ARSENICO: STORIA, STRUTTURA, PROPRIETÀ, USI - CHIMICA - 2025

L' arsenico è un semimetallo o semimetallo appartenente al gruppo 15 o VA della tavola periodica. È rappresentato dal simbolo chimico As, e il suo numero atomico è 33. Può essere trovato in tre forme allotropiche: giallo, nero e grigio; quest'ultimo è l'unico con importanza industriale.

L'arsenico grigio è un solido fragile dall'aspetto metallico con un colore d'acciaio e cristallino (immagine in basso). Perde la sua lucentezza se esposto all'aria, formando ossido di ossido di azoto (As ₂ O ₃ ), che quando riscaldato emette un odore di aglio. D'altra parte, i suoi allotropi gialli e neri sono rispettivamente molecolari e amorfi.

Arsenico metallico. Fonte: immagini ad alta risoluzione di elementi chimici

L'arsenico si trova nella crosta terrestre associata a numerosi minerali. Solo una piccola percentuale si trova nello stato nativo, tuttavia associata all'antimonio e all'argento.

Tra i minerali più comuni in cui si trova l'arsenico sono i seguenti: realgar (As ₄ S ₄ ), orpimento (As ₂ S ₃ ), loellingite (FeAs ₂ ) ed enargite (Cu ₃ AsS ₄ ). L'arsenico si ottiene anche come sottoprodotto della fusione di metalli come piombo, rame, cobalto e oro.

I composti dell'arsenico sono tossici, in particolare l'arsina (AsH ₃ ). Tuttavia, l'arsenico ha numerose applicazioni industriali, inclusa la lega con il piombo, utilizzata nella produzione di batterie per automobili, e la lega con il gallio con vari usi nell'elettronica.

Storia della sua scoperta

Il nome "arsenico" deriva dal latino arsenicum e dal greco arsenikon, riferito all'orpimento giallo, che era la principale forma di utilizzo dell'arsenico da parte degli alchimisti.

L'arsenico, molto prima di essere riconosciuto come elemento chimico, era conosciuto e utilizzato sotto forma dei suoi composti. Ad esempio, Aristotele nel IV secolo a.C. scrisse del sandarache, una sostanza che ora si pensa fosse solfuro di arsenico.

Plinio il Vecchio e Pedanius Discórides, nel I secolo d.C., descrissero l'orpimento, un minerale costituito da As ₂ S ₃ . Nell'XI secolo furono riconosciute tre specie di arsenico: bianco (As ₄ O ₄ ), giallo (As ₂ S ₃ ) e rosso (As ₄ S ₄ ).

L'arsenico come elemento puro fu osservato per la prima volta da Albertus Magnus (1250). Magnus ha riscaldato il solfuro di arsenico con il sapone, notando l'aspetto di una sostanza con una caratteristica simile all'allotropo grigiastro nell'immagine. Tuttavia, il primo rapporto autentico del suo isolamento fu pubblicato nel 1649 da Johann Schroeder, un farmacista tedesco.

Schroeder ha preparato l'arsenico riscaldando il suo ossido con carbone. Successivamente, Nicolas Lémery è riuscito a produrlo riscaldando una miscela di ossido di arsenico, sapone e potassio. Nel XVIII secolo, questo elemento fu finalmente riconosciuto come semi-metallo.

Struttura dell'arsenico

L'arsenico è isomorfo all'antimonio; cioè sono strutturalmente identici, differiscono solo per la dimensione dei loro atomi. Ogni atomo di arsenico forma tre legami covalenti As-As, in modo tale che originino unità esagonali As ₆ "rugose o ripide", poiché l'ibridazione degli atomi As è sp ³ .

Quindi le unità As ₆ si connettono dando origine a ripidi strati di arsenico, che interagiscono debolmente tra loro. Per effetto delle loro forze intermolecolari, dipendenti soprattutto dalle loro masse atomiche, i cristalli di arsenico grigio romboedrico conferiscono al solido una consistenza fragile e friabile.

Forse a causa delle repulsioni della coppia di elettroni liberi dell'arsenico, le unità As ₆ formate tra strati paralleli non definiscono un ottaedro perfetto ma distorto:

Struttura cristallina di arsenico grigio. Fonte: Gabriel Bolívar.

Notare che le sfere nere disegnano il piano distorto nello spazio tra due strati ripidi. Allo stesso modo, nello strato sottostante sono presenti sfere bluastre che, insieme alla sfera nera, compongono l'unità As ₆ citata all'inizio della sezione.

La struttura appare ordinata, le file salgono e scendono, quindi è cristallina. Tuttavia, può diventare amorfo, con sfere schiacciate in modi diversi. Quando l'arsenico grigiastro diventa amorfo, diventa un semiconduttore.

Arsenico giallo

L'arsenico giallo, l'allotropo più tossico di questo elemento, è un solido puramente molecolare. Si compone di molecole As ₄ unità dovute a deboli forze di dispersione, che non ne impediscono la volatilizzazione.

Arsenico nero

L'arsenico nero è amorfo; ma non come può essere l'allotropo grigiastro. La sua struttura è leggermente simile a quella appena descritta, con la differenza che i suoi aerei unitari As ₆ hanno aree più ampie e differenti schemi di disordine.

Configurazione elettronica

3d ¹⁰ 4s ² 4p ³

Ha tutti gli orbitali del livello 3 pieni. Forma legami utilizzando gli orbitali 4s e 4p (oltre che 4d) attraverso diverse ibridazioni chimiche.

Proprietà

Peso molecolare

74,922 g / mol

Descrizione fisica

L'arsenico grigio è un solido grigiastro con un aspetto metallico e una consistenza fragile.

Colore

Tre forme allotropiche, giallo (alfa), nero (beta) e grigio (gamma).

Odore

Gabinetto

Gusto

Insapore

Punto di fusione

1.090 K a 35,8 atm (triplo punto di arsenico).

A pressione normale non ha punto di fusione, poiché sublima a 887 K.

Densità

-Arsenico grigio: 5,73 g / cm ³ .

-Arsenico giallo: 1,97 g / cm ³ .

Solubilità dell'acqua

Insolubile

Radio atomica

139 pm

Volume atomico

13,1 cm ³ / mol

Raggio covalente

120 pm

Calore specifico

0,328 J / gmol a 20 ° C

Calore di evaporazione

32,4 kJ / mol

elettronegatività

2.18 della scala Pauling

Energia ionizzata

Prima energia di ionizzazione 946,2 kJ / mol

Stati di ossidazione

-3, +3, +5

Stabilità

L'arsenico elementare è stabile all'aria secca, ma se esposto all'aria umida viene rivestito da uno strato giallo bronzo che può diventare uno strato nero di ossido di arsenico (As ₂ O ₃ ).

Decomposizione

Quando l'arsenico viene riscaldato fino alla decomposizione, emette un fumo bianco di As ₂ O ₃ . La procedura è pericolosa perché può essere rilasciata anche l'arsina, un gas molto velenoso.

Autoaccensione

180 ºC

Durezza

3.5 sulla scala di durezza Mohs.

Reattività

Non viene attaccato da acido solforico freddo o acido cloridrico concentrato. Reagisce con acido nitrico caldo o acido solforico, formando acido arsenico e acido arsenico.

Quando l'arsenico grigio viene volatilizzato mediante riscaldamento ei vapori vengono raffreddati rapidamente, si forma un arsenico giallo. Questo ritorna alla forma grigiastra, se sottoposto a luce ultravioletta.

applicazioni

leghe

Una piccola quantità di arsenico aggiunto al piombo, indurisce le sue leghe abbastanza da usarle nel rivestimento dei cavi e nella produzione di batterie per auto.

L'aggiunta di arsenico all'ottone, una lega di rame e zinco, ne aumenta la resistenza alla corrosione. D'altra parte, corregge o riduce la perdita di zinco nell'ottone, che provoca un aumento della sua vita utile.

elettronica

L'arsenico purificato viene utilizzato nella tecnologia dei semiconduttori dove viene utilizzato in combinazione con gallio e germanio, nonché sotto forma di arseniuro di gallio (GaAs) che è il secondo semiconduttore più utilizzato.

I GaA hanno una banda proibita diretta, che può essere utilizzata nella produzione di diodi, laser e LED. Oltre all'arseniuro di gallio ci sono altri arseniuri, come l'arseniuro di indio e l'arseniuro di alluminio, che sono anche semiconduttori III-V.

Nel frattempo, l'arseniuro di cadmio è un semiconduttore di tipo II-IV. L'arsina è stata utilizzata nel drogaggio dei semiconduttori.

Agricoltura e conservazione del legno

La maggior parte delle applicazioni è stata scartata a causa della loro elevata tossicità e di quella dei loro composti. As ₂ O ₃ è stato utilizzato come pesticida, mentre As ₂ O ₅ è un ingrediente di erbicidi e insetticidi.

L'acido arsenico (H ₃ AsO ₄ ) e sali come arseniato di calcio e arseniato di piombo sono stati usati per sterilizzare il suolo e controllare i parassiti. Ciò crea un rischio di contaminazione ambientale con l'arsenico.

L'arseniato di piombo è stato utilizzato come insetticida sugli alberi da frutto fino alla prima metà del XX secolo. Ma a causa della sua tossicità, è stato sostituito dal metilarsenato di sodio, che ha smesso di essere utilizzato per lo stesso motivo dal 2013.

Medicinale

Fino al 20 ° secolo, molti dei suoi composti erano usati come medicinali. Arsfenamina e neolsalvarsan, ad esempio, sono stati utilizzati nel trattamento della sifilide e della tripanosomiasi.

Nel 2000, l'uso di As ₂ O ₃ , un composto altamente tossico , è stato approvato nel trattamento della leucemia promielocitica acuta resistente all'acido all-trans retinoico. Recentemente, l'isotopo radioattivo ⁷⁴ As è stato utilizzato per la localizzazione del tumore.

L'isotopo produce buone immagini, più nitide di quelle ottenute con il ¹²⁴ I, perché lo iodio viene trasportato alla tiroide e produce rumore nel segnale.

Altri usi

L'arsenico è stato utilizzato in passato come additivo per mangimi nella produzione di pollame e suini.

È usato come catalizzatore nella produzione di ossido di etilene. Viene anche utilizzato nei fuochi d'artificio e nell'abbronzatura. L'ossido arsenico è utilizzato come decolorante nella produzione del vetro.

Dove si trova?

L'arsenico può essere trovato in piccole quantità allo stato elementare, con un alto grado di purezza. È presente in numerosi composti, come: solfuri, arseniuri e sulfoarseniidi.

Si trova anche in diversi minerali, tra cui: arsenopirite (FeSAs), loellingite (FeAs ₂ ), enargite (Cu ₃ AsS ₄ ), orpimento (As ₂ S ₃ ) e realgar (As ₄ S ₄ ).

Come si ottiene?

L'arsenopirite viene riscaldata a 650-700ºC, in assenza di aria. L'arsenico evapora, lasciando il solfuro di ferro (FeS) come residuo. Durante questo processo, l'arsenico si lega all'ossigeno per formare As ₄ O ₆ , noto come "arsenico bianco".

As ₄ O ₆ viene modificato per formare As ₂ O ₃ , i cui vapori vengono raccolti e condensati in una serie di camere di mattoni, purificando l'arsenico per sublimazione.

La maggior parte dell'arsenico è prodotto dalla riduzione del carbonio della polvere formata di As ₂ O ₃ .

Riferimenti

1. Stephen R. Marsden. (23 aprile 2019). Chimica dell'arsenico. Chemistry LibreTexts. Recupero da: chem.libretexts.org
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (03 dicembre 2018). Fatti interessanti sull'arsenico. Estratto da: thoughtco.com
3. Wikipedia. (2019). Arsenico. Estratto da: en.wikipedia.org
4. Dottor Dough Stewart. (2019). Fatti dell'elemento arsenico. Chemicool. Estratto da: chemicool.com
5. Royal Society of Chemistry. (2019). Arsenico. Recupero da: rsc.or
6. The Editors of Encyclopaedia Britannica. (03 maggio 2019). Arsenico. Encyclopædia Britannica. Estratto da: britannica.com