As · Elemento 33 · Metaloide
O veneno clássico da história — insípido, indetetável durante séculos e ainda uma crise de águas subterrâneas para milhões.
Estrutura
Não é um diagrama de pontos em anéis — é uma amostra de Monte-Carlo da densidade de probabilidade real |ψ|² para cada subcamada ocupada. Arraste para rodar. O azul e o violeta indicam sinais opostos da função de onda, o que torna possível a ligação química.
Valores medidos
Cada barra mostra onde arsénio se situa entre todos os 118 elementos para essa propriedade.
Fontes: massas atómicas padrão da IUPAC de 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Os valores marcados com ~ são previstos, e não medidos.
Tamanho, em escala
Raio de 119 pm — isso corresponde a 0,119 nm, portanto cerca de 4,2 milhões deles lado a lado cobririam um milímetro.
Faixa térmica
À pressão normal, arsénio não apresenta estado líquido. Ele sublima a 887 K, passando diretamente de sólido para vapor. O ponto de fusão de 1090 K é real, mas ocorre apenas acima de aproximadamente 3.63 MPa.
A história
O arsénio é provavelmente o metaloide mais infame da tabela periódica — conhecido ao longo da história como um veneno mortal, mas absolutamente essencial para a tecnologia moderna. Este elemento cinza-aço tem uma reputação mais sombria do que qualquer outro elemento, mas também é crucial para semicondutores, pesticidas e até mesmo para a medicina. O nome vem da palavra grega "arsenikos", que significa orpimento amarelo, um mineral de arsénio bonito, mas mortal. Conhecidos desde a Antiguidade, os compostos de arsénio têm sido usados tanto para assassinatos quanto para fins medicinais há mais de 2.000 anos. Textos egípcios, gregos e romanos antigos descrevem envenenamentos por arsénio, que passou a ser conhecido como o "rei dos venenos" durante o Renascimento por ser insípido, inodoro e quase impossível de detectar. No entanto, paradoxalmente, os compostos de arsénio também eram usados como medicamentos, incluindo a famosa "solução de Fowler", empregada para tratar desde febres até problemas de pele. O que torna o arsénio cientificamente fascinante são as suas propriedades incomuns. Ele existe em vários alótropos: a forma metálica cinza estável, uma forma amarela não metálica e uma forma preta amorfa. O arsénio cinza é, na verdade, um semicondutor, não um metal verdadeiro, e sublima (passa diretamente do estado sólido para o gás) quando aquecido, criando vapor tóxico de arsénio. A tecnologia moderna depende fortemente do arsénio, apesar da sua toxicidade. Os semicondutores de arseneto de gálio (GaAs) são mais rápidos e eficientes do que os de silício em aplicações de alta frequência. O seu telemóvel, sistema de GPS e luzes LED contêm compostos de arsénio. Painéis solares, diodos laser e comunicações via satélite não existiriam sem semicondutores à base de arsénio. Aqui está algo surpreendente: o arsénio é, na verdade, essencial à vida em quantidades mínimas. Alguns organismos usam arsénio na sua bioquímica, e os seres humanos precisam de quantidades residuais para um crescimento e desenvolvimento adequados. No entanto, a diferença entre as doses essenciais e tóxicas é extremamente pequena.
O arsénio é conhecido pela humanidade desde a Antiguidade, mas o seu reconhecimento como elemento químico distinto desenvolveu-se gradualmente ao longo dos séculos por meio do trabalho de numerosos alquimistas e químicos. Civilizações antigas, incluindo os gregos, romanos e chineses, conheciam os compostos de arsénio, especialmente os minerais sulfetados orpimento e realgar, que eram usados como pigmentos e na medicina tradicional apesar da sua toxicidade. O nome do elemento deriva da palavra grega "arsenikos", que significa "masculino" ou "potente", refletindo a antiga compreensão das suas propriedades poderosas e perigosas. Alquimistas árabes do século VIII, incluindo Jabir ibn Hayyan (conhecido em latim como Geber), descreveram métodos para preparar vários compostos de arsénio e reconheceram as suas propriedades distintas. A primeira separação clara do arsénio metálico é atribuída ao alquimista alemão Albertus Magnus por volta de 1250 d.C., que obteve o elemento aquecendo orpimento com matéria orgânica, embora talvez não tenha compreendido completamente o que havia produzido. O frade dominicano e estudioso Alberto, o Grande, documentou procedimentos para obter "uma substância metálica" a partir de minerais de arsénio, representando uma das primeiras separações registadas de arsénio elementar. O estudo sistemático do arsénio começou efetivamente durante o século XVIII, quando o químico sueco Georg Brandt forneceu descrições detalhadas das propriedades e do comportamento químico do arsénio. O químico alemão Johann Schroeder publicou estudos abrangentes sobre compostos de arsénio no século XVII, contribuindo significativamente para a compreensão da química do elemento. O desenvolvimento da química analítica nos séculos XVIII e XIX levou a uma caracterização mais precisa das propriedades do arsénio e ao seu reconhecimento como elemento distinto no sistema periódico emergente. A infame associação histórica do arsénio com envenenamentos levou a uma extensa investigação sobre a sua deteção e análise, impulsionando avanços na química analítica e na ciência forense.
Aplicações
O arsénio, apesar da sua notória reputação como veneno, tem várias aplicações industriais e tecnológicas importantes quando é manuseado e controlado adequadamente. A indústria de semicondutores utiliza arsénio ultrapuro na produção de semicondutores de arseneto de gálio (GaAs), essenciais para dispositivos eletrónicos de alta frequência, iluminação LED, diodos laser e células solares. Esses semicondutores que contêm arsénio oferecem características de desempenho superiores às do silício em aplicações que exigem alta velocidade ou elevada eficiência energética. A indústria eletrónica depende de compostos de arsénio para fabricar circuitos integrados, especialmente em aplicações especializadas, como dispositivos de micro-ondas e componentes optoeletrónicos. A preservação da madeira representou historicamente um uso importante dos compostos de arsénio, especialmente do arseniato de cobre cromatado (CCA), embora essa aplicação tenha sido amplamente eliminada em muitos países devido a preocupações de saúde e ambientais. A indústria do vidro utiliza trióxido de arsénio como agente clarificante para remover bolhas e melhorar a clareza ótica, sobretudo na produção de vidro ótico de alta qualidade e ecrãs de televisão. Os compostos de arsénio atuam como dopantes no processo de fabrico de semicondutores, no qual quantidades precisas são introduzidas para modificar as propriedades elétricas do silício e de outros materiais semicondutores. A área médica encontrou aplicações especializadas para compostos de arsénio no tratamento do cancro, especialmente o trióxido de arsénio para certos tipos de leucemia, nos quais demonstrou uma eficácia notável apesar da sua toxicidade. As aplicações agrícolas incluem certos pesticidas e herbicidas, embora esses usos sejam fortemente regulamentados e estejam a diminuir devido a preocupações ambientais e de saúde. As pesquisas continuam a investigar as potenciais aplicações do arsénio em tecnologias avançadas, incluindo computação quântica e ligas especializadas para aplicações aeroespaciais. A indústria metalúrgica utiliza arsénio como agente de liga em materiais à base de chumbo para melhorar a dureza e a resistência à corrosão.
A aplicação moderna mais significativa do arsénio é no fabrico de semicondutores, nos quais ele forma compostos de arseneto de gálio usados em praticamente todos os smartphones, luzes LED e dispositivos de comunicação sem fios. Os painéis solares, especialmente os concebidos para aplicações espaciais, dependem de células de arseneto de gálio que contêm arsénio para obter a máxima eficiência na conversão da luz solar em eletricidade. A infraestrutura de internet de alta velocidade depende de diodos laser e fotodetetores que contêm arsénio, usados em sistemas de comunicação por fibra ótica. Os faróis e lanternas traseiras LED automotivos incorporam semicondutores à base de arsénio para obter brilho e eficiência energética. Aplicações militares e aeroespaciais utilizam compostos de arsénio em sistemas de radar, comunicações via satélite e equipamentos de guerra eletrónica. A indústria do vidro continua a usar pequenas quantidades de trióxido de arsénio na produção de vidros especiais, incluindo lentes óticas e ecrãs de televisão de alta qualidade. Os departamentos de oncologia utilizam trióxido de arsénio como agente quimioterapêutico para tipos específicos de cancros do sangue, nos quais demonstrou elevada eficácia. Laboratórios de investigação em todo o mundo empregam arsénio ultrapuro em dispositivos semicondutores experimentais e aplicações de investigação quântica. Algumas ligas metálicas especializadas ainda incorporam pequenas quantidades de arsénio para melhorar as propriedades dos materiais em aplicações industriais específicas. Equipamentos de monitorização ambiental utilizam sensores e detetores à base de arsénio para medir a qualidade do ar e da água. Até mesmo eletrónicos de consumo, como processadores de computador e placas gráficas, contêm quantidades residuais de arsénio nos seus componentes semicondutores. O setor das energias renováveis emprega compostos de arsénio em sistemas fotovoltaicos avançados concebidos para maximizar a eficiência da geração de energia.
De onde vem
1,8 mg/kg da crosta terrestre · mais abundante do que 56% dos elementos
O arsénio está amplamente distribuído na crosta terrestre, com uma concentração média de aproximadamente 1.8 partes por milhão, sendo mais abundante do que muitos outros elementos residuais, mas raramente encontrado em depósitos concentrados. O elemento ocorre naturalmente em mais de 200 espécies minerais, embora apenas algumas sejam economicamente significativas para a extração. A arsenopirite (FeAsS) é o mineral que contém arsénio mais comum e constitui a principal fonte da produção comercial de arsénio. Esse mineral é frequentemente encontrado associado a minérios de ouro, prata e cobre, fazendo com que a recuperação de arsénio seja um subproduto das operações de mineração de metais preciosos. O realgar (As4S4) e o orpimento (As2S3) são minerais distintos de sulfeto de arsénio, de cores laranja e amarela, que foram fontes historicamente importantes, embora atualmente tenham menor importância comercial. O arsénio ocorre com frequência como elemento residual em minérios sulfetados de cobre, chumbo, zinco, prata e ouro, muitas vezes complicando o processamento desses metais. Os depósitos de carvão frequentemente contêm concentrações de arsénio que variam de 1 a 100 partes por milhão, e alguns carvões com alto teor de arsénio contêm níveis muito mais elevados, levando a preocupações ambientais quando são queimados. As águas subterrâneas de certas formações geológicas contêm naturalmente níveis elevados de arsénio devido à meteorização de rochas e minerais que contêm arsénio, criando desafios significativos de saúde pública nas regiões afetadas. A atividade vulcânica pode libertar arsénio no ambiente por meio de processos geotérmicos, levando a concentrações naturalmente elevadas em algumas fontes termais e áreas geotérmicas. Os sedimentos marinhos frequentemente contêm arsénio que foi concentrado por processos biológicos e químicos, sobretudo em áreas com elevado teor de matéria orgânica. Algumas plantas podem acumular arsénio de solos contaminados, levando a concentrações elevadas em certos produtos agrícolas cultivados em áreas afetadas. A distribuição geográfica do arsénio está estreitamente ligada a formações geológicas específicas, com concentrações significativas em áreas de atividade vulcânica passada e em certas bacias sedimentares.
Manuseio
O arsénio é extremamente tóxico e exige o mais alto nível de precauções de segurança durante o manuseamento, o armazenamento e a eliminação, pois é classificado como carcinógeno do Grupo 1 pela Agência Internacional de Investigação sobre o Cancro. Todas as formas de arsénio, incluindo o elemento metálico e os seus compostos, devem ser tratadas como materiais altamente perigosos que exigem formação especializada e equipamentos de segurança. O contacto direto com o arsénio deve ser evitado através do uso de equipamentos de proteção individual adequados, incluindo luvas resistentes a produtos químicos, vestuário de proteção e proteção respiratória. A inalação de poeiras ou vapores de arsénio pode causar intoxicação aguda grave e efeitos de longo prazo na saúde, incluindo cancro, doenças cardiovasculares e danos neurológicos. A ingestão de mesmo pequenas quantidades de compostos de arsénio pode ser fatal, tornando absolutamente essencial o armazenamento seguro e a rotulagem adequada. Os trabalhadores das indústrias que utilizam arsénio devem respeitar limites rigorosos de exposição ocupacional e submeter-se a monitorização regular da saúde para detetar sinais precoces de exposição ao arsénio. A exposição crónica a baixos níveis de arsénio pode causar lesões cutâneas, neuropatia periférica e aumento do risco de vários tipos de cancro, especialmente cancro da pele, do pulmão e da bexiga. As mulheres grávidas devem evitar qualquer exposição a compostos de arsénio, pois o elemento pode causar anomalias no desenvolvimento e resultados adversos na gravidez. Os procedimentos de emergência para exposição ao arsénio incluem descontaminação imediata, afastamento da fonte de exposição e atendimento médico urgente, pois o tratamento rápido é essencial para evitar intoxicação grave. A eliminação de materiais que contêm arsénio exige conformidade com os regulamentos sobre resíduos perigosos e instalações especializadas equipadas para manusear materiais tóxicos com segurança. O trabalho laboratorial com compostos de arsénio deve ser realizado em capelas de exaustão devidamente ventiladas, com procedimentos de emergência claramente afixados e prontamente acessíveis. O público em geral deve estar ciente de que o arsénio natural presente na água potável representa riscos para a saúde, e recomenda-se a análise da água em áreas com contaminação conhecida por arsénio.
Respostas rápidas
Arsénio (símbolo As) é o elemento 33 da tabela periódica, um Metaloide do período 4, grupo 15. O veneno clássico da história — insípido, indetetável durante séculos e ainda uma crise de águas subterrâneas para milhões. À temperatura ambiente, é um sólido.
[Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p³, resultando em 4 camadas ocupadas com a distribuição 2, 8, 18, 5. Sua camada externa contém 5 eletrões, o que determina seu comportamento nas ligações.À pressão normal, Arsénio não derrete — sublima, passando diretamente do estado sólido para o vapor a cerca de 887 K (613.9 °C). Um estado líquido só existe acima de aproximadamente 3.63 MPa, onde derrete perto de 1090 K. É por isso que um único "ponto de fusão" para Arsénio é enganoso sem uma pressão especificada.
A massa atómica padrão de Arsénio é 74.922 u. Trata-se de uma média ponderada dos seus isótopos que ocorrem naturalmente, por isso raramente é um número inteiro.
Arsénio tem densidade de 5.727 g/cm³. A água tem 1.0 g/cm³, portanto um bloco de Arsénio é aproximadamente 5.7× mais pesado.
Arsénio tem eletronegatividade de Pauling igual a 2.18. A escala vai de 0,70 (frâncio, o menos ávido por eletrões) a 3,98 (flúor, o mais ávido). Valores nessa faixa intermediária tendem a formar ligações covalentes, em vez de ligações fortemente iónicas.
Arsénio é conhecido desde a Antiguidade — ocorre em uma forma utilizável sem fundição, portanto nenhuma pessoa pode ser creditada por sua descoberta. O nome vem de grego arsenikon, auripigmento amarelo.
Arsénio constitui sobre 1.8 mg/kg da crosta terrestre — é incomum, mas não raro.