Arsênico: história, estrutura, propriedades, usos - Ciência - 2023

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o arsênico É um semimetal ou metalóide que pertence ao grupo 15 ou VA da tabela periódica. É representado pelo símbolo químico As, e seu número atômico é 33. Pode ser encontrado em três formas alotrópicas: amarelo, preto e cinza; sendo esta última a única com importância industrial.

O arsênico cinza é um sólido frágil de aparência metálica com uma cor cristalina de aço (imagem inferior). Perde o brilho quando exposta ao ar, formando óxido de arsenoso (As₂OU₃), que quando aquecido exala cheiro de alho. Por outro lado, seus alótropos amarelo e preto são moleculares e amorfos, respectivamente.

O arsênico é encontrado na crosta terrestre associado a vários minerais. Apenas uma pequena proporção é encontrada no estado nativo, porém associada ao antimônio e à prata.

Entre os minerais mais comuns em que o arsênio é encontrado estão os seguintes: realgar (como₄S₄), o orpimento (como₂S₃), loellingite (FeAs₂) e enargite (Cu₃Bunda₄) O arsênio também é obtido como subproduto da fusão de metais como chumbo, cobre, cobalto e ouro.

Os compostos de arsênio são tóxicos, especialmente arsina (AsH₃) No entanto, o arsênio tem inúmeras aplicações industriais, incluindo a liga com chumbo, usado na fabricação de baterias de automóveis, e a liga com o gálio, com vários usos na eletrônica.

História de sua descoberta

O nome 'arsênio' vem do latim arsenicum e do grego arsenikon, referindo-se ao orpimento amarelo, que era a principal forma de uso do arsênico pelos alquimistas.

O arsênico, muito antes de ser reconhecido como elemento químico, era conhecido e utilizado na forma de seus compostos. Por exemplo, Aristóteles no século 4 aC. escreveu sobre sandarache, uma substância que agora se pensa ser o sulfeto de arsênio.

Plínio, o Velho e Pedanius Discórides, no século I dC, descreveram o orpimento, um mineral constituído por As₂S₃. No século 11, três espécies de arsênio foram reconhecidas: branco (como₄OU₄), amarelo (como₂S₃) e vermelho (como₄S₄).

O arsênio como elemento puro foi observado pela primeira vez por Albertus Magnus (1250). Magnus aqueceu o sulfeto de arsênio com sabão, notando a aparência de uma substância com uma característica semelhante ao alótropo acinzentado da imagem. No entanto, o primeiro relatório autêntico de seu isolamento foi publicado em 1649 por Johann Schroeder, um farmacêutico alemão.

Schroeder preparou o arsênico aquecendo seu óxido com carvão. Posteriormente, Nicolas Lémery conseguiu produzi-lo aquecendo uma mistura de óxido de arsênio, sabão e potássio. No século 18, este elemento foi finalmente reconhecido como um semimetal.

Estrutura do arsênico

O arsênico é isomórfico ao antimônio; isto é, eles são estruturalmente idênticos, diferindo apenas no tamanho de seus átomos. Cada átomo de arsênio forma três ligações covalentes As-As, de modo que originam unidades hexagonais As.₆ "Enrugado ou inclinado", pois a hibridização dos átomos de As é sp³.

Então as unidades como₆ eles se conectam dando origem a camadas puras de arsênico, que interagem fracamente umas com as outras. Como resultado de suas forças intermoleculares, dependentes principalmente de suas massas atômicas, os cristais de arsênio cinza romboédrico dão ao sólido uma textura frágil e quebradiça.

Possivelmente devido às repulsões do par de elétrons livres do arsênico, o As₆ formada entre camadas paralelas não define um octaedro perfeito, mas distorcido:

Observe que as esferas pretas desenham o plano distorcido no espaço entre duas camadas íngremes. Da mesma forma, na camada abaixo existem esferas azuladas que, juntamente com a esfera preta, constituem a unidade As₆ mencionado no início da seção.

A estrutura parece ordenada, as linhas sobem e descem e, portanto, é cristalina. No entanto, pode se tornar amorfo, com esferas comprimidas de maneiras diferentes. Quando o arsênico acinzentado se torna amorfo, ele se torna um semicondutor.

Arsênico amarelo

O arsênio amarelo, o alótropo mais tóxico desse elemento, é um sólido puramente molecular. Consiste em moléculas de As₄ unidades por forças de dispersão fracas, que não as impedem de volatilizar.

Arsênico preto

O arsênico preto é amorfo; mas não como o alótropo acinzentado pode ser. Sua estrutura é ligeiramente semelhante à que acabamos de descrever, com a diferença de que é₆ eles têm áreas maiores e diferentes padrões de desordem.

Configuração eletronica

[Ar] 3d¹⁰4s²4p³

Ele tem todos os orbitais do nível 3 preenchidos. Ele forma ligações usando os orbitais 4s e 4p (assim como o 4d) por meio de diferentes hibridizações químicas.

Propriedades

Peso molecular

74,922 g / mol

Descrição física

O arsênio cinza é um sólido acinzentado com aparência metálica e consistência quebradiça.

Cor

Três formas alotrópicas, amarelo (alfa), preto (beta) e cinza (gama).

Odor

Banheiro

Sabor

Insípido

Ponto de fusão

1.090 K a 35,8 atm (ponto triplo de arsênio).

À pressão normal não tem ponto de fusão, pois sublima a 887 K.

Densidade

-Arsênio cinza: 5,73 g / cm³.

-Arsênio amarelo: 1,97 g / cm³.

Solubilidade em água

Insolúvel

Rádio atômico

139 pm

Volume atômico

13,1 cm³/ mol

Raio covalente

120 pm

Calor específico

0,328 J / gmol a 20 ° C

Calor de evaporação

32,4 kJ / mol

Eletro-negatividade

2,18 na escala de Pauling

Energia de ionização

Primeira energia de ionização 946,2 kJ / mol

Estados de oxidação

-3, +3, +5

Estabilidade

O arsênio elementar é estável no ar seco, mas quando exposto ao ar úmido torna-se coberto por uma camada bronze-amarelo que pode se tornar uma camada preta de óxido de arsênio (As₂OU₃).

Decomposição

Quando o arsênio é aquecido até a decomposição, ele emite fumaça branca de As₂OU₃. O procedimento é perigoso porque a arsina, um gás muito venenoso, também pode ser liberada.

Autoignição

180 ºC

Dureza

3,5 na escala de dureza de Mohs.

Reatividade

Não é atacado por ácido sulfúrico frio ou ácido clorídrico concentrado. Reage com ácido nítrico quente ou ácido sulfúrico, formando ácido arsênico e ácido arsênico.

Quando o arsênio cinza é volatilizado pelo aquecimento e os vapores são resfriados rapidamente, um arsênico amarelo é formado. Este retorna à forma acinzentada, quando submetido à luz ultravioleta.

Formulários

Ligas

Uma pequena quantidade de arsênio adicionado ao chumbo endurece suas ligas o suficiente para usá-las no revestimento de cabos e na fabricação de baterias de automóveis.

A adição de arsênio ao latão, uma liga de cobre e zinco, aumenta sua resistência à corrosão. Por outro lado, corrige ou reduz a perda de zinco no latão, o que provoca um aumento na sua vida útil.

eletrônicos

O arsênio purificado é usado na tecnologia de semicondutores, onde é usado em conjunto com gálio e germânio, bem como na forma de arseneto de gálio (GaAs), que é o segundo semicondutor mais usado.

Os GaAs têm um gap direto, que pode ser usado na fabricação de diodos, laser e LED. Além do arsenieto de gálio, existem outros arsenietos, como o arsenieto de índio e o arsenieto de alumínio, que também são semicondutores III-V.

Enquanto isso, o arseneto de cádmio é um semicondutor do tipo II-IV. Arsine tem sido usado em dopagem de semicondutores.

Agricultura e conservação de madeira

A maioria das aplicações foi descartada devido à sua alta toxidade e de seus compostos. O ás₂OU₃ tem sido usado como pesticida, enquanto o As₂OU₅ É um ingrediente de herbicidas e inseticidas.

Ácido arsênico (H₃AsO₄) e sais como arseniato de cálcio e arseniato de chumbo têm sido usados para esterilizar solos e controlar pragas. Isso cria um risco de contaminação ambiental com arsênio.

O arseniato de chumbo foi usado como inseticida em árvores frutíferas até a primeira metade do século XX. Mas, devido à sua toxidade, foi substituído pelo metilarsenato de sódio, que deixou de ser usado pelo mesmo motivo desde 2013.

Medicinal

Até o século 20, vários de seus compostos eram usados como remédios. A arsfenamina e o neolsalvarsan, por exemplo, têm sido usados no tratamento da sífilis e da tripanossomíase.

Em 2000, o uso de As₂OU₃, um composto altamente tóxico, no tratamento da leucemia promielocítica aguda resistente ao ácido trans retinóico. Recentemente, o isótopo radioativo foi usado ⁷⁴Quanto à localização de tumores.

O isótopo produz boas imagens, mais claras do que as obtidas com o ¹²⁴I, porque o iodo é transportado para a tireóide e produz ruído no sinal.

Outros usos

O arsênio foi usado no passado como aditivo para rações na produção de aves e suínos.

É usado como catalisador na fabricação de óxido de etileno. Também é usado em fogos de artifício e curtumes. O óxido de arsenoso é usado como descolorante na fabricação de vidro.

Onde está?

O arsênico pode ser encontrado em pequenas quantidades no estado elementar, com alto grau de pureza. Está presente em vários compostos, tais como: sulfetos, arsenetos e sulfoarseniides.

Também é encontrada em vários minerais, incluindo: arsenopirita (FeSAs), loelelita (FeAs₂), enargite (Cu₃Bunda₄), o orpimento (como₂S₃) e realgar (As₄S₄).

Como é obtido?

A arsenopirita é aquecida a 650-700ºC, na ausência de ar. O arsênico evapora, deixando o sulfeto de ferro (FeS) como resíduo. Durante este processo, o arsênico se junta ao oxigênio para formar As₄OU₆, conhecido como "arsênico branco".

O ás₄OU₆é modificado para formar o As₂OU₃, cujos vapores são coletados e condensados em um conjunto de câmaras de tijolos, sendo o arsênico purificado por sublimação.

A maior parte do arsênio é produzida pela redução por carbono da poeira formada a partir do As₂OU₃.

Referências

Stephen R. Marsden. (23 de abril de 2019). Química do arsênio. Chemistry LibreTexts. Recuperado de: chem.libretexts.org
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Os editores da Encyclopaedia Britannica. (3 de maio de 2019). Arsênico. Encyclopædia Britannica. Recuperado de: britannica.com