Arsina: proprietà, sintesi, reazioni, usi

L’arsina è un composto inorganico avente formula AsH3 il cui nome I.U.P.A.C. è triidruro di arsenico; è un gas incolore, altamente tossico per inalazione e infiammabile.
Fu ipotizzato, prima della seconda guerra mondiale,  l’uso dell’arsina come arma di distruzione di massa ma ne fu escluso l’uso a causa della sua infiammabilità.

Proprietà dell’arsina

E’ particolarmente pericolosa in quanto alla persone esposte ai suoi vapori non dà sintomi immediati. Se esposta alla luce si decompone rapidamente dando arsenico nero che è uno degli stati allotropici dell’arsenico simile al fosforo rosso  che si presenta fragile, nero e lucido e non conduce elettricità.

Ha una geometria piramidale con angoli di legame H-As-H di 91.8° in cui la lunghezza del legame As-H è di 1.519 Å
La decomposizione termica dell’arsina che avviene  a circa 230°C secondo la reazione:
2 AsH3 → 2 As + 3 H2
viene sfruttata nel saggio di Marsh test in grado si rilevare piccole quantità di arsenico nelle analisi tossicologiche. 

Tuttora tale metodo viene usato nell’ambito della chimica forense per rilevare tracce di arsenico. La  presenza di luce, umidità e di alcuni catalizzatori quali l’alluminio velocizzano tale reazione.

L’arsina è un gas più denso dell’aria e solubile in acqua e inodore tuttavia tende a ossidarsi all’aria e in tal caso si avverte un odore di aglio o di pesce.

Sintesi

1)      Da triossido di arsenico:

La reazione del triossido di arsenico con idrogeno dà luogo alla formazione di arsina:

As2O3(s) + 6 H2(g) → 2 AsH3(g) + 3 H2O(l)

2)      Per reazione di As3+ con sostanze che danno ioni idruro:

4 AsCl3 + 3 NaBH4 → 4 AsH3 + 3 NaCl + 3 BCl3

3)      Per reazione di As3- in presenza di ioni H+:

Zn3As2 + 6 H+ → 2 AsH3 + 3 Zn2+

Reazioni

Oltre alla già citata decomposizione termica l’arsina, come la stibina, viene ossidata dall’ossigeno:

2 AsH3 + 3 O2 → As2O3 + 3 H2O

L’arsina reagisce con nitrato di argento secondo la reazione:
AsH3(g) +  3 AgNO3(aq) → As(s) + 3 Ag(s) + 3 HNO3(g)

Usi

Nonostante la sua azione cancerogena e la sua alta tossicità , bastano infatti  250 ppm per poter provocare la morte, l’arsina è usata come dopante nell’industria dei semiconduttori, nei cristalli per fibre ottiche e nei chips dei computer essendo l’arsenico un dopante di tipo n per il silicio e per il germanio.

L’arsina è utilizzata per ottenere l’arseniuro di gallio secondo la reazione:
Ga(CH3)3 + AsH3 → GaAs + 3 CH4

L’arseniuro di gallio ha un’alta mobilità dei portatori liberi di cariche ovvero elettroni e lacune e da una banda di energia proibita diretta e pertanto trova utilizzo nei dispositivi elettronici ad altissima velocità e nelle celle fotovoltaiche.

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