Arseniato (AsO4³⁻): definición, propiedades, toxicidad y bacterias

El arseniato es un ion poliatómico del arsénico en su estado de oxidación +5. Su fórmula química en forma completamente desprotonada es AsO₄^3-. En disolución acuosa su forma real depende del pH: se origina a partir del ácidoarsénico (H₃AsO₄) por pérdida sucesiva de protones. Los valores de pKa aproximados del ácido arsénico son pKa1 ≈ 2.24, pKa2 ≈ 6.97 y pKa3 ≈ 11.5, por lo que a pH neutro existe una mezcla de especies como H₂AsO₄^- y HAsO₄^2-, mientras que AsO₄^3- predomina sólo en pH muy básico.

Propiedades químicas

Los arseniatos son las sales del ácidoarsénico. Se comportan como ácidos polipróticos y tienen afinidad por metales, formando compuestos sólidos como el arseniato de calcio o el arseniato de sodio (por ejemplo Na₃AsO₄). En química ambiental, el arseniato actúa como agente relativamente oxidable (As(V)) frente a formas reducidas como el arseniuro o el arsénito (As(III)).

En condiciones intermedias de pH, a veces no se quitan todos los protones del ácido arsénico y entonces se forman sales de arseniato de hidrógeno. Sus fórmulas químicas son HAsO₄^2- o H₂AsO₄^-. Estas especies son las que se encuentran con mayor frecuencia en aguas naturales y su adsorción sobre óxidos de hierro y aluminio controla en gran medida la movilidad del arsénico en suelos y acuíferos.

Toxicidad y mecanismo de acción

El arseniato puede sustituir al fosfato en procesos bioquímicos porque su estructura es análoga. Sin embargo, no realiza las mismas reacciones químicas útiles para la célula, por ejemplo al entrar en rutas metabólicas de fosforilación oxidativa produce compuestos inestables que impiden la síntesis eficiente de ATP; como resultado, la célula pierde energía y muere. Por esa razón los arseniatos son tóxicos.

Además del mecanismo por sustitución del fosfato, el arsénico presenta otra dimensión tóxica: las especies reducidas (arsenito, As(III)) reaccionan fuertemente con grupos sulfhidrilo (-SH) de proteínas y enzimas, inhibiendo su función. En general, As(III) es más tóxico y más móvil que As(V/arseniato).

La exposición aguda a compuestos arsénicos puede producir síntomas gastrointestinales, neurológicos y cardiovasculares; la exposición crónica está asociada a lesiones cutáneas, hiperqueratosis, mayor riesgo de varios tipos de cáncer (pulmón, piel, vejiga), y enfermedades metabólicas y cardiovasculares.

Presencia ambiental y fuentes

El arseniato aparece de forma natural en minerales arsenicales y se libera por meteorización de rocas. También hay fuentes antropogénicas importantes: minería y procesamiento de sulfuros, uso histórico de pesticidas y herbicidas (ej. arseniatos de plomo), industrias metalúrgicas, y vertidos industriales. En aguas subterráneas, las condiciones químicas (pH, potencial redox, presencia de óxidos de hierro) determinan si el arsénico estará mayoritariamente como arseniato (As(V)) o como arsénito (As(III)), afectando su movilidad y toxicidad.

Por su peligrosidad para la salud humana, muchas normas reguladoras fijan límites para el arsénico en agua potable; por ejemplo la recomendación de la OMS suele ser de 10 µg/L (0,01 mg/L) como valor guía.

Remoción y tratamiento

Para eliminar arseniato del agua se emplean técnicas como:

• Coagulación/precipitación con sales de hierro o aluminio, que facilitan la adsorción y eliminación en fangos.
• Adsorción sobre materiales a base de hierro (óxidos o hidróxidos), carbón activado modificado y adsorbentes sintéticos.
• Intercambio iónico y filtración por membranas (ósmosis inversa), eficaces para concentraciones bajas.
• Transformaciones redox controladas: oxidación de As(III) a As(V) facilita su retención, ya que As(V) se adsorbe más fuertemente.

Bacterias y ciclo biogeoquímico del arsénico

Aunque el arseniato es tóxico para muchas células por las razones mencionadas, existen microorganismos capaces de utilizarlo en su metabolismo. Algunas bacterias pueden reducir el arseniato de forma disimilatoria como aceptor terminal de electrones (respiración anaerobia), transformándolo en arsénito (As(III)), proceso que puede movilizar arsénico en acuíferos. Otras bacterias oxidan el arsénito a arseniato y lo usan como donador de electrones para obtener energía.

Estas bacterias, a veces denominadas bacterias arsenicales, incluyen géneros y especies diversos (por ejemplo Shewanella, Chrysiogenes, Geobacter y bacterias quimioautótrofas oxidantes como Thiomonas), y poseen genes y enzimas especializados (por ejemplo reductasas y oxidasas de arsénico) que permiten la reducción y oxidación del arsénico. Estas reacciones microbianas forman parte del ciclo biogeoquímico del arsénico y son importantes en procesos de bioremediación y en la movilidad ambiental del elemento.

Resumen

• El arseniato (AsO₄^3-) es la forma oxidada del arsénico (As(V)) y procede del ácido arsénico; en solución existen distintas especies según el pH (H₂AsO₄^-, HAsO₄^2-, AsO₄^3-).
• Es químicamente reactivo, forma sales y se adsorbe en óxidos metálicos; es tóxico porque puede sustituir al fosfato en procesos celulares y alterar la producción de energía.
• La dinámica entre arseniato (As(V)) y arsénito (As(III)) condiciona la toxicidad y movilidad; bacterias especializadas medían estas transformaciones y pueden contribuir tanto a la contaminación como a la biorremediación.