Arsenic

Description de l'arsenic

L'arsenic est un élément chimique de symbole As et de numéro atomique 33. L'arsenic est présent dans de nombreux minéraux, généralement en combinaison avec du soufre et des métaux, mais aussi sous la forme d'un cristal élémentaire pur. L'arsenic est un métalloïde. Il possède plusieurs allotropes, mais seule la forme grise, qui a un aspect métallique, est importante pour l'industrie.

L'arsenic est principalement utilisé dans les alliages de plomb (par exemple, dans les batteries de voiture et les munitions). L'arsenic est un dopant de type n courant dans les dispositifs électroniques à semi-conducteur, et le composé optoélectronique arséniure de gallium est le deuxième semi-conducteur le plus utilisé après le silicium dopé. L'arsenic et ses composés, en particulier le trioxyde, sont utilisés dans la production de pesticides, de produits en bois traité, d'herbicides et d'insecticides. Ces applications sont en déclin en raison de la reconnaissance croissante de la toxicité de l'arsenic et de ses composés.

Composés de l'arsenic

Les composés de l'arsenic ressemblent à certains égards à ceux du phosphore, qui occupent le même groupe (colonne) du tableau périodique. Les états d'oxydation les plus courants de l'arsenic sont -3 dans les arséniures, qui sont des composés intermétalliques semblables à des alliages, +3 dans les arsénites et +5 dans les arséniates et la plupart des composés organoarséniques. L'arsenic se lie également facilement à lui-même, comme le montrent les ions carrés As3-4 dans le minéral skutterudite. À l'état d'oxydation +3, l'arsenic est typiquement pyramidal en raison de l'influence de la paire d'électrons solitaire.

Composés inorganiques

L'un des composés les plus simples de l'arsenic est le trihydrure, l'arsine (AsH3), hautement toxique, inflammable et pyrophorique. Ce composé est généralement considéré comme stable, car il ne se décompose que lentement à température ambiante. À des températures de 250 à 300 °C, la décomposition en arsenic et en hydrogène est rapide[25]. Plusieurs facteurs, tels que l'humidité, la présence de lumière et certains catalyseurs (notamment l'aluminium), accélèrent la vitesse de décomposition. Il s'oxyde facilement dans l'air pour former du trioxyde d'arsenic et de l'eau, et des réactions analogues ont lieu avec le soufre et le sélénium au lieu de l'oxygène.

L'arsenic forme des oxydes cristallins incolores et inodores, As2O3 ("arsenic blanc") et As2O5, qui sont hygroscopiques et facilement solubles dans l'eau pour former des solutions acides. L'acide arsenic(V) est un acide faible et les sels sont appelés arséniates. La contamination des eaux souterraines par l'arsenic est la plus courante et constitue un problème qui touche de nombreuses personnes. Les arséniates synthétiques comprennent le vert de Scheele (arséniate de cuivre, arséniate de cuivre acide), l'arséniate de calcium et l'arséniate de plomb. Ces trois substances ont été utilisées comme insecticides et poisons agricoles.

Les étapes de protonation entre l'arséniate et l'acide arsénieux sont similaires à celles entre le phosphate et l'acide phosphorique. Contrairement à l'acide phosphoreux, l'acide arsénieux est véritablement tribasique, avec la formule As(OH)3.

On connaît une grande variété de composés sulfurés de l'arsenic. L'orpiment (As2S3) et le réalgar (As4S4) sont assez abondants et étaient autrefois utilisés comme pigments de peinture. Dans l'As4S10, l'arsenic a un état d'oxydation formel de +2 dans l'As4S4 qui présente des liaisons As-As de sorte que la covalence totale de l'As est encore de 3. L'orpiment et le réalgar, ainsi que l'As4S3, ont des analogues du sélénium ; l'analogue As2Te3 est connu sous la forme du minéral kalgoorlieite, et l'anion As2Te- est connu en tant que ligand dans les complexes de cobalt.

Tous les trihalides d'arsenic(III) sont bien connus, à l'exception de l'astatide, qui est inconnu. Le pentafluorure d'arsenic (AsF5) est le seul pentahalide important, reflétant la plus faible stabilité de l'état d'oxydation +5 ; malgré cela, il s'agit d'un agent fluorant et oxydant très puissant. (Le pentachlorure n'est stable qu'en dessous de -50 °C, température à laquelle il se décompose en trichlorure, libérant du chlore gazeux.

Alliages

L'arsenic est utilisé comme élément du groupe 5 dans les semi-conducteurs III-V, l'arséniure de gallium, l'arséniure d'indium et l'arséniure d'aluminium. Le nombre d'électrons de valence du GaAs est le même que celui d'une paire d'atomes de Si, mais la structure des bandes est complètement différente, ce qui se traduit par des propriétés de masse distinctes. Parmi les autres alliages d'arsenic figure l'arséniure de cadmium, un semi-conducteur II-V.

Applications de l'arsenic

Agriculture

La toxicité de l'arsenic pour les insectes, les bactéries et les champignons a conduit à son utilisation comme conservateur du bois. L'arsenic a également été utilisé dans divers insecticides et poisons agricoles. L'arsenic est utilisé comme additif alimentaire dans l'élevage de volailles et de porcs, en particulier aux États-Unis, pour augmenter la prise de poids, améliorer l'efficacité alimentaire et prévenir les maladies.

Médecine

Au cours des 18e, 19e et 20e siècles, plusieurs composés de l'arsenic ont été utilisés comme médicaments, notamment l'arsphénamine (par Paul Ehrlich) et le trioxyde d'arsenic (par Thomas Fowler). Le trioxyde de diarsenic a été utilisé de diverses manières au cours des 500 dernières années, le plus souvent dans le traitement du cancer, mais aussi dans des médicaments aussi divers que la solution de Fowler pour le psoriasis. Récemment, les chercheurs ont localisé des tumeurs en utilisant l'arsenic-74 (un émetteur de positrons). Cet isotope produit des images TEP plus claires que l'agent radioactif précédent, l'iode 124, car le corps a tendance à transporter l'iode vers la glande thyroïde, ce qui produit un bruit de signal. Les nanoparticules d'arsenic ont montré leur capacité à tuer les cellules cancéreuses avec une cytotoxicité moindre que les autres formulations d'arsenic.

Alliage

L'arsenic est principalement utilisé dans les alliages avec le plomb. Les composants en plomb des batteries de voiture sont renforcés par la présence d'un très faible pourcentage d'arsenic. La dézincification du laiton (un alliage de cuivre et de zinc) est fortement réduite par l'ajout d'arsenic. Le "cuivre arsenical désoxydé au phosphore", dont la teneur en arsenic est de 0,3 %, présente une stabilité accrue à la corrosion dans certains environnements. L'arséniure de gallium est un matériau semi-conducteur important, utilisé dans les circuits intégrés. Les circuits fabriqués à partir de GaAs sont beaucoup plus rapides (mais aussi beaucoup plus chers) que ceux fabriqués à partir de silicium. Contrairement au silicium, le GaAs a une bande interdite directe et peut être utilisé dans les diodes laser et les LED pour convertir l'énergie électrique directement en lumière.

Militaire

Après la Première Guerre mondiale, les États-Unis ont constitué un stock de 20 000 tonnes de lewisite (ClCH=CHAsCl2), un vésicant organoarsenique (agent vésicant) et un irritant pulmonaire. Le stock a été neutralisé avec de l'eau de Javel et déversé dans le golfe du Mexique dans les années 1950. Pendant la guerre du Viêt Nam, les États-Unis ont utilisé l'agent bleu, un mélange de cacodylate de sodium et de sa forme acide, comme l'un des herbicides arc-en-ciel pour priver les soldats nord-vietnamiens de feuillage et de riz.