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El arsénico es un elemento químico con el símbolo As en la tabla periódica. De número atómico 33, comparte ciertas propiedades con los metales, como su conductividad eléctrica y su maleabilidad. Con los metales, también posee características similares como su fragilidad y su tendencia a formar enlaces covalentes. Debido a esta combinación de propiedades, el arsénico generalmente se clasifica como un metaloide.
El arsénico está naturalmente presente en el medio ambiente, especialmente en los minerales de cobre y plomo. Los suelos y las rocas también lo contienen. Además, este elemento químico se utiliza en el ámbito industrial para la producción de pesticidas, maderas tratadas, vidrios y semiconductores. Es conocido por ser muy tóxico para los seres humanos y los animales, incluso en bajas concentraciones. Debido a esta característica, la directiva 2004/107/CE del Parlamento Europeo y del Consejo del 15 de diciembre de 2004 lo considera un contaminante. En realidad, una importante exposición a este elemento químico puede causar diversos problemas de salud como cánceres de piel, vejiga y pulmones. Este metaloide tóxico también provoca problemas cardiovasculares, lesiones nerviosas y anomalías congénitas. Por lo tanto, se necesitan normas de seguridad y regulaciones estrictas para limitar la exposición humana a este elemento químico. Por cierto, el arsénico pertenece al grupo de elementos químicos de los pnictógenos. Esta categoría también incluye el nitrógeno (N), el fósforo (P), el antimonio (Sb), el bismuto (Bi) y el moscovio (Mc). Estos elementos tienen una tendencia creciente a formar sulfuros estables, en lugar de óxidos. De hecho, los iones a base de arsénico, antimonio y bismuto son precipitados por el sulfuro de hidrógeno en solución. En este grupo, el As se ubica en la columna 5. Se conoce desde la Antigüedad por sus propiedades venenosas. También se considera un disruptor endocrino, ya que puede dañar el correcto funcionamiento del sistema endocrino. Este último regula las hormonas y las funciones corporales esenciales para el ser humano, como el crecimiento, el desarrollo y la reproducción.
El arsénico es un elemento químico que posee una gran variedad de isótopos nucleares. De hecho, hay 33 isótopos conocidos de arsénico, cuyos números másicos varían de 60 a 92. Además, este metaloide tóxico tiene al menos 10 isómeros nucleares.
Cabe señalar que solo uno de estos isótopos es estable, a saber, el isótopo 75As. Esto significa que el arsénico es monoisotópico y puede considerarse un elemento mononucleídico.
El 75As es el único isótopo presente en la naturaleza, siendo todos los demás artificiales. La mayoría de las propiedades químicas y físicas del arsénico están principalmente dictadas por este isótopo estable.
El As tiene una masa atómica de 74,921 60(2) u que corresponde al promedio de las masas de los diferentes isótopos ponderados por su abundancia natural.
El arsénico tiene varios radioisótopos, cuyas propiedades y estabilidad varían enormemente. Sus radioisótopos más estables son: 73As con una vida media de 80 días, 74As (17,7 días) y 76As (un día). La mayoría de sus otros isótopos tienen una vida media muy corta, inferior a una hora para algunos e inferior a un minuto para otros.
El arsénico es un cuerpo simple polimórfico. Existe en estado nativo en dos formas alotrópicas: el arsénico nativo y la arsenolamprita. Estos también se consideran especies minerales definidas de la categoría elemento nativo.
El arsénico nativo se presenta en forma de masa o cristal acicular de color gris metálico. La arsenolamprita, por su parte, se presenta en forma de cristal romboédrico marrón rojizo.
Se han descubierto grandes masas de arsénico nativo en las antiguas minas de Sainte-Marie-aux-Mines. Se han acumulado lentamente con el tiempo por efecto de las aguas ácidas de infiltración minera. El arsénico también está presente en ciertos minerales como el oropimente y el rejalgar, que son sulfuros.
Este metaloide es tóxico y peligroso para la salud humana y el medio ambiente si se usa o gestiona incorrectamente. Es esencial tomar precauciones durante su manipulación y almacenamiento. Además, este elemento se utiliza en muchos campos como la industria, la agricultura y la medicina por sus propiedades químicas únicas.
Los radioisótopos del arsénico se utilizan a menudo en la investigación médica por su capacidad para emitir radiaciones ionizantes. Estos generalmente sirven para rastrear moléculas específicas en el cuerpo humano o para destruir células cancerosas. Sin embargo, su corta vida media limita su uso práctico fuera del laboratorio.
En la naturaleza, es común encontrar compuestos de arsénico, especialmente arseniuros y sulfo-arseniuros de hierro, níquel y cobalto. Estos compuestos demuestran la facilidad con la que el arsénico se combina con el azufre y varios metales para formar minerales. Por cierto, este metaloide a menudo está asociado con otros elementos como el antimonio, como lo demuestra la presencia de stibarsen. Sin embargo, hay que señalar que a menudo está asociado con metales preciosos como el oro y la plata. Esta combinación es significativa, ya que puede usarse para identificar posibles depósitos de metales preciosos.
El As es un elemento indeseable que puede estar ocasionalmente presente en los depósitos auríferos. Los metalúrgicos lo detestan, ya que puede perturbar el proceso de extracción del oro. En consecuencia, muchas compañías mineras evitan los depósitos que contienen arsénico. Las empresas valientes y perseverantes están dispuestas a afrontar el desafío. Para extraer oro de yacimientos que contienen arsénico, es esencial contar con una mano de obra altamente competente y experimentada. Además, la experiencia en la extracción de teluros es un activo valioso para una empresa minera.
La explotación de este tipo de yacimiento requiere una estrecha colaboración entre geólogos de alto nivel y expertos en extracción. Combinando sus conocimientos, estos profesionales desarrollan estrategias eficaces para minimizar los efectos negativos del arsénico. Al tener éxito en el proceso de extracción, las empresas mineras obtienen cantidades significativas de oro precioso.
El arsénico también está presente en las aguas minerales en forma de iones o compuestos solubles. Aunque su presencia suele ser en forma de trazas, a veces puede estar presente en cantidad significativa. En el pasado, se reconocieron propiedades arsenicales en el Agua de Mont-Dore.
La tasa de presencia del arsénico en la corteza terrestre es relativamente alta, con una concentración media de 5 g/t (Clarke). Por lo tanto, el arsénico no se considera un elemento raro. Se puede encontrar en muchos minerales diferentes, especialmente en arseniuros, arseniatos y algunos sulfosales. Estos últimos incluyen alloclasite, cobaltita, enargita y lautite. Luzonita, pearceíta y proustita también forman parte de estos. El arsénico a menudo está asociado con otros metales como cobalto, níquel y plata. En resumen, constituye un elemento importante para la industria minera.
El principal mineral utilizado para extraer arsénico es el mispickel. Se trata de una arsenopirita de hierro donde el azufre y el arsénico pueden sustituirse. Aunque la extracción a partir del mispickel se remonta a la Antigüedad, requiere técnicas sofisticadas. El proceso implica calentar el mineral en una retorta cilíndrica en presencia de fundición. El arsénico en forma de cuerpo simple volátil se eleva en el cilindro superior, facilitando así su recuperación.
Técnicamente compleja, este método requiere una experiencia considerable, a pesar de que ha sido comúnmente utilizado. El mispickel es uno de los minerales más abundantes que contienen arsénico. Se han desarrollado otros métodos más sofisticados a lo largo del tiempo, especialmente la oxidación y la lixiviación. Estos procedimientos modernos son más eficientes y seguros que las técnicas antiguas. Todavía requieren una experiencia considerable para implementarse con éxito.
Para purificar el arsénico extraído del mispickel, los expertos proceden a la destilación sobre carbón activado. Esta técnica implica la vaporización del arsénico bruto. El carbón activado actúa como un agente de purificación que permite eliminar las impurezas restantes.
Cabe precisar que otros minerales también contienen arsénico. Este es el caso del rejalgar (AsS), también conocido como “arsénico rojo” y del oropimente (As2S3) o “arsénico amarillo”. Estos se han utilizado principalmente para producir As. Todavía sirven para aplicaciones específicas como pigmentos en pinturas y tintes.
El arsénico es un oligoelemento a dosis muy bajas que puede convertirse en un poderoso veneno tóxico a dosis más altas. Su ciclo en la naturaleza aún está mal comprendido. Según las estimaciones realizadas en la materia, las bacterias terrestres producen alrededor de 26.000 t de arsénico metilado volátil cada año. Estos terminan llegando al océano. Además, alrededor de 17.000 t de arsénico son emitidas cada año por los volcanes. La erosión eólica de los suelos emite, entre otras cosas, alrededor de 2.000 t. Una parte de este elemento químico queda atrapada en los sedimentos marinos, donde puede permanecer biodisponible durante cierto tiempo. Estos flujos naturales deben compararse con la producción de arsénico por las actividades humanas. Se estimó en aproximadamente 30.000 t/año en los años noventa.
Todos los organismos marinos contienen una pequeña cantidad de arsénico. Sin embargo, los moluscos bivalvos (mejillones, ostras, vieiras) que viven en mar abierto a menudo están más contaminados. Generalmente contienen de 10 a 30 µg/l más que los que viven en estuarios. Las razones de esta situación aún no se comprenden bien. Se han observado, por ejemplo, picos de contaminación marina alrededor de los sitios de municiones sumergidas en el Mar Báltico. En áreas muy contaminadas, se constata un alto nivel de arsénico con 2.739 µg/l en el poliqueto Tharyx marioni.
En los peces, las concentraciones de arsénico varían de 5 a 100 µg/l. Las especies que consumen plancton tienen concentraciones más bajas (5 a 20 µg/l). Por otro lado, los peces en la cima de la red trófica tienen una tasa de concentración más alta. A modo de ilustración, el congrio y la pintarroja contienen respectivamente 130 y 230 µg/L de arsénico. En Francia, en los años noventa, su contenido en peces planos (platija, lenguado, platija europea) varía de 10 a 60 µg/l.
Una síntesis de los resultados experimentales relativos al diagrama de fase del arsénico se publicó en 1989. Muestra los diferentes estados de la materia que puede tomar este elemento en función de la presión y la temperatura. Permite comprender mejor sus propiedades físicas y químicas en función de las condiciones en las que se encuentra.
El arsénico es un elemento químico que existe en tres formas alotrópicas sólidas diferentes:
El arsénico amarillo, de fórmula As4, es un compuesto no metálico con una estructura tetraédrica. Se obtiene por condensación rápida de vapor de arsénico. El arsénico amarillo es el análogo de P4 y sobre todo de Sb4.
El arsénico negro es una forma más estable del arsénico sólido. A veces se califica como semi-metálico y es el análogo del antimonio negro y del fósforo negro. Es moderadamente conductor de calor y electricidad. También es un sólido frágil de densidad cercana a 5,7 (5,725 puro). Su color varía de gris hierro a gris metal con un brillo metálico.
El arsénico gris es la forma más estable del arsénico sólido a temperatura ambiente. También se le llama “arsénico metálico”. Tiene propiedades metálicas más pronunciadas que las otras formas de arsénico sólido. El arsénico gris es un sólido gris plateado de alta densidad (5,73 g/cm3). Se funde a 817 °C y hierve a 613 °C. Se utiliza en la industria electrónica para la fabricación de semiconductores.
Cuando el arsénico se calienta a una temperatura de aproximadamente 300 °C, comienza a sublimarse, sin fundirse. La sublimación ocurre rápida y completamente a una temperatura de 613 °C. Los vapores de arsénico se condensan en las paredes o superficies más frías. Forman gradualmente cristales romboédricos. El químico alemán Mitscherlich midió una densidad de vapor de arsénico cercana a 10,37 bajo presión. El experimento se realizó tanto a temperaturas de 564 °C como de 860 °C.
El punto de fusión del arsénico puede alcanzarse a presiones más altas, de aproximadamente 36 atmósferas. También debe estar expuesto a una temperatura de 817 °C. Es posible fundir este elemento químico calentándolo en un tubo sellado con soplete. La parte inferior del vidrio tiene forma de cañón de pistola, lo que impide su deformación bajo la presión de vapor creciente.
El arsénico tiene un punto triple situado a una temperatura de 817 °C. También está expuesto a una presión de 36,3 ± 0,5 bar (35,8 ± 0,5 atm).
En equilibrio, el arsénico sólido está en forma romboédrica As-α (símbolo de Pearson hR2; grupo espacial R3m). A una temperatura de 14 °C, su densidad es de 5,73 g/cm3. Corresponde a un volumen molar de 13,08 cm3/mol. El parámetro cristalino **a** no depende significativamente de la temperatura hasta la temperatura de fusión. Por otro lado, c sigue la ley c (nm) = 1,0534 × [1 + 4,747 × 10−5 t (°C)]. El volumen molar viene dado por V (cm3/mol) = 13,071 [1 + 4,747 × 10−5 t (°C)]. A presiones elevadas (alrededor de 120-150 bar a temperatura ambiente), el sólido de arsénico se vuelve tetragonal. (a = 0,869 1 nm y c = 0,636 3 nm, c/a = 0,732 ± 0,001). A una presión de 140 kbar, el arsénico tetragonal se vuelve superconductor por debajo de 0,5 K.
En cuanto al equilibrio sólido-gas, el sólido de arsénico calentado se transforma directamente en gas (sublimación). Esta reacción ocurre por debajo de la presión del punto triple. A presión ambiente, el punto de sublimación está a una temperatura de 614 ± 1 °C. El arsénico gaseoso está principalmente compuesto por tetrámeros As4. También contiene As, As2 y As3 (menos del 0,19% en equilibrio con el sólido a 614 °C).
Con respecto al equilibrio sólido-líquido, el sólido de arsénico calentado se transforma primero en líquido. Esta reacción ocurre por encima de la presión del punto triple. La pendiente de la curva de equilibrio es de dT/dP = 0,003 6 K/bar. La entalpía de fusión es de 23,848 kJ/mol. Cuando la temperatura de fusión es de 890 °C, la densidad del líquido en equilibrio con el sólido varía. Depende de la temperatura según la ley ρ (g/cm3) = 5,80 − 0,000535 T (K).
El arsénico es un elemento insoluble en agua. Se empaña en contacto con el aire y se cubre de polvos negros. Sin embargo, es posible limpiar los polvos y la superficie alterada con agua de cloro.
Cuando el As se calienta en oxígeno enrarecido bajo campana (dioxígeno a baja presión parcial), se vuelve fosforescente. Si la temperatura aumenta o si la presión parcial de oxígeno aumenta, el arsénico arde y produce una llama verdosa.
Cuando se proyecta sobre carbones ardientes, se volatiliza con un fuerte olor a ajo. El vapor de arsénico es muy sensible a la oxidación química. Anhídrido arsenioso As2O3, o incluso ácido arsenioso en medio húmedo, aparece en forma de depósito.
Cuando el As se trata con ácido nítrico, produce ácido arsénico que está presente únicamente en medio acuoso. Esta reacción oxidante es lenta y a veces se describe como una disolución.
Su reacción con el ácido nítrico es similar a la del cuerpo simple P. Sin embargo, es más fácil oxidarlo llevando el elemento a su estado de oxidación con una solución básica, en lugar de una solución ácida.
Proyectado en forma de polvo en un frasco lleno de gas dicloro, el arsénico arde produciendo una llama blanca. Deja un depósito de AsCl3. Esta reacción también puede ocurrir fácilmente con los otros halógenos. Por lo tanto, el bromuro AsBr3, los yoduros AsI3 y AsI5, así como los fluoruros AsF3 y AsF5, pueden producirse directamente.
También llamado anhídrido arsenioso o arsénico blanco, el óxido de arsénico es un compuesto anfótero. Esto significa que puede reaccionar tanto con ácidos como con bases. Esta propiedad es compartida por el óxido de antimonio, lo que sugiere que el arsénico es un semimetal.
Hay que distinguir tres formas alotrópicas del anhídrido arsenioso: amorfa, vítrea o cristalina (cúbica o monoclínica). Sin embargo, este compuesto es extremadamente tóxico y se considera un veneno violento. A pesar de esto, actualmente se estudia y utiliza como tratamiento contra ciertas formas de leucemia. Sus efectos secundarios pueden incluir trastornos hidroelectrolíticos, arritmias cardíacas e incluso paro cardíaco, que puede provocar la muerte.
El anhídrido arsenioso también se utiliza en la fabricación de vidrio y cristal. Sin embargo, es cada vez más reemplazado por el trióxido de antimonio debido a su toxicidad. El trióxido de antimonio también es tóxico. Sin embargo, no está sujeto a la directiva Seveso que regula las sustancias peligrosas en la Unión Europea.
El As puede formar un ácido llamado ácido arsénico o arseniato, representado por la fórmula As2O5. Este ácido es un oxiácido, lo que significa que está compuesto de oxígeno y arsénico. Puede liberar protones H+ en solución acuosa para formar iones arseniato.
El ácido arsénico se utiliza a menudo como reactivo en química analítica así como para la producción de diferentes compuestos. También está implicado en varios procesos biológicos. Esto concierne a la regulación del metabolismo de la glucosa y el crecimiento celular.
Sin embargo, el ácido arsénico también es tóxico. Puede causar graves problemas de salud cuando se ingiere en cantidad importante. Está clasificado como carcinógeno por la Organización Mundial de la Salud (OMS). También puede causar enfermedades cardiovasculares y respiratorias así como trastornos del desarrollo en los niños.
La mayoría de los compuestos arsenicales derivan del ácido arsénico (H3AsO4) y sus tres iones asociados. Se trata del ión dihidrogenoarseniato (H2AsO4−), del ión hidrogenoarseniato (HAsO42−) y del ión arseniato (AsO43–). Estos iones tienen una baja acidez y están implicados en la formación de numerosos compuestos arsenicales, sean orgánicos o no orgánicos.
Los compuestos arsenicales se utilizan principalmente como biocidas. Se presentan en forma de fungicida, herbicida, insecticida, veneno para roedores… Algunos de ellos se han utilizado como gases de combate en las armas químicas desarrolladas durante la Primera Guerra Mundial. Muchos están ahora prohibidos.
De manera similar a los óxidos, el arsénico puede formar combinaciones con el azufre. Las tres combinaciones más comunes son As4S4, As2S3 y As2S5.
El gas arsina (AsH3) comparte características similares a las de la fosfina. Se trata de un trihidruro de arsénico, también llamado arseniuro de hidrógeno. Este se vaporiza en un gas incoloro que tiene un olor aliáceo nauseabundo. Muy tóxico, este gas ha sido utilizado como gas de combate, especialmente durante la Primera Guerra Mundial. En solución alcalina, la arsina desaparece. En medio básico, la arsina puede considerarse un buen reductor, ya que precipita el arsénico.
El test de Marsh es un método comúnmente utilizado para detectar la presencia de compuestos de arsénico o de antimonio. Consiste en verter arsénico en una mezcla de ácido fuerte y polvo o finas virutas de zinc. La reacción genera un flujo de gas arsina o de hidrógeno arseniado. Este gas se deposita en forma de espejo de arsénico sobre una superficie precalentada de vidrio o de porcelana. Sin embargo, a diferencia del espejo de antimonio, el espejo de arsénico se disuelve fácilmente con una solución de hipoclorito de sodio.
En general, las otras sales y compuestos inorgánicos están principalmente constituidos por sales trivalentes (As (III), As+3). Se trata de diversas formas de arsenitos derivadas del trióxido de arsénico en solución acuosa. También están constituidos por sales pentavalentes (As (V), As+5), también conocidas como arseniatos. Derivan del pentóxido de arsénico en solución acuosa. Estas sales pueden ser producidas a partir de diferentes fuentes tales como el trióxido de arsénico y el acetoarsenito de cobre (también llamado Verde de París). También pueden obtenerse con arseniato de plomo o arseniato de calcio.
Diversos compuestos orgánicos e inorgánicos del arsénico están presentes en la naturaleza. Entre ellos, podemos citar la arsenobetaína y la arsenocolina. Se encuentran en diversas plantas y en varios organismos marinos.
Existen diferentes metabolitos del arsénico, a saber:
Entre las sales inorgánicas, está la sal monosódica del ácido metanoarsénico y la sal disódica del ácido metanoarsénico. Son ampliamente utilizadas en los herbicidas en los campos de golf norteamericanos o para defoliar el algodón.
Los compuestos orgánicos del arsénico son generalmente menos tóxicos para los animales de sangre caliente a dosis corrientes en la naturaleza. Sin embargo, contienen arsénico no degradable. Este puede acumularse en el medio ambiente. En medicina, han reemplazado a las sales de arsénico que se consideraban demasiado peligrosas para los seres humanos y los animales domésticos. Por cierto, están prohibidos en varios países. Algunos productos a base de arsénico han sido autorizados por la EPA en Estados Unidos después de la prohibición de otros compuestos arsenicales no orgánicos. Esto concierne a los productos arsenicados de tratamiento de la madera. El arseniato de plomo se utiliza como regulador de crecimiento para la uva. El arseniato de calcio se utiliza para los céspedes de golf.
En Francia, el arsenito de sodio se ha utilizado como pesticida en la vid para combatir diversas enfermedades y plagas, entre ellas:
Esta práctica fue prohibida el 8 de noviembre de 2001 por el Ministerio de Agricultura, bajo la égida de Jean Glavany. La Comisión Europea refuerza la prohibición en 2004. A pesar de ello, los viticultores son apoyados por la FNSEA. Han reclamado la reautorización del arsenito de sodio para combatir la yesca. Esta enfermedad de la madera de la vid sería debida a un complejo de al menos cinco organismos.
Los compuestos arsenicales inorgánicos prohibidos en Estados Unidos o en Europa todavía pueden ser utilizados como pesticidas en algunos países. Además, estos compuestos tienen muchos otros usos en todo el mundo. Es necesario vigilar su uso y su impacto en el medio ambiente y la salud humana.
Durante la Segunda Guerra Mundial, la normativa comenzó a interesarse por la presencia de arsénico en los talpicidas y raticidas. Con el tiempo, el arsénico ha sido poco a poco reemplazado por otras sustancias como los anticoagulantes, la estricnina, las anti-vitaminas K y las sales de talio. Estas sustancias se mezclan con diversos ingredientes.
En 1973, se promulgó un decreto en Francia para prohibir todos los herbicidas arsenicales. Estos productos siguen siendo muy utilizados en Estados Unidos a pesar de su prohibición en otros países. Los herbicidas arsenicales sirven para controlar las malas hierbas en los cultivos. Su uso puede tener consecuencias nefastas sobre el medio ambiente y la salud humana.
La palabra arsénico tiene su origen en el siríaco “zarniqa” que viene a su vez del persa “zarnikh” que significa “amarillo” o “oropimente”. El sulfuro natural de arsénico se utiliza para pintar la piel de los seres humanos en los frescos de la Grecia antigua. Este término fue adoptado luego en la lengua griega bajo la forma ἀρσενικόν / arsenikón. En etimología popular, esto corresponde a la forma neutra del griego ἀρσενικός / arsenikós. Significa “que doma al macho” debido a la fuerte toxicidad del arsénico. El término griego fue adoptado en latín bajo la forma arsenicum. Esta palabra luego dio en francés la palabra arsenic (arsénico en español).
El nombre Arsène (Arsenio en español) también deriva de la misma raíz griega arsen, que significa “macho”.
El adjetivo arsenical (arsenicale en femenino y arsenicaux en plural en francés) califica un cuerpo o una materia que contiene arsénico. Los compuestos arsenicales pueden ser tóxicos para los seres humanos y los animales. Su uso debe ser regulado para prevenir los riesgos para la salud y el medio ambiente.
Durante la Edad de Bronce Antiguo, el bronce estaba a menudo compuesto por una aleación a base de cobre y arsénico. Los arqueólogos a veces llaman a este período la Edad del Bronce-Arsénico debido al uso del arsénico como endurecedor. Este elemento permitía aumentar el brillo del metal. En algunos casos, el arsénico era una impureza natural del mineral de cobre. En otros casos, se añadía intencionadamente como adyuvante.
Durante el período del Bronce Final, el uso de la aleación cobre-estaño reemplazó al bronce arseniado. Esta sustitución permitió fabricar metales más resistentes y dúctiles. También marcó el comienzo de la Edad del Bronce-Estaño.
El arsénico todavía se utiliza en diversas industrias, especialmente como aditivo en ciertas aleaciones metálicas y en la producción de ciertos productos químicos. Su uso y su impacto en el medio ambiente y la salud humana deben ser monitorizados. El objetivo es prevenir los riesgos potenciales.
Durante la Antigüedad, el arsénico era ampliamente utilizado en diversos campos. Servía para endurecer diversos metales en metalurgia. También se utilizaba en las artes como pigmento o en la fabricación de pintura. En medicina, el As se utilizaba bajo dos formas inorgánicas en estado natural. Se trata, entre otros, del trisulfuro de arsénico (el oropimente As2S3) y del tetrasulfuro de arsénico (rejalgar As4S4).
Hipócrates, célebre médico griego del siglo V a.C., utilizaba estos compuestos para curar las úlceras cutáneas. Desde entonces, la farmacopea griega y china utiliza el arsénico para tratar o frenar diversas enfermedades. Entraba en el tratamiento de la sífilis, el cáncer, la tuberculosis o la malaria.
Hoy en día, el uso del arsénico en medicina está limitado debido a su alta toxicidad. Sin embargo, todavía se utiliza en ciertos tratamientos de quimioterapia para el cáncer. En paralelo, los investigadores desarrollan alternativas menos tóxicas.
Hacia el siglo VIII, el alquimista árabe Jabir Ibn Hayyan preparó el trióxido de arsénico aislándolo de su compuesto mineral. Probablemente fue el primero en realizar esta operación. El trióxido de arsénico, también conocido como arsénico blanco, es un polvo blanco sin sabor ni olor. Hizo que el arsénico fuera indetectable hasta el siglo XX. En efecto, el arsénico blanco puede causar síntomas similares a los de una intoxicación alimentaria. Esta característica le valió el título de “veneno de los reyes y rey de los venenos”.
El arsénico blanco se ha utilizado con diferentes fines, especialmente como pesticida, herbicida, fungicida e insecticida. Su uso ha sido regulado debido a su alta toxicidad para los seres humanos y los animales. Se utiliza principalmente en la industria para crear productos químicos. Entra en la fabricación de pigmentos, colorantes, medicamentos y agentes de conservación de la madera. Aunque su uso está regulado, el arsénico blanco sigue siendo un producto potencialmente peligroso para la salud y el medio ambiente.
Alberto Magno fue el primero en haber aislado el elemento arsénico en 1250. Sin embargo, el uso del arsénico como veneno ya era conocido en esa época.
En el siglo XVII, el arsénico se convirtió en un veneno popular bajo el nombre de “polvo de sucesión”. Una red compuesta esencialmente por mujeres de la nobleza lo utilizaba para recibir más rápidamente su herencia, incluso si eso significaba cometer un asesinato. El uso de este elemento químico como veneno se volvió tan generalizado que finalmente fue regulado.
En 1760, el químico Louis Claude Cadet de Gassicourt preparó el líquido humeante de Cadet. Se trata del primer compuesto organometálico sintetizado por el ser humano. También conocido como óxido de cacodilo (As2(CH3)4O), era extremadamente tóxico. Se utilizó como reactivo químico y gas lacrimógeno durante la Primera Guerra Mundial. Aunque su uso está regulado, el arsénico sigue siendo un producto potencialmente peligroso para la salud y el medio ambiente.
En 1775, Carl Wilhelm Scheele inventó el verde de Scheele. Este pigmento verde a base de arseniato de cobre reemplazó al carbonato de cobre. Fue ampliamente utilizado en la pintura para colorear los papeles pintados y los juguetes para niños. Con el tiempo, resultó ser extremadamente tóxico. Fue reemplazado por el verde de Schweinfurt. Este pigmento es, sin embargo, igual de tóxico.
En 1786, Thomas Fowler descubre el licor de Fowler. Utilizado tanto como remedio y tónico, está fabricado a base de arsenito de potasio. Se empleó durante más de 150 años. Este licor resultó ser tóxico y potencialmente peligroso para la salud.
Los compuestos a base de arsénico también se utilizaron en los tintes. El óxido de arsénico juega el papel de mordiente, mientras que los pigmentos de rejalgar u oropimente se empleaban como colorantes. Sin embargo, su toxicidad llevó a su prohibición en ciertos campos. Esto concierne a los teatros donde el color verde era considerado como portador de mala suerte. También se están desarrollando alternativas menos tóxicas para reducir el impacto en la salud y el medio ambiente.
A partir de 1740, el arsénico se utiliza en la industria agrícola para tratar las semillas. Encontramos por ejemplo el verde de París que se empleaba como insecticida o raticida. Sin embargo, la alta toxicidad de este elemento químico finalmente llevó a su prohibición en estas aplicaciones en 1808.
A principios del siglo XX, Paul Ehrlich desarrolló el Salvarsán. Este compuesto arsenical es considerado como el primer agente antiinfeccioso y quimioterapéutico. Este medicamento se utilizó para tratar la sífilis. Esta enfermedad de transmisión sexual era anteriormente incurable. El Salvarsán fue reemplazado por antibióticos más eficaces a partir de los años cuarenta. Así marcó el comienzo del uso de compuestos arsenicales en medicina.
El trióxido de arsénico todavía existe en ciertos tratamientos de quimioterapia para el cáncer. Se están realizando investigaciones para encontrar alternativas menos tóxicas al uso del arsénico en medicina.
El arsénico se utilizó para aumentar la toxicidad de ciertas armas químicas, especialmente la iperita, desde la Primera Guerra Mundial. En forma de arsina, estuvo presente en ciertas municiones químicas de esta guerra y de los años siguientes. Las arsinas se emplearon como arma química, en obuses de “cruz azul”… Sin embargo, la destrucción de armas químicas después de las operaciones de desactivación de explosivos ha provocado contaminaciones duraderas. El arsénico es un producto potencialmente peligroso para la salud y el medio ambiente.
En Francia, durante la Primera Guerra Mundial (en 1916), el arsénico se utilizó en las armas químicas. Para evitar que estos productos fueran empleados como veneno contra los civiles, se promulgó un decreto para regular su uso. Estipulaba que los compuestos arsenicales insolubles destinados a la destrucción de los parásitos de la agricultura no podían venderse ni emplearse en estado natural. Debían mezclarse con una sustancia olorosa y coloreada en verde, según una fórmula específica. La mezcla debe ser homogénea y comprende productos arsenicales insolubles. También incluye piridina, fenol bruto o nitrobenceno así como verde sulfoconjugado.
El uso del arsénico como arma química ha sido prohibido desde entonces. Su regulación es estricta en la industria y la agricultura. Los efectos a largo plazo de la exposición a este elemento químico son bien conocidos. Pueden ser graves, especialmente en lo que respecta a la salud humana.
El gobierno implementó un dispositivo destinado a rastrear todas las ventas. Cada comercio de preparaciones arsenicales debe tener un registro numerado y firmado por el Alcalde o el Comisario de policía. Toda preparación arsenical debe ser registrada en dicho registro.
A pesar de estas regulaciones, todavía pueden ocurrir casos de exposición accidental al arsénico. Esto concierne sobre todo a las zonas industriales contaminadas. El riesgo también es elevado en las regiones donde el agua potable está contaminada por el arsénico naturalmente presente en el suelo. Por lo tanto, se están realizando investigaciones para encontrar métodos de descontaminación del medio ambiente. También conciernen a técnicas destinadas a reducir la exposición al arsénico en las zonas afectadas.
Los pigmentos que contienen arsénico se utilizan a menudo en las pinturas antiguas conservadas en los museos. Sin embargo, la exposición a la luz provoca la foto-oxidación de este elemento. Se transforma en anhídrido sulfuroso, haciendo así que la pintura se vuelva quebradiza. El As también se transforma en trióxido de arsénico, dando al lienzo un tinte blanquecino. Para evitar esto, es necesario colocar filtros en las ventanas de las salas de los museos actuales.
Además de su uso en las pinturas, el arsénico también se ha utilizado como pesticida en forma de arseniato de plomo. Sin embargo, este uso ha sido una fuente frecuente de envenenamiento de los usuarios o de los consumidores de productos tratados. En efecto, el plomo y el arsénico no son ni biodegradables ni degradables a escala humana de tiempo. Continúan contaminando el medio ambiente mucho tiempo después de su uso.
El arsenicado es una técnica que consiste en sumergir cueros y pieles en una solución de arseniato de sodio. Sirve para eliminar los parásitos tales como los derméstidos y los antrenomos. Sin embargo, estas pieles arsenicadas no son eficaces para impedir la proliferación de bacterias de putrefacción. Este procedimiento puede provocar un deterioro de la piel al tiempo que causa problemas de olor.
El arsénico también se utiliza en combinación con plomo y un poco de antimonio. Esta mezcla permite endurecer ligeramente la munición de plomo de los cartuchos de caza. Esta práctica todavía está autorizada y se utiliza en Francia, excepto en las zonas húmedas. Sin la adición de arsénico, las bolas de plomo se aplastan unas contra otras en el momento del disparo, luego se deforman. Así pierden parte de su energía cinética y de su calidad balística. Además, el arsénico también sirve como endurecedor del plomo de los cartuchos de municiones de guerra al tiempo que frena la formación de óxido de plomo.
Se están desarrollando técnicas innovadoras. Conciernen al uso de perdigones no tóxicos o de materiales alternativos para reemplazar el plomo. El objetivo es reducir el impacto ambiental del arsénico así como sus riesgos para la salud.
El arsénico puede añadirse a la mezcla plomo-antimonio de los electrodos para mejorar el funcionamiento de los acumuladores. Esta práctica es común, ya que este elemento químico puede aumentar la capacidad de las baterías y prolongar su vida útil.
El CCA es un producto de tratamiento de la madera que le da un color verdoso. Está compuesto de arsénico, cobre y cromo. Este tratamiento sigue autorizado en la mayoría de los países. Sin embargo, deben tomarse precauciones durante el uso de este producto.
Recientemente, el arsénico se ha utilizado en los “tambores” de las impresoras láser, fotocopiadoras y faxes. En forma pura o de seleniuro, su sensibilidad a la luz permite descargar la tensión electrostática que retiene el tóner. Este uso del arsénico se considera seguro, ya que está encapsulado en el tambor. No presenta riesgo de exposición para los usuarios.
Con el galio (GaAs) o el indio (InAs), el arsénico se utiliza en la fabricación de aleaciones que dan materiales semiconductores (llamados III-V en referencia a las columnas de la tabla de elementos). Estos materiales se utilizan en la producción de células fotovoltaicas, diodos electroluminiscentes (LED) y transistores de muy alta frecuencia. Aunque más caros y más complejos de implementar que el silicio, se utilizan esencialmente en opto-electrónica. El silicio es menos eficiente.
El uso del arsénico no se limita a la industria electrónica. Los insecticidas anti-hormigas a menudo contienen dimetilarsinato de sodio. El uso de este producto está prohibido en el territorio de la Unión Europea debido a su toxicidad.
La roxarsona es un antibiótico organo-arseniado, comercializado bajo el nombre “3-Nitro” en Estados Unidos. Desde los años setenta, se utiliza como aditivo en la alimentación animal. Trata las enfermedades causadas por las coccidias. También permite evitar los trastornos de crecimiento de cerdos y aves de corral. Aunque ha sido recientemente prohibido en Europa, todavía se utiliza en muchos países.
Un estudio reciente ha mostrado que este arsénico inorgánico estaba particularmente concentrado en los pollos industriales tratados con antibióticos. El laboratorio Pfizer anunció en 2011 la suspensión de la venta de este producto. Todavía está autorizado por la FDA en 2013, a pesar de las protestas de asociaciones ambientalistas o de consumidores. Los inventores de este producto afirmaron que sería excretado en la misma forma. Luego descubrieron que las aves pueden metabolizar el arsénico orgánico en una forma inorgánica mucho más tóxica. Una vez en el suelo, las bacterias pueden transformar la forma orgánica del arsénico en una forma inorgánica muy tóxica. Este se encuentra en las aguas de escorrentía y los sedimentos.
Los excrementos de aves de corral tratados con roxarsona se utilizaban como fertilizante en la península de Delmarva. Este procedimiento ha liberado suficiente arsénico para contaminar el suelo más allá de las normas federales de remediación. Un estudio de la FDA ha mostrado que los hígados de aves de corral que han consumido este medicamento contienen un alto nivel de arsénico.
Diferentes métodos se utilizan para analizar la presencia de arsénico en una muestra. Entre estos, podemos citar:
Estos métodos de análisis son importantes para evaluar la presencia y la cantidad de arsénico en diferentes tipos de muestras. Se trata del agua, los suelos, los alimentos y los productos manufacturados. La identificación de las diferentes formas de arsénico es particularmente importante. Algunas formas pueden ser más tóxicas que otras. Puede tener implicaciones importantes para la salud humana y el medio ambiente. Utilizando estos métodos de análisis, los investigadores comprenden mejor la presencia de arsénico en diferentes contextos. Luego pueden elaborar estrategias para minimizar su impacto negativo.
Para un análisis eficaz, es crucial utilizar un método que minimice las interferencias. Debe ser suficientemente sensible para detectar bajas concentraciones de este metal. Los límites de detección y de cuantificación del método deben ser inferiores a las normas nacionales vigentes. De este modo, los análisis garantizan una evaluación precisa de la presencia de arsénico.
El método debe ser validado en términos de dominio de linealidad, replicabilidad, repetibilidad y exactitud. Es esencial conocer la tasa de recuperación para ajustar los resultados y garantizar la precisión de las mediciones.
Como se trata de un análisis de trazas, hay que recoger las muestras en contenedores cuidadosamente preparados. Estos últimos deben haberse lavado con ácido nítrico o ácido clorhídrico, luego enjuagado con agua desmineralizada. Para garantizar la conservación de la muestra, deben ser acidificados y manipulados con cuidado. También hay que almacenarlos de manera que eviten cualquier contacto con el aire.
Estas precauciones son necesarias para evitar cualquier contaminación de la muestra y garantizar la precisión del análisis. En efecto, una contaminación puede falsear los resultados y conducir a conclusiones erróneas. Los investigadores pueden obtener resultados precisos sobre la presencia de arsénico en la muestra.
El análisis del arsénico generalmente se efectúa a concentraciones muy bajas. Es crucial respetar todas las medidas de precaución. Son esenciales para evitar cualquier contaminación de la muestra.
La EPA ha aprobado varios métodos de análisis in situ para la detección del arsénico. Los tres primeros se basan en la generación de arsina. Implican la comparación del cambio de color de la solución con las escalas de color proporcionadas con el kit. Estos métodos incluyen:
El cuarto kit utiliza un método voltamétrico. Es conocido bajo el nombre de Nano-Band Explorer Portable Water Analyzer. También existen analizadores portátiles tales como aparatos de fluorescencia X que permiten efectuar análisis in situ. Sin embargo, estas herramientas son a menudo más costosas que los kits de prueba a base de arsina.
Utilizando estos métodos aprobados, es posible detectar rápidamente la presencia de arsénico en el terreno. Esto puede ser particularmente útil en las zonas donde la presencia de este elemento es preocupante.
Para analizar la presencia de arsénico en los suelos y los sedimentos, las muestras son previamente secadas y tamizadas para eliminar las impurezas. Diferentes métodos pueden ser utilizados para solubilizar la muestra. Los expertos utilizan ataque ácido en placa o a reflujo. También pueden emplear ataque ácido en microondas cerrado para minimizar las pérdidas.
Una vez solubilizada la muestra, está en forma líquida y acidificada. Esta garantiza la estabilidad del arsénico y evita cualquier precipitación. En algunos casos, también es posible proceder a un análisis directo de la muestra, sin mineralización previa.
Los métodos comúnmente utilizados para el análisis del arsénico en el agua también son aplicables para el análisis de este elemento en otras materias. Primero hay que proceder a la puesta en solución de las muestras.
Sin embargo, la activación neutrónica instrumental (INAA) es considerada como una técnica de referencia para el análisis del arsénico. Requiere el acceso a un reactor nuclear, lo que puede ser costoso y difícil de obtener.
La fluorescencia X es otro método comúnmente utilizado para el análisis del arsénico en diferentes tipos de materias. Requiere una preparación minuciosa de las muestras y una calibración precisa para obtener resultados fiables. También es importante tener en cuenta los efectos de matriz que pueden afectar la precisión del análisis.
Se han realizado estudios en microcosmos, mesocosmos y laboratorio. Microbios presentes en el suelo, el agua, los sedimentos o el tubo digestivo son capaces de biometilar o desmetilar el arsénico. Transforman así las especies inorgánicas del arsénico en formas orgánicas, y viceversa.
El conocimiento de la especiación del arsénico es crucial para evaluar mejor el impacto y el riesgo ambiental. La naturaleza de la especie química afecta la biodisponibilidad, la toxicología, la movilidad y la bioturbación del arsénico.
Un análisis físico-químico completo de un entorno implica la identificación y cuantificación de numerosas especies de arsénico. Pueden efectivamente evolucionar rápidamente. Por lo tanto, la estabilidad de las muestras es esencial, desde la recolección hasta el análisis. La extracción del arsénico no debe cambiar sus formas químicas. Las técnicas de análisis deben ser sensibles, selectivas y rápidas para evitar la conversión de las especies presentes.
La estabilidad de las muestras de arsénico depende de varios factores. Esto concierne a la presencia de agentes quelantes como el EDTA (ácido etilendiaminotetraacético) y la temperatura de almacenamiento. En efecto, la adición de un agente quelante como el EDTA puede mejorar la estabilidad de las muestras. El almacenamiento a baja temperatura también puede contribuir a preservar la estabilidad de las muestras.
Sin embargo, la estabilidad de las muestras de arsénico puede variar en función de la naturaleza del análisis. Por ejemplo, el arsénico orgánico (como las formas metiladas) puede ser más estable que el arsénico inorgánico en ciertas condiciones.
La extracción del arsénico a partir de una muestra requiere el uso de un solvente que no interfiera con su detección. Esto permite evitar cualquier modificación de sus formas químicas.
La lixiviación de los suelos es un método común utilizado para evaluar la movilidad del arsénico en el suelo. La movilidad del arsénico depende de diversos factores, entre ellos la composición química del suelo, el pH y la presencia de microorganismos.
Para extraer rápidamente este metal, pueden utilizarse solventes fuertes. Sin embargo, esto puede provocar interferencias con la separación HPLC (cromatografía líquida de alta resolución) y alterar los resultados del análisis.
La técnica más comúnmente utilizada para el análisis del arsénico es la cromatografía líquida de alta resolución (HPLC). Diferentes métodos de HPLC pueden ser utilizados. La cromatografía de par iónico permite separar las especies neutras de las especies iónicas (cationes o aniones). La cromatografía de intercambio iónico permite separar diferentes formas de arsénico:
La cromatografía de exclusión por tamaño también puede ser utilizada como técnica preparativa para el análisis del arsénico.
Por el contrario, la electroforesis capilar es poco utilizada debido a las interferencias potenciales debidas a la matriz de la muestra. A veces se utiliza para el análisis de estándares o de muestras con matriz simple.
Las técnicas comúnmente utilizadas para el análisis del arsénico son la espectroscopía de absorción atómica y el ICP-AES. Estos métodos son eficaces para las muestras muy concentradas. Sin embargo, no son lo suficientemente sensibles para el análisis de trazas. Para mejorar la sensibilidad, puede utilizarse la generación de hidruro. Esta aumenta de diez a cien veces su sensibilidad, al tiempo que suprime el efecto de matriz de la muestra.
El ICP-MS es una técnica ultrasensible que permite analizar diferentes elementos al mismo tiempo. Esta técnica puede ser fácilmente acoplada al HPLC (cromatografía líquida de alta resolución). Permite medir las proporciones isotópicas, lo que hace que la determinación de las especies sea más precisa.
La espectrometría de masas con una fuente electrospray es otro método comúnmente utilizado para el análisis del arsénico. Esta técnica permite un análisis directo o acoplado al HPLC. Añade el parámetro de identificación de las especies arseniadas además de su cuantificación. Este método es particularmente útil para el análisis de moléculas orgánicas complejas.
La toxicidad del arsénico depende de su naturaleza química. En efecto, el arsénico inorgánico es mucho más tóxico que el arsénico orgánico. La toxicidad del arsénico depende también de su grado de oxidación que sigue la relación As(0) > As(III) > As(V).
El arsénico puede ser considerado como inorgánico cuando está en su forma pura o cuando está ligado al oxígeno, al cloro o al azufre. En esta forma, el arsénico es muy peligroso, incluso a dosis bajas, especialmente en caso de exposición repetida.
Cuando el arsénico está químicamente ligado al carbono o al hidrógeno, se considera como orgánico. En esta forma, el arsénico es tóxico a dosis altas. Sin embargo, es necesario en pequeña cantidad para garantizar el buen funcionamiento del organismo. El arsénico es considerado como un “ultra-oligoelemento” esencial para el ser humano, el pollo, la cabra, el cerdo y algunas otras especies. Las necesidades de arsénico para el ser humano han sido evaluadas entre 10 y 20 µg/día. Están ampliamente cubiertas por la alimentación.
El arsénico puede afectar al cuerpo humano de diferentes maneras:
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