Arseniuro de zinc (Zn3As2): propiedades, síntesis y toxicidad

Descubre propiedades, métodos de síntesis y riesgos toxicológicos del arseniuro de zinc (Zn3As2): usos, reactividad y medidas de seguridad esenciales.

El arseniuro de zinc es un compuesto químico binario formado por zinc y arsénico. Su fórmula química es Zn₃ As₂. Contiene iones de zinc y grupos arseniuro y, en condiciones normales, se presenta como un sólido de aspecto grisáceo.

Propiedades físicas y químicas

• Apariencia: sólido gris a negro.
• Estado: sólido cristalino.
• Comportamiento químico: reacciona con los ácidos y con agentes reductores produciendo gas arsina (AsH₃), un gas extremadamente tóxico y peligroso. También puede oxidarse lentamente en presencia de aire húmedo.
• Propiedades electrónicas: es un semiconductor; presenta una brecha de banda en el rango aproximado de 0.9–1.1 eV (valor dependiente de la forma cristalina y preparación), por lo que se investiga en aplicaciones optoelectrónicas y electrónicas.

Estructura y formas

El Zn₃As₂ cristaliza en estructuras ordenadas que dependen de las condiciones de síntesis y temperatura. A temperatura ambiente suele presentar una fase cristalina bien definida (característica de materiales III–V y II–V semiconductores) y puede mostrar transiciones entre polimorfos al variar la temperatura o la presión.

Síntesis y preparación

Existen varias rutas para obtener arseniuro de zinc:

• Combinación directa: se fabrica calentando arsénico con zinc elemental en atmósfera controlada para favorecer la reacción sólida: Zn + As → Zn₃As₂ (requiere temperaturas elevadas y control de la estequiometría).
• Reacción en estado sólido: mezcla de polvos de Zn y As compactados y calcinados en hornos sellados.
• Técnicas para películas finas: deposición por vapor químico (CVD/MOCVD), epitaxia por haces moleculares (MBE) o sputtering para la obtención de capas destinadas a estudios electrónicos y optoelectrónicos.
• Crecimiento por fusión dirigida: métodos como Bridgman o crecimiento por zonas para obtener monocristales de alta calidad para caracterización.

Reactividad y compatibilidades

Zn₃As₂ es relativamente estable en condiciones secas pero reacciona con ácidos y con hidrógenos activos liberando arsina, por lo que debe evitarse el contacto con agentes que puedan generar gas arsina. También puede reaccionar con oxidantes fuertes formando productos de arsénico oxigenados y compuestos solubles.

Toxicidad y precauciones

El arseniuro de zinc contiene arsénico, un elemento altamente tóxico. Sus riesgos principales son:

• Exposición por inhalación, ingestión o contacto dérmico puede causar intoxicación por arsénico.
• La reacción con ácidos o metales en presencia de ácidos puede generar arsina (AsH₃), un gas extremadamente tóxico y potencialmente letal incluso en bajas concentraciones.
• Muchos compuestos de arsénico son considerados carcinógenos o genotóxicos; se debe minimizar la exposición ocupacional.

Medidas de seguridad recomendadas:

• Manipular en campana extractora o en atmósfera inerte cuando exista riesgo de liberación de vapores o polvo.
• Usar equipo de protección personal: guantes resistentes a químicos, protección ocular, bata y, si procede, protección respiratoria certificada.
• Evitar el contacto con ácidos y agentes reductores; no calentar muestras cerradas sin control.
• Almacenamiento en recipientes herméticos, en lugar fresco, seco y etiquetado como residuo peligroso cuando proceda.

Usos y aplicaciones

Debido a sus propiedades semiconductoras, Zn₃As₂ se estudia en:

• Investigación en dispositivos optoelectrónicos y detectores infrarrojos.
• Materiales para estudios de transporte electrónico y física de semiconductores.

Su uso industrial es limitado por la toxicidad del arsénico y por la disponibilidad de materiales alternativos menos peligrosos.

Transporte y eliminación

Los residuos y muestras de arseniuro de zinc deben tratarse como residuos peligrosos que contienen arsénico. La eliminación se realizará conforme a la normativa local, nacional e internacional aplicable, mediante empresas autorizadas para residuos peligrosos. No verter en desagües ni al medio ambiente.

Resumen: Zn₃As₂ es un sólido semiconductor gris con aplicaciones principalmente en investigación. Se fabrica por reacción de zinc y arsénico y reacciona con ácidos para producir arsina. Como todos los compuestos de arsénico, es tóxico y requiere precauciones estrictas en su manejo, almacenamiento y eliminación.

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