ARSÊNICO: HISTÓRIA, ESTRUTURA, PROPRIEDADES, USOS - QUÍMICA - 2025

O arsênio é um semimetal ou semimetal pertencente 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 arsênio cinza é um sólido frágil de aparência metálica com uma cor cristalina de aço (imagem inferior). Perde o brilho quando exposto ao ar, formando óxido de arsenoso (As ₂ O ₃), que ao ser aquecido emite odor de alho. Por outro lado, seus alótropos amarelo e preto são moleculares e amorfos, respectivamente.

Arsênico metálico. Fonte: Imagens de alta resolução de elementos químicos

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 (As ₄ S ₄), orpimento (As ₂ S ₃), loelelita (FeAs ₂) e enargita (Cu ₃ AsS ₄). O arsênio também é obtido como subproduto da fundição de metais como chumbo, cobre, cobalto e ouro.

Os compostos de arsênio são tóxicos, especialmente a arsina (AsH ₃). No entanto, o arsênio tem inúmeras aplicações industriais, incluindo a liga com chumbo, usado na fabricação de baterias automotivas, e a liga com o gálio, com vários usos na eletrônica.

História de sua descoberta

O nome 'arsênico' 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 arsênio, 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 As ₂ S ₃. No século 11, três espécies de arsênio foram reconhecidas: branco (As ₄ O ₄), amarelo (As ₂ S ₃) e vermelho (As ₄ S ₄).

O arsênico 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. Mais tarde, 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 dão origem a As ₆ unidades hexagonais “enrugadas ou íngremes”, já que a hibridização dos átomos de As é sp ³.

Em seguida, as unidades As _{6 se} conectam, dando origem a camadas íngremes de arsênico, que interagem fracamente umas com as outras. Como resultado de suas forças intermoleculares, dependentes sobretudo de suas massas atômicas, os cristais de arsênio cinza romboédrico conferem ao sólido uma textura frágil e quebradiça.

Possivelmente devido às repulsões do par livre de elétrons do arsênico, as unidades As ₆ formadas entre camadas paralelas não definem um octaedro perfeito, mas distorcido:

Estrutura cristalina de arsênio cinza. Fonte: Gabriel Bolívar.

Observe que as esferas pretas desenham o plano distorcido no espaço entre duas camadas íngremes. Da mesma forma, na camada inferior existem esferas azuladas que, juntamente com a esfera preta, formam a unidade As ₆ mencionada no início do trecho.

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. É constituído por moléculas de As ₄ unidades devido a 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 seus planos de unidade As ₆ possuem áreas maiores e diferentes padrões de desordem.

Configuração eletronica

3d ¹⁰ 4s ² 4p ³

Ele tem todos os orbitais do nível 3 preenchidos. Ele forma ligações usando os orbitais 4s e 4p (bem 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

Gosto

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

Arsénio -cinza: 5,73 g / cm ³.

-Arsênio amarelo: 1,97 g / cm ³.

Solubilidade em água

Insolúvel

Rádio atômico

139 pm

Volume atômico

13,1 cm ³ / 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 amarelo-bronze que pode se tornar uma camada preta de óxido de arsênio (As ₂ O ₃).

Decomposição

Quando o arsênio é aquecido até a decomposição, ele emite uma fumaça branca de As ₂ O ₃. 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 acarreta um aumento na sua vida útil.

eletrônicos

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

Os GaAs possuem um gap direto, que pode ser usado na fabricação de diodos, laser e LEDs. 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 arsenieto 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 toxicidade e de seus compostos. O As ₂ O ₃ tem sido usado como pesticida, enquanto o As ₂ O ₅ é um ingrediente em herbicidas e inseticidas.

O ácido arsênico (H ₃ AsO ₄) e sais como o arseniato de cálcio e o 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 do As ₂ O ₃, um composto altamente tóxico, foi aprovado no tratamento da leucemia promielocítica aguda resistente ao ácido trans retinóico. Recentemente, o isótopo radioativo ⁷⁴ As foi usado para localização de tumor.

O isótopo produz imagens boas, mais nítidas do que as obtidas com o ¹²⁴ I, pois o iodo é levado até a tireoide 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 em um estado elementar, com um alto grau de pureza. Está presente em vários compostos, tais como: sulfetos, arsenetos e sulfoarseniides.

Também é encontrado em vários minerais, incluindo: arsenopirita (FeSAs), loelelita (FeAs ₂), enargita (Cu ₃ AsS ₄), orpimento (As ₂ S ₃) e realgar (As ₄ S ₄).

Como é obtido?

A arsenopirita é aquecida a 650-700ºC, na ausência de ar. O arsênio evapora, deixando o sulfeto de ferro (FeS) como resíduo. Durante esse processo, o arsênio se liga ao oxigênio para formar As ₄ O ₆, conhecido como "arsênio branco".

As ₄ O ₆ é modificado para formar As ₂ O ₃, cujos vapores são coletados e condensados ​​em um conjunto de câmaras de tijolos, purificando o arsênio por sublimação.

A maior parte do arsênio é produzida pela redução do carbono da poeira formada de As ₂ O ₃.

Referências

1. Stephen R. Marsden. (23 de abril de 2019). Química do arsênio. Chemistry LibreTexts. Recuperado de: chem.libretexts.org
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (03 de dezembro de 2018). Fatos interessantes sobre o arsênico. Recuperado de: Thoughtco.com
3. Wikipedia. (2019). Arsênico. Recuperado de: en.wikipedia.org
4. Dr. Dough Stewart. (2019). Fatos do elemento arsênico. Chemicool. Recuperado de: chemicool.com
5. Royal Society of Chemistry. (2019). Arsênico. Recuperado de: rsc.or
6. Os editores da Encyclopaedia Britannica. (3 de maio de 2019). Arsênico. Encyclopædia Britannica. Recuperado de: britannica.com