Arsina

Arsina

Arsénico, como   Hidrógeno, H
Nombres
Nombres IUPAC Trihidruro de arsénico Arsane Trihidruro de arsénico
Otros nombres Hidrógeno arseniurizado, Hidruro arsenioso, Arsenuro de hidrógeno Hidruro de arsénico
Identificadores
Número CAS	7784-42-1 Y
Modelo 3D ( JSmol )	Imagen interactiva
EBICh	CHEBI:47217 Y
Química biológica	ChEMBL1231052
Araña química	22408 Y
Tarjeta informativa de la ECHA	100.029.151
Número CE	232-066-3
Referencia de Gmelin	599
BARRIL	C06269
Identificador de centro de PubChem	23969
Número RTECS	CG6475000
UNIVERSIDAD	V1I29R0RJQ Y
Número de la ONU	2188
Panel de control CompTox ( EPA )	DTXSID3023760
InChI InChI=1S/AsH3/h1H3 Y Clave: RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N Y InChI=1/AsH3/h1H3 Clave: RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYAH
SONRISAS [AsH3]
Propiedades
Fórmula química	AsH 3
Masa molar	77,9454  g/mol
Apariencia	Gas incoloro
Olor	Débil, parecido al ajo
Densidad	4,93  g/L, gas; 1,640  g/mL (−64 °C)
Punto de fusión	-111,2 °C (-168,2 °F; 162,0 K)
Punto de ebullición	-62,5 °C (-80,5 °F; 210,7 K)
Solubilidad en agua	0,2  g/100  ml (20 °C) [1] 0,07  g/100  ml (25 °C)
Solubilidad	soluble en cloroformo , benceno
Presión de vapor	14,9  atm [1]
Ácido conjugado	Arsonio
Estructura
Forma molecular	Pirámide trigonal
Momento dipolar	0,20 D
Termoquímica
Entropía molar estándar ( S ⦵ 298 )	223  J⋅K −1 ⋅mol −1
Entalpía estándar de formación (Δ f H ⦵ 298 )	+66,4  kJ/mol
Peligros
Seguridad y salud en el trabajo (SST/OHS):
Principales peligros	Extremadamente tóxico, explosivo, inflamable, potencial carcinógeno ocupacional [1]
Etiquetado SGA :
Pictogramas
Palabra de señal	Peligro
Indicaciones de peligro	H220 , H330 , H373 , H410
Consejos de precaución	P210 , P260 , P271 , P273 , P284 , P304+P340 , P310 , P314 , P320 , P377 , P381 , P391 , P403 , P403+P233 , P405 , P501
NFPA 704 (rombo cortafuegos)	4 4 2
punto de inflamabilidad	-62 °C (-80 °F; 211 K)
Límites de explosividad	5,1–78 % [1]
Dosis o concentración letal (LD, LC):
LD 50 ( dosis media )	2,5  mg/kg (intravenoso) [2]
LC 50 ( concentración media )	120  ppm (rata, 10  min) 77  ppm (ratón, 10  min) 201  ppm (conejo, 10  min) 108  ppm (perro, 10  min) [3]
LC Lo ( valor más bajo publicado )	250  ppm (humano, 30  min) 300  ppm (humano, 5  min) 25  ppm (humano, 30  min) [3]
NIOSH (límites de exposición a la salud en EE. UU.):
PEL (Permisible)	TWA 0,05  ppm (0,2  mg/m3 ) [ 1]
REL (recomendado)	C 0,002  mg/m 3 [15 minutos] [1]
IDLH (Peligro inmediato)	3  ppm [1]
Compuestos relacionados
Hidruros relacionados	Amoniaco ; fosfina ; estibina ; bismuto
Página de datos complementarios
Arsina (página de datos)
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para los materiales en su estado estándar (a 25 °C [77 °F], 100 kPa). norte verificar  ( ¿qué es   ?)Ynorte Referencias del cuadro de información

La arsina ( nombre IUPAC : arsano ) es un compuesto inorgánico con la fórmula As H ₃ . Este gas hidruro de nitrato de arsénico , 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 fórmula AsH _{3− x} R _x , donde R = arilo o alquilo . Por ejemplo, As(C ₆ H ₅ ) ₃ , llamado trifenilarsina , se conoce como "una arsina".

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

AsH ₃ es una molécula piramidal trigonal con ángulos H–As–H de 91,8° y tres enlaces As–H equivalentes, cada uno de una longitud de 1,519 Å . ^[9]

El AsH ₃ generalmente se prepara mediante la reacción de fuentes de As ^{3+ con equivalentes de H −} . ^[10]

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. ^[11] 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 cinc y el arseniuro de sodio son precursores adecuados: ^[12]

Zn3As2 ₊ 6H + ^→ 2AsH3 + _3Zn2 ⁺_​

Na ₃ As + 3 HBr → AsH ₃ + 3 NaBr

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

Como es típico de un hidruro pesado (p. ej., SbH ₃ , H ₂ Te , SnH ₄ ), el AsH ₃ 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 As elemental.

Continuando con la analogía con SbH ₃ , AsH _{3 se} oxida fácilmente con O ₂ concentrado o con la concentración de O ₂ diluido en el aire:

2AsH3 + _3O2 → _As2O3 + _3H2O​​_​​

La arsina reaccionará violentamente en presencia de agentes oxidantes fuertes, como permanganato de potasio , hipoclorito de sodio o ácido nítrico . ^[8]

El AsH ₃ se utiliza como precursor de complejos metálicos de arsénico "desnudo" (o "casi desnudo"). Un ejemplo es la especie de dimanganeso [(C ₅ H ₅ )Mn(CO) ₂ ] ₂ AsH, en la que el núcleo de Mn ₂ AsH es plano. ^[13]

Una prueba característica para el arsénico implica la reacción de AsH ₃ con Ag ⁺ , llamada prueba de Gutzeit para arsénico. ^[14] Aunque esta prueba se ha vuelto obsoleta en la química analítica , las reacciones subyacentes ilustran aún más la afinidad de AsH ₃ por los cationes metálicos "blandos". En la prueba de Gutzeit, AsH ₃ se genera por reducción de compuestos acuosos de arsénico, típicamente arsenitos , con Zn en presencia de H ₂ SO ₄ . El AsH ₃ gaseoso evolucionado luego se expone a AgNO ₃ ya sea como polvo o como una solución. Con AgNO ₃ sólido , AsH ₃ reacciona para producir Ag ₄ AsNO ₃ amarillo , mientras que AsH ₃ reacciona con una solución de AgNO ₃ para dar Ag ₃ As negro.

Las propiedades ácidas del enlace As–H se aprovechan a menudo. Así, el AsH ₃ puede desprotonarse:

AsH ₃ + NaNH ₂ → NaAsH ₂ + NH ₃

Tras la reacción con los trialquilos de aluminio, AsH ₃ produce el trimérico [R ₂ AlAsH ₂ ] ₃ , donde R = (CH ₃ ) ₃ C. ^[15] Esta reacción es relevante para el mecanismo por el cual GaAs se forma 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 ] ⁺ . ^[16]

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. ^[8]

A diferencia del comportamiento del PH ₃ , el AsH ₃ no forma cadenas estables, aunque se han detectado diarsina (o diarsano) H ₂ As–AsH ₂ , e incluso triarsano H ₂ As–As(H)–AsH ₂ . La diarsina es inestable por encima de −100 °C.

El AsH ₃ 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. ^[8] Más importante aún, el AsH ₃ se utiliza para fabricar el semiconductor GaAs mediante deposición química en fase de vapor (CVD) a 700–900 °C:

Ga(CH3 ₎ 3 ₊ AsH3 _{→ GaAs} +3CH4

Para aplicaciones microelectrónicas, la arsina puede ser suministrada por una fuente de gas subatmosférica (una fuente que suministra una presión inferior a la atmosférica). En este tipo de paquete de gas, la arsina se adsorbe en un adsorbente microporoso sólido dentro de un cilindro de gas. Este método permite almacenar el gas sin presión, lo que reduce significativamente el riesgo de una fuga de gas arsina del cilindro. Con este aparato, la arsina se obtiene aplicando vacío a la salida de la válvula del cilindro de gas. Para la fabricación de semiconductores , este método es factible, ya que los procesos como la implantación de iones funcionan a alto vacío.

Desde antes de la Segunda Guerra Mundial, el AsH ₃ se propuso como una posible arma de guerra química . El gas es incoloro, casi inodoro y 2,5 veces más denso que el aire, como se requiere para un efecto de cobertura buscado en la guerra química. También es letal en concentraciones mucho más bajas que las requeridas para oler su olor similar al ajo . A pesar de estas características, la arsina nunca se usó oficialmente como arma, debido a su alta inflamabilidad y su menor eficacia en comparación con la alternativa no inflamable fosgeno . Por otro lado, varios compuestos orgánicos basados ​​​​en arsina, como lewisita (β-clorovinildicloroarsina), adamsita (difenilaminacloroarsina), Clark 1 ( difenilcloroarsina ) y Clark 2 ( difenilcianoarsina ) se han desarrollado efectivamente para su uso en la guerra química. ^[17]

El AsH ₃ es bien conocido en la ciencia forense porque es un intermediario químico en la detección del envenenamiento por arsénico. La antigua (pero extremadamente sensible) prueba Marsh genera AsH ₃ en presencia de arsénico. ^[4] Este procedimiento, publicado en 1836 por James Marsh , ^[18] se basa en tratar una muestra que contiene As del cuerpo de una víctima (normalmente el contenido del estómago) 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 de espejo negro en la parte fría del equipo indica la presencia de antimonio (el altamente inestable SbH ₃ se descompone incluso a bajas temperaturas).

La prueba de Marsh se utilizó ampliamente a fines del siglo XIX y principios del XX; hoy en día, se emplean técnicas más sofisticadas, como la espectroscopia atómica , el plasma acoplado inductivamente y el análisis de fluorescencia de rayos X , en el campo forense. Aunque el análisis de activación neutrónica se utilizó para detectar niveles traza de arsénico a mediados del siglo XX, desde entonces ha caído en desuso en la ciencia forense moderna.

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 ha descrito envenenamiento tras el contacto con la piel. La arsina ataca la hemoglobina de los glóbulos rojos , provocando su destrucción por el organismo. ^{[19] [20]}

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

La exposición a concentraciones de arsina de 250 ppm es rápidamente mortal: concentraciones de 25–30 ppm son mortales para una exposición de 30 minutos, y concentraciones de 10 ppm pueden ser mortales en tiempos de exposición más prolongados. ^[3] Los síntomas de envenenamiento aparecen después de la exposición a concentraciones de 0,5 ppm. Hay poca información sobre la toxicidad crónica de la arsina, aunque es razonable suponer que, al igual que otros compuestos de arsénico, una exposición a largo plazo podría provocar arsenicosis . ^{[ cita requerida ]}

La arsina puede causar neumonía de dos maneras diferentes: "el edema extenso de la etapa aguda puede infiltrarse de manera difusa con leucocitos polimorfonucleares y el edema puede cambiar a un anillo de leucocitos, su epitelio degenerado, sus paredes infiltradas y cada bronquiolo en el centro de un pequeño foco o nódulo de consolidación neumónica", y en el segundo caso "las áreas involucradas son prácticamente siempre las puntas anteriores de los lóbulos medio y superior, mientras que las porciones posteriores de estos lóbulos y la totalidad de los lóbulos inferiores presentan una condición enfisematosa que contiene aire, a veces con ligera congestión, a veces sin ninguna", lo que puede resultar en la muerte. ^[21]

Está clasificada como una sustancia extremadamente peligrosa en los Estados Unidos según se define en la Sección 302 de la Ley de Planificación de Emergencias y Derecho a Saber de la Comunidad de los Estados Unidos (42 USC 11002), y está sujeta a estrictos requisitos de notificación por parte de las instalaciones que la producen, almacenan o usan en cantidades significativas. ^[22]

• Ácido cacodílico
• Óxido de cacodilo
• Aleación de Devarda , también utilizada para producir arsina en el laboratorio.
• Lista de gases altamente tóxicos
• Verde de Scheele , un pigmento utilizado popularmente a principios del siglo XIX.

• Ficha internacional de seguridad química 0222
• Monografía del IARC "Arsénico y compuestos de arsénico"
• Guía de bolsillo del NIOSH sobre peligros 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