Hispanopedia Wiki
Articulo de referencia

Arsina

Arsane Trihydridoarsenic"},"OtherNames":{"wt":"Arseniuretted hydrogen, Arsenous hydride, Hydrogen arsenide Arsenic hydride"},"Section1":{"wt":"{{Chembox Identifiers\n| ChemSpide...

Hispanopedia WikiContenido en espanolLectura gratuita

La arsina ( nombre IUPAC : arsano ) es un compuesto inorgánico con la fórmula As H 3 . Este hidruro de pnictógeno , inflamable, pirofórico y altamente tóxico, es uno de los compuestos más simples del arsénico . [ 4 ] A pesar de su letalidad, encuentra algunas aplicaciones en la industria de semiconductores y para la síntesis de compuestos organoarsénicos . El término arsina se usa comúnmente para describir una clase de compuestos organoarsénicos de la fórmula AsH 3− x R x , donde R = arilo o alquilo . Por ejemplo, As(C 6 H 5 ) 3 , llamado trifenilarsina , se denomina "una arsina".

Propiedades generales

En su estado estándar, la arsina es un gas incoloro, más denso que el aire, ligeramente soluble en agua (2% a 20  °C) [ 1 ] y también en muchos disolventes orgánicos . [ 5 ] La arsina en sí es inodora, [ 6 ] pero se oxida en el aire, lo que crea un ligero olor a ajo o a pescado cuando el compuesto está presente por encima de 0,5 ppm . [ 7 ] Este compuesto es cinéticamente estable: a temperatura ambiente se descompone lentamente. A temperaturas de aproximadamente 230 °C, la descomposición en arsénico e hidrógeno es lo suficientemente rápida como para servir de base para la prueba de Marsh para la detección de arsénico. De forma similar a la estibina , la descomposición de la arsina es autocatalítica, ya que el arsénico liberado durante la reacción actúa como catalizador de la misma reacción. [ 8 ] Otros factores, como la humedad , la presencia de luz y ciertos catalizadores (en concreto, la alúmina ), facilitan la velocidad de descomposición. [ 9 ]  

AsH 3 es una molécula piramidal trigonal con ángulos H–As–H de 91,8° y tres enlaces As–H equivalentes, cada uno de 1,519 Å de longitud. [ 10 ]

Descubrimiento y síntesis

El AsH3 se prepara generalmente mediante la reacción de fuentes de As3 + con equivalentes de H− . [ 11 ]

4 AsCl 3 + 3 NaBH 4 → 4 AsH 3 + 3 NaCl + 3 BCl 3

Como se informó en 1775, Carl Scheele redujo el óxido de arsénico(III) con zinc en presencia de ácido. [ 12 ] Esta reacción es un preludio de la prueba de Marsh .

Alternativamente, las fuentes de As 3− reaccionan con reactivos protónicos para producir también este gas. El arseniuro de zinc y el arseniuro de sodio son precursores adecuados: [ 13 ]

Zn 3 As 2 + 6 H + → 2 AsH 3 + 3 Zn 2+
Na 3 As + 3 HBr → AsH 3 + 3 NaBr

Reacciones

La comprensión de las propiedades químicas del AsH 3 está bien desarrollada y se puede anticipar basándose en un promedio del comportamiento de sus contrapartes pnictógenas , como el PH 3 y el SbH 3 .

Descomposición térmica

Como es típico en los hidruros pesados ​​(por ejemplo, SbH₃ , H₂Te , SnH₄ ) , el AsH₃ es inestable con respecto a sus elementos. En otras palabras, es estable cinéticamente, pero no termodinámicamente .

2AsH₃ → 3H₂ + 2As

Esta reacción de descomposición es la base de la prueba de Marsh, que detecta el arsénico elemental.

Oxidación

Siguiendo la analogía con SbH 3 , AsH 3 se oxida fácilmente por O 2 concentrado o por la concentración diluida de O 2 en el aire:

2 AsH 3 + 3 O 2 → As 2 O 3 + 3 H 2 O

La arsina reaccionará violentamente en presencia de agentes oxidantes fuertes, como el permanganato de potasio , el hipoclorito de sodio o el ácido nítrico . [ 9 ]

Precursor de derivados metálicos

El AsH₃ se utiliza como precursor de complejos metálicos de arsénico "desnudo" (o "casi desnudo"). Un ejemplo es la especie de dimanganeso [(C₅H₅ ) Mn (CO) ₂ ] ₂AsH , en la que el núcleo Mn₂AsH es plano. [ 14 ]

Prueba de Gutzeit

Una prueba característica para el arsénico implica la reacción de AsH₃ con Ag⁺ , llamada prueba de Gutzeit para arsénico [ 15 ] [ 16 ] (ver aparato de Sanger-Black para más detalles). Aunque esta prueba se ha vuelto obsoleta en química analítica , las reacciones subyacentes ilustran aún más la afinidad de AsH₃ por los cationes de metales "blandos". En la prueba de Gutzeit, AsH₃ se genera por reducción de compuestos acuosos de arsénico, típicamente arsenitos , con Zn en presencia de H₂SO₄ . El AsH₃ gaseoso desprendido se expone luego a AgNO₃ ya sea en polvo o en solución. Con AgNO₃ sólido , AsH₃ reacciona para producir Ag₄AsNO₃ amarillo , mientras que AsH₃ reacciona con una solución de AgNO₃ para dar Ag₃As negro .

Reacciones ácido-base

Las propiedades ácidas del enlace As–H se aprovechan con frecuencia. Por lo tanto, el AsH 3 puede desprotonarse:

AsH 3 + NaNH 2 → NaAsH 2 + NH 3

Al reaccionar con los trialquilos de aluminio, AsH 3 da el trimérico [R 2 AlAsH 2 ] 3 , donde R = (CH 3 ) 3 C. [ 17 ] Esta reacción es relevante para el mecanismo por el cual se forma GaAs a partir de AsH 3 (ver más abajo).

El AsH 3 generalmente se considera no básico, pero puede ser protonado por superácidos para dar sales aislables de la especie tetraédrica [AsH 4 ] + . [ 18 ]

Reacción con compuestos halogenados

Las reacciones de la arsina con los halógenos ( flúor y cloro ) o algunos de sus compuestos, como el tricloruro de nitrógeno , son extremadamente peligrosas y pueden provocar explosiones. [ 9 ]

Cadena

A diferencia del comportamiento del PH₃ , el AsH₃ no forma cadenas estables, aunque se han detectado diarsina (o diarsano) H₂As–AsH₂ e incluso triarsano H₂As–As(H)–AsH₂. La diarsina es inestable por encima de −100 ° C  .

Aplicaciones

Aplicaciones de la microelectrónica

El AsH₃ se utiliza en la síntesis de materiales semiconductores relacionados con la microelectrónica y los láseres de estado sólido . En relación con el fósforo , el arsénico es un dopante n para el silicio y el germanio. [ 9 ] Más importante aún, el AsH₃ se utiliza para fabricar el semiconductor GaAs mediante deposición química de vapor (CVD) a 700–900  °C:

Ga(CH 3 ) 3 + AsH 3 → GaAs + 3 CH 4

Para aplicaciones microelectrónicas, la arsina puede obtenerse de una fuente de gas subatmosférica (una fuente que suministra a presión inferior a la atmosférica). En este tipo de sistema, la arsina se adsorbe en un adsorbente microporoso sólido dentro de un cilindro de gas. Este método permite almacenar el gas sin presión, reduciendo significativamente el riesgo de fugas de arsina del cilindro. Con este dispositivo, la arsina se obtiene aplicando vacío a la salida de la válvula del cilindro de gas. Para la fabricación de semiconductores , este método es viable, ya que procesos como la implantación iónica operan bajo alto vacío.

guerra química

Desde antes de la Segunda Guerra Mundial, el AsH 3 se propuso como posible arma química . Este gas es incoloro, casi inodoro y 2,5 veces más denso que el aire, lo que se requiere para lograr el efecto de cobertura deseado en la guerra química. Además, es letal en concentraciones mucho menores que las necesarias para percibir su olor similar al del ajo . A pesar de estas características, la arsina nunca se utilizó oficialmente como arma, debido a su alta inflamabilidad y su menor eficacia en comparación con el fosgeno , una alternativa no inflamable . Por otro lado, varios compuestos orgánicos basados ​​en la arsina, como la lewisita (β-clorovinildicloroarsina), la adamsita (difenilaminacloroarsina), el Clark 1 ( difenilcloroarsina ) y el Clark 2 ( difenilcianoarsina ), se han desarrollado eficazmente para su uso en la guerra química. [ 19 ]

La ciencia forense y la prueba de Marsh

El AsH₃ es bien conocido en la ciencia forense porque es un intermediario químico en la detección de envenenamiento por arsénico. La antigua (pero extremadamente sensible) prueba de Marsh genera AsH₃ en presencia de arsénico. [ 4 ] Este procedimiento, publicado en 1836 por James Marsh , [ 20 ] se basa en tratar una muestra que contiene As del cuerpo de una víctima (típicamente el contenido estomacal) con zinc libre de As y ácido sulfúrico diluido : si la muestra contiene arsénico, se formará arsina gaseosa. El gas se introduce en un tubo de vidrio y se descompone mediante calentamiento a unos 250–300  °C. La presencia de As se indica por la formación de un depósito en la parte calentada del equipo. Por otro lado, la aparición de un depósito negro brillante en la parte fría del equipo indica la presencia de antimonio (el SbH₃ , altamente inestable, se descompone incluso a bajas temperaturas).

La prueba de Marsh se utilizó ampliamente a finales del siglo XIX y principios del XX; actualmente, en el ámbito forense se emplean técnicas más sofisticadas como la espectroscopia atómica , el plasma acoplado inductivamente y el análisis de fluorescencia de rayos X. Si bien el análisis por activación neutrónica se utilizó para detectar trazas de arsénico a mediados del siglo XX, desde entonces ha caído en desuso en la ciencia forense moderna.

Toxicología

La toxicidad de la arsina es distinta a la de otros compuestos de arsénico. La principal vía de exposición es la inhalación, aunque también se han descrito casos de intoxicación por contacto con la piel. La arsina ataca la hemoglobina de los glóbulos rojos , provocando su destrucción por el organismo. [ 21 ] [ 22 ]

Los primeros signos de exposición, que pueden tardar varias horas en manifestarse, son dolor de cabeza , vértigo y náuseas , seguidos de los síntomas de anemia hemolítica (niveles elevados de bilirrubina no conjugada ), hemoglobinuria y nefropatía . En casos graves, el daño renal puede ser duradero. [ 1 ]

La exposición a concentraciones de arsina de 250  ppm es rápidamente mortal: concentraciones de 25 a 30  ppm son mortales tras 30  minutos de exposición, y concentraciones de 10  ppm pueden ser mortales con tiempos de exposición más prolongados. [ 3 ] Los síntomas de intoxicación aparecen tras la exposición a concentraciones de 0,5  ppm. Existe poca información sobre la toxicidad crónica de la arsina, aunque es razonable suponer que, al igual que con otros compuestos de arsénico, una exposición prolongada podría provocar arsenicosis . [ 23 ]

La arsina es un potente agente hemolítico, lo cual concuerda con su curso de acción fisiopatológico. Sin embargo, la inhalación de altas concentraciones de este agente puede inducir un traumatismo pulmonar grave y directo. Desde una perspectiva estrictamente clínica, esto se manifiesta típicamente como neumonitis química y edema pulmonar no cardiogénico. [ 24 ] Generalmente, los exámenes patológicos de los casos agudos fatales de intoxicación por arsina han identificado positivamente dos mecanismos principales de lesión pulmonar:

  1. Daño alveolar difuso: Se caracteriza por un edema pulmonar extenso, donde los alvéolos se infiltran difusamente con leucocitos y líquido. Esto produce un exudado celular que llena los espacios aéreos, comprometiendo y limitando gravemente el proceso de intercambio gaseoso fisiológico. [ 25 ]
  2. Bronquitis necrotizante: Implica daño directo a las vías respiratorias pulmonares primarias. En estos casos, los bronquios y bronquiolos más pequeños pueden quedar rodeados de células inflamatorias y tejido necrótico. Este daño al epitelio puede provocar lesiones focales similares a la bronconeumonía. [ 25 ]

Ambas manifestaciones pueden provocar insuficiencia respiratoria y muerte, y a menudo ocurren al mismo tiempo que la insuficiencia renal aguda causada por lesión hemolítica. [ 26 ]

Neumonía formadora

En Estados Unidos, se clasifica como una sustancia extremadamente peligrosa según lo definido en la Sección 302 de la Ley de Planificación de Emergencias y Derecho a la Información de la Comunidad de Estados Unidos (42 USC 11002), y está sujeta a estrictos requisitos de notificación por parte de las instalaciones que la producen, almacenan o utilizan en cantidades significativas. [ 27 ]

Límites de exposición laboral

Véase también

Referencias

  1. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Guía de bolsillo del NIOSH sobre riesgos químicos. "#0040" . Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH).
  2. ↑ Levvy, GA (1946). " La toxicidad de la arsina administrada por inyección intraperitoneal" . British Journal of Pharmacology and Chemotherapy . 1 (4): 287– 290. doi : 10.1111/j.1476-5381.1946.tb00049.x . PMC 1509744. PMID 19108099 .  
  3. 1 2 3 "Arsina" . Concentraciones inmediatamente peligrosas para la vida o la salud . Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional .
  4. 1 2 Holleman, AF; Wiberg, E. (2001) Química inorgánica Academic Press: San Diego, ISBN 0-12-352651-5.
  5. ↑ "Arsina" . PubChem . Consultado el 26 de enero de 2026 .
  6. ↑ Greaves, Ian; Hunt, Paul (2010). «Cap. 5 Agentes químicos». Respuesta al terrorismo. Manual médico . Elsevier. págs. 233–344 . doi : 10.1016/B978-0-08-045043-8.00005-2 . ISBN  978-0-08-045043-8Si bien la arsina en sí misma es inodora, su oxidación por el aire puede producir un ligero aroma similar al del ajo. Sin embargo, es letal en concentraciones mucho menores que las necesarias para producir este olor.
  7. ↑ "Directrices de manejo médico para la arsina (AsH3 ) " . Agencia para Sustancias Tóxicas y Registro de Enfermedades. Archivado del original el 24 de enero de 2012.
  8. ↑ Hartman, Robert James (1947). Briscoe, Herman Thompson (ed.). Química coloidal (2.ª ed.). Houghton Mifflin Company. pág. 124.  
  9. ^ Instituto Nacional de Investigación y Seguridad ( 2000 ) . Fiche toxicológica nº 53: Trihidruro de arsénico (PDF) (Informe) (en francés). Archivado desde el original (PDF) el 26 de noviembre de 2006 . Consultado el 6 de septiembre de 2006 .
  10. ↑ Nielsen, HH (1952). "La estructura molecular de la arsina". The Journal of Chemical Physics . 20 (12): 1955– 1956. Bibcode : 1952JChPh..20.1955N . doi : 10.1063/1.1700347 .
  11. ↑ Bellama, JM; MacDiarmid, AG (1968). "Síntesis de los hidruros de germanio, fósforo, arsénico y antimonio mediante la reacción en fase sólida del óxido correspondiente con hidruro de litio y aluminio". Química Inorgánica . 7 (10): 2070–2 . doi : 10.1021/ic50068a024 .
  12. ↑ Scheele, Carl Wilhelm (1775) "Om Arsenik och dess syra" Archivado el 5 de enero de 2016 en Wayback Machine (Sobre el arsénico y su ácido), Kongliga Vetenskaps Academiens Handlingar (Actas de la Real Academia Científica [de Suecia]), 36 : 263-294. De la pág. 290: "Med Zinck. 30. (a) Denna år den endaste af alla så hela som halfva Metaller, som i digestion met Arsenik-syra effervescerar." (Con zinc. 30. (a) Este es el único [metal] de todos los metales enteros y semimetales que efervesce al digerirse con ácido arsénico). Scheele recogió la arsina y puso una mezcla de arsina y aire en un cilindro. De la pág. 291: "3:0, Då et tåndt ljus kom når o̊pningen, tåndes luften i kolfven med en småll, lågan for mot handen, denna blef o̊fvedragen med brun fårg, ..." (3:0, Luego, cuando [la] vela encendida se acercó a la abertura [del cilindro], los gases en [el] cilindro se encendieron con un estallido; [la] llama [corrió] hacia mi mano, la cual quedó cubierta de [un] color marrón,... )
  13. ↑ "Arsina" en Handbook of Preparative Inorganic Chemistry , 2.ª ed., G. Brauer (ed.), Academic Press, 1963, NY, Vol. 1, pág. 493.
  14. ↑ Herrmann, WA; Koumbouris, B.; Schaefer, A.; Zahn, T.; Ziegler, ML (1985). "Generación y estabilización compleja de fragmentos de arsina y diarsina mediante degradación inducida por metales de monoarsina". Chemische Berichte . 118 (6): 2472– 88. doi : 10.1002/cber.19851180624 .
  15. ↑ King, EJ (1959) Análisis cualitativo y soluciones electrolíticas Harcourt, Brace, and World; Nueva York
  16. ↑ AD Comrie, TJ Ward, "LA PRUEBA DE GUTZEIT", THE CHEMICAL NEWS , 9 DE NOVIEMBRE DE 1928, págs. 291-293
  17. ^ Atwood, fiscal del distrito; Cowley, AH; Harris, relaciones públicas; Jones, RA; Koschmieder, SU; Nunn, CM; Atwood, JL; Bott, SG (1993). "Derivados cíclicos triméricos hidroxi, amido, fosfido y arsenido de aluminio y galio. Estructuras de rayos X de [tert-Bu 2 Ga (m-OH)] 3 y [tert-Bu 2 Ga (m-NH 2 )] 3 ". Organometálicos . 12 : 24– 29. doi : 10.1021/om00025a010 .
  18. ↑ R. Minkwitz, R.; Kornath, A.; Sawodny, W.; Hartner, H. (1994). "Über die Darstellung der Pnikogenoniumsalze AsH 4 + SbF 6 - , AsH 4 + AsF 6 - , SbH 4 + SbF 6 - ". Zeitschrift für Anorganische und Allgemeine Chemie (en alemán). 620 (4): 753– 756. doi : 10.1002/zaac.19946200429 .
  19. ↑ Suchard, Jeffrey R. (marzo de 2006). "CBRNE — Arsenicals, Arsine" . EMedicine . Archivado del original el 23 de junio de 2006. Consultado el 5 de septiembre de 2006 .
  20. ↑ Marsh, James (1836). "Descripción de un método para separar pequeñas cantidades de arsénico de las sustancias con las que puede mezclarse" . Edinburgh New Philosophical Journal . 21 : 229–236 .
  21. ↑ Fowler BA; Weissberg JB (1974). "Intoxicación por arsina". New England Journal of Medicine . 300 (22): 1171– 1174. doi : 10.1056/NEJM197411282912207 . PMID 4608634 . 
  22. ↑ Hatlelid KM (1996). "Reacciones de la arsina con la hemoglobina". Journal of Toxicology and Environmental Health Part A . 47 (2): 145– 157. Bibcode : 1996JTEHA..47..145H . doi : 10.1080/009841096161852 . PMID 8598571 . 
  23. ↑ Perfil toxicológico del arsénico (PDF) . Agencia para Sustancias Tóxicas y Registro de Enfermedades. 2007. Consultado el 29 de junio de 2026 .
  24. ↑ Comité del Consejo Nacional de Investigación (EE. UU.) sobre Niveles Directrices de Exposición Aguda (2000). «Niveles Directrices de Exposición Aguda a la Arsina». Niveles Directrices de Exposición Aguda para Sustancias Químicas Seleccionadas en el Aire: Volumen 1. Washington (DC): National Academies Press. pág. 14. ISBN  978-0-309-07294-6.
  25. 1 2 Agencia para Sustancias Tóxicas y Registro de Enfermedades (ATSDR) (agosto de 2007). "Perfil toxicológico del arsénico" (PDF) . Departamento de Salud y Servicios Humanos de los Estados Unidos. Sección 3.2.1.2 "Efectos respiratorios" . Recuperado el 27 de octubre de 2023 .
  26. ↑ "Arsina: Agente sistémico" . Base de datos de seguridad y salud para respuesta a emergencias del NIOSH . Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades . 12 de mayo de 2011.
  27. ↑ 40 CFR: Apéndice A de la Parte 355: Lista de sustancias extremadamente peligrosas y sus cantidades umbral de planificación (PDF) (Informe) ( edición del 1 de julio de 2008). Oficina de Imprenta del Gobierno . Archivado del original (PDF) el 25 de febrero de 2012. Recuperado el 29 de octubre de 2011 . 
  28. ↑ "Arsina" . RTECS . Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH). Archivado del original el 8 de junio de 2017. Consultado el 8 de septiembre de 2017 .
  • Tarjeta Internacional de Seguridad Química 0222
  • Monografía de la IARC "Arsénico y compuestos de arsénico"
  • Guía de bolsillo del NIOSH sobre riesgos químicos
  • Instituto Nacional de Investigación y Seguridad (2000). " Trihidruro de arsénico " . Ficha toxicológica n ° 53 . París: INRS. (en francés)
  • Datos sobre la arsina de Air Liquide.