As · Elemento 33 · Metalloide
Il veleno classico della storia — insapore, non rilevabile per secoli e ancora oggi causa di una crisi delle falde acquifere per milioni di persone.
Struttura
Non è un diagramma di punti su gusci — è un campione Monte Carlo dell'effettiva densità di probabilità |ψ|² per ogni sottoguscio occupato. Trascinate per ruotare. Il blu e il violetto indicano i segni opposti della funzione d'onda, che rendono possibile la formazione dei legami.
Valori misurati
Ogni barra mostra dove si colloca arsenico tra tutti i 118 elementi per quella proprietà.
Fonti: masse atomiche standard IUPAC 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. I valori contrassegnati con ~ sono previsti anziché misurati.
Dimensioni, in scala
Raggio 119 pm — cioè 0,119 nm, quindi ne servirebbero circa 4,2 milioni affiancati per coprire un millimetro.
Intervallo termico
A pressione ordinaria arsenico non ha affatto uno stato liquido. Sublima a 887 K, passando direttamente da solido a vapore. Il punto di fusione a 1090 K è reale, ma solo al di sopra di circa 3.63 MPa.
La storia
L'arsenico è probabilmente il metalloide più famigerato della tavola periodica: conosciuto nel corso della storia come un veleno mortale, è tuttavia assolutamente essenziale per la tecnologia moderna. Questo elemento grigio-acciaio ha una reputazione più sinistra di qualsiasi altro elemento, ma è anche fondamentale per i semiconduttori, i pesticidi e persino la medicina. Il nome deriva dalla parola greca "arsenikos", che significa orpimento giallo, un minerale di arsenico bello ma letale. Conosciuti fin dall'antichità, i composti dell'arsenico sono stati usati sia per commettere omicidi sia in medicina per oltre 2.000 anni. I testi dell'antico Egitto, della Grecia e di Roma descrivono l'avvelenamento da arsenico, che durante il Rinascimento divenne noto come il "re dei veleni" perché era insapore, inodore e quasi impossibile da rilevare. Eppure, paradossalmente, i composti dell'arsenico venivano usati anche come medicinali, tra cui la famosa "soluzione di Fowler", impiegata per trattare qualsiasi cosa, dalla febbre alle affezioni cutanee. Ciò che rende l'arsenico scientificamente affascinante sono le sue proprietà insolite. Esiste in diversi allotropi: la forma metallica grigia stabile, una forma gialla non metallica e una forma nera amorfa. L'arsenico grigio è in realtà un semiconduttore, non un vero metallo, e quando viene riscaldato sublima, passando direttamente dallo stato solido allo stato gassoso, e creando un vapore tossico di arsenico. La tecnologia moderna dipende fortemente dall'arsenico nonostante la sua tossicità. I semiconduttori di arseniuro di gallio (GaAs) sono più veloci ed efficienti del silicio per le applicazioni ad alta frequenza. Il vostro telefono cellulare, il sistema GPS e le luci LED contengono tutti composti dell'arsenico. I pannelli solari, i diodi laser e le comunicazioni satellitari non esisterebbero senza semiconduttori a base di arsenico. Ecco qualcosa di sorprendente: l'arsenico è in realtà essenziale per la vita in quantità minime. Alcuni organismi usano l'arsenico nella loro biochimica e gli esseri umani ne hanno bisogno in quantità molto piccole per una crescita e uno sviluppo corretti. Tuttavia, la differenza tra le dosi essenziali e quelle tossiche è estremamente ridotta.
L'arsenico è noto all'umanità fin dall'antichità, ma il suo riconoscimento come elemento chimico distinto si è sviluppato gradualmente nel corso dei secoli grazie al lavoro di numerosi alchimisti e chimici. Le civiltà antiche, tra cui Greci, Romani e Cinesi, conoscevano i composti dell'arsenico, in particolare i minerali solforati orpimento e realgar, che venivano usati come pigmenti e nella medicina tradizionale nonostante la loro tossicità. Il nome dell'elemento deriva dalla parola greca "arsenikos", che significa "maschile" o "potente", riflettendo l'antica comprensione delle sue proprietà potenti e pericolose. Gli alchimisti arabi dell'VIII secolo, tra cui Jabir ibn Hayyan, noto in latino come Geber, descrissero metodi per preparare vari composti dell'arsenico e ne riconobbero le proprietà distintive. La prima chiara isolazione dell'arsenico metallico è attribuita all'alchimista tedesco Albertus Magnus intorno al 1250 d.C., che ottenne l'elemento riscaldando l'orpimento con materia organica, anche se potrebbe non aver compreso pienamente ciò che aveva prodotto. Il frate domenicano e studioso Alberto Magno documentò procedure per ottenere una "sostanza metallica" dai minerali di arsenico, rappresentando una delle prime isolazioni registrate dell'arsenico elementare. Lo studio sistematico dell'arsenico iniziò seriamente durante il XVIII secolo, quando il chimico svedese Georg Brandt fornì descrizioni dettagliate delle proprietà e del comportamento chimico dell'arsenico. Il chimico tedesco Johann Schroeder pubblicò studi completi sui composti dell'arsenico nel XVII secolo, contribuendo in modo significativo alla comprensione della chimica dell'elemento. Lo sviluppo della chimica analitica nel XVIII e XIX secolo portò a una caratterizzazione più precisa delle proprietà dell'arsenico e al suo riconoscimento come elemento distinto nel sistema periodico emergente. La famigerata associazione storica dell'arsenico con l'avvelenamento portò a un'ampia ricerca sulla sua rilevazione e analisi, stimolando i progressi nella chimica analitica e nelle scienze forensi.
Applicazioni
L'arsenico, nonostante la sua famigerata reputazione di veleno, ha diverse importanti applicazioni industriali e tecnologiche quando viene manipolato e controllato correttamente. L'industria dei semiconduttori utilizza arsenico ultrapuro nella produzione di semiconduttori di arseniuro di gallio (GaAs), essenziali per dispositivi elettronici ad alta frequenza, illuminazione a LED, diodi laser e celle solari. Questi semiconduttori contenenti arsenico offrono caratteristiche prestazionali superiori rispetto al silicio nelle applicazioni che richiedono alta velocità o elevata efficienza energetica. L'industria elettronica fa affidamento sui composti dell'arsenico per la produzione di circuiti integrati, in particolare in applicazioni specializzate come i dispositivi a microonde e i componenti optoelettronici. La conservazione del legno ha rappresentato storicamente un importante impiego dei composti dell'arsenico, in particolare dell'arseniato di rame cromato (CCA), sebbene questa applicazione sia stata in gran parte abbandonata in molti Paesi a causa delle preoccupazioni per la salute e l'ambiente. L'industria del vetro usa il triossido di arsenico come agente chiarificante per rimuovere le bolle e migliorare la trasparenza ottica, soprattutto nella produzione di vetro ottico di alta qualità e di schermi televisivi. I composti dell'arsenico fungono da droganti nel processo di produzione dei semiconduttori, nel quale vengono introdotte quantità precise per modificare le proprietà elettriche del silicio e di altri materiali semiconduttori. In campo medico, i composti dell'arsenico trovano applicazioni specializzate nel trattamento dei tumori, in particolare il triossido di arsenico per alcuni tipi di leucemia, per i quali ha dimostrato un'efficacia notevole nonostante la sua tossicità. Le applicazioni agricole comprendono alcuni pesticidi ed erbicidi, sebbene questi usi siano fortemente regolamentati e in diminuzione a causa delle preoccupazioni ambientali e sanitarie. La ricerca continua a studiare le potenziali applicazioni dell'arsenico nelle tecnologie avanzate, tra cui il calcolo quantistico e le leghe specializzate per applicazioni aerospaziali. L'industria metallurgica usa l'arsenico come agente legante nei materiali a base di piombo per migliorarne la durezza e la resistenza alla corrosione.
L'applicazione moderna più importante dell'arsenico è la produzione di semiconduttori, nella quale forma composti di arseniuro di gallio usati in quasi tutti gli smartphone, nelle luci LED e nei dispositivi per le comunicazioni senza fili. I pannelli solari, in particolare quelli progettati per le applicazioni spaziali, si basano su celle di arseniuro di gallio che contengono arsenico per ottenere la massima efficienza nella conversione della luce solare in elettricità. Le infrastrutture Internet ad alta velocità dipendono dai diodi laser e dai fotodetettori contenenti arsenico usati nei sistemi di comunicazione in fibra ottica. I fari e i fanali posteriori a LED delle automobili incorporano semiconduttori a base di arsenico per la loro luminosità e la loro efficienza energetica. Le applicazioni militari e aerospaziali utilizzano composti dell'arsenico nei sistemi radar, nelle comunicazioni satellitari e nelle apparecchiature per la guerra elettronica. L'industria del vetro continua a usare piccole quantità di triossido di arsenico nella produzione di vetri speciali, comprese le lenti ottiche e gli schermi televisivi di alta gamma. I reparti di oncologia usano il triossido di arsenico come agente chemioterapico per specifici tipi di tumori del sangue, per i quali si è dimostrato altamente efficace. I laboratori di ricerca di tutto il mondo impiegano arsenico ultrapuro nei dispositivi semiconduttori sperimentali e nelle applicazioni di ricerca quantistica. Alcune leghe metalliche specializzate incorporano ancora piccole quantità di arsenico per migliorare le proprietà dei materiali in specifiche applicazioni industriali. Le apparecchiature per il monitoraggio ambientale usano sensori e rilevatori a base di arsenico per misurare la qualità dell'aria e dell'acqua. Anche i dispositivi elettronici di consumo, come i processori dei computer e le schede grafiche, contengono tracce di arsenico nei loro componenti semiconduttori. Il settore delle energie rinnovabili impiega composti dell'arsenico nei sistemi fotovoltaici avanzati progettati per ottenere la massima efficienza nella generazione di energia.
Da dove proviene
1,8 mg/kg della crosta terrestre · più abbondante del 56% degli elementi
L'arsenico è ampiamente distribuito nella crosta terrestre, con una concentrazione media di circa 1,8 parti per milione, il che lo rende più abbondante di molti altri elementi presenti in tracce, ma raramente si trova in giacimenti concentrati. L'elemento è presente naturalmente in oltre 200 specie minerali, sebbene solo poche siano economicamente significative per l'estrazione. L'arsenopirite (FeAsS) è il minerale contenente arsenico più comune e costituisce la principale fonte per la produzione commerciale di arsenico. Questo minerale si trova spesso associato a minerali di oro, argento e rame, rendendo il recupero dell'arsenico un sottoprodotto delle attività estrattive dei metalli preziosi. Il realgar (As4S4) e l'orpimento (As2S3) sono caratteristici minerali di solfuro di arsenico arancioni e gialli che in passato erano fonti importanti, sebbene oggi abbiano un'importanza commerciale minore. L'arsenico si trova comunemente come elemento in tracce nei minerali solforati di rame, piombo, zinco, argento e oro, complicando spesso la lavorazione di questi metalli. I giacimenti di carbone contengono frequentemente concentrazioni di arsenico comprese tra 1 e 100 parti per milione, mentre alcuni carboni ad alto contenuto di arsenico presentano livelli molto più elevati, causando problemi ambientali quando vengono bruciati. Le acque sotterranee di alcune formazioni geologiche contengono naturalmente livelli elevati di arsenico a causa dell'alterazione di rocce e minerali contenenti arsenico, creando importanti problemi di salute pubblica nelle regioni interessate. L'attività vulcanica può rilasciare arsenico nell'ambiente attraverso processi geotermici, portando a concentrazioni naturalmente elevate in alcune sorgenti termali e aree geotermiche. I sedimenti marini contengono spesso arsenico concentrato attraverso processi biologici e chimici, in particolare nelle aree con un elevato contenuto di materia organica. Alcune piante possono accumulare arsenico dai terreni contaminati, causando concentrazioni elevate in determinati prodotti agricoli coltivati nelle aree interessate. La distribuzione geografica dell'arsenico è strettamente legata a specifiche formazioni geologiche, con concentrazioni rilevanti nelle aree caratterizzate da un passato di attività vulcanica e in alcuni bacini sedimentari.
Manipolazione
L'arsenico è estremamente tossico e richiede il massimo livello di precauzioni di sicurezza durante la manipolazione, la conservazione e lo smaltimento, poiché è classificato come cancerogeno del Gruppo 1 dall'Agenzia internazionale per la ricerca sul cancro. Tutte le forme di arsenico, compreso l'elemento metallico e i suoi composti, devono essere trattate come materiali altamente pericolosi che richiedono una formazione specializzata e dispositivi di sicurezza adeguati. Il contatto diretto con l'arsenico deve essere evitato mediante l'uso di dispositivi di protezione individuale appropriati, compresi guanti resistenti alle sostanze chimiche, indumenti protettivi e protezione delle vie respiratorie. L'inalazione di polveri o vapori di arsenico può causare grave avvelenamento acuto ed effetti a lungo termine sulla salute, tra cui cancro, malattie cardiovascolari e danni neurologici. L'ingestione anche di piccole quantità di composti dell'arsenico può essere fatale, rendendo assolutamente essenziali una conservazione sicura e un'etichettatura corretta. I lavoratori delle industrie che usano arsenico devono rispettare rigorosi limiti di esposizione professionale e sottoporsi a regolari controlli sanitari per individuare precocemente i segni dell'esposizione all'arsenico. L'esposizione cronica a bassi livelli di arsenico può causare lesioni cutanee, neuropatia periferica e un aumento del rischio di vari tumori, in particolare della pelle, dei polmoni e della vescica. Le donne in gravidanza devono evitare qualsiasi esposizione ai composti dell'arsenico, poiché l'elemento può causare anomalie dello sviluppo e risultati avversi della gravidanza. Le procedure di emergenza in caso di esposizione all'arsenico comprendono la decontaminazione immediata, l'allontanamento dalla fonte di esposizione e l'assistenza medica urgente, poiché un trattamento tempestivo è fondamentale per prevenire un avvelenamento grave. Lo smaltimento dei materiali contenenti arsenico deve essere conforme alle normative sui rifiuti pericolosi e avvenire presso strutture specializzate dotate di attrezzature per gestire in sicurezza i materiali tossici. Il lavoro di laboratorio con composti dell'arsenico deve essere svolto in cappe aspiranti adeguatamente ventilate, con procedure di emergenza chiaramente esposte e facilmente accessibili. Il pubblico deve sapere che l'arsenico presente naturalmente nell'acqua potabile comporta rischi per la salute e che si raccomanda di analizzare l'acqua nelle aree in cui è nota una contaminazione da arsenico.
Risposte rapide
Arsenico (simbolo As) è l'elemento 33 nella tavola periodica, appartenente a Metalloide nel periodo 4, gruppo 15. Il veleno classico della storia — insapore, non rilevabile per secoli e ancora oggi causa di una crisi delle falde acquifere per milioni di persone. A temperatura ambiente è un solido.
[Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p³, con 4 gusci occupati e la distribuzione 2, 8, 18, 5. Il suo guscio esterno contiene 5 elettroni, e questo determina il suo comportamento nei legami.A pressione ordinaria Arsenico non fonde affatto — sublima, passando direttamente da solido a vapore a circa 887 K (613.9 °C). Uno stato liquido esiste solo al di sopra di circa 3.63 MPa, dove fonde vicino a 1090 K. Ecco perché un singolo «punto di fusione» di Arsenico è fuorviante senza indicare la pressione.
La massa atomica standard di Arsenico è 74.922 u. Si tratta di una media ponderata dei suoi isotopi presenti in natura, per questo raramente è un numero intero.
Arsenico ha una densità di 5.727 g/cm³. L'acqua ha una densità di 1.0 g/cm³, quindi un blocco di Arsenico è circa 5.7× più pesante.
Arsenico ha un'elettronegatività di Pauling pari a 2.18. La scala va da 0.70 (francio, il meno incline ad attirare elettroni) a 3.98 (fluoro, il più incline). I valori in questa fascia intermedia tendono a formare legami covalenti anziché legami fortemente ionici.
Arsenico è noto fin dall'antichità — si trova in una forma utilizzabile senza fusione, quindi la sua scoperta non può essere attribuita a una singola persona. Il nome deriva da greco arsenikon, orpimento giallo.
Arsenico costituisce informazioni 1.8 mg/kg della crosta terrestre: è poco comune, ma non raro.