Arsina: estructura, propiedades, nomenclatura y usos

La arsina o arsano es un gas incoloro e inodoro, aunque en contacto con el aire adquiere un ligero olor a ajo y a pescado. El término arsina no solo se utiliza para nombrar el compuesto AsH3, también se usa para describir un conjunto de compuestos orgánicos de arsénico (As) de fórmula AsH3-xRx.

En la fórmula, R representa los compuestos alquilos o arilos. Por ejemplo, el compuesto As(C6H5)3 llamado trifenilarsina, se conoce como una arsina.

Molécula de arsina. Fuente: Ben Mills [Public domain], from Wikimedia Commons.

No obstante, en química inorgánica solo hay una arsina: AsH3 (imagen superior). La esfera morada representa el átomo de arsénico, y las blancas los átomos de hidrógeno. Si bien no se muestra, por encima del arsénico hay un par de electrones libres (··).

La acción tóxica de la arsina ocurre principalmente por su inhalación, ya que atraviesa la pared alveolar y pasa a la sangre. Allí actúa produciendo la hemólisis de los eritrocitos, liberándose la hemoglobina que produce un daño en los túbulos renales que lleva a una disfunción renal.

Estructura de la arsina

Estructura del AsH3 con ángulo y longitud de enlace. Fuente: Benjah-bmm27 vía Wikipedia

Tal como se observa en las dos imágenes superiores, el AsH3 tiene una estructura piramidal. El átomo de As se sitúa en el centro de la pirámide, mientras que los tres H en cada uno de sus vértices. La hibridación química del As debe ser de ordinario sp3 para adoptar esta geometría.

En la imagen se observa que los enlaces As-H tienen una longitud de 1,519 Å, y los tres H se encuentran separados por un ángulo de 91,8º. Este ángulo difiere considerablemente de los 107º para la molécula de amoníaco, NH3, indicando un acercamiento entre los H.

Algunos químicos sostienen que esto se debe a la diferencia entre los radios atómicos entre el N y As.

Al ser el N más pequeño, los H están más próximos unos de otros, incrementando sus repulsiones electrostáticas, las cuales tienden a alejarlos. Mientras, el As es más grande, por lo que los H están más distantes entre sí y las repulsiones entre ellos son menores, por lo que tienden a separarse menos.

Propiedades

Nombres

-Arsina o arsano

-Hidruro de arsénico

-Trihidruro de arsénico

-Arsenuro de hidrógeno

Peso molecular

77,946 g/mol.

Descripción física

Gas incoloro.

Olor

Es inodoro, pero en contacto con el aire adquiere un ligero olor a ajo y a pescado. No es un gas irritante, y además, no produce síntomas inmediatos; por lo que las personas pueden desconocer su presencia.

Punto de ebullición

-80,4 ºF a 760 mmHg (-62,5 ºC).

Punto de fusión

-179 ºF (-116 ºC).

Punto de ignición

-62 ºC (-80 º F, 211 ºK). Gas altamente inflamable.

Solubilidad

En agua 28 mg/100 mL (prácticamente insoluble en agua). Ligeramente soluble en alcohol y álcali. Soluble en benceno y cloroformo.

Densidad

4,93 g/L de gas.

Densidad del vapor

2,66 a 2,695 (en relación al aire tomado como 1).

Presión del vapor

11.000 mmHg a 20 ºC.

Estabilidad

Al exponerse a la luz, la arsina húmeda se descompone rápidamente, depositando arsénico negro brillante.

Descomposición

Cuando se calienta hasta la descomposición, emite un humo de arsénico altamente tóxico, acompañado de hidrógeno gaseoso. Se descompone a 300ºC.

Calor de vaporización

26,69 kJ/mol.

Entalpía estándar de formación

+ 66,4 kJ/mol.

Nomenclatura

En el apartado anterior se hizo mención de otros nombres aceptados para la arsina. Considerándola un hidruro binario entre el arsénico y el hidrógeno, puede nombrársele en función de las nomenclaturas sistemática, stock y tradicional.

En la nomenclatura sistemática, cuentan el número de átomos de hidrógeno. Así, su nombre viene a ser: trihidruro de arsénico.

Su nombre de acuerdo a la nomenclatura stock es muy parecido, pero añadiendo su carga con números romanos entre paréntesis: hidruro de arsénico (III).

Y respecto a la nomenclatura tradicional, su nombre es arsina o arsano.

También se le puede llamar arseniuro de hidrógeno; sin embargo, no es del todo correcto, porque implicaría asumir que el arsénico es más electronegativo que el hidrógeno y participa en el enlace como As3–.

Usos

Materiales semiconductores

La arsina se emplea en la fabricación de materiales semiconductores, con uso en la microelectrónica y los rayos láser de estado sólido. Se utiliza como dopante del silicio y del germanio. La arsina se emplea en la manufactura del semiconductor GaAs.

El procedimiento empleado es la deposición química de vapor (CVD) a 700 – 900 ºC., según la reacción siguiente:

Ga(CH3)3     +     AsH3    =>    GaAs    +      3CH4

Armamento químico

La arsina es un gas letal, por lo que se pensó en su uso en la guerra química. Pero no se utilizó nunca en forma oficial como un arma química, debido a su alta inflamabilidad y su menor eficacia en comparación a otros compuestos menos inflamables.

Sin embargo, algunos compuestos orgánicos derivados de la arsina, muchos más estables, han mostrado que son de aplicación en la guerra química, por ejemplo la lewisita (β-clorovinildicloroarsina).

Ligandos

La arsina es un gas que se inflama en el aire, pero sus derivados orgánicos de mayor estabilidad, por ejemplo AsR3 (R = grupos alquilos o arilos), se usan como ligantes en la química de coordinación de metales.

El As(C6H5) es un ligante blando y por tanto, se suele incorporar a complejos metálicos que tienen átomos centrales con bajos estados de oxidación (cationes blandos).

Efectos tóxicos

Su toxicidad es tal que a una concentración en el aire de 250 ppm es letal al instante. Puede ser letal durante una exposición de 30 minutos, a una concentración en el aire inhalado de 25 – 50 ppm.

La mayor parte de la acción tóxica de la arsina se produce por su inhalación. Es capaz de atravesar la pared alveolar y pasar a la sangre donde ejerce su acción tóxica, la cual es realizada sobre los eritrocitos y el funcionamiento renal.

La intoxicación con arsina se manifiesta por la aparición de trastornos de la conciencia, estado de shock, hematuria, ictericia e insuficiencia renal.

Acción sobre los eritrocitos y la hemoglobina

La arsina tiene varias acciones que se ejercen sobre la pared de los eritrocitos y la hemoglobina. Ella promueve la liberación del grupo hemo de la hemoglobina. La arsina es un agente hemolítico indirecto, actúa inhibiendo la acción de la catalasa.

Esto lleva a la acumulación de peróxido de hidrógeno (H2O2), el cual provoca el rompimiento de membrana de los eritrocitos. Por otro lado, la arsina produce una disminución en la concentración intracelular de glutatión reducido (GSH), lo que contribuye a la destrucción de la membrana eritrocítica.

La hemólisis masiva es letal y se manifiesta por una reducción en la concentración sanguínea de hemoglobina y hematocrito; aumento en la concentración sérica de hemoglobina y bilirrubina; y hematuria.

La insuficiencia renal es consecuencia de la precipitación de la hemoglobina en forma de cilindros en los túbulos renales, observados en las autopsias. Aunque, también se han hallado evidencias, in vitro, de una acción tóxica directa de la arsina sobre líneas celulares renales en cultivo.

Referencias

  1. Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgánica. (cuarta edición). Mc Graw Hill.
  2. Wikipedia. (2018). Arsine. Recuperado de: en.wikipedia.org
  3. Chemistry Learner. (2019). Arsine. Recuperado de: chemistrylearner.com
  4. PubChem. (2019). Arsine. Recuperado de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  5. Cameo Chemicals. (s.f.). Arsine. Recuperado de: cameochemicals.noaa.gov
  6. Instituto Mexicano del Seguro Social. (2005). Intoxicación por arsina. [PDF]. Recuperado de: medigraphic.com
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Licenciado en química de la Universidad de Carabobo. Amante y aprendiz de las letras. Siento enorme interés por la química supramolecular, la nanotecnología, y los compuestos organometálicos. En general, me gusta comparar la funcionalidad de una estructura molecular no sólo con elementos dinámicos, como las máquinas, sino también con una catedral, o un campanario.

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