El arsénico es un elemento químico con el símbolo As y número atómico 33. El arsénico se encuentra en muchos minerales, generalmente en combinación con azufre y metales , pero también como un cristal elemental puro . El arsénico es un metaloide . Tiene varios alótropos , pero solo la forma gris, que tiene un aspecto metálico, es importante para la industria.
Arsénico | |||||||||||||||||||||||||||||
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Pronunciación |
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Alótropos | gris (más común), amarillo, negro | ||||||||||||||||||||||||||||
Apariencia | gris metalizado | ||||||||||||||||||||||||||||
Peso atómico estándar A r, estándar (As) | 74,921 595 (6) [1] | ||||||||||||||||||||||||||||
Arsénico en la tabla periódica | |||||||||||||||||||||||||||||
Número atómico ( Z ) | 33 | ||||||||||||||||||||||||||||
Grupo | grupo 15 (pnictógenos) | ||||||||||||||||||||||||||||
Período | período 4 | ||||||||||||||||||||||||||||
Cuadra | bloque p | ||||||||||||||||||||||||||||
Configuración electronica | [ Ar ] 3d 10 4s 2 4p 3 | ||||||||||||||||||||||||||||
Electrones por capa | 2, 8, 18, 5 | ||||||||||||||||||||||||||||
Propiedades físicas | |||||||||||||||||||||||||||||
Fase en STP | sólido | ||||||||||||||||||||||||||||
Punto de sublimación | 887 K (615 ° C, 1137 ° F) | ||||||||||||||||||||||||||||
Densidad (cerca de rt ) | 5,727 g / cm 3 | ||||||||||||||||||||||||||||
cuando es líquido (a mp ) | 5,22 g / cm 3 | ||||||||||||||||||||||||||||
Triple punto | 1090 K, 3628 kPa [2] | ||||||||||||||||||||||||||||
Punto crítico | 1673 K,? MPa | ||||||||||||||||||||||||||||
Calor de fusión | gris: 24,44 kJ / mol | ||||||||||||||||||||||||||||
Calor de vaporización | 34,76 kJ / mol (?) | ||||||||||||||||||||||||||||
Capacidad calorífica molar | 24,64 J / (mol · K) | ||||||||||||||||||||||||||||
Presión de vapor
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Propiedades atómicas | |||||||||||||||||||||||||||||
Estados de oxidación | −3 , −2, −1, 0, [3] +1, [4] +2, +3 , +4, +5 (unóxidoligeramente ácido ) | ||||||||||||||||||||||||||||
Electronegatividad | Escala de Pauling: 2,18 | ||||||||||||||||||||||||||||
Energías de ionización |
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Radio atómico | empírico: 119 pm | ||||||||||||||||||||||||||||
Radio covalente | 119 ± 4 pm | ||||||||||||||||||||||||||||
Radio de Van der Waals | 185 pm | ||||||||||||||||||||||||||||
Líneas espectrales de arsénico | |||||||||||||||||||||||||||||
Otras propiedades | |||||||||||||||||||||||||||||
Ocurrencia natural | primordial | ||||||||||||||||||||||||||||
Estructura cristalina | romboédrico | ||||||||||||||||||||||||||||
Expansión térmica | 5,6 µm / (m⋅K) [5] (a ta ) | ||||||||||||||||||||||||||||
Conductividad térmica | 50,2 W / (m⋅K) | ||||||||||||||||||||||||||||
Resistividad electrica | 333 nΩ⋅m (a 20 ° C) | ||||||||||||||||||||||||||||
Orden magnético | diamagnético [6] | ||||||||||||||||||||||||||||
Susceptibilidad magnética molar | −5,5 × 10 −6 cm 3 / mol [7] | ||||||||||||||||||||||||||||
El módulo de Young | 8 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||
Módulo de volumen | 22 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||
Dureza de Mohs | 3,5 | ||||||||||||||||||||||||||||
Dureza Brinell | 1440 MPa | ||||||||||||||||||||||||||||
Número CAS | 7440-38-2 | ||||||||||||||||||||||||||||
Historia | |||||||||||||||||||||||||||||
Descubrimiento | Alquimistas árabes (antes del 815 d.C.) | ||||||||||||||||||||||||||||
Principales isótopos del arsénico | |||||||||||||||||||||||||||||
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El uso principal del arsénico es en aleaciones de plomo (por ejemplo, en baterías de automóviles y municiones ). El arsénico es un dopante de tipo n común en los dispositivos electrónicos semiconductores . También es un componente del semiconductor compuesto III-V arseniuro de galio . El arsénico y sus compuestos, especialmente el trióxido, se utilizan en la producción de pesticidas , productos de madera tratada, herbicidas e insecticidas . Estas aplicaciones están disminuyendo con el creciente reconocimiento de la toxicidad del arsénico y sus compuestos. [8]
Algunas especies de bacterias pueden utilizar compuestos de arsénico como metabolitos respiratorios . Las trazas de arsénico son un elemento dietético esencial en ratas, hámsteres, cabras, pollos y presumiblemente otras especies. Se desconoce su papel en el metabolismo humano. [9] [10] [11] Sin embargo, el envenenamiento por arsénico ocurre en la vida multicelular si las cantidades son mayores de lo necesario. La contaminación por arsénico de las aguas subterráneas es un problema que afecta a millones de personas en todo el mundo.
El Estados Unidos ' Agencia de Protección Ambiental establece que todas las formas de arsénico son un grave riesgo para la salud humana. [12] La Agencia de Estados Unidos para el Registro de Sustancias Tóxicas y Enfermedades clasificó al arsénico como el número 1 en su Lista de Prioridades de Sustancias Peligrosas de 2001 en los sitios Superfund . [13] El arsénico se clasifica como un Grupo-A carcinógeno . [12]
Caracteristicas
Características físicas
Los tres alótropos de arsénico más comunes son el arsénico gris, amarillo y negro, siendo el gris el más común. [14] El arsénico gris (α-As, grupo espacial R 3 m No. 166) adopta una estructura de doble capa que consta de muchos anillos entrelazados, rizados y de seis miembros. Debido a la unión débil entre las capas, el arsénico gris es frágil y tiene una dureza Mohs relativamente baja de 3,5. Los vecinos más cercanos y próximos forman un complejo octaédrico distorsionado, con los tres átomos de la misma capa doble ligeramente más cerca que los tres átomos de la siguiente. [15] Este empaquetamiento relativamente estrecho conduce a una alta densidad de 5,73 g / cm 3 . [16] El arsénico gris es un semimetal , pero se convierte en un semiconductor con una banda prohibida de 1,2 a 1,4 eV si se amorfiza. [17] El arsénico gris también es la forma más estable. El arsénico amarillo es suave y ceroso, y algo similar al tetrafosforo ( P
4). [18] Ambos tienen cuatro átomos dispuestos en una estructura tetraédrica en la que cada átomo está unido a cada uno de los otros tres átomos por un enlace sencillo. Este alótropo inestable, al ser molecular, es el más volátil, el menos denso y el más tóxico. El arsénico amarillo sólido se produce por enfriamiento rápido del vapor de arsénico, como
4. Se transforma rápidamente en arsénico gris por la luz. La forma amarilla tiene una densidad de 1,97 g / cm 3 . [16] El arsénico negro es similar en estructura al fósforo negro . [16] El arsénico negro también se puede formar enfriando el vapor a alrededor de 100–220 ° C y por cristalización de arsénico amorfo en presencia de vapores de mercurio. [19] Es vidrioso y quebradizo. También es un mal conductor eléctrico. [20]
Isótopos
El arsénico se encuentra en la naturaleza como un elemento monoisotópico , compuesto por un isótopo estable , 75 As. [21] A partir de 2003, también se han sintetizado al menos 33 radioisótopos , cuya masa atómica varía de 60 a 92. El más estable de estos es 73 As con una vida media de 80,30 días. Todos los demás isótopos tienen vidas medias de menos de un día, con la excepción de 71 As ( t 1/2 = 65.30 horas), 72 As ( t 1/2 = 26.0 horas), 74 As ( t 1/2 = 17.77 días ), 76 As ( t 1/2 = 1.0942 días) y 77 As ( t 1/2 = 38.83 horas). Los isótopos que son más ligeros que el establo 75 Como tienden a decaer por β + caries , y los que son más pesados tienden a decaer por β - caries , con algunas excepciones.
Se han descrito al menos 10 isómeros nucleares , cuya masa atómica varía de 66 a 84. El más estable de los isómeros de arsénico es 68m As con una vida media de 111 segundos. [21]
Química
El arsénico tiene una electronegatividad y energías de ionización similares a las de su congénere más ligero, el fósforo y, en consecuencia, forma fácilmente moléculas covalentes con la mayoría de los no metales. Aunque es estable en aire seco, el arsénico forma un deslustre de bronce dorado al exponerse a la humedad que eventualmente se convierte en una capa superficial negra. [22] Cuando se calienta en el aire, el arsénico se oxida a trióxido de arsénico ; los vapores de esta reacción tienen un olor parecido al del ajo . Este olor se puede detectar al golpear minerales de arseniuro como la arsenopirita con un martillo. [2] Se quema en oxígeno para formar trióxido de arsénico y pentóxido de arsénico , que tienen la misma estructura que los compuestos de fósforo más conocidos, y en flúor para dar pentafluoruro de arsénico . [22] El arsénico (y algunos compuestos de arsénico) se sublima al calentarlo a presión atmosférica, convirtiéndose directamente en una forma gaseosa sin un estado líquido intermedio a 887 K (614 ° C). [2] El punto triple es 3,63 MPa y 1.090 K (820 ° C). [16] [2] El arsénico produce ácido arsénico con ácido nítrico concentrado , ácido arsénico con ácido nítrico diluido y trióxido de arsénico con ácido sulfúrico concentrado ; sin embargo, no reacciona con agua, álcalis o ácidos no oxidantes. [23] El arsénico reacciona con metales para formar arseniuros , aunque estos no son compuestos iónicos que contienen el ión As 3−, ya que la formación de tal anión sería altamente endotérmica e incluso los arseniuros del grupo 1 tienen propiedades de compuestos intermetálicos . [22] Al igual que el germanio , el selenio y el bromo , que como el arsénico suceden a la serie de transición 3d , el arsénico es mucho menos estable en el estado de oxidación grupal de +5 que sus vecinos verticales fósforo y antimonio, y por lo tanto el pentóxido de arsénico y el ácido arsénico son potentes oxidantes. [22]
Compuestos
Los compuestos de arsénico se parecen en algunos aspectos a los de fósforo, que ocupa el mismo grupo (columna) de la tabla periódica . Los estados de oxidación más comunes para el arsénico son: −3 en los arseniuros , que son compuestos intermetálicos similares a aleaciones, +3 en los arsenitos y +5 en los arseniatos y la mayoría de los compuestos organoarsénicos. El arsénico también se adhiere fácilmente a sí mismo como se ve en el cuadrado As3−
4iones en el mineral skutterudite . [24] En el estado de oxidación +3 , el arsénico es típicamente piramidal debido a la influencia del par solitario de electrones . [14]
Compuestos inorgánicos
Uno de los compuestos de arsénico más simples es el trihidruro, la arsina pirofórica altamente tóxica e inflamable (AsH 3 ). Este compuesto generalmente se considera estable, ya que a temperatura ambiente se descompone lentamente. A temperaturas de 250–300 ° C, la descomposición en arsénico e hidrógeno es rápida. [25] Varios factores, como la humedad , la presencia de luz y ciertos catalizadores (a saber, el aluminio ) facilitan la velocidad de descomposición. [26] Se oxida fácilmente en el aire para formar trióxido de arsénico y agua, y tienen lugar reacciones análogas con azufre y selenio en lugar de oxígeno . [25]
El arsénico forma óxidos cristalinos incoloros, inodoros, As 2 O 3 (" arsénico blanco ") y As 2 O 5 que son higroscópicos y fácilmente solubles en agua para formar soluciones ácidas. El ácido arsénico (V) es un ácido débil y las sales se denominan arseniatos , [27] la contaminación por arsénico más común de las aguas subterráneas y un problema que afecta a muchas personas. Los arseniatos sintéticos incluyen el verde de Scheele (arseniato de hidrógeno cúprico, arseniato de cobre ácido), arseniato de calcio y arseniato de hidrógeno de plomo . Estos tres se han utilizado como insecticidas agrícolas y venenos .
Los pasos de protonación entre el arseniato y el ácido arsénico son similares a los del fosfato y el ácido fosfórico . A diferencia del ácido fosforoso , el ácido arsénico es genuinamente tribásico, con la fórmula As (OH) 3 . [27]
Se conoce una amplia variedad de compuestos de azufre de arsénico. Orpiment ( As 2 S 3 ) y realgar ( As 4 S 4 ) son algo abundantes y se usaban anteriormente como pigmentos de pintura. En As 4 S 10 , el arsénico tiene un estado de oxidación formal de +2 en As 4 S 4 que presenta enlaces As-As de modo que la covalencia total de As sigue siendo 3. [28] Tanto el oropimente como el realgar, así como el As 4 S 3 , tienen análogos de selenio; el análogo As 2 Te 3 se conoce como el mineral kalgoorlieita , [29] y el anión As 2 Te - se conoce como ligando en los complejos de cobalto . [30]
Todos los trihaluros de arsénico (III) son bien conocidos excepto el astatida, que se desconoce. El pentafluoruro de arsénico (AsF 5 ) es el único pentahaluro importante, lo que refleja la menor estabilidad del estado de oxidación +5; aun así, es un agente oxidante y fluorante muy fuerte. (El pentacloruro es estable solo por debajo de -50 ° C, a cuya temperatura se descompone en tricloruro, liberando cloro gaseoso. [16] )
Aleaciones
El arsénico se utiliza como elemento del grupo 5 en los semiconductores III-V arseniuro de galio , arseniuro de indio y arseniuro de aluminio . [31] El recuento de electrones de valencia de GaAs es el mismo que el de un par de átomos de Si, pero la estructura de la banda es completamente diferente, lo que da como resultado distintas propiedades de volumen. [32] Otras aleaciones de arsénico incluyen el arseniuro de cadmio semiconductor II-V . [33]
Compuestos organoarsénicos
Se conocen una gran variedad de compuestos organoarsénicos. Varios se desarrollaron como agentes de guerra química durante la Primera Guerra Mundial, incluidos los vesicantes como la lewisita y los agentes vómitos como la adamsita . [34] [35] [36] El ácido cacodílico , que es de interés histórico y práctico, surge de la metilación del trióxido de arsénico, una reacción que no tiene analogía en la química del fósforo. El cacodilo fue el primer compuesto organometálico conocido (aunque el arsénico no es un metal verdadero) y recibió su nombre del griego κακωδἰα "hedor" por su olor ofensivo; es muy venenoso. [37]
Ocurrencia y producción
El arsénico comprende aproximadamente 1,5 ppm (0,00015%) de la corteza terrestre y es el 53º elemento más abundante. Las concentraciones de fondo típicas de arsénico no superan los 3 ng / m 3 en la atmósfera; 100 mg / kg en suelo; y 10 μg / L en agua dulce.
Los minerales con la fórmula MAsS y MAs 2 (M = Fe , Ni , Co ) son las fuentes comerciales dominantes de arsénico, junto con el realgar (un mineral de sulfuro de arsénico) y el arsénico nativo (elemental). Un mineral ilustrativo es la arsenopirita ( Fe As S ), que está relacionada estructuralmente con la pirita de hierro . Se conocen muchos minerales menores que contienen As. El arsénico también se presenta en diversas formas orgánicas en el medio ambiente. [38]
En 2014, China fue el principal productor de arsénico blanco con casi el 70% de participación mundial, seguido de Marruecos , Rusia y Bélgica , según el Servicio Geológico Británico y el Servicio Geológico de los Estados Unidos . [40] La mayoría de las operaciones de refinamiento de arsénico en los Estados Unidos y Europa han cerrado por preocupaciones ambientales. El arsénico se encuentra en el polvo de fundición de las fundiciones de cobre , oro y plomo , y se recupera principalmente del polvo de refinamiento de cobre. [41]
Al tostar arsenopirita en el aire, el arsénico se sublima como óxido de arsénico (III) dejando óxidos de hierro, [38] mientras que el tostado sin aire da como resultado la producción de arsénico gris. La purificación adicional del azufre y otros calcógenos se logra mediante sublimación al vacío, en una atmósfera de hidrógeno o mediante destilación a partir de una mezcla fundida de plomo y arsénico. [42]
Rango | País | Producción de 2014 como 2 O 3 [40] |
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1 | porcelana | 25.000 toneladas |
2 | Marruecos | 8.800 toneladas |
3 | Rusia | 1500 toneladas |
4 | Bélgica | 1000 toneladas |
5 | Bolivia | 52 T |
6 | Japón | 45 T |
- | Total mundial (redondeado) | 36,400 toneladas |
Historia
La palabra arsénico tiene su origen en la palabra siríaca ܠܐ ܙܐܦܢܝܐ (al) zarniqa , [43] [se necesita una mejor fuente ] del árabe al-zarnīḵ الزرنيخ 'el orpiment ', basado en el zar persa 'oro' de la palabra زرنيخ zarnikh , que significa "amarillo" (literalmente "color dorado") y por lo tanto "(amarillo) o pimentón". Fue adoptado al griego como arsenikon ( ἀρσενικόν ), una forma que es etimología popular , siendo la forma neutra de la palabra griega arsenikos ( ἀρσενικός ), que significa "masculino", "viril".
La palabra griega fue adoptada en latín como arsenicum , que en francés se convirtió en arsénico , de donde se toma la palabra en inglés arsenic. [43] [Se necesita una mejor fuente ] Los sulfuros de arsénico (oropimente, realgar ) y óxidos se conocen y utilizan desde la antigüedad. [44] Zosimos (alrededor del año 300 d. C.) describe el tostado de sandarach (realgar) para obtener una nube de arsénico ( trióxido de arsénico ), que luego reduce a arsénico gris. [45] Como los síntomas de la intoxicación por arsénico no son muy específicos, se utilizó con frecuencia para asesinar hasta la llegada de la prueba de Marsh , una prueba química sensible para detectar su presencia. (Otra prueba menos sensible pero más general es la prueba de Reinsch .) Debido a su uso por la clase dominante para asesinarse unos a otros y su potencia y discreción, el arsénico ha sido llamado "veneno de reyes" y "rey de venenos". [46]
Durante la Edad del Bronce , el arsénico se incluía a menudo en el bronce , lo que endurecía la aleación (el llamado " bronce arsénico "). [47] [48] El aislamiento de arsénico fue descrito por Jabir ibn Hayyan antes del 815 d. C. [49] Albertus Magnus (Alberto el Grande, 1193-1280) posteriormente aisló el elemento de un compuesto en 1250, calentando jabón junto con trisulfuro de arsénico . [50] En 1649, Johann Schröder publicó dos formas de preparar arsénico. [51] Los cristales de arsénico elemental (nativo) se encuentran en la naturaleza, aunque son raros.
El líquido humeante de Cadet ( cacodilo impuro ), a menudo reivindicado como el primer compuesto organometálico sintético , fue sintetizado en 1760 por Louis Claude Cadet de Gassicourt mediante la reacción de acetato de potasio con trióxido de arsénico . [52]
En la época victoriana , el "arsénico" ("arsénico blanco" o trióxido de arsénico) se mezclaba con vinagre y tiza y las mujeres lo comían para mejorar la tez de sus rostros, haciendo que su piel fuera más pálida para mostrar que no trabajaban en el campo. [53] También se frotó arsénico en el rostro y los brazos de las mujeres para "mejorar su complexión". El uso accidental de arsénico en la adulteración de productos alimenticios provocó la intoxicación por dulces de Bradford en 1858, que provocó alrededor de 20 muertes. [54] La producción de papel tapiz también comenzó a usar tintes hechos de arsénico, que se pensaba que aumentaba el brillo del pigmento. [55]
Dos pigmentos de arsénico se han utilizado ampliamente desde su descubrimiento: Paris Green y Scheele's Green . Después de que se conoció ampliamente la toxicidad del arsénico, estos productos químicos se usaron con menos frecuencia como pigmentos y más a menudo como insecticidas. En la década de 1860, un subproducto de arsénico de la producción de tinte, London Purple se utilizó ampliamente. Se trataba de una mezcla sólida de trióxido de arsénico, anilina, cal y óxido ferroso, insoluble en agua y muy tóxico por inhalación o ingestión [56]. Pero luego fue reemplazado por Paris Green, otro tinte a base de arsénico. [57] Con una mejor comprensión del mecanismo de toxicología, se utilizaron otros dos compuestos a partir de la década de 1890. [58] El arsenito de cal y el arseniato de plomo se utilizaron ampliamente como insecticidas hasta el descubrimiento del DDT en 1942. [59] [60] [61]
Aplicaciones
Agrícola
La toxicidad del arsénico para insectos , bacterias y hongos llevó a su uso como conservante de la madera. [62] En la década de 1930, se inventó un proceso de tratamiento de la madera con arseniato de cobre cromado (también conocido como CCA o Tanalith ), y durante décadas, este tratamiento fue el uso industrial más extenso del arsénico. Una mayor apreciación de la toxicidad del arsénico llevó a la prohibición del CCA en productos de consumo en 2004, iniciada por la Unión Europea y Estados Unidos. [63] [64] Sin embargo, el CCA sigue siendo de uso intensivo en otros países (como en las plantaciones de caucho de Malasia). [8]
El arsénico también se usó en varios insecticidas agrícolas y venenos. Por ejemplo, el arseniato de hidrógeno de plomo era un insecticida común en los árboles frutales , [65] pero el contacto con el compuesto a veces resultaba en daño cerebral entre quienes trabajaban con los rociadores. En la segunda mitad del siglo XX, el arseniato de metilo monosódico (MSMA) y el arseniato de metilo disódico (DSMA), formas orgánicas menos tóxicas de arsénico, reemplazaron al arseniato de plomo en la agricultura. Estos arsénicos orgánicos se eliminaron a su vez en 2013 en todas las actividades agrícolas, excepto en el cultivo del algodón. [66]
La biogeoquímica del arsénico es compleja e incluye varios procesos de adsorción y desorción. La toxicidad del arsénico está relacionada con su solubilidad y se ve afectada por el pH. Arsenito ( AsO3−
3) es más soluble que el arseniato ( AsO3−
4) y es más tóxico; sin embargo, a un pH más bajo, el arseniato se vuelve más móvil y tóxico. Se encontró que la adición de azufre, fósforo y óxidos de hierro a suelos con alto contenido de arsenito reduce en gran medida la fitotoxicidad del arsénico. [67]
El arsénico se utiliza como aditivo alimentario en la producción avícola y porcina , en particular en los EE. UU. Para aumentar el aumento de peso, mejorar la eficiencia de la alimentación y prevenir enfermedades. [68] [69] Un ejemplo es la roxarsona , que ha sido utilizada como iniciador de pollos de engorde por aproximadamente el 70% de los productores de pollos de engorde de EE. UU. [70] Alpharma, una subsidiaria de Pfizer Inc., que produce roxarsone, suspendió voluntariamente las ventas del medicamento en respuesta a estudios que mostraban niveles elevados de arsénico inorgánico, un carcinógeno, en pollos tratados. [71] Un sucesor de Alpharma, Zoetis , continúa vendiendo nitarsone , principalmente para su uso en pavos. [71]
El arsénico se agrega intencionalmente a la alimentación de pollos criados para el consumo humano. Los compuestos orgánicos de arsénico son menos tóxicos que el arsénico puro y promueven el crecimiento de los pollos. En algunas condiciones, el arsénico en el alimento para pollos se convierte en la forma inorgánica tóxica. [72]
Un estudio de 2006 de los restos del caballo de carreras australiano , Phar Lap , determinó que la muerte en 1932 del famoso campeón fue causada por una sobredosis masiva de arsénico. El veterinario de Sydney, Percy Sykes, declaró: "En aquellos días, el arsénico era un tónico bastante común, generalmente administrado en forma de solución (Solución de Fowler) ... Era tan común que calculé que el 90 por ciento de los caballos tenían arsénico en su sistema ". [73]
Uso medico
Durante los siglos XVIII, XIX y XX, se utilizaron varios compuestos de arsénico como medicamentos, incluida la arsfenamina (de Paul Ehrlich ) y el trióxido de arsénico (de Thomas Fowler ). [74] La arsfenamina, así como el neosalvarsan , estaban indicados para la sífilis , pero han sido reemplazados por los antibióticos modernos . Sin embargo, los arsenicales como el melarsoprol todavía se utilizan para el tratamiento de la tripanosomiasis , ya que aunque estos fármacos tienen la desventaja de una toxicidad grave, la enfermedad es casi uniformemente mortal si no se trata. [75]
El trióxido de arsénico se ha utilizado en una variedad de maneras en los últimos 500 años, más comúnmente en el tratamiento del cáncer , sino también en los medicamentos tan diversos como la solución de Fowler en la psoriasis . [76] La Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU. Aprobó en el año 2000 este compuesto para el tratamiento de pacientes con leucemia promielocítica aguda que es resistente al ácido retinoico todo-trans . [77]
Un artículo de 2008 informa sobre el éxito en la localización de tumores utilizando arsénico-74 (un emisor de positrones). Este isótopo produce imágenes de exploración PET más claras que el agente radiactivo anterior, el yodo -124, porque el cuerpo tiende a transportar yodo a la glándula tiroides produciendo ruido de señal. [78] Se ha demostrado que las nanopartículas de arsénico tienen la capacidad de destruir las células cancerosas con menor citotoxicidad que otras formulaciones de arsénico. [79]
En dosis subtoxicas, los compuestos solubles de arsénico actúan como estimulantes , y alguna vez fueron populares en pequeñas dosis como medicina entre las personas de mediados del siglo XVIII al XIX. [dieciséis]
Aleaciones
El principal uso del arsénico es la aleación con plomo. Los componentes de plomo de las baterías de los automóviles se fortalecen con la presencia de un porcentaje muy pequeño de arsénico. [8] [80] La deszincificación del latón (una aleación de cobre y zinc) se reduce en gran medida mediante la adición de arsénico. [81] El "cobre arsénico desoxidado con fósforo" con un contenido de arsénico del 0,3% tiene una mayor estabilidad a la corrosión en ciertos entornos. [82] El arseniuro de galio es un material semiconductor importante que se utiliza en circuitos integrados . Los circuitos hechos de GaAs son mucho más rápidos (pero también mucho más caros) que los hechos de silicio . A diferencia del silicio, GaAs tiene una banda prohibida directa y se puede utilizar en diodos láser y LED para convertir la energía eléctrica directamente en luz . [8]
Militar
Después de la Primera Guerra Mundial , los Estados Unidos construyó una reserva de 20.000 toneladas de weaponized lewisite (ClCH = CHAsCl 2 ), un ORGANOARSENICAL vesicante (agente vesicante) y de pulmón irritante. La reserva se neutralizó con lejía y se arrojó al Golfo de México en la década de 1950. [83] Durante la Guerra de Vietnam , Estados Unidos utilizó el Agente Azul , una mezcla de cacodilato de sodio y su forma ácida, como uno de los herbicidas arcoíris para privar a los soldados norvietnamitas de la cobertura de follaje y el arroz. [84] [85]
Otros usos
- La acetoarsenita de cobre se usó como un pigmento verde conocido con muchos nombres, incluidos el verde de París y el verde esmeralda. Causó numerosas intoxicaciones por arsénico . El verde de Scheele , un arseniato de cobre, se usó en el siglo XIX como colorante en dulces . [86]
- El arsénico se utiliza en bronceado [87] y pirotecnia .
- Hasta el 2% del arsénico producido se utiliza en aleaciones de plomo para perdigones y balas de plomo . [88]
- Se agrega arsénico en pequeñas cantidades al alfa-latón para hacerlo resistente a la descinificación . Este grado de latón se usa en accesorios de plomería y otros ambientes húmedos. [89]
- El arsénico también se utiliza para la conservación de muestras taxonómicas.
- El arsénico se utilizó como opacificante en cerámica, creando esmaltes blancos. [90]
- Hasta hace poco, el arsénico se utilizaba en vidrio óptico. Los fabricantes de vidrio modernos, bajo la presión de los ambientalistas, han dejado de usar tanto arsénico como plomo . [91]
Papel biológico
Bacterias
Algunas especies de bacterias obtienen su energía en ausencia de oxígeno oxidando varios combustibles mientras reducen el arseniato a arsenito. En condiciones ambientales oxidativas, algunas bacterias utilizan arsenito como combustible, que oxidan a arseniato. [92] Las enzimas involucradas se conocen como arsenato reductasas (Arr). [93]
En 2008, se descubrieron bacterias que emplean una versión de la fotosíntesis en ausencia de oxígeno con arsenitos como donadores de electrones , produciendo arseniatos (al igual que la fotosíntesis ordinaria usa agua como donador de electrones, produciendo oxígeno molecular). Los investigadores conjeturan que, a lo largo de la historia, estos organismos fotosintetizadores produjeron los arseniatos que permitieron que prosperasen las bacterias reductoras de arseniato. Se ha aislado una cepa PHS-1 y está relacionada con la gammaproteobacterium Ectothiorhodospira shaposhnikovii . Se desconoce el mecanismo, pero una enzima Arr codificada puede funcionar a la inversa de sus homólogos conocidos . [94]
En 2011, se postuló que una cepa de Halomonadaceae podría cultivarse en ausencia de fósforo si ese elemento fuera sustituido por arsénico, [95] explotando el hecho de que los aniones arsenato y fosfato son similares estructuralmente. El estudio fue ampliamente criticado y posteriormente refutado por grupos de investigadores independientes. [96] [97]
Oligoelemento esencial en animales superiores
Alguna evidencia indica que el arsénico es un oligoelemento esencial en aves (pollos) y en mamíferos (ratas, hámsteres y cabras). Sin embargo, se desconoce la función biológica . [98] [99] [100]
Herencia
El arsénico se ha relacionado con cambios epigenéticos , cambios hereditarios en la expresión genética que ocurren sin cambios en la secuencia del ADN . Estos incluyen metilación del ADN, modificación de histonas e interferencia de ARN . Los niveles tóxicos de arsénico provocan una hipermetilación significativa del ADN de los genes supresores de tumores p16 y p53 , lo que aumenta el riesgo de carcinogénesis . Estos eventos epigenéticos se han estudiado in vitro usando células de riñón humano e in vivo usando células de hígado de rata y leucocitos de sangre periférica en humanos. [101] La espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente (ICP-MS) se usa para detectar niveles precisos de arsénico intracelular y otras bases de arsénico involucradas en la modificación epigenética del ADN. [102] Los estudios que investigan el arsénico como factor epigenético se pueden utilizar para desarrollar biomarcadores precisos de exposición y susceptibilidad.
El helecho freno chino ( Pteris vittata ) hiperacumula el arsénico del suelo en sus hojas y tiene un uso propuesto en la fitorremediación . [103]
Biometilación
El arsénico inorgánico y sus compuestos, al entrar en la cadena alimentaria , se metabolizan progresivamente mediante un proceso de metilación . [104] [105] Por ejemplo, el moho Scopulariopsis brevicaulis produce trimetilarsina si hay arsénico inorgánico presente. [106] El compuesto orgánico arsenobetaína se encuentra en algunos alimentos marinos como el pescado y las algas, y también en los hongos en concentraciones mayores. La ingesta media de una persona es de unos 10 a 50 µg / día. Los valores de alrededor de 1000 µg no son inusuales después del consumo de pescado u hongos, pero hay poco peligro en comer pescado porque este compuesto de arsénico es casi no tóxico. [107]
Cuestiones ambientales
Exposición
Las fuentes naturales de exposición humana incluyen cenizas volcánicas, meteorización de minerales y menas y aguas subterráneas mineralizadas. El arsénico también se encuentra en los alimentos, el agua, el suelo y el aire. [108] Todas las plantas absorben el arsénico, pero está más concentrado en las verduras de hoja, el arroz, el jugo de manzana y uva y los mariscos. [109] Una vía adicional de exposición es la inhalación de gases y polvos atmosféricos. [110] Durante la época victoriana , el arsénico se usaba mucho en la decoración del hogar, especialmente en los papeles pintados. [111]
Ocurrencia en el agua potable
La extensa contaminación por arsénico de las aguas subterráneas ha provocado un envenenamiento generalizado por arsénico en Bangladesh [112] y los países vecinos. Se estima que aproximadamente 57 millones de personas en la cuenca de Bengala beben agua subterránea con concentraciones de arsénico elevadas por encima del estándar de la Organización Mundial de la Salud de 10 partes por billón (ppb). [113] Sin embargo, un estudio de las tasas de cáncer en Taiwán [114] sugirió que los aumentos significativos en la mortalidad por cáncer aparecen solo en niveles superiores a 150 ppb. El arsénico en el agua subterránea es de origen natural y se libera del sedimento al agua subterránea, causado por las condiciones anóxicas del subsuelo. Esta agua subterránea se utilizó después de que las ONG locales y occidentales y el gobierno de Bangladesh emprendieron un programa masivo de agua potable de pozos poco profundos a fines del siglo XX. Este programa fue diseñado para prevenir el consumo de aguas superficiales contaminadas con bacterias, pero no logró realizar pruebas de arsénico en el agua subterránea. Muchos otros países y distritos del sudeste asiático , como Vietnam y Camboya , tienen entornos geológicos que producen agua subterránea con un alto contenido de arsénico. La arsenicosis se informó en Nakhon Si Thammarat , Tailandia en 1987, y el río Chao Phraya probablemente contiene altos niveles de arsénico disuelto de origen natural sin ser un problema de salud pública porque gran parte del público usa agua embotellada. [115] En Pakistán, más de 60 millones de personas están expuestas al agua potable contaminada con arsénico, según indica un informe reciente de Science . El equipo de Podgorski investigó más de 1200 muestras y más del 66% excedió el nivel mínimo de contaminación de la OMS. [116]
Desde la década de 1980, los residentes de la región de Ba Men en Mongolia Interior, China, han estado expuestos crónicamente al arsénico a través del agua potable de pozos contaminados. [117] Un estudio de investigación de 2009 observó una presencia elevada de lesiones cutáneas entre los residentes con concentraciones de arsénico en agua de pozo entre 5 y 10 µg / L, lo que sugiere que la toxicidad inducida por arsénico puede ocurrir en concentraciones relativamente bajas con exposición crónica. [117] En general, 20 de las 34 provincias de China tienen altas concentraciones de arsénico en el suministro de agua subterránea, lo que potencialmente expone a 19 millones de personas al agua potable peligrosa. [118]
En los Estados Unidos, el arsénico se encuentra más comúnmente en las aguas subterráneas del suroeste. [119] También se sabe que partes de Nueva Inglaterra , Michigan , Wisconsin , Minnesota y las Dakotas tienen concentraciones significativas de arsénico en el agua subterránea. [120] Se han asociado niveles elevados de cáncer de piel con la exposición al arsénico en Wisconsin, incluso a niveles por debajo del estándar de agua potable de 10 partes por mil millones. [121] Según una película reciente financiada por el Superfund de EE. UU. , Millones de pozos privados tienen niveles de arsénico desconocidos y, en algunas áreas de EE. UU., Más del 20% de los pozos pueden contener niveles que exceden los límites establecidos. [122]
La exposición de bajo nivel al arsénico en concentraciones de 100 partes por mil millones (es decir, por encima del estándar de agua potable de 10 partes por mil millones) compromete la respuesta inmune inicial al H1N1 o la infección por gripe porcina según los científicos apoyados por NIEHS. El estudio, realizado en ratones de laboratorio, sugiere que las personas expuestas al arsénico en el agua que beben pueden tener un mayor riesgo de sufrir una enfermedad más grave o la muerte por el virus. [123]
Algunos canadienses beben agua que contiene arsénico inorgánico. Las aguas de los pozos privados excavados tienen un mayor riesgo de contener arsénico inorgánico. El análisis preliminar del agua de pozo generalmente no prueba el arsénico. Los investigadores del Servicio Geológico de Canadá han modelado la variación relativa en el potencial de peligro natural del arsénico para la provincia de New Brunswick. Este estudio tiene importantes implicaciones para el agua potable y los problemas de salud relacionados con el arsénico inorgánico. [124]
La evidencia epidemiológica de Chile muestra una conexión dependiente de la dosis entre la exposición crónica al arsénico y diversas formas de cáncer, en particular cuando están presentes otros factores de riesgo, como el tabaquismo. Estos efectos se han demostrado con contaminaciones inferiores a 50 ppb. [125] El arsénico es en sí mismo un componente del humo del tabaco . [126]
El análisis de múltiples estudios epidemiológicos sobre la exposición al arsénico inorgánico sugiere un aumento pequeño pero mensurable en el riesgo de cáncer de vejiga a 10 ppb. [127] Según Peter Ravenscroft del Departamento de Geografía de la Universidad de Cambridge, [128] aproximadamente 80 millones de personas en todo el mundo consumen entre 10 y 50 ppb de arsénico en el agua potable. Si todos consumieran exactamente 10 ppb de arsénico en el agua potable, el análisis del estudio epidemiológico múltiple citado anteriormente predeciría 2,000 casos adicionales de cáncer de vejiga solamente. Esto representa una clara subestimación del impacto general, ya que no incluye el cáncer de pulmón ni de piel, y subestima explícitamente la exposición. Aquellos expuestos a niveles de arsénico superiores al estándar actual de la OMS deben sopesar los costos y beneficios de la remediación del arsénico.
Las primeras evaluaciones (1973) de los procesos para eliminar el arsénico disuelto del agua potable demostraron la eficacia de la coprecipitación con óxidos de hierro o de aluminio. En particular, se encontró que el hierro como coagulante elimina el arsénico con una eficacia superior al 90%. [129] [130] Varios sistemas de medios adsorbentes han sido aprobados para su uso en el punto de servicio en un estudio financiado por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (US EPA) y la National Science Foundation (NSF). Un equipo de científicos e ingenieros europeos e indios ha instalado seis plantas de tratamiento de arsénico en Bengala Occidental basadas en el método de remediación in situ (tecnología SAR). Esta tecnología no utiliza productos químicos y el arsénico se deja en forma insoluble (estado +5) en la zona subterránea al recargar agua aireada en el acuífero y desarrollar una zona de oxidación que soporta microorganismos oxidantes de arsénico. Este proceso no produce residuos ni lodos y es relativamente económico. [131]
Otro método eficaz y económico para evitar la contaminación por arsénico es hundir pozos de 500 pies o más para llegar a aguas más puras. Un estudio reciente de 2011 financiado por el Programa de Investigación Superfund del Instituto Nacional de Ciencias de la Salud Ambiental de EE. UU. Muestra que los sedimentos profundos pueden eliminar el arsénico y sacarlo de la circulación. En este proceso, llamado adsorción , el arsénico se adhiere a las superficies de las partículas de sedimento profundo y se elimina naturalmente del agua subterránea. [132]
Se han demostrado separaciones magnéticas de arsénico en gradientes de campo magnético muy bajos con nanocristales de magnetita monodispersa (Fe 3 O 4 ) de gran superficie en la purificación de agua en el punto de uso. Utilizando la alta superficie específica de los nanocristales de Fe 3 O 4 , la masa de desechos asociados con la eliminación de arsénico del agua se ha reducido drásticamente. [133]
Los estudios epidemiológicos han sugerido una correlación entre el consumo crónico de agua potable contaminada con arsénico y la incidencia de todas las principales causas de mortalidad. [134] La literatura indica que la exposición al arsénico es la causa de la patogenia de la diabetes. [135]
Recientemente se ha demostrado que los filtros a base de paja reducen el contenido de arsénico del agua a 3 µg / L. Esto puede encontrar aplicaciones en áreas donde el agua potable se extrae de los acuíferos subterráneos . [136]
San pedro de atacama
Durante varios siglos, la gente de San Pedro de Atacama en Chile ha estado bebiendo agua contaminada con arsénico, y algunas evidencias sugieren que han desarrollado cierta inmunidad. [137] [138] [139]
Mapas de peligros para aguas subterráneas contaminadas
Aproximadamente un tercio de la población mundial bebe agua de los recursos hídricos subterráneos. De esto, alrededor del 10 por ciento, aproximadamente 300 millones de personas, obtienen agua de recursos de agua subterránea que están contaminados con niveles nocivos para la salud de arsénico o fluoruro. [140] Estos oligoelementos se derivan principalmente de minerales e iones del suelo. [141] [142]
Transformación redox del arsénico en aguas naturales
El arsénico es único entre los metaloides traza y los metales traza formadores de oxianión (por ejemplo, As, Se, Sb, Mo, V, Cr, U, Re). Es sensible a la movilización a valores de pH típicos de las aguas naturales (pH 6,5–8,5) tanto en condiciones oxidantes como reductoras. El arsénico puede ocurrir en el medio ambiente en varios estados de oxidación (−3, 0, +3 y +5), pero en aguas naturales se encuentra principalmente en formas inorgánicas como oxianiones de arsenito trivalente [As (III)] o arsenato pentavalente [As (V)]. Las formas orgánicas de arsénico se producen por actividad biológica, principalmente en aguas superficiales, pero rara vez son cuantitativamente importantes. Sin embargo, los compuestos orgánicos de arsénico pueden ocurrir donde las aguas se ven afectadas significativamente por la contaminación industrial. [143]
El arsénico puede solubilizarse mediante varios procesos. Cuando el pH es alto, se puede liberar arsénico de los sitios de unión de la superficie que pierden su carga positiva. Cuando el nivel del agua baja y los minerales de sulfuro se exponen al aire, el arsénico atrapado en los minerales de sulfuro puede liberarse al agua. Cuando el carbono orgánico está presente en el agua, las bacterias se alimentan reduciendo directamente As (V) a As (III) o reduciendo el elemento en el sitio de unión, liberando arsénico inorgánico. [144]
Las transformaciones acuáticas del arsénico se ven afectadas por el pH, el potencial de reducción-oxidación, la concentración de materia orgánica y las concentraciones y formas de otros elementos, especialmente hierro y manganeso. Los principales factores son el pH y el potencial redox. Generalmente, las principales formas de arsénico en condiciones óxicas son H 3 AsO 4 , H 2 AsO 4 - , HAsO 4 2− y AsO 4 3− a pH 2, 2–7, 7–11 y 11, respectivamente. En condiciones reductoras, el H 3 AsO 4 es predominante a pH 2-9.
La oxidación y la reducción afectan la migración de arsénico en ambientes subterráneos. El arsenito es la forma soluble más estable de arsénico en ambientes reductores y el arsenato, que es menos móvil que el arsenito, es dominante en ambientes oxidantes a pH neutro. Por lo tanto, el arsénico puede ser más móvil en condiciones reductoras. El entorno reductor también es rico en materia orgánica que puede mejorar la solubilidad de los compuestos de arsénico. Como resultado, la adsorción de arsénico se reduce y el arsénico disuelto se acumula en el agua subterránea. Es por eso que el contenido de arsénico es mayor en ambientes reductores que en ambientes oxidantes. [145]
La presencia de azufre es otro factor que incide en la transformación del arsénico en agua natural. El arsénico puede precipitar cuando se forman sulfuros metálicos. De esta forma, el arsénico se elimina del agua y su movilidad disminuye. Cuando hay oxígeno, las bacterias oxidan el azufre reducido para generar energía, liberando potencialmente arsénico unido.
Las reacciones redox que involucran Fe también parecen ser factores esenciales en el destino del arsénico en los sistemas acuáticos. La reducción de oxihidróxidos de hierro juega un papel clave en la liberación de arsénico al agua. Por tanto, el arsénico puede enriquecerse en agua con concentraciones elevadas de Fe. [146] En condiciones oxidantes, el arsénico se puede movilizar a partir de pirita u óxidos de hierro, especialmente a pH elevado. En condiciones reductoras, el arsénico se puede movilizar mediante desorción o disolución reductora cuando se asocia con óxidos de hierro. La desorción reductiva se produce en dos circunstancias. Uno es cuando el arseniato se reduce a arsenito que se adsorbe con menos fuerza en óxidos de hierro. El otro es el resultado de un cambio en la carga de la superficie del mineral que conduce a la desorción del arsénico ligado. [147]
Algunas especies de bacterias catalizan las transformaciones redox del arsénico. Los procariotas que respiran arsenato disimilatorios (DARP) aceleran la reducción de As (V) a As (III). DARP utiliza As (V) como aceptor de electrones de la respiración anaeróbica y obtiene energía para sobrevivir. En este proceso se pueden oxidar otras sustancias orgánicas e inorgánicas. Los oxidantes de arsenito quimioautótrofos (CAO) y los oxidantes de arsenito heterótrofos (HAO) convierten el As (III) en As (V). Los CAO combinan la oxidación de As (III) con la reducción de oxígeno o nitrato. Utilizan la energía obtenida para fijar el carbono orgánico producido a partir del CO 2 . HAO no puede obtener energía de la oxidación del As (III). Este proceso puede ser un mecanismo de desintoxicación de arsénico para las bacterias. [148]
Los cálculos termodinámicos de equilibrio predicen que las concentraciones de As (V) deberían ser mayores que las concentraciones de As (III) en todas las condiciones excepto en las que reducen fuertemente, es decir, donde se está produciendo una reducción de SO 4 2− . Sin embargo, las reacciones redox abióticas del arsénico son lentas. La oxidación de As (III) por el O 2 disuelto es una reacción particularmente lenta. Por ejemplo, Johnson y Pilson (1975) dieron semividas para la oxigenación del As (III) en el agua de mar que iban desde varios meses hasta un año. [149] En otros estudios, las proporciones As (V) / As (III) se mantuvieron estables durante períodos de días o semanas durante el muestreo de agua cuando no se tuvo especial cuidado para prevenir la oxidación, lo que nuevamente sugiere tasas de oxidación relativamente lentas. Cherry descubrió a partir de estudios experimentales que las proporciones de As (V) / As (III) eran estables en soluciones anóxicas hasta por 3 semanas, pero que se producían cambios graduales en escalas de tiempo más largas. [150] Se ha observado que las muestras de agua estéril son menos susceptibles a los cambios de especiación que las muestras no estériles. [151] Oremland descubrió que la reducción de As (V) a As (III) en Mono Lake fue rápidamente catalizada por bacterias con constantes de velocidad que van desde 0,02 a 0,3 días -1 . [152]
Conservación de la madera en EE. UU.
En 2002, las industrias estadounidenses consumieron 19,600 toneladas métricas de arsénico. El noventa por ciento de esto se utilizó para el tratamiento de madera con arseniato de cobre cromado (CCA). En 2007, el 50% de las 5.280 toneladas métricas de consumo aún se utilizaba para este propósito. [41] [153] En los Estados Unidos, la eliminación gradual voluntaria de arsénico en la producción de productos de consumo y productos de construcción a los consumidores residenciales y generales comenzaron el 31 de diciembre de 2003, y los productos químicos alternativos ahora se utilizan, tales como Alcalino cobre Cuaternario , boratos , azol de cobre , ciproconazol y propiconazol . [154]
Aunque descontinuada, esta aplicación también es una de las más preocupantes para el público en general. La gran mayoría de la madera vieja tratada a presión se trató con CCA. La madera CCA todavía se usa ampliamente en muchos países y se usó mucho durante la segunda mitad del siglo XX como material de construcción estructural y al aire libre . Aunque el uso de madera CCA se prohibió en muchas áreas después de que los estudios mostraran que el arsénico podría filtrarse de la madera al suelo circundante (desde el equipo del patio de recreo, por ejemplo), la quema de madera CCA más vieja también presenta un riesgo. La ingestión directa o indirecta de ceniza de madera procedente de madera de CCA quemada ha causado muertes en animales y graves intoxicaciones en humanos; la dosis letal para humanos es de aproximadamente 20 gramos de ceniza. [155] La madera de desecho CCA procedente de obras de construcción y demolición puede utilizarse inadvertidamente en incendios comerciales y domésticos. Los protocolos para la eliminación segura de la madera CCA no son consistentes en todo el mundo. La eliminación generalizada de esa madera en vertederos suscita cierta preocupación, [156] pero otros estudios no han mostrado contaminación por arsénico en las aguas subterráneas. [157] [158]
Mapeo de emisiones industriales en EE. UU.
Una herramienta que mapea la ubicación (y otra información) de las emisiones de arsénico en los Estados Unidos es TOXMAP . [159] TOXMAP es un Sistema de Información Geográfica (GIS) de la División de Servicios de Información Especializada de la Biblioteca Nacional de Medicina de los Estados Unidos (NLM) financiado por el Gobierno Federal de los Estados Unidos. Con mapas marcados de los Estados Unidos, TOXMAP permite a los usuarios explorar visualmente los datos del Inventario de Emisiones Tóxicas y los Programas de Investigación Básica Superfund de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) . La información de salud química y ambiental de TOXMAP se toma de la Red de datos de toxicología de NLM (TOXNET), [160] PubMed y de otras fuentes autorizadas.
Biorremediación
Se han utilizado métodos físicos, químicos y biológicos para remediar el agua contaminada con arsénico. [161] Se dice que la biorremediación es rentable y respetuosa con el medio ambiente. [162] La biorremediación de aguas subterráneas contaminadas con arsénico tiene como objetivo convertir el arsenito, la forma tóxica del arsénico para los humanos, en arseniato. El arsenato (estado de oxidación +5) es la forma dominante de arsénico en el agua superficial, mientras que el arsenito (estado de oxidación +3) es la forma dominante en ambientes hipóxicos a anóxicos. El arsenito es más soluble y móvil que el arsenato. Muchas especies de bacterias pueden transformar el arsenito en arsenato en condiciones anóxicas utilizando arsenito como donante de electrones. [163] Este es un método útil en la remediación de aguas subterráneas. Otra estrategia de biorremediación es utilizar plantas que acumulan arsénico en sus tejidos a través de la fitorremediación, pero se debe considerar la eliminación de material vegetal contaminado.
La biorremediación requiere una evaluación y un diseño cuidadosos de acuerdo con las condiciones existentes. Algunos sitios pueden requerir la adición de un aceptor de electrones, mientras que otros requieren un suplemento de microbios ( bioaumentación ). Independientemente del método utilizado, solo un control constante puede prevenir la contaminación futura.
Toxicidad y precauciones
Peligros | |
---|---|
Pictogramas GHS | |
Palabra de señal GHS | Peligro |
Declaraciones de peligro GHS | H301 , H331 , H350 , H410 [164] |
El arsénico y muchos de sus compuestos son venenos especialmente potentes.
Clasificación
El arsénico elemental y los compuestos de sulfato y trióxido de arsénico están clasificados como " tóxicos " y "peligrosos para el medio ambiente" en la Unión Europea según la directiva 67/548 / CEE . La Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC) reconoce compuestos de arsénico arsénico e inorgánicos como carcinógenos del Grupo 1 , y la UE listas de trióxido de arsénico, óxido de arsénico , y arseniato sales como de categoría 1 carcinógenos .
Se sabe que el arsénico causa arsenicosis cuando está presente en el agua potable, "la especie más común es el arseniato [ HAsO2−
4; As (V)] y arsenito [H 3 AsO 3 ; Como (III)] ".
Límites legales, comida y bebida
En los Estados Unidos desde 2006, la concentración máxima en el agua potable permitida por la Agencia de Protección Ambiental (EPA) es de 10 ppb [165] y la FDA estableció el mismo estándar en 2005 para el agua embotellada. [166] El Departamento de Protección Ambiental de Nueva Jersey estableció un límite de agua potable de 5 ppb en 2006. [167] El valor IDLH (inmediatamente peligroso para la vida y la salud) para el metal de arsénico y los compuestos de arsénico inorgánico es de 5 mg / m 3 ( 5 ppb). La Administración de Salud y Seguridad Ocupacional ha establecido el límite de exposición permisible (PEL) en un promedio ponderado en el tiempo (TWA) de 0.01 mg / m 3 (0.01 ppb), y el Instituto Nacional de Salud y Seguridad Ocupacional (NIOSH) ha establecido el límite de exposición recomendado (REL) a una exposición constante de 15 minutos de 0,002 mg / m 3 (0,002 ppb). [168] El PEL para los compuestos orgánicos de arsénico es un TWA de 0,5 mg / m 3 . [169] (0,5 ppb).
En 2008, sobre la base de sus pruebas en curso de una amplia variedad de alimentos estadounidenses en busca de sustancias químicas tóxicas, [170] la Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU . Estableció el "nivel de preocupación" para el arsénico inorgánico en los jugos de manzana y pera en 23 ppb, basado en no -efectos cancerígenos, y comenzó a bloquear la importación de productos por encima de este nivel; también requería retiradas de productos nacionales no conformes. [166] En 2011, el programa de televisión nacional Dr. Oz transmitió un programa que destacaba las pruebas realizadas por un laboratorio independiente contratado por los productores. Aunque la metodología fue discutida (no distinguió entre arsénico orgánico e inorgánico), las pruebas mostraron niveles de arsénico de hasta 36 ppb. [171] En respuesta, la FDA probó la peor marca del programa Dr. Oz y encontró niveles mucho más bajos. Las pruebas en curso encontraron que el 95% de las muestras de jugo de manzana estaban por debajo del nivel de preocupación. Las pruebas posteriores realizadas por Consumer Reports mostraron niveles de arsénico inorgánico ligeramente superiores a 10 ppb, y la organización instó a los padres a reducir el consumo. [172] En julio de 2013, considerando el consumo de los niños, la exposición crónica y el efecto cancerígeno, la FDA estableció un "nivel de acción" de 10 ppb para el jugo de manzana, el mismo que el estándar para el agua potable. [166]
La preocupación por el arsénico en el arroz en Bangladesh se planteó en 2002, pero en ese momento solo Australia tenía un límite legal para los alimentos (un miligramo por kilogramo). [173] [174] Se expresó preocupación por las personas que consumían arroz estadounidense excediendo los estándares de la OMS para la ingesta personal de arsénico en 2005. [175] En 2011, la República Popular China estableció un estándar alimenticio de 150 ppb para el arsénico. [176]
En los Estados Unidos en 2012, pruebas realizadas por grupos separados de investigadores en el Centro de Investigación de Prevención de Enfermedades y Salud Ambiental Infantil en Dartmouth College (a principios de año, centrándose en los niveles urinarios en niños) [177] y Consumer Reports (en noviembre) [ 178] [179] encontraron niveles de arsénico en el arroz que dieron lugar a pedidos para que la FDA estableciera límites. [180] La FDA publicó algunos resultados de las pruebas en septiembre de 2012, [181] [182] y, en julio de 2013, todavía está recopilando datos en apoyo de una nueva regulación potencial. No ha recomendado ningún cambio en el comportamiento de los consumidores. [183]
Consumer Reports recomienda:
- Que la EPA y la FDA eliminen los fertilizantes, medicamentos y pesticidas que contienen arsénico en la producción de alimentos;
- Que la FDA establezca un límite legal para los alimentos;
- Que la industria cambie las prácticas de producción para reducir los niveles de arsénico, especialmente en alimentos para niños; y
- Que los consumidores prueben los suministros de agua en el hogar, consuman una dieta variada y cocinen el arroz con agua en exceso, y luego lo escurran (reduciendo el arsénico inorgánico en aproximadamente un tercio junto con una ligera reducción en el contenido de vitaminas). [179]
- Los defensores de la salud pública basados en la evidencia también recomiendan que, dada la falta de regulación o etiquetado del arsénico en los EE. UU., Los niños no deben comer más de 1.5 porciones por semana de arroz y no deben beber leche de arroz como parte de su dieta diaria antes de los 5 años. . [184] también ofrecen recomendaciones para los adultos y los niños sobre cómo limitar la exposición al arsénico a partir de arroz, agua potable, y el jugo de fruta. [184]
Se programó una conferencia consultiva de la Organización Mundial de la Salud en 2014 para considerar límites de 200 a 300 ppb para el arroz. [179]
Reducir el contenido de arsénico en el arroz
En 2020, los científicos evaluaron múltiples procedimientos de preparación de arroz por su capacidad para reducir el contenido de arsénico y preservar los nutrientes, y recomendaron un procedimiento que involucraba el sancochado y la absorción de agua. [186] [185]
Límites de exposición ocupacional
País | Límite [187] |
---|---|
Argentina | Carcinógeno humano confirmado |
Australia | TWA 0.05 mg / m 3 - Carcinógeno |
Bélgica | TWA 0,1 mg / m 3 - Carcinógeno |
Bulgaria | Carcinógeno humano confirmado |
Colombia | Carcinógeno humano confirmado |
Dinamarca | TWA 0,01 mg / m 3 |
Finlandia | Carcinógeno |
Egipto | TWA 0,2 mg / m 3 |
Hungría | Concentración máxima de 0,01 mg / m 3 - Piel, carcinógeno |
India | TWA 0,2 mg / m 3 |
Japón | Carcinógeno del grupo 1 |
Jordán | Carcinógeno humano confirmado |
México | TWA 0,2 mg / m 3 |
Nueva Zelanda | TWA 0.05 mg / m 3 - Carcinógeno |
Noruega | TWA 0,02 mg / m 3 |
Filipinas | TWA 0,5 mg / m 3 |
Polonia | TWA 0,01 mg / m 3 |
Singapur | Carcinógeno humano confirmado |
Corea del Sur | TWA 0,01 mg / m 3 [188] [189] |
Suecia | TWA 0,01 mg / m 3 |
Tailandia | TWA 0,5 mg / m 3 |
pavo | TWA 0,5 mg / m 3 |
Reino Unido | TWA 0,1 mg / m 3 |
Estados Unidos | TWA 0,01 mg / m 3 |
Vietnam | Carcinógeno humano confirmado |
Ecotoxicidad
El arsénico es bioacumulativo en muchos organismos, especies marinas en particular, pero no parece biomagnificarse significativamente en las redes tróficas. En áreas contaminadas, el crecimiento de las plantas puede verse afectado por la absorción de arseniato por las raíces, que es un análogo del fosfato y, por lo tanto, se transporta fácilmente en los tejidos y células vegetales. En áreas contaminadas, es probable que la absorción del ion arsenito más tóxico (que se encuentra más particularmente en condiciones reductoras) se produzca en suelos con mal drenaje.
Toxicidad en animales
Compuesto | Animal | LD 50 | Ruta |
---|---|---|---|
Arsénico | Rata | 763 mg / kg | oral |
Arsénico | Ratón | 145 mg / kg | oral |
Arseniato de calcio | Rata | 20 mg / kg | oral |
Arseniato de calcio | Ratón | 794 mg / kg | oral |
Arseniato de calcio | Conejo | 50 mg / kg | oral |
Arseniato de calcio | Perro | 38 mg / kg | oral |
Arseniato de plomo | Conejo | 75 mg / kg | oral |
Compuesto | Animal | LD 50 [190] | Ruta |
---|---|---|---|
Trióxido de arsénico (As (III)) | Ratón | 26 mg / kg | oral |
Arsenito (como (III)) | Ratón | 8 mg / kg | soy |
Arsenato (como (V)) | Ratón | 21 mg / kg | soy |
MMA (como (III)) | Hámster | 2 mg / kg | ip |
MMA (como (V)) | Ratón | 916 mg / kg | oral |
DMA (como (V)) | Ratón | 648 mg / kg | oral |
im = inyectado por vía intramuscular ip = administrado por vía intraperitoneal |
Mecanismo biologico
La toxicidad del arsénico proviene de la afinidad de los óxidos de arsénico (III) por los tioles . Los tioles, en forma de residuos de cisteína y cofactores como el ácido lipoico y la coenzima A , se encuentran en los sitios activos de muchas enzimas importantes . [8]
El arsénico interrumpe la producción de ATP a través de varios mecanismos. A nivel del ciclo del ácido cítrico , el arsénico inhibe el ácido lipoico , que es un cofactor de la piruvato deshidrogenasa . Al competir con el fosfato, el arsenato desacopla la fosforilación oxidativa , inhibiendo así la reducción ligada a la energía de NAD + , la respiración mitocondrial y la síntesis de ATP. También aumenta la producción de peróxido de hidrógeno, que, se especula, tiene el potencial de formar especies reactivas de oxígeno y estrés oxidativo. Estas interferencias metabólicas conducen a la muerte por insuficiencia orgánica multisistémica . Se presume que la falla orgánica se debe a la muerte celular necrótica , no a la apoptosis , ya que las reservas de energía se han agotado demasiado para que ocurra la apoptosis. [190]
Riesgos de exposición y remediación
La exposición ocupacional y el envenenamiento por arsénico pueden ocurrir en personas que trabajan en industrias que involucran el uso de arsénico inorgánico y sus compuestos, tales como conservación de madera, producción de vidrio, aleaciones de metales no ferrosos y fabricación de semiconductores electrónicos. El arsénico inorgánico también se encuentra en las emisiones de los hornos de coque asociados con la industria de la fundición. [191]
La conversión entre As (III) y As (V) es un factor importante en la contaminación ambiental por arsénico. Según Croal, Gralnick, Malasarn y Newman, "[la] comprensión [de] lo que estimula la oxidación de As (III) y / o limita la reducción de As (V) es relevante para la biorremediación de sitios contaminados (Croal). (III) los oxidantes y los reductores heterotróficos de As (V) pueden ayudar a comprender la oxidación y / o reducción del arsénico. [192]
Tratamiento
Es posible el tratamiento de la intoxicación crónica por arsénico. El anti-lewisita británico ( dimercaprol ) se prescribe en dosis de 5 mg / kg hasta 300 mg cada 4 horas durante el primer día, luego cada 6 horas durante el segundo día y finalmente cada 8 horas durante 8 días adicionales. [193] Sin embargo, la Agencia de Estados Unidos para el Registro de Sustancias Tóxicas y Enfermedades (ATSDR) afirma que no se pueden predecir los efectos a largo plazo de la exposición al arsénico. [110] Se pueden analizar la sangre, la orina, el cabello y las uñas para detectar arsénico; sin embargo, estas pruebas no pueden prever los posibles resultados para la salud de la exposición. [110] La exposición a largo plazo y la consiguiente excreción a través de la orina se han relacionado con el cáncer de vejiga y riñón, además del cáncer de hígado, próstata, piel, pulmones y cavidad nasal. [194]
Ver también
- Aqua Tofana
- Arsénico y encaje antiguo
- Bioquímica del arsénico
- Compuestos de arsénico
- Envenenamiento por arsénico
- Toxicidad por arsénico
- Trióxido de arsénico
- Solución de Fowler
- GFAJ-1
- Desafío de Grainger
- Tipos hipotéticos de bioquímica
- Química organoarsénica
- Metal pesado tóxico
- Arsénico blanco
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enlaces externos
- Página de Arsénico de CTD y página de Arsenicales de CTD de la Base de datos de toxicogenómica comparativa
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