Descrizione dell'arsenico
L'arsenico è un elemento chimico con simbolo As e numero atomico 33. L'arsenico è presente in molti minerali, di solito in combinazione con zolfo e metalli, ma anche come cristallo elementare puro. L'arsenico è un metalloide. Ha diversi allotropi, ma solo la forma grigia, che ha un aspetto metallico, è importante per l'industria.
L'uso principale dell'arsenico è nelle leghe di piombo (ad esempio, nelle batterie per auto e nelle munizioni). L'arsenico è un drogante di tipo n comune nei dispositivi elettronici a semiconduttore e il composto optoelettronico arseniuro di gallio è il secondo semiconduttore più usato dopo il silicio drogato. L 'arsenico e i suoi composti, in particolare il triossido, sono utilizzati nella produzione di pesticidi, prodotti in legno trattato, erbicidi e insetticidi. Queste applicazioni stanno diminuendo a causa della crescente consapevolezza della tossicità dell'arsenico e dei suoi composti.
Composti dell'arsenico
I composti dell'arsenico assomigliano per alcuni aspetti a quelli del fosforo, che occupano lo stesso gruppo (colonna) della tavola periodica. Gli stati di ossidazione più comuni dell'arsenico sono -3 negli arsenidi, che sono composti intermetallici simili a leghe, +3 negli arseniti e +5 negli arsenati e nella maggior parte dei composti organici. L'arsenico si lega anche facilmente a se stesso, come si vede negli ioni quadrati As3-4 nel minerale skutterudite. Nello stato di ossidazione +3, l'arsenico è tipicamente piramidale a causa dell'influenza della coppia di elettroni solitari.
Composti inorganici
Uno dei composti più semplici dell'arsenico è la triidride, l'arsina (AsH3), altamente tossica, infiammabile e piroforica. Questo composto è generalmente considerato stabile poiché a temperatura ambiente si decompone solo lentamente. A temperature di 250-300 °C la decomposizione in arsenico e idrogeno è rapida.[25] Diversi fattori, come l'umidità, la presenza di luce e alcuni catalizzatori (in particolare l'alluminio) facilitano la velocità di decomposizione. Si ossida facilmente all'aria per formare triossido di arsenico e acqua, e reazioni analoghe avvengono con zolfo e selenio al posto dell'ossigeno.
L'arsenico forma ossidi cristallini incolori e inodori As2O3 ("arsenico bianco") e As2O5 che sono igroscopici e facilmente solubili in acqua per formare soluzioni acide. L'acido arsenico(V) è un acido debole e i sali sono chiamati arsenati, la più comune contaminazione da arsenico delle acque sotterranee e un problema che riguarda molte persone. Gli arsenati sintetici includono il Verde di Scheele (arseniato di idrogeno rameico, arseniato di rame acido), l'arseniato di calcio e l'arseniato di piombo. Questi tre sono stati utilizzati come insetticidi e veleni agricoli.
Le fasi di protonazione tra l'arsenato e l'acido arsenico sono simili a quelle tra il fosfato e l'acido fosforico. A differenza dell'acido fosforoso, l'acido arsenioso è realmente tribasico, con la formula As(OH)3.
È nota un'ampia varietà di composti solforati dell'arsenico. L'orpimento (As2S3) e il realgar (As4S4) sono piuttosto abbondanti e in passato erano utilizzati come pigmenti per la pittura. Nell'As4S10, l'arsenico ha uno stato di ossidazione formale di +2 nell'As4S4 che presenta legami As-As in modo che la covalenza totale dell'As sia ancora 3. Sia l'orpimento che il realgar, così come l'As4S3, hanno analoghi del selenio; l'analogo As2Te3 è noto come minerale kalgoorlieite e l'anione As2Te- è noto come ligando in complessi di cobalto.
Tutti i trialidi dell'arsenico(III) sono ben noti, tranne l'astatide, che è sconosciuto. Il pentafluoruro di arsenico (AsF5) è l'unico pentaalide importante, che riflette la minore stabilità dello stato di ossidazione +5; tuttavia, è un agente fluorurante e ossidante molto forte. (Il pentacloruro è stabile solo al di sotto di -50 °C, temperatura alla quale si decompone in tricloruro, rilasciando cloro gassoso.
Leghe
L'arsenico è utilizzato come elemento del gruppo 5 nei semiconduttori III-V arseniuro di gallio, arseniuro di indio e arseniuro di alluminio. Il numero di elettroni di valenza del GaAs è lo stesso di una coppia di atomi di Si, ma la struttura a bande è completamente diversa, il che si traduce in proprietà distinte. Altre leghe di arsenico includono il semiconduttore II-V arseniuro di cadmio.
Applicazioni dell'arsenico
Agricoltura
La tossicità dell'arsenico per insetti, batteri e funghi ha portato al suo utilizzo come conservante del legno. L'arsenico è stato utilizzato anche in vari insetticidi e veleni agricoli. L'arsenico è utilizzato come additivo per mangimi nella produzione di pollame e suini, in particolare negli Stati Uniti, per aumentare l'aumento di peso, migliorare l'efficienza del mangime e prevenire le malattie.
Medicina
Durante il 18°, 19° e 20° secolo sono stati utilizzati come farmaci diversi composti dell'arsenico, tra cui l'arsfenamina (di Paul Ehrlich) e il triossido di arsenico (di Thomas Fowler). Negli ultimi 500 anni il triossido di arsenico è stato utilizzato in vari modi, soprattutto nel trattamento del cancro, ma anche in farmaci diversi come la soluzione di Fowler per la psoriasi. Recentemente, i ricercatori hanno localizzato i tumori utilizzando l'arsenico-74 (un emettitore di positroni). Questo isotopo produce immagini di scansione PET più chiare rispetto al precedente agente radioattivo, lo iodio-124, perché il corpo tende a trasportare lo iodio alla ghiandola tiroidea producendo rumore di segnale. Le nanoparticelle di arsenico hanno dimostrato la capacità di uccidere le cellule tumorali con una minore citotossicità rispetto ad altre formulazioni di arsenico.
Lega
L'uso principale dell'arsenico è in lega con il piombo. I componenti in piombo delle batterie per auto sono rafforzati dalla presenza di una piccolissima percentuale di arsenico. La dezincatura dell'ottone (una lega di rame e zinco) è notevolmente ridotta dall'aggiunta di arsenico. Il "rame arsenicale fosforoso disossidato", con un contenuto di arsenico dello 0,3%, aumenta la stabilità alla corrosione in alcuni ambienti. L'arseniuro di gallio è un importante materiale semiconduttore, utilizzato nei circuiti integrati. I circuiti realizzati in GaAs sono molto più veloci (ma anche molto più costosi) di quelli realizzati in silicio. A differenza del silicio, il GaAs ha un bandgap diretto e può essere utilizzato nei diodi laser e nei LED per convertire l'energia elettrica direttamente in luce.
Militare
Dopo la Prima Guerra Mondiale, gli Stati Uniti costruirono una scorta di 20.000 tonnellate di lewisite (ClCH=CHAsCl2), un organoarsenico vescicante e irritante per i polmoni. La scorta fu neutralizzata con candeggina e scaricata nel Golfo del Messico negli anni Cinquanta. Durante la guerra del Vietnam, gli Stati Uniti utilizzarono l'Agente Blu, una miscela di cacodilato di sodio e della sua forma acida, come uno degli erbicidi arcobaleno per privare i soldati nordvietnamiti della copertura del fogliame e del riso.
