. Debe evitarse el contacto directo con el arsénico mediante el uso de equipos de protección individual adecuados, incluidos guantes resistentes a productos químicos, ropa protectora y protección respiratoria. La inhalación de polvo o vapores de arsénico puede causar intoxicación aguda grave y efectos a largo plazo en la salud, incluidos cáncer, enfermedades cardiovasculares y daños neurológicos. La ingestión incluso de pequeñas cantidades de compuestos de arsénico puede ser mortal, por lo que el almacenamiento seguro y el etiquetado correcto son absolutamente fundamentales. Los trabajadores de industrias que utilizan arsénico deben cumplir estrictos límites de exposición laboral y someterse a controles periódicos de salud para detectar signos tempranos de exposición al arsénico. La exposición crónica a niveles bajos de arsénico puede causar lesiones cutáneas, neuropatía periférica y un mayor riesgo de diversos tipos de cáncer, especialmente cáncer de piel, pulmón y vejiga. Las mujeres embarazadas deben evitar cualquier exposición a compuestos de arsénico, ya que el elemento puede causar anomalías del desarrollo y resultados adversos del embarazo. Los procedimientos de emergencia ante una exposición al arsénico incluyen la descontaminación inmediata, el alejamiento de la fuente de exposición y la atención médica urgente, ya que el tratamiento rápido es fundamental para prevenir una intoxicación grave. La eliminación de materiales que contienen arsénico requiere cumplir la normativa sobre residuos peligrosos y utilizar instalaciones especializadas equipadas para manipular materiales tóxicos de forma segura. El trabajo de laboratorio con compuestos de arsénico debe realizarse en vitrinas de gases con ventilación adecuada, con procedimientos de emergencia claramente expuestos y fácilmente accesibles. El público en general debe saber que el arsénico presente de forma natural en el agua potable supone riesgos para la salud, y se recomienda analizar el agua en zonas donde se conoce la existencia de contaminación por arsénico.
Respuestas rápidas
Arsénico (símbolo As) es el elemento 33 de la tabla periódica, un metaloide del periodo 4, grupo 15. El veneno clásico de la historia: insípido, indetectable durante siglos y todavía una crisis de aguas subterráneas para millones de personas. A temperatura ambiente es un sólido.
[Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p³, con 4 capas ocupadas y la distribución 2, 8, 18, 5. Su capa externa contiene 5 electrones, lo que determina su comportamiento en los enlaces.A presión normal, Arsénico no se funde en absoluto: se sublima, pasando directamente de sólido a vapor a aproximadamente 887 K (613.9 °C). El estado líquido solo existe por encima de aproximadamente 3.63 MPa, donde se funde cerca de 1090 K. Por eso, indicar un único «punto de fusión» para Arsénico resulta engañoso si no se especifica la presión.
La masa atómica estándar de Arsénico es 74.922 u. Es un promedio ponderado de sus isótopos naturales, por lo que rara vez es un número entero.
Arsénico tiene una densidad de 5.727 g/cm³. El agua tiene una densidad de 1.0 g/cm³, por lo que un bloque de Arsénico es aproximadamente 5.7 veces más pesado.
Arsénico tiene una electronegatividad de Pauling de 2.18. La escala va de 0.70 (francio, el que menos atrae a los electrones) a 3.98 (flúor, el que más). Los valores de esta franja intermedia tienden a formar enlaces covalentes en lugar de enlaces fuertemente iónicos.
Arsénico se conoce desde la Antigüedad: se encuentra en una forma que puede utilizarse sin fundición, por lo que no se puede atribuir su descubrimiento a una sola persona. El nombre proviene de griego arsenikon, rejalgar amarillo.
Arsénico constituye aproximadamente 1.8 mg/kg de la corteza terrestre; no es común, pero tampoco es raro.