El arsénico es un elemento químico de la tabla periódica que pertenece al grupo de los metaloides, también llamados semimetales; se puede encontrar de diversas formas aunque, raramente, se encuentra en estado sólido.
Se conoce desde la antigüedad y se reconoce como extremadamente tóxico. A presión atmosférica, el arsénico sublima a 613 °C.
Es un elemento esencial para la vida y su deficiencia puede dar lugar a diversas complicaciones; sin embargo, no se conoce con precisión la función biológica. La ingesta diaria de 12 a 15 μg puede consumirse sin problemas en la dieta diaria de carnes, pescados, vegetales y cereales; siendo los peces y crustáceos los que más contenido de arsénico presentan.
El arsénico (del persa zarnikh, ‘oropimente amarillo’ o bien del griego arsenikón, ‘masculino’) es un elemento químico de la tabla periódica cuyo símbolo es As y el número atómico es 33. En la tabla periódica de los elementos se encuentra en el quinto grupo principal. El arsénico se presenta raramente sólido, principalmente en forma de sulfuros. Pertenece a los metaloides, ya que muestra propiedades intermedias entre los metales de transición y los no metales.
Se conocen compuestos de arsénico desde la antigüedad, siendo extremadamente tóxicos, aunque se emplean como componentes en algunos medicamentos. El arsénico es usado para la fabricación de semiconductores y como componente de semiconductores III-V como el arseniuro de galio.
El arsénico es muy común en la atmósfera terrestre, en rocas y suelos, en la hidrosfera y la biosfera. Es llevado al ambiente a través de una combinación de procesos como:
El arsénico se presenta en tres estados alotrópicos, gris o metálico, amarillo y negro. El arsénico gris metálico (forma α) es la forma estable en condiciones normales y tiene estructura romboédrica, es un buen conductor del calor pero mal conductor eléctrico, su densidad es de 5,73 g/cm³, es deleznable y pierde el lustre metálico expuesto al aire.
El arsénico “amarillo” (forma γ) se obtiene cuando el vapor de arsénico se enfría rápidamente. Es extremadamente volátil y más reactivo que el arsénico metálico y presenta fosforescencia a temperatura ambiente. El gas está constituido por moléculas tetraédricas de As4 de forma análoga al fósforo y el sólido formado por la condensación del gas tiene estructura cúbica, es de textura jabonosa y tiene una densidad aproximada de 1,97 g/cm³. Expuesto a la luz o al calor revierte a la forma estable (gris). También se denomina arsénico amarillo al oropimente, mineral de trisulfuro de arsénico.
Una tercera forma alotrópica, el arsénico “negro” (forma β) de estructura hexagonal y densidad 4,7 g/cm³, tiene propiedades intermedias entre las formas alotrópicas descritas y se obtiene en la descomposición térmica de la arsina o bien enfriando lentamente el vapor de arsénico.
Todas las formas alotrópicas excepto la gris carecen de lustre metálico y tienen muy baja conductividad eléctrica por lo que el elemento se comportará como metal o no metal en función, básicamente, de su estado de agregación. También vea metal pesado.
A presión atmosférica el arsénico sublima a 613 °C, y a 400 °C arde con llama blanca formando el sesquióxido As4O6. Reacciona violentamente con el cloro y se combina, al calentarse, con la mayoría de los metales para formar el arseniuro correspondiente y con el azufre. No reacciona con el ácido clorhídrico en ausencia de oxígeno, pero sí con el nítrico caliente, sea diluido o concentrado y otros oxidantes como el peróxido de hidrógeno, ácido perclórico, etc. Es insoluble en agua pero muchos de sus compuestos lo son.
Es un elemento químico esencial para la vida aunque tanto el arsénico como sus compuestos son extremadamente venenosos.
Se encuentra en el 2.º grupo analítico de cationes; precipita con H2S de color amarillo.
Si bien el arsénico se asocia con la muerte, es un elemento esencial para la vida y su deficiencia puede dar lugar a diversas complicaciones. La ingesta diaria de 12 a 15 μg puede obtenerse sin problemas con la dieta diaria de carnes, pescados, vegetales y cereales, siendo los peces y crustáceos los que más contenido de arsénico presentan, generalmente en forma de arsenobetaína, menos tóxica que el arsénico inorgánico.
En 2010, la Dra. Felisa Wolfe-Simon del Instituto de Astrobiología de la NASA anunciaba el hallazgo en las aguas tóxicas y salobres del Lago Mono, en California, de una bacteria de la familia Halomonadaceae que podría sustituir el fósforo (que hasta la fecha se consideraba indispensable para la vida) con arsénico, al punto de incorporar este elemento a su ácido desoxirribonucleico (ADN). Este anuncio tuvo gran repercusión en los medios porque, de confirmarse, hubiera abierto la puerta a la búsqueda de nuevas formas de vida en planetas que no contengan fósforo en su atmósfera. Sin embargo, en varios estudios realizados a partir de 2012, la mayoría de las afirmaciones que sostenían el estudio han sido refutadas. Aparentemente, la bacteria sí es resistente al arsénico pero no puede sustituir por completo el fósforo.
Si bien la información anterior fue publicada en la prestigiosa revista científica Science, a la fecha los resultados han y siguen siendo fuertemente cuestionados por numerosos científicos que han tratado de reproducir el mismo diseño experimental sin resultados positivos, a raíz de lo cual han postulado que la bacteria GFAJ-1 pudo sobrevivir en el medio de cultivo sintético empleado para la experimentación gracias a las trazas de fósforo presentes en él.
El arsénico (del griego άρσενιχόν, oropimente) se conoce desde tiempos remotos, lo mismo que algunos de sus compuestos, especialmente los sulfuros. Dioscórides y Plinio el Viejo (griegos del siglo I) conocían las propiedades del oropimente y el rejalgar y Celso Aureliano (romano del siglo I) y Galeno (siglo II) sabían de sus efectos irritantes, tóxicos, corrosivos y parasiticidas y observaron sus virtudes contra las toses pertinaces, afecciones de la voz y las disneas.
Los médicos árabes usaron también los compuestos de arsénico en fumigaciones, píldoras y pociones además de en aplicaciones externas. Durante la Edad Media los compuestos arsenicales cayeron en el olvido quedando relegados a los curanderos que los prescribían contra la escrófula y el hidrocele.
Roger Bacon y Alberto Magno se detuvieron en su estudio —se cree que este último fue el primero en aislar el elemento en el año 1250— y Paracelso hizo de él una panacea. Leonardo da Vinci lo utilizó mediante endoterapia aplicándolo a los manzanos para controlar a los ladrones de frutas.
El primero que lo estudió con detalle fue Brandt en 1633 y Schroeder lo obtuvo en 1649 por la acción del carbón sobre el ácido arsénico. A Berzeliuss se deben las primeras investigaciones acerca de la composición de los compuestos del arsénico.
En el siglo XVIII los arsenicales consiguieron un puesto de primer orden en la terapéutica hasta que fueron sustituidos por las sulfamidas y los antibióticos.
Es el 52.º elemento en abundancia de la corteza terrestre con 2 ppm (5·10−4 %) y es uno de los 22 elementos conocidos que se componen de un solo núcleo estable. El arsénico se encuentra en forma nativa y, principalmente, en forma de sulfuro en una gran variedad de minerales que contienen cobre, plomo, hierro (arsenopirita o mispickel), níquel, cobalto y otros metales.
En la fusión de minerales de cobre, plomo, cobalto y oro se obtiene trióxido de arsénico que se volatiliza en el proceso y es arrastrado por los gases de la chimenea que pueden llegar a contener más de una 30 % de trióxido de arsénico. Los gases de la chimenea se refinan posteriormente mezclándolos con pequeñas cantidades de galena o pirita para evitar la formación de arsenitos y por tostación se obtiene trióxido de arsénico entre el 90 y 95 % de pureza, por sublimaciones sucesivas puede obtenerse con una pureza del 99 %.
Reduciendo el óxido con carbón se obtiene el metaloide, sin embargo la mayoría del arsénico se comercializa como óxido. Prácticamente la totalidad de la producción mundial de arsénico metálico es de China, que es también el mayor productor mundial de trióxido de arsénico.
Según datos del servicio de prospecciones geológicas estadounidense (U.S. Geological Survey) las minas de cobre y plomo contienen aproximadamente 11 millones de toneladas de arsénico, especialmente en Perú y Filipinas, y el metaloide se encuentra asociado con depósitos de cobre-oro en Chile y de oro en Canadá.
También es un componente del tabaco y es altamente tóxico.
El arsénico y sus compuestos son extremadamente tóxicos, especialmente el arsénico inorgánico. En Bangladés se ha producido una intoxicación masiva, la mayor de la historia, debido a la construcción de infinidad de pozos de agua promovida por las ONG occidentales que han resultado estar contaminados afectando a una población de cientos de miles de personas. También otras regiones geográficas, España incluida, se han visto afectadas por esta problemática.
La presencia de arsénico en el aire puede incidir en la prevalencia del cáncer de pulmón. En las fundiciones este elemento es muy común en el aire. Normativas ambientales indican que el máximo permisible es 10 μg/m³.
La presencia de arsénico en el agua potable puede ser el resultado de la disolución del mineral presente en cuencas hidrográficas cercanas a volcanes y naturalmente en el suelo por donde fluye el agua antes de su captación para uso humano; o bien, por vía antrópica por contaminación industrial o por pesticidas. El arsénico se presenta como As3+ (arsenito) y As5+ (arseniato, abundante), de las cuales el arsenito es el más tóxico para el humano y el más difícil de remover de los cuerpos de agua. La norma FAO/OMS señala que el nivel máximo permitido se ha reducido a 0,01 ppm o en el agua (anteriormente era de 0,05 ppm).
La ingestión de pequeñas cantidades de arsénico puede causar efectos crónicos por su bioacumulación en el organismo. Envenenamientos graves pueden ocurrir cuando la cantidad tomada es de 100 mg. Se ha atribuido al arsénico enfermedades de prevalencia carcinogénica a la piel, pulmón y vejiga.
Algunos estudios de toxicidad del arsénico indican que muchas de las normas actuales basadas en las guías de la Organización Mundial de la Salud (OMS) señalan concentraciones muy altas y plantean la necesidad de revaluar los valores límites basándose en estudios epidemiológicos.
Una manera de ingerir arsénico es a través del agua. Los acuíferos de muchas Comunidades se ven afectados, en estos casos el arsénico generalmente proviene de pozos profundos, donde existe la pirita o arsenopirita (combinación de hierro, azufre y arsénico).
La norma de la Organización Mundial de la Salud (OMS) permite una concentración máxima de arsénico en aguas destinadas para el consumo humano de 10 µg/L. aunque se recomienda no superar los 0,05 mg/L en el agua potable.
El tratamiento de agua potable convencional está orientado a eliminar color, turbiedad y microorganismos. Esta eliminación se logra a través de una combinación adecuada de procesos de: coagulación, floculación, sedimentación, filtración y desinfección. Pero cuando se desea eliminar elementos químicos del agua, como el arsénico es necesario, en ocasiones, recurrir a métodos más complejos.
Las tecnologías utilizadas generalmente para eliminar el arsénico, además de coagulación y floculación, son: adsorción-coprecipitación usando sales de hierro y aluminio, adsorción en alúmina activada, ósmosis inversa, intercambio iónico y oxidación seguida de filtración. Otras tecnologías desarrolladas, en lugar de usar sales, emplean un proceso electroquímico que involucra electrodos de latón (Cu2+ and Zn2+) y una fuente de poder que proporciona energía, con lo que se reduce la concentración de arsénico diluido abajo del nivel de detección del espectrofotómetro de absorción atómica.
En las plantas de tratamiento de agua, el As+5 puede ser eliminado en forma efectiva por coagulación con sulfato de aluminio o hierro y por los procesos de ablandamiento con cal. Los coagulantes señalados se hidrolizan formando hidróxidos, sobre los cuales el As+5 se absorbe y coprecipita con otros iones metálicos.
Alrededor de un tercio de la población mundial obtiene agua potable de las reservas de agua subterránea. Se estima que alrededor de un 10 por ciento de la población mundial —en torno a 300 millones de personas— se abastecen de agua de reservorios subterráneos contaminados con arsénico y fluoruro. La contaminación por estos oligoelementos es en general de origen natural y se produce por la liberación al medio acuoso de contaminantes por medio de mecanismos de alteración y/o desorción de los minerales contenidos tanto en rocas como en sedimentos.
En el año 2008, el Instituto Suizo de Investigación del Agua (Eawag) presentó un nuevo método que permite establecer mapas de riesgo para sustancias tóxicas de origen geológico en las aguas subterráneas.
El arsénico es encontrado de forma natural en la tierra en pequeñas concentraciones, tanto en el suelo como en los minerales, pero también puede entrar en el aire y mucho más fácil en el agua, a través de las tormentas de polvo y las aguas de escorrentía.
Es un componente que difícilmente se convierte en productos solubles en agua o volátiles. Es un elemento muy móvil, refiriéndonos con esto a que grandes concentraciones del mismo no aparecen en un sitio específico, esto tiene aspectos positivos pero también negativos, y es que es por ello por lo que la contaminación por arsénico es amplia debido a la alta movilidad y desplazamiento de este.
Cuando es inmóvil no se puede movilizar fácilmente, pero debido a las actividades humanas (minería y fundición de metales) este arsénico inmóvil se moviliza, ello hace que pueda ser encontrado en lugares donde no existe de forma natural.
Una vez que llega a medio ambiente, este no puede ser destruido, por lo que la cantidad va aumentando y esparciéndose causando efectos sobre la salud de los humanos y los animales.
Las plantas lo absorben fácilmente, ello hace que alto rango de concentraciones pueden estar presentes en la comida (cuando las plantas de consumo humano absorben As).
Tabla I. Contenido de arsénico para un 50 % de reducción del crecimiento
Contenido de arsénico para un 50 % de reducción del crecimiento en ppm (Woolson, 1973)
Los peces pueden ver afectado su material genético, ello es debido a la presencia de arsénico inorgánico que antes mencionábamos. Esto es principalmente causado por la acumulación del arsénico en los organismos de las aguas dulces consumidores de plantas.
Las aves también se ven afectadas, sobre todo las que consumen peces con grandes cantidades de arsénico. Mueren como resultado del envenenamiento por arsénico como consecuencia de la descomposición de los peces en sus propios cuerpos.
En humanos la exposición a As es más elevada para aquellos que trabajan en empresas donde utilizan en sus procesos industriales, para gente que vive en casas que contienen conservantes de la madera, gente que vive en granjas donde han sido aplicados pesticidas y herbicidas con As, para personas que usan acuíferos para el suministro de agua que contienen cantidades elevadas de As, como ocurre casi de forma generalizada en algunos países del sur de Asia (India, Tailandia, etc).
Los efectos tóxicos del As en el ser humano dependerá del modo y la duración de la exposición, también será importante la fuente y el tipo de arsénico.
Según algunos estudios la dosis letal de As en adultos será 1-4 mg As/kg[cita requerida] y sus compuestos como AsH3, As2O3, As2O5 la dosis variara entre 1,5 mg/kg y 500 mg/kg de la masa del cuerpo.[cita requerida]
La principal vía de exposición será por ingesta o inhalación, de esta manera entra en el organismo y llega a las superficies epiteliales del tracto digestivo, del aparato respiratorio o de la piel donde se absorbe, entrando en el torrente sanguíneo y siendo transportado a los demás órganos, donde puede ocasionar daños permanentes.
Pasado 24 horas el As puede ser encontrados en hígado, riñón, pulmones, bazo y piel; en la piel se acumula debido a la fácil reacción con las proteínas.
Cuando la ingesta es mayor que la excreción, se acumula en cabello y uñas. El nivel normal de As en la orina es 5-40 µg/día, en el cabello de 80-250 µg/día y en las uñas de 430-1080 µg/día.
Los efectos tóxicos varían dependiendo de varios factores como la genética, la dieta, el metabolismo, a la nutrición entre otras cosas. Los que tienen mayores riesgos son los que tengan una baja metilación del arsénico, los más afectados también serán los niños por su mayor división celular debido a que está en desarrollo y no metabolizará el As como un adulto.
La orina es el mejor bio-marcador para la medición de arsénico inorgánico absorbido, se pueden medir hasta el décimo día después de la exposición. En el cabello o uñas se pueden medir entre los seis a doce meses de la exposición.
El arsénico se encuentra omnipresente en los alimentos, ya que cantidades mínimas del mismo se incorporan por contaminación.
El arsénico puede estar presente en los alimentos por varias causas, estas se muestran en la Tabla II.
Tabla II.
Utilización de ácido arsanílico en la alimentación de cerdos y aves de corral para promover su crecimiento.
Utilizado en el tratamiento de enfermedades parasitarias.
Gases de combustión del carbón y gases industriales.
Los alimentos que llegan al consumidor son producto de una larga cadena de producción, preparación y procesado, durante la cual pueden ser contaminados por elementos metálicos, como por ejemplo de arsénico. Estos elementos se encuentran presentes en toda la biosfera, corteza terrestre, aguas, suelos, atmósfera.
La cantidad de arsénico ingerida por el hombre depende de qué alimentos tome y en qué cantidad, pudiéndose alcanzar contenidos máximos de hasta 40 µg/g.
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