Revista 23 - Pontificia Universidad Católica del Ecuador

NUMERO MONOGRÁFI CO — QUÍMI CA
REVISTA DE L A
UNIVERSIDAD
CATÓLICA
ANO Vil ■ N? 23 ■ OCTUBRE ­1979
^MsiiiimMiiffliiapiMii
CENTRO DE PUBLICACIONES
PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL ECUADOR
REVISTA DE LA UNIVERSIDAD CATÓLICA
Director:
R. P. Marco V. Rueda, S.l.
Comité de Publicaciones:
R. P. Marco V. Rueda, S.I., Director. Dr. Ernesto
Albán, Dr. Manuel Corrales, S.I., Dra. Carlota Naranjo, R. P. Manuel Nieto, S i .
Secretaria:
Cecilia Torres Loayza
Oficina:
Pontificia Universidad Católica <5e\ Ecuador
12 de Octubre y Carrión
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LA REVISTA APARECE CUATRO VECES AL AÑO
Dos números generales (enero y junio)
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Los artículos firmados son de responsabilidad exclusiva de sus autores
VALOR DEL NUMERO:
Universitarios (en el almacén universitario):
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Sólo para números generales
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AL EXTERIOR: (los 4 números)
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30
25
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sucres
60
120
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REVISTA
DE LA
UNIVERSIDAD CATÓLICA
Octubre
1979
N? 23
Año VII
PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL ECUADOR
QUITO
Todo miembro de la comunidad universitaria puede
remitfr sus artículos y notos, los mismos que serón
sometidos a la aprobación de la Revista para su
publicación.
IMPRENTA DEL COLEGIO TÉCNICO DON BOSCO
Contenido
PRESENTACIÓN
9
El Departamento de Química en la Pontificia Universidad Católica del
Ecuador
Dra. Carlota Naranjo N
11
Efectos Patológicos de las Radiaciones
Ing. Freddie Orbe M
17
Isótopos en la Investigación Química
. Dr. Kurt Rehn
21
Fuente da Energía
Ing. Hernán Jararnillo
29
Análisis Químico
Ora. Carlota Naranjo N
35
Lipoproteinas y Membranas Biológicas
Dr. Kurt Rehn
/
51
Breve estudio sobre Enzimas
Leda. Gladys Acurto
63
Estimulantes
Leda. Carlota Cordova R.
77
Evolución Molecular
Dr. Kurt Rehn
03
Las Vitaminas
Leda. Carlota Cordova R.
y Dra. Carlota Naranjo N
99
Bases teóricas de la Polarognrfía
Ing. Freddie Orbe M
127
Células electroquímicas y fuente de energía en los vuelos espaciales
Rafael Hinojosa
149
Obtención y crecimiento de cristales
Hno. Feliciano Arroyo
159
Cambios morfológicos en plantas de trigo irradiado
Nelly Burbano O.
y Ricardo A. Muñoz
207
Estudio da los fertilhantes y su acción en el cultivo de la "Vainita extranjera"
Leda. Yolanda Jlbaja A
223
AUTORES DE LOS ARTÍCULOS
Miembros del Departamento de Química de la PUCE
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
NUMERO MONOGRÁFICO
DE LA REVISTA DE LA UNIVERSIDAD CATÓLICA
QUITO — 1979
PRESENTACIÓN
Los pueblos latinos han sido la cuna de la civilización
occidental, su aporte en todos los campos del saber han sido
inconmensurables.
Cuando Roma y su mundo eran ya pueblos cultos, los pueblos
Germanos y Sajones se debatían todavía dentro de una civilización
tribal; casi, casi, todavía se encontraban en la edad de piedra.
Con la decadencia del mundo latino, se produce la invasión
de los bárbaros, que destruyen esta civilización y al mismo tiempo
la adoptan, dentro del marco de la edad media sientan las bases
de su organización y mientras otros pueblos latinos como España,
Francia, Italia mantienen una hegemonía cultural hasta muy
recientemente en el siglo pasado, los pueblos sajones logran un
adelanto y una organización que les ha permitido sobre todo en el
campo de las ciencias realizar adelantos considerables.
En el mundo actual de competencia en todos los campos,
mucho es lo que los diferentes pueblos han aportado y aportan al
progreso de la humanidad; si bien algunos pueblos del mundo
latino han mantenido su tradición civilizadora y de adelanto
tecnológico, nosotros hemos venido pasando por una etapa de
amalgamación entre dos civilizaciones, lo que nos ha llevado a un
continuo luchar para desarrollar nuestra cultura, aunque la
estructura y tradición es netamente latina, estamos empezando a
devenir un país con características propias, esto nos ha impedido
el que especialmente en el campo de las ciencias hayamos aportado
algo a la humanidad.
Estamos cambiando hacia una etapa de mayor producción y
los trabajos que presentamos en este número de la revista de la
Universidad Católica recopila un conjunto de escritos dentro de las
ciencias químicas, que esperamos sea un granito de arena que nos
permita continuar con nuestra tradición de civilización latina,
hispánica e indoamericana.
EL DEPARTAMENTO
DE QUÍMICA.
El Departamento de Química en la Pontificia
Universidad Católica del E cuador
El Departamento de Química viene funcionando al servicio
de la juventud ecuatoriana, y ha dado a la Patria los primeros
licenciados en Ciencias de la E ducación con especiailización
en Química en 1.969.
.­,;
Hoy día los egresados y licenciados en esta especialidad,
gracias a Ja preparación impartida en el departamento se en­
cuentran trabajando como Químicos en laboratorios y como
profesores en colegios ­í¡.?f ;
Siendo a la Facultad de Pedagogía que presta más sus ser­
vicios, no desatiende a otras Facultades que requieren de su
enseñanza y así lo hace abriendo sus puertas a las Facultades
de Ingeniería y E nfermería y a la E scuela de Tecnología.
Docencia e Investigación.— E l departamento de Química
labora notablemente con un grupo de profesores e investigado­
res que entregan su tiempo a la formación de juventudes y a la
Investigación; cooperando en la realización de proyectos de te­
sis; trabajando para la industria; o en inquietudes personales
en busca del mejoramiento docente, etc.; y lo hacen con abne­
gación, entusiasmo y sacrificio, hasta lograr los fines propues­
tos
■' ­
.1
El aprendizaje en Química.— E nmarcado en el gran cua­
dro del adelanto tecnológico y científico del E cuador y del
— 11 —
mundo, el departamento dirige su enseñanza a satisfacer las
inquietudes del momento, ya que estas no quedan para idealilizar únicamente, sino que después de una completa formación
en la carrera, los van a plasmar en la vida práctica de su trabajo, en un laboratorio químico, en una sala de clase ante una
juventud ávida de ciencia, etc.
El departamento cuenta con material audiovisual que permite que las clases teóricas se clarifiquen y de esta manera se
solucionen problemas que surgen en el transcurso de la dase.
Algunas clases son también teórico-experimentales, lo que
significa un 100% de aprovechamiento de la materia por parte
del estudiante.
A más de tener estas ayudas, las materias están matizadas
con trabajos prácticos por parte de los alumnos, en los mismos que se aplican y se estudian leyes o fenómenos que ya lo
hicieron con anterioridad en la teoría.
Actualmente con estudiantes de la especialización se hace
énfasis en estudios de sistemas de análisis, pues el el medio por
el cual se puede descubrir algo nuevo o en su defecto saber el
porqué de las cosas; y en análisis a su vez haciendo énfasis en
métodos instrumentales por ser los de mayor importancia y actualidad.
Los lajboratorios.— El equipo con el que cuenta satisface
en su mayor parte las necesidades de los proyectos y planes que
está desarrollando y los que pretende realizar el departamento.
El trabajo de los alumnos en los laboratorios se realiza
con buen sentido de compañerismo, siempre tratando de ayudarse mutuamente y de satisfacer todas las inquietudes que se
presentan.
Se puede decir que cuando se ve a los estudiantes trabajando en los laboratorios, no sería metafórico compararlos con
— 12 —
abejas en una colmena y que se encuentran en plena labor; ya
que es preciso vivir estos momentos para sentirse satisfecho
de trabajar con la ciencia y pasar por esta realidad.
Biblioteca.— El Departamento de Química cuenta con un
servicio de biblioteca, si no muy grande pero que facilita el
estudio bibliográfico a profesores y estudiantes.
Para ayudar a los estudiantes en el trabajo de laboratorio
se preparan manuales que son guías para las prácticas que van
a realizar.
Estas guías son corregidas y renovadas anualmente de acuerdo con las necesidades e inquietudes del profesor de la
materia.
En la actualidad se tienen manuales para las siguientes
materias: Química General, Química Inorgánica, Quémica Orgánica I, Química Orgánica II, Química Analítica I y II, FisicoQuímica, Termodinámica, Química Analítica para Tecnología,
Química pafa Enfermería, Química para Ingeniería.
Se encuentran en elaboración y prueba manuales de Bioquímica e Instrumentación de Laboratorio.
,
- Trabados para la Industria.— El Departamento a más de
prestar sus servicios a nivel Académico lo viene haciendo a nivel industrial.
Los laboratorios del Departamento y a medida de sus posibilidades mantiene un servicio de análisis químico inorgánico; trabajo que lo realiza el personal del departamento con su
consecuente ingreso económico para la Universidad.
Se mantiene también un servicio de ayuda con el laboratorio de suelos de la Facultad de Ingeniería de la Universidad
Católica.
Trabajos con Colegios.— Tratando de mantener un contacto directo con alumnos de colegios, futuros universitarios,
— 13 —
se inició un ciclo de conferencias teórico-experimentales dirigidas a alumnos de cursos superiores de colegios de la capital;
tuvieron mucho éxito y los colegios tanto de parte de sus directivos como de los alumnos respondieron positivamente, a la
inquietud manifestada por el departamento.
A su vez en el pensum de la especialización y como materia
optativa se encuentra la denominada: "Metodología de la Investigación aplicada a laboratorio" en la que el alumno universitario adquiere entrenamiento suficiente en equipar un laboratorio de colegios con el mínimo costo; y está preparado para
demostraciones de aproximadamente 18 prácticas de Química
Inorgánica, Orgánica, etc.
Nómina de graduados en la Facultad de Pedagogía con
especialización en Química y sus trabajos de investigación
realizados
Trabajo
Nómina
Ledo.
Leda.
Loda.
Ledo.
Loda.
Loda.
Ananias Aguilar
Carlota Naranja
Carlota Cordova
Wilson Racines
Cecilia Romero
Fanny Tamayo
Ledo. Feliciano Arroyo
Ledo. Gonzalo Carrión
Leda. Eunice Vozmediano
Ledo. Ernesto Tacuri
Prácticas de Química General
La Catálisis Química
Cristales
Cromatografía
Electroferesis de papel
Métodos de purificación de
Coloides
Obtención y cricimiento de
cristales
Incidencia del factor parasitológico y anémico en el desarrollo
mental.
Técnicas generales de Análisis
Orgánico aplicado a la Yunquilla
Análisis de la educación ecuatoriana antes y después de la reforma educativa
__ 14 _
Ledo. Estuardo Castillo
Leda.
Lcda.
Leda.
Leda.
Leda.
Leda.
: Colorimetría aplicada al análisis del fósforo y potasio
Gladys Acurio y.
de los suelos de la porción cenFabiola Villota
: Evaluación del régimen alimenticio de la población escolar de
Quito
Zoila Segovia
: Las esencias
Lucia de Ponce
: Análisis de los suelos de las
Islas Galápagos
Noemí Sosa de Rueda : Los elementos macroponderales
de los suelos de la porción central de la Provincia de Pichincha
dedicados a los cultivos, base de
la alimentación del ganado bovino.
Yolanda Jibaja A.
: Estudio de los fertilizantes y su
acción en el cultivo de "vainita"
extranjera.
Doctorados obtenidos por alumnos de la especialización
y sus trabajos:
Dr. Gonzalo Carrión
: Relación de la parasitosis con el
cociente intelectual
Dra. Carlota Naranjo
: Análisis de las aguas del Río Machangara contaminado por desechos industriales y su influencia en la salud de la comunidad.
Trabajos no publicados
Estudios de la esencia del ajenjo
Trabajos que se están realizando actualmente en el
Departamento:
Proteínas del músculo de Schistoceva de Galápagos
Coenzimas de la Fosfataza acida en eritrocito humano.
Dfa. Carlota Naranjo N.
JEFE DE DPTO. DE QUÍMICA
— 15 —
EFECTOS PATOLÓGICOS DE LAS
RADIACIONES
Ing. Freddie Orbe M.
Es de conocimiento general que la exposición a radiaciones ionizantes, (rayos X, gamma, beta, alfa, etc) es peligrosa
para la salud, especialmente en el campo omédico, talvés por
desconocimiento de los profesionales o por comodidad, no se
los toma en cuenta.
Los efectos patológicos de las radiaciones, en primer lugar, según se manifiesten sobre los individuos irradiados o en
sus descendientes se pueden denominar somáticos o genéticos.
Se los puede clasificar también en efectos precoces o efectos retardados, según el tiempo que transcurra entre el momento de la irradiación y el momento en el cual aparecen.
El interés de esta última clasificación está en que caracteriza a dos tipos de relación entre la dosis administrada y la
aparición del efecto (relación efectcndosis). Los efectos precoces aparecen con certitud entre todos los individuos irradiados
el momento en que la dosis ha sobrepasado un cierto nivel.
Por el contrario, los efectos retardados aparecen generalmente al azar entre solamente algunos de los individuos que fueron irradiados, sin que importe el que las dosis recibidas haya
sido considerables: efecto aleatorio.
— 17 —
L— Revista U. C
Efectos precoces.— Estos efectos se manifiestan dentro de
un tiempo relativamente corto (algunas horas a un mes) después de la irradiación. Se producen generalmente cuando han
sido irradiados los tejidos más sensibles del organismo tales
como:
— Los tejidos productores de sangre; seguido de una disminución pasajera del número de glóbulos blancos (leucopenia) o de glbu'los rojos (anemia) de la sangre.
— Las células generadoras de espermatozoides en el hombre
(menor fecundidad).
— Las células de la capa basal de la epidermis (eritema, radioepidermitis, radiodennites).
A muy altas dosis (por algunas centenas de Rads de radiación) la exposición de todo el organismo produce él síndrome
agudo de irradiación, conjunto de graves problemas cuya cura
se puede esperar si las dosis han permanecido inferiores a 400
-500 Rads.
Tales exposiciones pueden producir la muerte con una probabilidad más alta cuanto más alta ha sido la dosis recibida;
cuando esta se produce, después de unos 20 a 30 días, se debe
aunque han sido dañados los tejidos formadores de sangre. Si
las dosis son del orden de 700 a 800 rads, las lesiones intestinales se hacen dominantes y pueden producir una muerte más
rápida. Por fin, las dosis muy altas del orden de decenas de
miles de rads, atacan gravemente al sistema nervioso y causan
una muerte casi inmediata.
Estos efectos precoces de las radiaciones se manifiestan
únicamente en el caso de que la dosis absorvida haya sido producida en un tiempo relativamente corto y haya sido superior
a un cierto nivel de dosis. De un individuo a otro, el valor de
este nivel puede variar dentro de u n margen relativamente estrecho, alrededor de un valor promedio, por debajo del límite
inferior, ningún individuo presenta estos efectos y sobre el
— 18 —
límite superior, todos los individuos presentan estos efectos.
De una manera general los efectos provocados son cada vez
•más graves tanto más alta sea la radiación recibida.
Este tipo de efectos patológicos no presentan ningún problema para el caso en que deban fijarse los niveles admisibles
de irradiación del organismo humano.
Efecto retardados.— Los efectos retardados de las radiaciones sobre el organismo se manifiestan luego de un tiempo
de latencia, cuya duración puede variar de algunos años a algunas docenas de años. Esto constituye una dificultad importante cuando se quiere establecer una relación efecto-dosis, sin embargo, la dificultad mayor está en que la mayor parte de los
efectos no son específicos, es decir que no se los puede distinguir de los problemas producidos por otras causas.
Entre los diferentes efectos retardados de las radiaciones
citaremos a manera de ejemplos: La producción de cataratas
en los ojos, la leucemia y las diferentes formas de cancer (pulmones, tiroides, tejido oseo, etc.) la catarata presenta caracteres análogos a los de los efectos precoces: su gravedad varía
con la importancia de la dosis recibida; existe un nivel por debajo del cual ningún individuo es alcanzado y un valor superior sobre el que casi todos los individuos presentan la afección.
Por el contrario, la mayor parte de los efectos retardados somáticos como la leucemia y los cánceres y los genéticos que
por su misma naturaleza son efectos retardados, no pueden ser
precisados a dosis bajas. Sin embargo poseemos datos ciertos
sobre los límites extremos que no pueden ser alcanzados.
La experimentación en animales y la observación en el
hombre nos han permitido obtener datos esenciales sobre ia
relación dosis-efecto:
— Primero, las dosis administradas en una base crónica, son
en general menos eficaces que las mismas dosis administradas en forma aguda.
— 19 —
— La forma de la relación cuantitativa dosis-efecto generalmente ha podido ser determinada luego de irradiaciones agudas con dosis importantes (para la leucemia superiores
a 100 rads.)
.— A dosis pequeñas, una extrapolación linear de la relación
dosis-efecto da un límite superior de riesgo en irradiaciones
agudas. Debido a que las observaciones se han realizado sobre un número limitado de sujetos, los métodos estadísticos que permiten establecer una relación dosis-efecto no
pueden conducir a ninguna conclusión. Ignoramos luego, si
existe o no un nivel inferior para la inducción de este tipo
de efectos, la actitud más prudente, es considerar, que la
extrapolación lineal de la relación dosis-efecto hacia el origen nos conduce más bien a un límite superior de riesgos.
Al adoptar esta hipótesis de trabajo, es posible, evaluar
para cada efecto patológico, la mayorante del riesgo que a cada nivel dado de irradiación hace correr al hombre. Comparándola con la probabilidad natural de que aparezca este efecto,
nos permite juzgar la importancia del riesgo. En resumen, podemos decir que toda dosis de radiación recibida conlleva un
riesgo, por más pequeño que sea.
En todos los países, conociéndose este problema, las autoridades de salud han tomado cartas en el asunto y si bien el
manejo de las radiaciones ionizantes cada vez más se convierten en mal necesario, de gran importancia para el progreso de
la humanidad, han tratado de legislar y controlar su manejo
de tal manera que los niveles de exposición sean mínimos y
restringidos únicamente a casos de vardadera necesidad.
Podemos decir que en el Ecuador también se están tomando los pasos necesarios para controlar tanto el manejo de máquinas de rayos X como la manipulación de radioelementos.
— 20 —
ISÓTOPOS EN LA INVESTIGACIÓN QUÍMICA
Dr. Kurt Rehn
1.
Introducción
Isótopos son representaciones de los elementos químicos
que se distinguen por su masa atómica pero mantienen el mismo número atómico y son por eso prácticamente idénticas en
su comportamiento químico. La presencia de isótopos se revela
con métodos físicos (espectroscopia, medición de una radiación nuclear) lo que permite el uso de isótopos como trazadores físicos y químicos para moléculas "marcadas" por una incorporación isotópica.
Trazadores de este tipo han sido explotados sobre todo en
la Bioquímica. Sin embargo, los otros ramos de la Química
también han disfrutado de las ventajas indiscutibles que siguen brindándose por marcaciones isotópicas. La sinopsis presentada aquí, trata con algunos ejemplos clásicos del estudio
de reacciones en la Química Orgánica.
2. Mecanismos de Reacciones Orgánicas estudiadas por
Isótopos
2.1 Intercambio Isotópico.
Muchos compuestos orgánicos reemplazan fácilmente un
isótopo por otro en ciertas partes de la molécula. Este "intercambio isotópico" sirve para detectar los grupos lábiles en ia
— 21 —
•molécula y para indicar posibles mecanismos de substitución.
El intercambio de hidrógeno por deuterio (D, 2H) o tritio (T,
3H) caracteriza no solo los protones fácilmente móviles en
ácidos, alcoholes y aminas (a), sino también en hidrocarburos
(b). Ambas reacciones se catalizan por ácidos y bases, lo cuál
indica la intervención de protones, libres o agregados al disolvente:
a)
C2>^OH + D20
C 2 K 0 D + D0H
b)
+T0H
Intercambios de hidrógeno se reconocen fácilmente por
resonancia magnética nuclear (para deuterio) o por medición
de radioactividad (para tritio). La substitución del 160 por
ISO se demuestra por espeotometría de masas, por ejemplo en
el caso siguiente:
c)
- iN C=0 + H_ 0.
OH/
GHCH.
ó
,
^
X=0 + H O
2
^0H O H /
Este último tipo de intercambio sugiere la formación de
un "hidrato" originado por ataque nuoleófilo de agua al grupo carbonflico de la acetona.
2.2. Reacciones de Substitución.
Algunas reacciones de substitución ya se anotaron en el
párrafo anterior. De la abundancia de otras investigaciones se
escogen en este instante algunos casos especialmente notables
para la Química Teórica.
— 22 —
Acerca de la hidrólisis de esteres (d,e) podía demostrarse
que el oxígeno del alcohol proviene del éster, no del agua:
d)
0
0
R­C ­ 0RV H ' 8 0 ^ R ­ ( i ­ " b H *■ HOR'
Si se incorpora 180 al éster como oxígeno carbonílico se
observa una pérdida del trazador usando agua no marcada en
la saponificación:
e)
18
18
0
0^
R ­ A ­ O R V H2O ^ R ­ C ­ O R V R ­ C ­ O R V H ^
\
OH
íl
O
;+H 2 O
R­CC^H+HOR'
Este resultado indica la formación intermedia de un com­
puesto hidratado que puede intercambiar la marcación con el
disolvente.
Una contribución clásica al mecanismo de la substitución
nucleofílica bimoleoular (SN2) empleó como trazador radiac­
tivo, el 131J. La reacción estudiada fue la racemización del yo­
duro ópticamente activo, por yoduro en solución acetónica (f).
El yoduro inorgánico se utilizó marcado y se compararon las
constantes de velocidad para la incorporación del trazador al
yoduro orgánico, y para la inversión óptica del mismo produc­
to. Como las dos cifras resultaron idénticas, ha sido posible
razonar que las dos reacciones se vincularan mutuamente:
f),
C 6 H^
^ 3
131 Y .... C ...Y
CKL
— 23 —
131
\v
Y­C.
+Y*
La substitución "nucleofílica" en algunos halogenuros de
benceno, es más bien una reacción de eliminación y adición que
incluye la formación de un dehidrobenceno intermedio. Un tal
mecanismo se patentizó con una marcación radiactiva del carbono que lleva el halogenuro que se desplaza:
g)
O
i/
1 ci - HCI r ^ t
* [ I
NH.
Es típico que se forman ambos isómeros de la anilina marcada en cantidades iguales, y no solo el compuesto análogo al
reactivo inicial.
2.3.
Transposiciones.
La marcación isotópica ha resultado particularmente útil
para examinar transposiciones y detectar la intervención de
grupos vecinos. De muchas investigaciones interesantes se presentan dos ejemplos.
La desaminación de la ciclopropilcarbinilamina tanto como de la ciclobutilamina (h), originan el mismo ion carbonio
"no clásico" que se convierte luego en los mismos productos
de hidrólisis, a partir de ambos reactivos:
h)
'"CKrCH-N^
CKrCHjHNO,
'CH\ * ^ ^
|
cfl-tHpH
CHo
"bHr
N
,
|--.CH2
CH'
^HrCKrOH
I
— 24 —
1 CH-CKNH
HNüJ /
CH2
14
CHfCH«1:H2H:HpH
Mientras los reactivos están marcados en un solo átomo
de carbono, los productos exhiben el isótopo casi estadísticamente en tres posiciones. Un tal resultado se explica por la
estructura piramidal del ion carbonio intermedio que tiene
tres grupos equivalentes.
En el segundo caso, otro ion carbonio vive una transposición por influencia de un grupo vecino. La desaminación de la
feniletilamina (i), marcada por 14C en un carbono del resto
alquilo, resulta también un reparto del trazador, hecho que se
explica en este caso por la intervención de un "ion fenonio" con
un anillo ciclopropilo que se puede abrir de dos modos:
i)
HNO,
CH2-tH2NH2
H20
CH^H, CH^H
HOCH.-c'Hj
c'H^tHqH,
2.4. Efecto isotópico cinético.
Se menciona en la introducción de este artículo que generalmente no hay diferencias químicas entre los varios isótopos de un elemento. Sin embargo, esta regla se observa mejor con los elementos .pesados que con los elementos livianos.
En el caso de hidrógeno si pasa una disminución bien notable,
en todas velocidades de reacción que incluyen los isótopos pesados respecto al 1H. Dicho "efecto isotópico cinético" es molestoso para el Radioquímico quien prepara compuestos marcados, pero resulta muy útil para el Químico teórico en la investigación de mecanismos de reacción. El efecto isotópico cinético se aprovecha para detallar, si se rompe un enlace C-H
en el paso de la reacción que determina la velocidad de transformación. Dos casos representativos ilustran la aplicación de
este principio.
— 25 —
La eliminación bimoleoular (E 2) es un típico "proceso
concertado" o sea una reacción en la cual se forman y rom­
pen enlaces al mismo tiempo:
+ Hp
H^OH
CK­CH—^H,—
♦ CH3­CH = CH 2
CBr
+ Bre
Se espera por eso un efecto isotópico grande en el cambio
de H por D, y esta presunción se realiza con las observaciones
siguientes:
REACCIÓN
CH CHBrCH,
CIKCDBnCH,
CD­CHBrCD 3
E
V LOCIDAD DE RE ACCIÓN
CH,CH­CH
CHvCD­^CH,
CD3CH—CD^
1.0
1.0
0.15
Las cifras demuestran asimismo que la eliminación es del
"tipo B", es decir los dos átomos que se eliminan, salen de gru­
pos adyacentes como esquematizado en la ecuación de reac­
ción (k).
Por otra parte, la substitución aromática electrofílica (1)
es una transformación que abarca varios pasos separados, y
con diferentes constantes de reacción:
— 26 —
Un efecto isotópico se concibe solo mientras kl k2. En realidad, no se observa ninguna diferencia entre las velocidades
de la nitración del benceno corriente y del benceno tritiado.
Por eso ha de ser k2 k l ; en otras palabras es la formación del
complejo intermedio que determina la velocidad de esta reacción, y no la rotura del enlace C-H en el segundo paso.
3.
Conclusiones.
Los dos ejemplos escogidos para este artículo son una
parte minúscula de un copioso material de experimentación.
Se permiten las siguientes conclusiones:
a)
Trazadores isotópicos pueden aprovecharse formidablemente en el estudio de mecanismos de reacciones químicas, sobre todo con substituciones y transposiciones.
b)
Efectos isotópicos cinéticos resultan especialmente útiles
en la exploración de los factores que determinan las velocidades de reacción.
Con el acceso fácil a isótopos puros de muchos elementos
y con el desarrollo de sofisticados aparatos para la detección
de trazadores, las pruebas isotópicas se han convertido en un
instrumento indispensable para la investigación química de
hoy.
BIBUOGRAFIA:
J. HIÑE: "Physical Organic OhemlS'try", IMaoGraw HMI, Nueva York 1856
R. B. WOODWiAiBD y fl. HOFtPMiAiNN: "Conservación títe la Simetría Orbltafl",
Editorial Alihambra, Madrid 1972
J. O. ROBERTS. J. STEWART y M. C. OASBRIO: "Química Orgánica",
Fondo Educativo tofterameficano, Panamá 1974
— 27 —
-V
FUENTES DE ENERGÍA
Ing. Hernán Jaramillo
La crisis de la energía que experimentó el mundo a fines
de 1973 y principios de 1974 convirtió en tema de actualidad el
temor de que esa escasez temporal pudiera tomarse crónica
en un porvenir cercano, al agotarse algunas de las fuentes de
energía que actualmente utilizamos.
Una de las formas de la energía más importantes y con la
cual estamos más familiarizados es la electricidad. Puede decirse que la civilización actual surgió y depende de la energía
eléctrica. La mayoría de las máquinas en las fábricas marchan
gracias a ella. Casi todas las viviendas en el mundo son iluminadas por la electricidad.
Lo mismo ocurre con tiendas, teatros, edificios públicos
y calles. La electricidad permite que funcionen nuestros teléfonos y telégrafos, nuestros aparatos de radio y televisión. Sin
electricidad no habría utensilios de aluminio o afines, ya que
solo gracias a aquella es posible obtener grandes cantidades de
ese metal. Un simple apagón en una ciudad o en un barrio basta para convencer al más distraído de sus habitantes de la dependencia en que vive de esa forma de energía.
Otra forma de energía es la calórica, que por el método
de combustión mueve la mayoría de los vehículos de transporte por la tierra, mar y aire, y permite la calefacción de nuestros
— 29 —
hogares y el funcionamiento de los grandes homos en la industria siderúrgica.
La crisis de la energía mencionada más arriba se debió a
la escasez temporal de combustible como el petróleo, la gasolina y el gas natural, agudizado por el boicoteo petrolero que
aplicaron los países árabes a algunas naciones, a raíz de la guerra arabe-israelí. Sinembargo, el temor de que la escasez llegara a ser permanente ha subsistido en la opinión pública.
¿Está fundado este temor? Es verdad que el consumo de
energía crece muy aceleradamente. El de electricidad se duplica prácticamente cada diez años.
El despilfarro, así mismo, es gigantesco y debe ser frenado. Sinembargo, una mirada retrospectiva en la historia nos
resultará reveladora y demostrará que el hombre siempre a
podido descubrir nuevos recursos energéticos más poderosos
y aprendido a utilizar de manera más perfecta los conocidos.
asi mismo, un examen somero de las fuentes de energía de que
dispone y de las investigaciones que está realizando para poner a su servicio otras de mucho mayor rendimiento y prácticamente inagotables, contribuirá a reafirmamos en esa posición optimista y a convencemos de que ni a corto ni a largo
plazo escaseará la energía.
Lais fuentes de energía.— La madera fue durante mucho
tiempo el principal combustible; en algunas regiones no se conocía otro. Además de utilizarla para calentarse y cocinar, dio
origen al llamado carbón vegetal, con el cual se podía reducir
los minerales a metales.
Los primeros combustibles fásiles en ser explotados fueron yacimientos superficiales de asfalto, turba y carbón, así
como petróleo y gas que afloraban por filtración desde los depósitos subterráneos. Se sabe que el asfalto era empleado ya
como combustible en el año 6.000 a. de C. en el medio Oriente,
donde existen enormes yacimientos superficiales.
— 30 —
El gas natural que escapaba de los depósitos subterráneos
a través de grietas que se inflamaba y ardía durante años y
aun siglos. Ya antes del año 1.000 a. de C. el gas se utilizaba en
China para el alumbrado, la calefacción y la cocina. Muchas
partes del mundo tienen extensos yacimientos de carbón, pero
éste era difícil de minar con herramientas primitivas y únicamente los chinos, que se sepa, lo extraían como complemento
del gas natural y de sus disminuidas reservas de madera.
El petróleo, conocido de las babilonios, aunque poco utilizado, comenzó a ocupar una posición importante por primera
vez en el siglo XVII, cuando un pozo perforado en Modena Italia, suministró el combustible para el alumbrado de las calles. Sin embargo, los primeros pozos que lo produjeron en
cantidades comerciales fueron .perforados en Rumania en 1650.
Luego la invención del automóvil creó una demanda enorme de gasolina. Desde entonces el mercado de productos derivados de este combustible fósil ha crecido rápida y constantemente.
El viento como fuente de energía para la propulción de
naves, ha sido empleado por el hombre desde tiempos remotos
Los primeros barcos provistos a la vez de remos y velas, fueron sustituidos a medida que progresaba la navegación por buques más grandes que dependían exclusivamente para su locomoción de las velas.
Examinemos el panorama aictual de las fuentes de energía.—
Empezaremos por los combustibles fósiles, empleados como
se ha visto desde épocas remotas y que son todavía hoy nuestros principales recursos energéticos. Pertenecen, desde luego,
a la categoría de recursos no renovables y están destinados a
agotarse con el tiempo.
Antes de que esto suceda ,empero, la humanidad contará
con nuevas fuentes de energía, algunas ya utilizadas y otras
que habrán de serlo en un período relativamente cercano, según opinión unánime de los científicos.
— 31 —
El gas natural es el combustible fósil más barato y más
limpio, condición esta última que reviste gran importancia dada la lucha contra la contaminación.
En el mundo entero, el gas natural abastece alrededor del
20% de la demanda de energía total.
Hay grandes depósitos de gas cuya explotación resulta
antieconómica. Esto se debe a que el gas está tan bien aprisionado en las formaciones subterráneas que no fluye fácilmente.
En los Estados Unidos se han llevado a cabo experimentos mediante el uso de explosivos nucleares para romper esas formaciones y acrecentar el flujo del gas a niveles económicamente interesantes.
El gas licuado, que depende de las reservas de gas natural y petróleo, ha venido adquiriendo creciente importania desde la terminación de la segunda guerra mundial. Dicho gas
licuado se transporta en grandes buques especiales o en cilindros de acero y se torna gaseoso cuando se reduce la presión
a la que está sometido.
Otro método potencial para aumentar las disponibilidades
de gas natural consiste en la gasificación del carbón. El producto, una vez eliminadas las impurezas, es esencialmente metano, que tiene un poder calórico muy superior al del gas que
antiguamente se manufacturaba a partir del carbón.
El consumo de gas natural, sin embargo, aumenta a ritmo
acelerado. Estimaciones dicen que los incrementos de la demanda de gas natural entre 1967 y 1980 serán de 308% para
Europa Occidental, 286% para Europa Oriental, 283% para la
Unión Soviética y sólo 29% para los Estados Unidos, que actualmente es el primer consumidor mundial.
Es indudable que las reservas de gas terminarán por agotarse, pero las estimaciones más recientes indican que al ritmo proyectado de utilización el gas natural durará todavía airededor de un siglo. Esta predicción puede resultar más bien
— 32 —
pesimista, en caso de que la tasa de utilización del gas natural
disminuya como consecuencia del desarrollo de otras fuentes
de energía.
Al petróleo le ha correspondido en las últimas décadas satisfacer la mayor parte del crecimiento de la demanda mundial de energía. Esa es la razón fundamental de que el abastecimiento de petróleo haya atravesado recientemente por fases
críticas. Su consumo aumentó de 11.000.000 de barriles diarios
en 1950 a 46.000.000 en 1970, y se estima que el mismo llegaráa 80.000.000 de barriles en 1980, el petróleo suministrará probablemente casi el 50% de la energía mundial. Se ha predioho,
que las reservas de petróleo se agotarán para el año 2070. Esta
perspectiva puede cambiar, no obstante, gracias al hallazgo
de nuevos yacimientos en los océanos y a la explotación esquistos y arenas bituminosas, que contienen enormes cantidades del combustible.
El carbón es el más abundante de los combustibles fósiles y ocupa todavía una posición predominante en la generación de electricidad. Sinembargo, como fuente de energía ha
venido siendo gradualmente desplazada por el petróleo y el gas.
No obstante la gigantesca escala de explotación a la que
ha estado sometido durante muchos años, las reservas de carbón son enormes, y en opinión de los geólogos, muy superior a
las cifras publicadas.
Los combustibles nucleares fisiónales son notables fuentes de energía. En realidad, la energía que contiene supera en
muchos la disponible en las combustiones fósiles. La fisión de
un átomo de uranio 235, por ejemplo, libera una energía varios
millones de veces mayor que la producida por la combustión
de una molécula de gasolina. Esta energía térmica puede ser
convertida eñ electricidad mediante una turbina de vapor. Para ello, es necesario que la fisión se produzca en forma totalmente controlada, lo que se logra en un reactor nuclear.
— 33 —
3.— Revista U. C.
El único combustible fisionable natural es el uranio 235,
el cual sólo existe en cantidades limitadas. En consecuencia,
se han desarrollado' reactores de producción que, además de
suministrar energía térmica para la generación de electricidad,
producen plutonio 239 (FISIONABLE).
La energía producida por reactores nucleares ascendía ya
en 1970 a 20.000.000 de kilovatios y se esperaba que para 1980
suministren alrededor del 9% de la energía mundial.
La fusión nuclear ocurre cuando dos o más núcleos relativamente ligeros se combinan para formar un núcleo atómico
más .pesado. En este proceso se libera energía.
La mayor parte de la gigantesca energía de las estrellas,
incluida la del sol, procede de reacciones de fusión de los átomos de hidrógeno, que se convierten en helio en medio de elevadísimas temperaturas y densidades.
La obtención de energía derivada de la fusión nuclear es,
pues, posiblemente el desafío más grande a que se haya enfrentado jamás la humanidad.
Muchos científicos opinan que la solución del problema
de la fusión controlada se halla relativamente próxima. Mientras tanto, no falten fuentes de energía, algunas descubiertas
recientemente y otras conocidas desde hace mucho pero mal
explotadas, que el hombre puede utilizar.
Finalmente no es posible sintetizar combustibles captando la energía solar para favorecer la reacción fotoquímica. Las,
plantas realizan esta reacción mediante la síntesis clorofílica.
No es difícil imaginar la realización foto síntesis de rendimiento más elevado, pero esto se halla en fase de investigación. •
En un próximo futuro, pues, se podrán aprovechar fuentes de energía inagotables de un potencial inmenso, que garantizan el porvenir energético de la humanidad.
— 34 —
ANÁLISIS QUÍMICO
Dra. Carlota Naranjo N.
A. Método de Intercambio iónico
1. Concepto.— Intercambio iónico es el proceso químico
por el que se sustituye uno o varios iones de una disolución
por otros sirviéndose de substancias para el efecto. Esta substancia cambiadora de iones se llama Resina de intercambio
iónico.
El proceso se lleva a efecto con la absorción de iones de
la solución sobre un sólido (resina) y la entrega de otros iones
por esta a la solución; produciéndose un equilibrio al realizarse la reacción química así:
RGs f C t
cambio iónico RQj + Cg
regeneración
Si para ablandamiento de agua se usa Zeolita sódica se
tiene la siguiente ecuación:
Ca + + + Zeolita sódica —
Q = Oxígeno
(3) = Silicio
(•) = Aluminio
— 35 —
2Na+ + Zeolita calcica
Eatmctuna dn una Zealital
Natural NaAl Sio4
Esquema de una mBoromoJécula
de lintemcambio i<5nico
2. Historia.— El intercambio de inoes es el fenómeno
más común que puede ser observado en la naturaleza, pero, lo
raro es que los químicos no se han preocupado de este capítulo en épocas anteriores al siglo pasado.
La permeabilidad selectiva de la membrana celulosa en las
algas del mar se debe en gran parte al intercambio iónico que
existe entre los componentes de las algas y los del agua del
mar.
Las primeras publicaciones que se han realizado sobre este tema son apenas desde un siglo, cuando Thomson hace unas
observaciones concernientes al intercambio de cationes en el
suelo. Y Way ha demostrado la actividad de una reacción de
Aluminio-silicatos, dando el primer mecanismo correcto. Explica la fijación del sulfato de amonio en el suelo así:
Ca
AmSo
Sue
+
> Am
Sue +
— 36 —
CaSQ^
y se estudió principalmente el intercambio de iones Calcio,
Sodio, potasio y amonio.
Este ntercambio existente en el suelo es de primordial im­
portancia para la agricultura y también juega un papel impor­
tante en la evolución geológica de la tierra.
Lo más antiguo usado en el campo industrial es una co­
lumna de arena verde (Zeolitos naturales) que servía a fines
del siglo pasado (año 1900) para ablandamiento del agua.
Hoy se puede considerar el intercambio iónico como uno
de los procesos básicos de la Química; cuyas principales eta­
pas han sido:
En 1934 se descubre la sulfonación de los lignitos produ­
ciendo compuestos insolubles capaces de intercambiar iones
H + . }' -:■■
Las resinas de condensación (tipo fenol­formal) de Adams
y Holmes 1935 y posteriormente las resinas de polimerización
a base de estireno introducidas por D'Alelio que han sido las
que han dado posibilidades superiores a esta técnica.
3. Resinas de intercambio iónico.— Son polímeros or­
gánicos complejos que tienen uniones entre las distintas uni­
dades del polímero, haciendo variar el grado de unión y tam­
bién los grupos funcionales, siendo estos ácidos o básicos. Mas
las propiedades de las resinas pueden modificarse de acuerdo
a la velocidad, selectividad y capacidad de cambio
4. Tipos de resinas de intercambio iónico.— Se puede ci­
tar los siguientes tipos de resinas:
a() Resinas porosas.— Consiste en películas
rígidas de copolímero estireno­divinil­
benceno en cuya superficie y poros se
encuentran los grupos intercambiadores
de iones; estos materiales son de capa­
cidad elevada, y suelen estar en el orden
de microequivalentes por gramo de ma
terial.
— 37 —
b) Resina pelicular.— Consiste de una película vitrea de forma esférica que se encuentra recubierta de una capa muy fina de copolímero el estireno-divinilbenceno, la misma que contiene los grupos
activos; estos materiales son de capacidad muy reducida, menor que la anterior
aunque muy eficaz.
c) Resinas superficialmente porosas.— En
la superficie de esta resina se ha incorporado grupos intercambiadores de iones y está formado por partículas de Zipax.
Los grupos presentes en todo tipo de resinas de intercambio iónico suelen ser: -NR^ y -NH2 en el caso de resinas de
intercambio aniónico: las que se obtienen en forma de cloruros. -SO-jH en el caso de resinas de intercambio catiónico y las
que se encuentran en forma de sales de sodio.
Resinas de intercambio iónico: peculiares, superficialmente porosas y porosas.
Tamaño de Tamaño de
Pelicular Anión
Zipax SAX
Pelicular Catión
Zipax WAX
Aminex Serie A
Zipax SCX
Durrum DC-A
partícula
fj"»;
40
25-37
40
25-37
40
Carácter
película
(ym)
B.
B.
A.
B.
Diverso B.
A.
Diverso A.
B = Base
A = Acido
38 —
fuerte
fuerte
fuerte
débil
fuerte
fuerte
fuerte
Grupo Cape. Cape.
Cmeq/g) ^
Cy^/g;
-NR:4
-NR 4
-SO3H
-Nl4
-NR*
-SO3H
-SO^H
10
12
10
12
3
3
5
Resinas de intercambio iónico
Tipo
Naturaleza
Capacidad
Nombre Comercial
(meq/ml]
Catión fuerte
Catión débil
Anión fuerte
Anión débil
Poliestireno sulfonado
Acido acrílico condensado
Poliestireno con
•CH 2 NMe i Cl
poliestireno con
Amina secundaria
1.9
4.2
1.2
2.0
Dowex 50
Amberlita IR 120
Amberlita IRC 50
Dowex 1
Amberlita IRA 400
Dowex 3
Amberlita IR 45
5. Tipos de intercambiadores iónicos.— Intercambiador
iónico se llama a una substancia insoluble (resina) que contiene iones activos que pueden intercambiar con Jos que se encuentren presentes en la solución que sea colocada la resina.
Las resinas en las que los iones activos son catines se denominan intercambiadores catiónicos, así:
2RNa + + C á ^ - ^
R2C^+
+ 2Na +
Las resinas en las que los iones activos son aniones se denominan intercambiadoids aniónicos, así:
2R.Cr + SO^i
R
^04"+ 2cr
a) Resinas de intercambio catiónico.— Estas contienen
grupos polares firmemente unidos en la estructura de la resina, pero el catión es intercambiable.
La mayor parte de las resinas de este tipo contienen aniones de los ácidos sulfónicos. Cuando la resina se encuentra en
forma acida el ion hidrógeno ( H + ) se intercambia con otros
catines que contienen la solución en la que se la a puesto a ac— 39 —
tuar. Las resinas sulfónicas son más fuertes por lo que intercambia más fácilmente el ion hidrógeno mientras que no sucede con la misma facilidad en las resinas carboxílicas. Por
esto el grupo sulfonato tiene una menor atracción por el ion
hidrógeno que por el ion sodio; a su vez los iones sodio son un
poco más difíciles de sustituir por iones de calcio y magnesio
en una resina sulfónica, disminuyéndose la dificultad si se hallan en una resina carboxilica.
El intercambio producido con las resinas y el equilibrio
existente puede ejemplificarse con las siguientes reacciones:
R.SO- .H+ + Na* ^ = Í " R.SOJ .Na+
+ H*"
+
+ H+
RJCOO".H
+
+ Na
*=*- R.COO-.Níí
2R.C00-.Na+ + C a 2 + . i = - (R.COO¿ .Ca 2 * + 2Na +
-CH-CH-CH-CH-CH-CHj
so;
6®6®6
-CH-GI^-C-GKpGH-C^
0yio&o*
Estructura de resina sintética de intercambio catiónico
b) Resinas de intercambio aniónico.— Estas funciones de
manera análoga a las anteriores, siendo los grupos funcionales
aminas sustituidas o compuestas de amonio cuaternario, que
son bases orgánicas. El comportamiento de estas resinas es
_ 40 —
similar al de las aminas primarias que en soluciones acuosas
reaccionan formando hidróxidos, así:
R.NIL, + H 2 0 *=± R.NH3 . OH
Luego el ion hidróxilo puede ser cambiado por otro anión, así:
R.NEf . OH" + Cl ?=* R.NH3+ . Cf+
OH"
Además del grupo OH^ pueden intercambiarse otros aniones,
como sigue:
2R.NH*­ . « " +
S O f ♦=?(R.NH^ \¿ .SOf + 2Cf
Cuando el material con que se trabaje en intercambio con
una resina de grupo OH", sea un ácido, el ion O H ­ q u e es des­
plazado por el anión, se neutraliza con el ion H + del ácido, y
mientras más fuerte sea el ácido la eliminación del grupo OH^
será completa.
6.— Reglas utilizadas en equilibrio de intercambio iónico.­
Se han formulado cinco reglas y son las siguientes:
1. E l intercambio iónico que ocasiona la expansión de la resi­
na es menos efectiva que los que no le ocasionan, de lo que
se deduce que mientras menor sea el ion mayor será la afi­
nidad por la resina.
2. Los coeficientes de selectividad se aproximan a la unidad
a medida que disminuyen los enlaces cruzados.
3. Cuando mayor es la carga del ion mayor es la afinidad por
la resina.
4. La afinidad de los iones orgánicos de peso molecular eleva­
do, y la de algunos complejos aniónicos de iones metálicos
es anormalmente elevada, tal vez porque las fuerzas elec­
trostáticas van aumentando debido a la presencia de las
fuerzas de Van der Waals.
— 41 —
De acuerdo a esto dan el siguiente orden de afinidad:
+
L i < H+ < N a ^ < N H t < K + <
Oa.
2
++
2
2+
Be < Mn <
Pb ^ Ba
O*
2
Tu.
R b + < Cs + < A g + < T I +
%-
2+
2+
.2+
2+
2+
Mg ^ Zrr< Cer< C u ^ Cd <Ni < Ca < S r
Na"
Ca2+ La3+ Th^
O i r < F " < CHgCO^ HC02<H 2 P0<He0 3 <Cl<:N02<HS0j<
CN_< Br<N03<HS0~ <
I"
7.— Etapas del proceso de intercambio iónico.— El proceso de intercambio se divide en 4 etapas como sigue:
a)
Difusión del ion en solución a través de la película líquida.
b)
Difusión del ion en el interior de los poros de la partícula.
c)
Reacción del intercambio en el punto funcional
d)
Salida por difusión del ion liberado a través de la ipelícula
líquida
8.— Propiedades que determinan el funcionamiento de
una resina.— Estas son:
a)
Tamaño de la partícula por lo que se considera ia velocidad del intercambio y la permeabilidad de la columna empacada.
b)
Cantidad de enlaces cruzados, en relación con esto se
encuentra la rigidez, porosidad y expansión de la resina.
Naturaleza de los grupos funcionales, por lo que pueden
ser amónicas o catiónicas.
c)
d)
Fuerza de los grupos funcionales, la que se encuentra relacionada con él coeficiente de distribución.
e)
Número de grupos funcionales, encontrándose esto de acuerdo con la capacidad de la resina.
9.— Selectividad.— Cuando la resina aumenta el grado
de reticulación, se hace más selectivo y los distintos grupos fun— 42 —
cionales presentan afinidades distintas a un ion dado; a falta
de relaciones cuantitativas rigurosas, se predice la afinidad
acudiendo a reglas empíricas. Y así para el intercambio de
cationes en soluciones diluidas a temperatura ambiente, se pupde aceptar que se cumplan las siguientes condiciones:
a)
b)
Carga Catiónica,— La afinidad generalmente aumenta al
aumentar la cariga, pero la afinidad relativa para el ion de
valencia más alta disminuye al aumentar la concentración.
Tamaño iónico.— Los iones de una misma valencia más
reaccionan fuertemente cuando menor es el tamaño del
ion hidratado. Así:
L i+ < H+ < NaV K+< N H+< R b+< Cs+< Ag*< T T < Hg2<Cá<
Mn 2 ^MQ^Zn^:Cu^Ni 2 <Co 2 -í:Ca 2 ^Sr^b 2 <Ba 2 5 Al^ Sc3<
Y 3 ^ Eu ^ S m ^ N d 3 ^ P p 3 ^ Ce3+< La3".
c)
Disociación.— La disociación parcial de los grupos funcionales de la resina pueden dar lugar a una disminución de
la capacidad de la omisma y por consiguiente a diversos efectos sobre la selectividad.
10.— Efecto del pH del eluente. —El grado de disociación
de ácidos y bases débiles y la hidrólisis de sales se controla
con el pH del medio en el que se encuentran, de allí que la
carga eléctrica de una sustancia se puede aumentar, disminuir
o cambiar de acuerdo al pH que se lo someta.
Por consiguiente este es el medio con el cual se puede influir sobre la relación de distribución o evitar el intercambio
total. Esto se utiliza en separación de aminoácidos, que pueden
tener diferente carga o no tenerlo dependiendo del pH que tenga el eluente.
11. Efecto de la longitud de la columna.— Al aumentar la
longitud de una columna se aumenta proporcionalmente el nú
mero de platos teóricos; por lo que se mejora la separación de
— 43 —
los componentes de la muestra por el tiempo empleado, la cantidad de (materiales y la dilución de la muestra.
12. Técnicas de separación por intercambio iónico.— Las
resinas de intercambio iónico pueden usarse en procesos por
lotes similar a una extracción simple; o en columnas que sirven para eliminar todos los cationes de la muestra sustituyendolos por hidrógeno o sodio; o para separar los componentes
de una muestra.
13. Elección y preparación de la resina.— Existe gran variedad de resinas en él mercado, pero se prefiere las de grado
analítico que se encuentran libres de materia orgánica e inorgánica y son de tamaño seleccionado.
Se puede convertir una forma de resina en otra; así, una
acida se la puede convertir en base sódica por lavados continuos con cloruro de sodio; hasta que el efluente sea neutro.
Es la forma como se regeneran las resinas usadas.
14. Empalque de la columna.— Las columnas son de tubo de vidrio de 8-15 mm. de diámetro con un recipiente para
reserva del eluente en la parte superior y en la inferior un disco poroso o lana de vidrio para que contenga la resina; casi
siempre las columnas de intercambio iónico son de diámetro
menor en la parte inferior y está doblada en una U doble.
[n\
'S r^
$ép
columnas de intercambio iónico
— 44 —
La resina se empaca en solución acuosa y se la deja asentar golpeando levemente de vez en cuando. Una vez empacada
el nivel del líquido no debe descender del límite superior de
la resina ya que de lo contrario se forman burbujas de aire.
La cantidad de resina empaquetada debe ser de una longitud
de 10 a 20 veces el diámetro de la columna.
15. Capacidad total de la columna.— La capacidad de la
resina el fabricante indica en la etiqueta del frasco expresada
en miliquivalencias por gramo. Las resinas comunes tienen
una capacidad de 1 - 5 meq/mlaproximadamente de 1 - 5 N en
ácido o base.
16. Formas de detección.— Es lo difícil de esta técnica.
Se hace por diferentes métodos así: absorción de luz, índice de
refracción, pH, radioactividad, o mediciones polarográficas. La
forma más común es recoger numerosas fracciones de igual
volumen y analizar cada una de ellas para localizar la sustancia deseada.
B.—
APLICACIONES DE LA SEPARACIÓN POR
INTERCAMBIO IÓNICO
Entre las aplicaciones analíticas de esta técnica a continuación se indican algunas:
1. Eliminación de iones.— Uno de los ejemplos más comunes en este tipo de intercambio es el ablandamiento del
agua; en este proceso se eliminan los cationes calcio, magnesio,
hierro y todos los cationes con carga múltiple, sustituyéndose
estos por el ion sodio.
Cuando el agua únicamente contiene el catión sodio se torna inofensiva para la mayoría de usos comunes como también
para la tubería. Se emplea sodio ya que se puede la columna
regenerarla fácilmente con una solución concentrada de cloruro de sodio.
— 45 —
El agua completamente desionizada es la que en lugar de
sodio como catión intercambiador utilizan hidrógeno.
Como la conductividad del agua desionizada es menor que
10­ 6 mho/cm se obtiene en esta forma mejores resultados que
por destilación.
Solución
regeneran^
­x alcalina
Solución
agua
Solución
regenerante
acida
Catión
Cambiador
'J.w.w.;
■Soporte'
INTERCAMBIO IÓNICO
2. Concentración de trazas de un constituyente.— E s la
forma utilizada para concentrar cantidades pequeñas de ele­
mentos y poder determinarios. iCon este sistema se puede de­
terminar huellas de metales pesados en el agua; cobre en la
leche; o es la forma de recuperar metales preciosos.
El ejemplo más espectacular para la demostración de es­
te caso es como fue aislada e identificada por primera vez una
muestra de mendelevio. Prueba que se llevó a cabo en una co­
lumna miniatura cambiadora de iones. Y es así que toda la
existencia mundial de este elemento en el momento de su des­
cubrimiento era de 17 átomos se encontró en una sola esfera
de la resina.
— 46 —
3. Separación de metales.— E ste método es efectivo en
la separación de iones metálicos que tienen propiedades simi­
lares ya que otros métodos no tienen validez. Así por ejemplo
los metales alcalinos y alcalino terrees se los puede fácilmente
separar por intercambio iónico; al igual que la tierras raras,
etc.
4.— Preparación de reactivos. —Hay soluciones que no
se pueden preparar fácilmente por no tener reactivos de tipo
analítico, y se lo puede hacer por este sistema; a su vez otras
soluciones que son de difícil preparación o de valoración, se
■las puede obtener por intercambio iónico.
5. Separación de ajminoácidos.— Uno de los ejemplos
que más llama la atención en el estudio de intercambio iónico
es la separación perfecta de mezclas complejas de aminoáci­
dos. E sto se realiza gracias al efecto del pH del eluente como
se habló en A. 10.
6. Análisis Orgánicos.— Se consigue por intercambio ió­
nico aislar ácidos orgánicos corno los siguientes: cítricos, suc­
cínico, ascórbico, málico, etc.; a partir de líquidos vegetales,
haciendo pasar la muestra primero por un intercambiador ca­
tiónico en forma de H+ para obtener una solución con los áci­
dos libres y luego pasarla la solución por una columna amóni­
ca. E l grado de retención en la columna varía con el grado de
ionización y con la concentración del ácido; por lo que se pue­
de conseguir la separación de los componentes usando agua co­
mo eluente. E l agua puede cambiarse por ácido acético, ácido
clorhídrico o una solución tampón.
7. E liminación de iones que interfieren en un análisis.—
Por este sistema pueden separase iones que interfieren gene­
ralmente en una análisis; así por ejemplo la separación del fos­
fato que interfiere el análisis del bario y calcio en una mues­
tra. Se separan también el hierro y el aluminio que interfie­
ren en el estudio del sulfato en forma de sulfato de bario.
— 47 —
8. Empleo en la| industria famacéutica.— Ciertas preparaciones farmacéuticas o dietéticas se basan en la técnica de
intercambio iónico por las propiedades de sus componentes y
su comportamiento con las resinas, como se ha visto anteriormente. Estos componentes básicos son aminas y las proteínas
hidrolizadas.
Las substancias extraídas con gran éxito por este medio son: ácido glutámico, y los isolelementos de los aminoácidos esenciales con fines terapéuticos.
Las substancias que se pueden mejorar la preparación por intercambio iónico son: los antibióticos, vitaminas y hormonas.
a)
Los antibióticos.— Entre los antibióticos preparados usando intercambio iónico están la estreptomicina y la neo•micina.
La estreptomicina es un trisacárido portador de funciones
aminas por lo que se hace factible la aplicación de la penicilina por intercambio iónico.
b)
Vitaminas.— Las vitaminas hidrosolubles contienen en
general grupos iónicos y pueden ser estas purificadas por
intercambio iónico ya que la vitamina se deposita en la
resina quedando las impurezas en solución.
La vitamina que antiguamente fue aislada por intercambio iónico es la tiamina o vitamina B . Por su función
• amina ha sido intercambiada sobre una resina catiónica;
antes de 1937 esta reacción se llevó a cabo sobre una zeolita sintética, resultando con gran éxito.
Las otras vitaminas del grupo B son susceptibles a tratamentos análogos. La cobalamina (B ) es relativamente
absorbida por una resina fuertemente básica bajo la forma de complejo cianídrico.
Las vitaminas de función acida como el ácido ascórbico,
el ácido nicotínico son purificadas en medio de columnas
aniónicas.
— 48 —
9. Aplicaciones medicinales.— Las resinas de intercambio iónico facilitan grandemente la determinación analítica en
líquidos biológicos como la orina y la sangre.
Las primeras aplicaciones de esta técnica en el campo de
la medicina se remontan al año 1917 en el que Folin hace la
separación del amoníaco de la orina por adorción del éste sobre una columna de permutita (Zeolita sintética).
Los cationes correspondientes a la adrenalina, histamina
o la noradrenalina son intercambiadores sobre Amberlita IRC50.
En el análisis de la sangre las resinas catiónicas sirven para determinar la reserva alcalina si es completo el intercambio
con una resina de la forma H + . Se da el contenido en bases
totales y el CO^ bajo forma de HCOs es analizado en la solución.
10. Utilización como medicamento.— Las resinas de intercambio iónico en lo que se refiere a la red macromolecular son
estables e insolubles sin efecto fisiológico, pero, por las propiedades de intercambio estas pueden modificar considerablemente el equilibrio iónico de los humores y luego tener una acción considerable.
La ingestión de resinas catiónicas acidas disminuye la concentración de sodio de resinas y mejora el estado de las enfermedades, pero entra en contraposición una acidez contra la
que los mecanismos reguladores deberán luchar, por lo que
se usó tratamientos en contra de retención del sodio en el organismo.
El intercambiador no es tan selectivo para sodio por lo
que disminuye simultáneamente la concentración de potasio
y calcio, como también de iones necesarios para el organismo
en dosis bajas.
— 49 —
La resina puede conjugarse a un medicamento antiácido
dando como resultado substancias antiácidas asociadas a calmantes para el tratamiento de la úlcera estomacal, con ayuda
de la combinación resina de base débil sulfato de atropina.
Conclusión.— A pesar de ser una técnica bastante nueva
se vierte poniendo en práctica desde hace casi un siglo y al ver
sus resultados en lugar de rechazaría se la sigue mejorando y
aún más se le va encontrando cada día más campos de acción.
Del tratado se deduce que la técnica de intercambio iónico
es de excelente utilidad en todos los campos, lo único necesario
es saber aplicar la técnica ya que se trata de estudios de concentraciones de substancias y por consiguiente una pérdida en
el orden de los miliequivalentes ya es considerable para los
•resultados del estudio.
Quienes trabajamos en análisis no debemos desaprovechar esta valiosa técnica sino mejor usarla en gran escala para que el costo de las resmas se reduzca y su uso sea más familiar en nuestro medio.
- ® BIBLIOGRAFIA
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C",
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LIPOPROTEINAS Y MEMBRANAS BI OLÓGI CAS
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•
Dr. Kurt Rehn
1. Introducción y Nomenclatura.
El nuevo interés en las membranas biológicas que se ob­
servó en los fines de los años 1960, se concentraba en buena
parte a las proteínas que se encuentran en dichas membranas.
Muchas de estas membrano proteínas mantienen su conforma­
ción funcional solo combinados con lípidos y se entienden por
eso como "lipoproteinas".
En la clasificación de proteínas, las lipoproteinas pertene­
cen a los tales "proteidos". Proteidos precisan para su función
además de uno (o más) polipéptidos, otra materia ­ion de me­
tal, cromógeno, carbohidrato u otro compuesto­; c x i las lipo­
proteinas se asocian por lo general lípidos "complejos" (fosfo­
lípidos, glicolípidos y otros), en reunión con colesterol, trigli­
céridos etcétera. E n los proteidos, la parte proteica se llama
"apoproteina"; la unidad adicional está denominada "grupo
prostético".
2. Función de las Lipoproteinas.
2.1 Función en las Membranas Biológicas
Las membranas biológicas contienen lípidos complejos en
arreglo de una capa doble, en la cual se intercalan las lipopro
— 51 —
teínas. Una vista de la estructura de membranas mantiene que
los proteidos pueden moverse libremente por los lípidos (1),
mientras otra teoría propone un modelo mucho más rígido (2).
En todo caso es cierto que las lipoproteinas, además de desempeñar un papel "estructural", son responsables para casi todas las actividades biológicas que se cumplen por las membranas: recepción de estímulos extemos y su transmisión al interior de la célula (para que ésta responda por movimiento o
síntesis de proteínas, hormonas etc.), comunicación de estímulos a células vecinas, transporte activo, reconocimiento y protección inmune, control de crecimiento y diferenciación celular (la síntesis del DNA es catalizado por enzimas que forman
parte de la membrana plasmática.
2.2 Función en el plasma
Las lipoproteinas que se conocen por más tiempo, no se
consideran en primer lugar como constituyentes de membranas, sino como medio de transporte para varios lípidos, por el
plasma del hombre y de otros vertebrados (3). Sin embargo,
por lo menos tres pasos en este tránsito de lípidos precisan un
pasaje a través de membranas: la absorción de grasas por la
mucosa intestinal, el depósito de triglicéridos en las células adiposos y la descarga de las substancias almacenadas. Parece
seguro que las apoproteinas de los familiares proteidos participan decisivamente justo en la travesía de membranas por
lípidos, y controlan a la vez la degradación de triglicéridos en
el plasma (4). No hace falta enumerar los desórdenes del metabolismo lipídico que son cada vez mejor conocidos como.
"enfermedades de la civilización", por ejemplo la ateresclerosis
y la diabetes. Muchos investigadores de estos trastornos proponen como factor importante.si no causativo una dañada interacción de membranas y apolipoproteinas, o sea incluso las lipoproteinas "solubles" tienen hoy un mayor interés como parte de membranas.
— 52 —
2.3 Selección de un Ejemplo.
La brevísima exposición de las líneas de investigación con
lipoproteinas demuestra que es imposible, presentar en este
artículo un resumen completo sobre lipoproteinas. Cada año
aparecen no solamente amplias revisiones sino libros enteros
(por ejemplo (5)) que cubren a su vez, solamente aspectos
minúsculos de la materia. En vez de acometer una empresa
utópica parece más sensato, probar una sinopsis (también muy
conaensada y medio superficial) sobre un tema c .yos comien
zos vivía el autor de este artículo.
3. Mureina-Ltpoproteina de Escherichia coll.
3.1
Oportunidades científicas.
Colaborando con el Dr. BRAUN, descubrí en el año 1969,
la mureina-lipoproteina de Escherichia cóli (6). Esta liproteina fue el primer ejemplo en lo cual se comprobó con lujo de
detalles, una reunión covalente entre lípido y apoproteina. El
compuesto se encuentra en mayores cantidades en la bacteria
(hasta el 3% del peso seco) y se purifica con facilidad al estado molecularmente homogéneo.
Dado el manejo cómodo del organismo E. coli en investigaciones bioquímicas, genéticas y fisiológicas, la mureinalipoproteina gozó inmediatamente del interés de muchos científicos y sigue estudiándose en laboratorios sobre todo el mundo.
3.2
Fuentes y colocación.
Mureina-Lipoproteina no es única de E. coli, sino se halla
también en un cierto número de otros gérmenes gramnegativos
relacionados con dicha especie (7). La célula de estos oganismos está envuelta por dos membranas: una membrana externa ("pared celular") y una membrana interna ("membrana
plasmática"); la última está contigua con el citoplasma. Entre las dos membranas se localiza la mureina (peptidoglucano),
compuesto de un polisacárido en reunión con peptides que em— 53 —
bolsa la célula como una enorme macromolécula, confiriendo
protección osmótica en los ambientes hipotónicos que viven
los microbios. La lipoproteina se encuentra en las dos membranas, formando alrededor del 50% de las proteínas presentes allí. Aproximadamente la tercera parte de la lipoproteina
total, está ligada asimismo a membranas y mureina (lipoproteina "fija"), el resto se llama "lipoproteina libre". Respecto
a la mureina que consiste de grupos repetitivos, cada décimo
sillar estructural se conecta con lipoproteina. Por esta razón
se puede calcular un total de 300.000 moléculas de lipoproteinas sobre mureina, por célula.
3.3 Química proteica.
La mureina-lipoproteina es una proteina bien pequeña,
con un peso molecular de 7.500. La apoproteina consiste en
una sola cadena de 58 aminoácidos cuya secuencia está conocida (Fig. 1) (8, 9). El término carboxílico es lisina que se fija a la mureina por su grupo 6' -anfino, formando un enlace
amida con un grupo carboxílico en la mureina. Dicho resto
carboxilo se extiende del ácido diaminopimelínico que pertenece a los péptidos en la mureina que se mencionaron en el
párrafo anterior. (Es interesante que el mismo punto de unión
cuando no se conecta a la lipoproteina, se encarga de enlazar
las cadenas de polisacárido mureínico por nexos con otros
péptidos, formando la estructura de mallas que produce la
firmeza de la mureina.) En el extremo amino de la lipoproteina se localiza un lipo-aminoácido de estructura singular. En el
fondo, es cisteina, eon un ácido graso substituyendo el grupo
amino. Al mismo tiempo el azufre de la cisteina se enlaza por
una reunión de tapo tio-eter a un diglicérido (con dos ácidos
grasos adicionales) <Gráfica 1). El ácido graso sobre el grupo
amino es mayormente ácido palmítico, mientras el diglicérido
puede contener también cidopropanoácidos como los fosfolípidos en las membranas de E. coli. Por su substitución, el
término amino de la lipoproteina es una entidad completainen— 54 —
CH-O-Aoido Graso
I
CH-O-Acido Graso
I
s
I
|
y,
w
CH2
|
4
17
Acido Graso-NH-CisnSer-Ser-Asn-Ala-Lisrlle-Asp-Glu-Leu-Ser-Ser-Asp-Val-Gln-Tre-Leu
18
32
Asn-Ala-Lis-Val-Asp-Glu-Leu-Ser-Asn-Asp-Val-Asn-Ala-Met-Arg
33
39
Ser-Asp-Val-Gln-Ala - Ala-Lis
40
44
Asp-Asp
Ala-Ala-Arg
45
48
Ala-Asn-Glu
Arg
49
58
Leu-Asp-Asn-Met
Ala-Tre-Lis-Tir-Arg-Lis
I
Mureina
Gráfica 1: SECUENCIA DE AMINOÁCIDOS EN LA MUREINA-LIPOPROTEINA DE ESCHERICHIA COU
El arreglo de residuos se esbozó asi que resultará una homología máxima entre partes de la secuencia.
Las rayas indican deleclones hipotéticas.
te hidrofóbica que es responsable del hecho que la lipoproteina
sin detergente, no se disuelve en agua. (Por otro lado, la función de la lipoproteina se cumple en membranas igualmente
hidrofóbicas, donde el término se intercala con toda facilidad
e incluso garantiza una reunión fija, funcionando de ancla).
La secuencia de los aminoácidos el altamente repetitiva
(Gráfica 1). Con una sola excepción conservadora, se encuentran residuos idénticos en las series 4 - l l y l 8 - 2 5 , y ambas
sucesiones son partes de regiones homologas todavía más largas. Si se presuponen incidentes de mutaciones y deleciones
en la historia evolutiva de la lipoproteina, se detectan adicionales homologías en la secuencia de los residuos 3 3 - 5 5 . Estas
evidencias sugieren varias duplicaciones contiguas de un gen
ancestral que no codificaba tantos aminoácidos como el gen
presente; análogamente a otras proteínas. Los tripéptidos en
los puntos de reunión con lípido y mureina, respectivamente
(Cis-Ser-Ser y Tir-Arg-Lis), no caben en este esbozo de repeticiones y asimismo se encuentran Cis y Tir en ninguna otra parte de la secuencia. Esta particularidad podría explicarse proponiendo que las secuencias terminales intervienen como puntos de reconocimiento específícos para las enzimas que procuran la transferencia de lípido y mureina.
3.4
Biosíntesis
El gen estructural de la lipoproteina en Escherichia coli,
es localizado en los 36,5 minutos sobre el mapa genético de la
raza K-12, muy cerca del gen aro D(10), y parece expresarse
constitucionalmente. El RNA mensajero es excepoionalmente estable en comparación con otros mensajeros, lo cual permitió que fue caracterizado y aplicado en un sistema para sintetizar la lipoproteina in vitro (11). En contraste con otras
proteínas la síntesis no se inhibe por puromicina, tanto in vivo
como in vitro.
Notablemente, la molécula del RNA mensajero es demasiado grande (aproximadamente 360 nudeotidos) para codifi— 56 —
car solamente la secuencia de aminoácidos que se conoce. Por
eso puede suponerse la inicial formación de un polipéptido
también grande que se reduce a la extensión funcional, por
modificaciones post-transduccionales. De acuerdo con esta hipótesis, logró producirse a partir del RNA mensajero, un precursor de la lipoproteina con 20 aminoácidos adicionales (11).
Todos estos aminoácidos cuya secuencia fue identificada, se localizaron como una directa continuación del término amino
del polipéptido funcional, con la cisteina todavía no substituida por lípidos.
La extensión que presenta el precursor, podría intervenir
en la transferencia de la lipoproteina desde su lugar de síntesis en el citoplasma hasta su colocación final én la membrana
extema de la célula (11). Consecuentemente, se encuentran
alternando series de aminoácidos hidrofóbicos e hidrofílicos
en la secuencia adicional; podría ser que "el pasaje se paga"
cortando este trozo por partes. La apoproteina que llega al esp a d o "periplasmático" entre las dos membranas, se ancla literalmente a su puesto de ocupación por substituciones por
lípidos, de la cisteina ahora libre (y asimismo, o después, püe-"
de conectarse con la mureina también). El precursor del diglicérido es probablemente un fosfolípido ya presente en la membrana del blanco en mayores concentraciones; fosfatidilglicerol o acil-fosfatidilglicerol parecen ser candidatos hacederos
(12). Del ácido palmítico sobre el grupo amino de la cisteina
se supone un origen diferente de fosfolípidos, pero aún desconocido.
Para ser procesada debidamente, la pro-lipoproteina debe acusar la secuencia correcta. Este argumento se comprueba por mutantes, de las cuales ya se conocen varios tipos (10,
13). Alteraciones en el término carboxílico impiden la fijación
de la lipoproteina mutante sobre la mureina; cambios alrededor del amino-extremo parecen ser pleitrópicos en el sentido
que ni hay formación de glicerilcisteina ni se reúne la aponlipo— 57 —
proteina con la mureina. E s interesante que mutantes que no
producen ninguna lipoproteina, son viables.
3.5 Función,
La biosíntesis de la lipoproteina ni está acoplada directa­
mente a la síntesis del DNA ni de proteina, y una mutante sin
lipoproteina sigue viable (10). E stos resultados insinúan que
la proteina no cumple una función indispensable para el or­
ganismo, por lo menos no en las condiciones del laboratorio..
(Conviene acordarse de vez en cuando que las bacterias ma
nejadas en la Biología Molecular, son tan dispuestos para so­
brevivir en un ambiente natural, como un conejo blanco en la
■selva.)
iPor otra parte, la mutante sin lipoproteina manifiesta una
elevada sensibilidad frente a ciertos colorantes tóxicos que
no penetran al interior de la célula en normales circunstandas,
y se desintegra inmediatamente en un medio que contiene ves­
tigios de E DTA es decir un reactivo que captura magnesio
ionizado.
Iones de magnesio se ubican en muchas membranas bio­
lógicas, neutralizando cargas negativas en el perímetro pero
por lo general no responsables para la firmeza de la membra­
na. Un efecto masivo de E DTA como visto en la mutante sin ii­
poproteina debe explicarse entonces con d ejemplo de una
pared de ladrillos flojos, cuya estabilidad se basa solamente
en un enlucido intacto: si se quita la capa exterior, las piedras
caen en d acto. Por tal paradigma entendemos la lipoproteina
como cemento en una construcción de ladrillos: esta masa no
es indispensable ni importa decisivamente respecto a su cali­
dad, pero ayuda mucho en la solidez de la pared final.
Con el último argumento pueden interpretarse varios as­
pectos importantes acerca de la murema­lipoprotdna:
Primero: Todas las mutantes d d gen estructural de la li­
poproteina, resultan cdulas frágiles, pero viables.
— 58 —
Segundo: De las tres proteínas que se encuentran en mayores concentraciones en la membrana externa de E. coli, dos
se precisan en proporciones fijas, mientras la tercera - mureina
-lipoprotdna - puede variar dentro de ciertos límites (2).
Tercero: Degradación de la lipoproteina con tripsina suspende inmediatamente la estrecha relación entre las dos membranas y la mureina, lo cual produce una separación física* de
la membrana externa e interna. Por otra parte, la integridad
de las membranas mismas no parece cambiada (6).
Cuarto: las repeticiones en la secuenda de aminoácidos
que se deben a duplicaciones de genes ancestrales, no parecen ser
borradas por muchas mutadones. Por lo general, un tal conservacionismo suele comentarse en el sentido de un arreglo óptimo que no soporta mayores cambios. Sin embargo, el mismo
hecho podría probar justo lo contrario si las condidones ambientales para la lipoprotdna nunca fueron muy exigentes.
En tales circunstancias, el gen estructural no necesitaba adaptarse mucho por abundantes mutaciones y la función de la
lipoprotdna se cumplía sin profundos ajustes por falta de selección.
,.;
4.
Conclusiones.
La cantidad de conocimientos detallados que se logran con
la mureina-lipoprotdna, contrastan en cierto sentido con los
resultados sobre otras lipoproteinas que forman parte de membranas biológicas. Se justifican las siguientes conclusiones:
a)
La mureinaJipoproteina, que es una proteina estructural
de membranas de una bacteria, comprueba nuevamente d
valor extraordinario que proporciona Escherichia coli para la Biología Molecular.
b)
La meurina-lipoproteina de E. coli está reunida químicamente con un lípido, hecho no comprobado tan detalladamente con otras lipoproteinas. Al otro extremo de la secuencia, la lipoproteina puede fijarse con la mureina, pro— 59 —
perdonando un estrecho contacto entre mureina y membranas.
c)
La secuenda de aminoácidos altamente repetitiva. Esta
particularidad se explica por la duplicación contigua de
un gen ancestral. La extrema conservación de la secuend a original puede interpretarse como secuencia de un ajuste óptimo o por un ambiente sin mayor presión de selección.
d)
La biosíntesis de la mureina-lipoproteina incluye un extenso procesamiento post-traduccional que se entiende necesario para el transporte de la proteína a través de la membrana plasmática. Un tal fenómeno podría revelarse de
importancia general para la biosíntesis de las membranas
biológicas.
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— 61 —
BREVE ESTUDIO SOBRE ENZIMAS
-i?!
Leda. Gladys Acurio
Generalidades
Las reacciones de degradadón y de síntesis que constituyen el fundamento químico de la vida de los organismos, se verifican gradas a la intervención de sustancias, que por su modo de actuar se denomina Biocatalizadores, y entre las cuales
las enzimas se destacan como el grupo más numeroso e importante. Otros biocatalizadores son las vitaminas y las hormonas.
Para que se efectué las hidrólisis de proteínas, de los polisacáridos y de los lipoides es necesario que ejerza sobre 'ellos
una vigoroza reacción química: en general hay que actuar con
ácidos o álcalis bastante concentrados y a la temperatura de
ebullición del agua. Estas condiciones son incompatibles con
la vida citoplasmática y, sinembargo, todas las degradaciones
mencionadas anteriormente tienen lugar en lo íntimo de las
células gracias a la acción catalítica de las enzima. Su intervención permite que se verifique rápida y eficazmente, numerosos cambios químicos
Se define a las enzimas como catalizadores de estructutura proteica, producidos por cdulas vivas, que son los responsables finales de la efectividad en las reacciones que, con— 63 —
juntamente constituyen el metabolismo de los seres. Las reacciones de síntesis que, a partir de sustancias sencillas, dan lugar a la formación de productos más elevados en peso molecular, constituyen el ANABOLISMO,. Las degradaciones que
inversamente, desdoblan las moléculas complicadas en eslabones más simples forman, en conjunto, el demominado CATABOLISMO, que comprende principalmente hidrólisis y oxidaciónrreducción.
Las enzimas mejor conoddas son las que presiden d catabolismo y constituyen dos grandes grupos, las hidrolasas y
las desmolasas. Las primeras desligan enlaces entre átomos de
carbono y de oxígeno o entre carbonos y nitrógeno. En las desmolasas, que son las verdaderas enzimas de la degradación de
las reservas del organismo, la acción final tiende a romper
enlaces entre carbono y carbono.
Una característica importante de las enzimas es su espeddad, puesto que cada una de ellas actúa de preferencia sobre
una sustancia o grupo de sustancias que se denominan SUSTRATOS. Para designar a las enzimas, generalmente se termina en ASA el nombre del sustrato sobre el que ejerce su acción
catalítica.
Las enzimas cuya actividad en vida se han estudiado, con
frecuencia se encuentran en las células, o segregadas por días,
en una forma precursora inactiva que se denomina ZIMOGENA, y para su actividad necesita de la intervención de las KINASAS, y otras de ciertas sustancias dializables, relativamente muy sencillas, conoddas como COENZIMAS; por ej., el fermento del páncreas, la TRIPSINA, se encuentran en las células pancreáticas en forma inactiva, es una pequeña cantidad
de la propia tripsina. Esta kinasa desdobla la molécula del tripsinógeno en dos partes, la tripsina y un hexapéptido, el valil(aspartil)44isina.
Las coenzimas forman parte activa del cambio químico
catalizado por la enzima, formando y reformando productos
— 64 —
lábiles, intermedios en la reacción, algunos de ellos son espe­
cíficos, pero otros actúan indistintamente en colaboración con
diferentes enzimas. E ntre las primeras se encuentran el colato
sódico, el ácido adenílico y la carboxilasa, que actúa respec­
tivamente, con las enzimas lipasa, fosforilasa y carboxilasa,
Ejemplos de cofermentos son los iones inorgánicos, los com­
plejos ferroporfirínicos, los compuestos sulfihidrílicos (­SH)
y las flavoproteínas.
La actividad energética que demuestran muchas enzimas
es una magnifica cualidad. La catalasa cuyo sustrato es el agua
oxigenada, a la que descompone en oxgeno y agua, muestra
■una actividad catalítica tal, que cada molécula d d fermento
destruye dos millones y medio de moléculas de peróxido de
hidrógeno po rminuto. Muchos fermentos están formados por
una verdadera combinación química entre una proteína y una
coenzima, a esta última porción de la molécula se denomina
GRUPO PROSTÉTICO, tal es el caso de la CATALASA.
Las actividades enzimáticas resultan inhibidas por deter­
miinadas sustancias que actúan como veneno de los biocatali­
zadores. E ntre ellos están: el mercurio, plata y oro. los radi­
cales cianuro, fluoruro y iodoacético. También son inhibido­
res enzimáticos los reactivos precipitantes de las proteínas,
tales como los ácidos fosfotúngstico y picríco. E l formaldehído
y el ácido nitroso son inhibidores porque bloquean o destruyen
los grupo amino de los aminoácidos integrantes de las pro­
teínas.
Caracterstica de las enzimas es que su actividad presente
un máximo a una temperatura y un pH determinados, en gene­
ral su máxima actividad se manifiesta a temperaturas com­
prendidas entre 389 y 45^ C y cada fermento posee una tempe­
ratura específica comprendidas entre los límites indicados
(se exceptúan algunas enzimas vegetales). La actividad de las
enzimas es muy sensible a las variaciones de pH. E ste hecho
no sorprende si se tiene encuenta que son proteínas y que,
por lo tanto, poseen carácter anfotero (tiene grupos carboxí­
— 65 —
los y amino libres). Todas días demuestran una máxima actividad a una determinada concentración de hidrogeniones.
En general este pH óptimo está en relación estrecha con el medio natural en la- que la enzima se encuentra en el organismo.
Asi, d pH óptimo de la pepsina es precisamente el pH normal
del contenido gástrico de los animales, y el íptimo de la tripsina coincide con el del los Iquidos intestinales. De hecho el pH
óptimo de una enzima depende también, por lo menos parcialmente, de cual sea el punto Isodéctrico del sustrato sobre
el cual actúe normalmente en los tejidos.
EXTRACCIÓN
PURIFICACIÓN AISLADO Y VALORACIÓN
DE LAS ENZIMAS
Extracdón
Antes de efectuar las extracdones conviene desmenuzaf
los tejidos lo más finamente posible, operadón que se hace
mediante máquinas picadoras de carne, y en los vegetales, con
raspadoras o cortadoras mecánicas. En general es más conveniente hacer la extracción con dectrólitos, con suero fisiológico, o mejor con áddos o bases diluidas, al pH más adecuado.
Otra técnica es comenzar desecando el material a extraer. Esto se consigue sin alterar su contenido ezñmático, tratándolo luego con grandes volúmenes de alcohol o acetona. Así se
obtiene un preparado seco estable, intacto en contenido de
materias activas, el cual puede extraerse con pequeños volúmenes de glicerina o de electrólitos, obteniéndose disoluciones
ricas y bastante puras. Excelentes resultados se consiguen en
muchos casos, utilizando el procedimiento autol-itico. La autólisis, que puede efectuarse de distintas maneras, consiste en
abandonar d material durante algún tiempo en las actividades enzimáticas de las propias enzimas presentes en las células
muertas del tejido. O bien pueden abandonarse el tejido a la
acdón desordenada de sus sistemas enzimáticos, o puede ellos controlarse, en parte mediante la adición de electrólitos,
— 66 —
o trabajando a un pH determinado; o también pueden añadirse tóxicos celulares, como el toluol, con el fin de matar las células, y a la vez evitar infeccdones bacterianas extrañas.
Purificación y aislado
La purificadón de las enzimas con métodos de purificación fraccionada recurre a diversos procedimientos: el cambio
de pH quita las nucleoproteínas y el material grueso con lo
que se fadlita los pasos siguientes; el empleo de solventes orgánicos, como el etanol, muy utlizado para separar diversas
proteínas d d suero sanguíneo; o las sales, como el sulfato de
amonio, que e smuy soluble en agua, por lo que se puede manejar a altas concentraciones, y en general no ataca la estructura, de las enzimas.
La adsorción fraccional tiene gran utilidad para absorber material indeseable o para adsorber la enzima y luego desprenderla del material adsorbente en una forma más pura; ej,
el gel de la alúmina C. Las técnicas cromatográficas que se
basan en columnas y fenómeno de adsorción, de intercambio
iónico o de una verdadera "filtración molecular". Se agrega a
una columna con el material activo la solución de la enzima
que queda fijada a dicho material; se lava la columna con soluciones de sales, cada vez más concentradas, o con distinto
pH. Los materiales usados son, fosfato de calcio, hidroxiapatita, resinas de intercambio iónico, como las amberlitas o las
Dowex y diversos derivados de las celulosa.
El paso final de la purificación es la cristalización de la
enzima, que debe repetirse varias veces, pues los primeros cristales suelen estar contaminados. El estudio de la pureza de
una enzima comprende la aplicación de las técnicas empleadas, en el estudio de las proteínas, el análisis por ultracentrífugas, el análisis electroforético. O también si se somete a la
enzima a fraccionamientos más sensitivos, como la de electroforesis en gel de agar, de almidón o de acrilamida, con esto se
consigue demostrar que la enzima puede estar formada por
— 67 —
varias proteínas, algunas de las cuales tienen la misma actividad enzimática pero que por tener propiedades físicas diferentes se debe considerar como isoenzimas.
ISOENZIMAS
Al realizar d estudio dectroferético d d suero humano normal y hacer un revelado de la actividad de la desidrogenasa
láctica se encontró distribuida en cinco bandas diferentes; se
llegó así al concepto de que es posible que en un tipo de tejidos existan diversas y múltiples formas moleculares de una
enzima, a las que se denomina isoenzimas. Son, por lo tanto,
proteínas con actividad catalítica que favorece la misma reacción pero que puede distinguirse por alguna característica física, estructural, inmunológica. En el ejemplo citado las diferencias se registraron en la velocidad de migración electroforética. Otras veces la diferencia radica en las propiedades cinéticas.
Valoi^adón
Se funda en medir la velocidad de reacción específica que
catalizan admitiendo que existe proporcionalidad entre dicha
velocidad y la concentradón enzimática. La reacción de una
enzima sobre su sustrato es una reacdón de equilibrio, y para
medir la velocidad con que se efectúa la transformación se requiere de métodos analíticos mediante los cuales se puede establecer la concentradón del sustrato, o de algunos productos
de la reacdón, en sucesivos intervalos de tiempo. Los métodos
son, polarimétricos, viscosimétricos nefelométricos, refractométricos, espectrofotométricos de determinación cuantitativas
de alcoholes, aldehidos y ácidos grasos, utilizables en la medición de las velocidades enzimáticas de aquellas reacciones en
que intervengan alguna sustancia ¡perteneciente a dichos grupos Lo mismo ocurre en la deterroinadón cuantitativa de azúcares, de bases purinicas y de aminoácidos y péptidos, estos
dos últimos por valoración acidemétrica de sus grupos amino
y carboxilo.
— 68 —
Las enzimas son responsables de la inmensa mayoría de
los procesos químicos que tiene lugar en la fisiología y patología de vegetales y animales. La digestión de los animales,
por ej., es una serie de procesos hidrolíticos enzimáticos. La
respiradón, la glucólisis, las síntesis biológicas y en general
las numerosas transformaciones que en los organismos sufren
los carbohidratos, las proteínas y los lipoides, son reacciones
provocadas y mantenidas por los enzimas.
IMPORTANCIA DE LOS ESTUDIOS ENZIMÁTICOS
EN LA CLÍNICA
En d curso de determinadas enfermedades se altera la
cantidad de una enzima presente de un modo normal en la
sangre o en otros líquidos corporales y de esta manera es
posible reconocer las alteraciones de determinados órganos o
tejidos; se habla, así, del mecanismo de "escape" de la enzima
a partir d d tejido lesionado. Entre las enzimas cuyo estudio
tiene gran importanda en la clínica, se encuentran las siguientes:
Amilasa del suero. Su determinación permite hacer d diagnóstico de los procesos inflamatorios del páncreas; en las pancreatitis. La enzima se eleva entre las 12 y las 24 horas des
pues del comienzo de la afección ,para descender a la normal
en uno o dos días; la amilasa normal no excluye el diagnóstico
de pancreatitis si la determinación se hace después de 24 o 48
horas de establecidas la sintomatología. En este caso es de
gran utilidad la medida de la lipasa en pl suero, ya que el ascenso es más lento y alcanza su máximo en 4 o 5 días y permanece eleveda hasta 14 días o má«, esta alza retardada es impor^
tante, pues, permite establecer el diagnóstico tardío. Suelen
observarse aumentos discretos o moderados de la amilasa d d
suero en caso de úlceras pépticas perforadas, así como después de haber administrado a un individuo morfina, hechos
de importancia en casos de dolores abdominales agudos.
— 69 —
Fosfatasa. Las más interesantes en la clínica son, las fosfatasas alcalina y acidas, llamadas así por las condiciones de
pH en que actúan ópticamente. La primera aumenta cuando se
deva la actividad de los osteoblatos, por ejemplo en la niñez
o en algunas enfermedades óseas como el raquitismo y la osteomálasia. En el raquitismo la fosfataza se eleva aun antes
de que aparezca los primeros signos o síntomas de la enfermedad. En muchos casos de obstrucdón biliar sube la fosfatasa
alcalina habiéndose supuesto que la causa de la elevación es
la dificultad para que la fosfatasa ósea se escrete por vía biliar. Sin embargo existe en d suero de fosfatasa alcalinas, una de origen óseo y otras de origen hepático distinguibles por
sus propiedades cinéticas y se ha demostrado que la elevación
de la fasfatasa alcalina presente en la obstrucción biliar se debe a la fracción hepática y no a la fracción ósea. La fosfatasa
acida total del suero esta formada por una fracción que proviene de la próstata más otra de los glóbulos rojos: la primera tiene la propiedad de ser inhibida por L—tartrato. El aumento de la fracción prostática caracteriza al cardnoma prostático, ya que no se encuentra devada en sujetos normales o
en pacientes de prostatitis o adenoma; en numerosos casos de
carcinoma prostático, suele elevarse aún antes de que presente metástasis, cuando el tumor se extiende a distancia las devadones de la fracdón prostática son tan marcadas que se reconoce aun realizando la determinación de la fosfatasa total.
Su análisis es útil también para valorar d efecto que tiene
en el tratamiento del cáncer de la próstata, la castración y la
administradón de estrógenos.
Transaminasas. En la dínica son importantes dos transaminasas del suero, la glutamics piruvira (TGP) y la glutámica
oxalacética (TGO); estas aun cuando se encuentran en todos
los tejidos, se relacionan espedalmente con los procesos de
"escape" de enzimas del miocardio o d hígado. En las lesio
nes hepáticas aumentan ambas transaminasas; cuando sobre
viene la mejoría dínica ambas desdenden en forma paralda
— 70 —
y si aparece una recaída las dos suben nuevamente. Sus modi
ficaciones son tan precoces que se puede hacer el diagnóstico
de la hepatitis mucho antes, hasta tres semanas, de que aparezca la sintomatología clínica. Las transaminasas se elevan
también en los casos de cirrosis y de icterida por obstrucción,
en las ictericias por lesión hepatocelular su elevadón es muy
marcada, lo que coindde con una elevación muy baja o nula
de la fosfatasa alcalina, mientras que en las obstrucciones las
transaminasas suben de modo discreto y la fosfatasa alcalina
esta alta. El tejido miocardio es muy rico en (TGO) y el ascenso de esta enzima acompaña a los procesos destructivos d d
corazón como el infarto, en efecto cerca de un gramo de tejido afectado aumenta entre los 13 y 43 horas y. suelen volver
a la normal a los 4 o 7 días. El ascenso es propprcionai & la
extensión d d infarto y a menudo da datos positivos en casos
en que d diagnóstico electrocardio-gráfico es difícil. La (TPG)
no aumenta en d infarto d d corazón, y por lo tanto no hay
peligro.
Deshídrogenasa Láctica, numerosos tejidos contienen esta enzima que transforman reversiblemente él á d d o pirúvico
en á d d o láctico. Su elevadón, en la clínica, es úitl para teco-.
nocer los infartos del miocardio. Sube al máximo alrededor
del cuarto día después del infarto y se sostiene devada aun al
octavo y 'hasta el duodécimo días; como su aumento ocurre
después que d transaminasa, su determinadón es más útil al
estudiar un enfermo después de dos o tres días de iniciada la
sintomatologí'^. Se trata de un análisis muy sensible.
Deshidrogenasas Isocítrica. Esta enzima raramente aumenta en el suero si no existe una enfermedad del hígado, se
encuentra devada en la hepatitis aguda y a veces en el cáncer
hepático metatático. Su determinación demuestra que solo se
eleva en casos de tumor maligno cuando este tumor está en
el hígado o lo ha invadido, a diferenda de la desidrogenasa
láctica que aumenta al final de la evolución de todos los tu— 71 —
mores malignos y en caso de enfermedades infecciosas y emaciente.
Otras enzimas. En la clínica se han empleado la determinación de otras enzimas en el estudio de diversos padecimientos sinembargo, su utilidad es menor y por lo tanto sólo se
señalará a título descriptivo. Asi, la determinación de la actividad de tripsina en el suero durante las enfermedades agudas
del páncreas puede ser un método más sensible y seguro que
el de la amilasa y la lipasa señalados.
La determinación de la colinesterasa del suero ha demostrado valores bajos en las enfermedades hepáticas, la desnutrición y las enfermedades emacientees. El interés por esta enzimas despertó redentemente puesto que algunos insecticidas que contienen venenos del tipo de los flurofosfatos alquí
lieos deprimen seriamente la actividad de la colinesterasa, señalando el peligro al que se exponen los individuos. La acetilcolmesterasa ha sido intensamente estudiada durante muchos
años a causa del deseo de comprender el mecanismo de la transmisión nerviosa, en la cual se sabe mucho acerca del enlace
sustrato-enzima. Primeramente se altera la estructura química
del sustrato y luego se observa que es lo que ocurre. Si en el
enlace interviene un grupo particular en el sustrato la eliminación de ese grupo debe debilitar el enlace. Si esto es así, la reacción catalizada por la enzima no ocurriría tan rápidamente
a la misma concentradón de sustrato modificado. Otro método
es el uso de inhibidores de competencia. Aquí hay competencia entre el inhibidor y el sustrato por la enzima. En este caso la inhibición puede vencerse aumentando la concentración
del sustrato. Se puede concluir entonces que la acetilcolina se
enlaza a la esterasa por atracción electrostática, por enlace no
polar con tres de los cuatro grupos alifáticos en el átomo de
nitrógeno y por el grupo carbonilo. Hay la probabilidad de
que el grupo metilo de la mitad acetil se enlace también por
fuerzas de dispersión.
— 72 —
La actividad de oxidasa mostrada por da globulina del suero que transporta el cobre, o sea la CERUPLASMINA. Cuando
aparece el ion ferroso en la corriente sanguínea, es oxidado
al estado férrico. La ceruplasmina, se llama así por su coloración azul celeste. El cobre reducido de la enzima es reoxidado por oxígeno molecular, con producción de agua. Los iones
férricos son enlazados inmediatamente como transferina y
transportado a otros tejidos. Una carencia continua de hierro
en la dieta o pérdida excesiva por hemorragias, puede agotar
los depósitos en tal medida que no pueda ser sintetizados en
cantidades normales de hemoglobina; sacrificando, así, en parte la capacidad portadora de oxígeno dentro de los tejidos.
En patología infantil es de importancia la determinadón
'de la fosfogalactosa-uridil transferasa, enzima que sintetiza d
UDP-galactosa a partir de la galactosa-1-fosfato y UDP^glucosa.
Cuando falta esta enzima d niño no puede metabolizar la galactos que se obtiene a partir de la lactosa de la leche y se
reconoce la enfermedad llamada galactosemia congenita, que
es una enfermedad hereditaria de tipo genético, se manifiesta
poco después d d nadmiento por ictericia, hepatomegalia, cataratas y retardo mental. La sustancia responsable es la galactosas-fosfato que se acumula en diferentes partes del organismo debido a la carencia de la gálactosa-1-fosfato-uridil transferasa. Las otras enzimas del proceso son anormales, ya que se
puede sintetizar galactosa por el inverso de la reacción descrita de la epimerasa. Cuando los niños galactosémicos se colocan en dietas sin leche o en general, sin lactosa, por haber reconocido precozmente el padecimiento, se desarrolla de manera normal, sin alteraciones patológicas.
— 73 —
CICLO DE TRANSFORMACIÓN
galactosa
i
ATP
i
Galactosinasa
i
Bloqueo en la galactosemia
< »ADP
galactosa—1—P
Uridil transferasa
■
­UDP—glucosa
r,
glucosa—1—P
J
'
UDP—galactosa
epimerasa
JUDP—glucosa
►glucógeno.
Glucosa­óíosfato deshidrogensa. E xiste una afección trans­
mitida genéticamente caracterizada por fragilidad de los gló­.
bulos rojos que se hemoliza con facilidad cuando se someten
al efecto de diversas sustancias, como la primaquina, la acetil­
fenil hidracina o la ingestión de frijoles (vicia). La hemolisis
es una secuenda de la sensibilidad excesiva a los peróxidos,
debido a su vez, a la presencia de una concentración muy baja
de glutatión reducido en los glóbulos rojos; la reducción d d
glutatión utiliza TPNH2 y es la enzima glucosa­6­fosfato des­
hídrogenasa, la principal encargada de producir este compues­
to en el cido de las pentosas.
H3 O S ,05
,H0 OH
tOSOH
— 74 —
Al igual que en otras enzimas de glucogénesis, gluoosa­6­
fosfatasa está presente en el hígado y los ríñones, pero escasea
mucho en el músculo del esqueleto. E sta es la enzima, terminal
de la serie de enzimas que forman glucosa, la cual puede enton­
ces difundirse a la sangre para ser utilizada por otros órganos.
A pesa rde su importanda la falta de información sobre esta
enzima, que se encuentra situada en el retículo endoplasmáti­
co de la célula, no se vislumbra totalmente, pues, se tropieza.
con el mismo problema de las enzimas situadas en las crismas
de las mitocondrías. Se sabe, sin embargo que es inhibida por
glucosa, siendo efecto negativo cuando las concentradones
de azúcar son elevadas.
®
BIBLIOGRAFÍA
Dr. ■Hamoild A. Harper, "Manual de Química «etológica". Editorial Mo­
derna SA. Quinta edición. México, 1576
iR. W; iMCOMvery, "Bioquímioa", editoria1! I nteramericana, SJA; de C.V.
primera edición. México, 1572
Prof. José Laguna, "Bioquímica", editorial foumier, SA. segunda edi­
ctán. México. 1573
Ñubert Stryer, "flioquíntica", edltoriall reverte, S.A. España. 1.976
Patty fieher y Arnold Bender, "Vallor Nutritivo de líos aflimentos", edi­
torial WiHy, SA. Buenos Aires, 1.972
— 75 —
ESTIMULANTES
Leda. Carlota Cordova R.
El abuso de los estimulantes nace como consecuencia del
estado enfermizo actual d e la humanidad atacada por terribles
males. Es común la necesidad de drogas para dormir, para
mantenerse despierto y para ocultar la angustia ante las exigendas de la vida, sobre todo en los países industriales.
La persona que ingiere estimulantes buscando un falso
vigor y una sensación de bienestar va cayendo paulatinamente en brazos de estos medicamentos aparentemente inofensivos, sin tomar condenda del daño que producen al originar dependencia.
Los estimulantes son drogas naturales de tipo alcaloide o
substancias sintéticas que aumentan la actividad mental y proporcionan fortaleza física artificial.
Dentro* de los estimulantes caseros más conocidos se encuentran d té y el café que contienen cafeína (alcaloide del
grupo de las purinas) Se conoce que el café contiene 1.5% y el
té hasta el 5% de cafeína, por lo que la extracción del estimulante se lo hace preferentemente del té negro que es más tóxico. Cada taza de café o té suministra alrededor de 100 mg. de
cafeína.
— 77 —
La cafeína, llamada 1, 3, 7 trimetilXantina (CgHjiQ02N4)
es un estimulante del corazón y se ha usado en mcdidna como antidepresivo y en ciertas ocasiones como diurético suave.
Razón por la cual, personas con ritmo cardíaco acelerado no
deberían tomar té; caso de hacerlo, hay que anotar que es más
perjudidal hacer hervir que arrojar sobre las hojas el agua
hirviendo.
/
c
?
<l
II
3
^H
4
S3.
N
Cafeína
Purina
El café es una droga menor, dotada de una acción exdtante sobre el sistema nervioso central y sobre el tejido muscular
por lo que produce insomnio, facilita las actividades intelectuales y restringe la fatiga; aumenta la frecuencia de las contracdones cardíacas y su uso no perjudica mas que a aquellas
personas que por causas particulares se muestran sensibles a
la cafeína.
— 78 —
El uso excesivo es perjudicial, entendiéndose por abuso
no las dos o tres tazas de café o té que regularmente se toman,
hay que tener cuidado en la costumbre extendida de tener la
cafetera siempre lista y en la lumbre a mano de quien quiera
servirse, lo que no deja de hacerse, muchas veces sin darse
cuenta. Se considera que la toma de cinco tazas de café o té
puede revelar un signo de dependencia.
La dependencia que puede causar el té o café es puramente psíquica, es decir, puede crear un condicionalismo mental
a los repetidos efectos de la cafeína pero jamás una toxicomanía. El habituado desea el producto sin padecer trastornos físicos cuando la necesita; sinembargo, la abstinencia en determinadas personas se manifiesta con palpitaciones, angustia,
aumento de la temperatura, irritabilidad, nerviosismo que predicen d efecto farmacológico tras la toma repititiva de la misma dosis debido a la interacción del organismo vivo y la droga, efecto que vendrá caracterizado por la modificación d d
v
comportamiento.
AMFETAMINAS
Son drogas utilizadas en medicina para disminuir el apetito, reducir la fatiga y las depresiones suaves.
La amfetamina es el fenil amino propano conocido en el
comercio como benzadrina.
o
<
VcH2-C
—
/
Fenilaminopropano
Benzedrina
Ortédrine
Amfetamina
— 79 -
C^
NH2
De acuerdo a la estructura, la amfetamina posee un carbón asimétrico que originan dos isómeros ópticamente activos y se cree que la concentración de sus isómeros en la forma
racémica está intimamente relacionada con las propiedades
estimulantes.
Las amfetaminas vienen en cápsulas o tabletas para ser
usadas por vía oral, aún cuando.derta variedad de días se
encuentran como inhaladores para descongestionar las mucosas de la nariz por la propiedad de dilatar los bronquios.
También pueden ser administradas por vía intravenosa por disoludón de las cápsulas o tabletas en agua; en cuyo caso, los
efectos son inmediatos y más intensos.
Desde su aparición, las anfetaminas se utilizaron para rendir mejor y esforzarse más allá de los límites fisiológicos; ya
sea, para mantenerse en estado de vigilia mientras manejan,
para poder estudiar y pasar exámenes, o para superar pruebas
alléticas. El uso de estas se ha extendido en muchas mujeres
que lo toman para adelgazar.
El consumidor casual en este sentido no acarrea problemas graves; siendo una dosis normal de 15 a 30 mg. diarios y
el abuso puede considerarse de 75 a 100 mg., la abstinencia de
esta dosis revelaría la dependencia de amfetaminas.
En las mujeres, el deseo de perder peso de inmediato da
lugar a sobrepasar los límites de dosis normal lo que trae como consecuencia una sensación de euforia que empuja a los
consumidores a tomarlas con demasiada frecuenda, proceso
que termina en una alteración del buen sentido y el juicio. Originan las amfetaminas una exdtadón de tal intensidad que
convierten al consumidor en agresivo.
Se conoce que las amfetaminas usadas por vía intravenosa producen efectos inmediatos que desaparecen en pocas horas; en algunos casos el proceso puede ser continuo hasta que
la persona está físicamente exhausta que se traduce en aumen— 80 —
to de nerviosismo, insomio, temblores, dolores musculares y
estados de ansiedad.
La dependencia psíquica que el uso de estas drogas menores producen en pequeñas dosis puede conducir a una dependencia más grave cuando se den altas dosis de tolerancia, cuya
abstinencia cause síntomas muy serios como efectos antagónicos: la hiperexcitabilidad motora, afectiva e intelectual se
transforma en lasitud, sensación de fatiga, letargo, depresión
e incapacidad mental que ocasionen una tendencia al suicidio.
La ausencia de sueño se convierte en un sueño irresistible que
puede ser anormalmente largo y un apetito desusado que viene a sustituir la falta de hambre y de interés por alimentos.
El mercado ha lanzado otro producto adelgazante "Preludín"; mujeres se convierten en dependientes y se han hecho
encuestas en las que afirman que únicamente la "inyección" y
no la toma oral produce el "latigazo", el "incendio".
Las inyecciones, sin las precauciones higiénicas debidas,
pueden causar daños hepáticos, infecciones de la piel, etc. Además ritmo cardíaco anormal, aumento de la tensión arterial,
deficiencias vitamínicas causadas por la falta de apetito, y el
deterioro de los valores sociales, familiares y morales.
Sinembargo, de las consecuencias anotadas, que traen el
uso y abuso de estimulantes, no causan daño a la sociedad,
la causan al consumidor y la interrupción de estos pone en
peligro su vida. Los estimulantes si bien aumentan la cantidad
de trabajo disminuyen la calidad por lo que no es de admirarse que un consumidor casual fracase un examen.
En la actualidad se encuentran en el mercado libre muchos productos adelgazantes o frenadores d d apetito y raros
son los no suceptibles de originar dependencias. Se asegura
que químicamente no son amfetaminas pero la dependencia
farmacológica es peligrosa.
— 81 —
Es necesario que miremos a nuestro alrededor y recelemos
de ciertos productos muy sensibles a nuestro gusto como: Coca Cola, Mejoral de niños, nueces, jarabes, etc. porque los ingredientes que contienen terminarían por someternos.
BIBLOGRAFIA:
—
Drogas y Drogados de Robert Coppel
—
El abuso de lias Drogas del Dr. G. Vareraie
—
Drogas: Revolución o contrarevdluoión? de Cooper & otros
— 82 —
EVOLUCIÓN
MOLECULAR
Dr. Kurt Rehn
1.
Introducción
1.1
Idiosincracia e Historia de la Disciplina
Con el auge de la Biología Molecular en los años 1950, el
estudio de la evolución filogenética recibió también nuevos impulsos. Hasta entonces, no existía ninguna medida universal
para detallar la diferencia entre especies distintas; por ejemplo las características usadas en la Bacteriología no se podían
comparar con los rasgos que se aplicaban a la descripción de
mamíferos. La investigación de varias especies al nivel de los
ácidos nucleicos y de las proteínas, parecían rendir la esperada "regla" para la "distancia genética" en términos químicos
y hasta numéricos.
Una de las primeras aplicaciones de estas conjeturas fue
el estudio de la evolución de la hemoglobina por ZUCKERKANDL y PAULING (1). Mientras tanto la investigadón de la
evolución molecular forma una disciplina propia, que mantiene incluso una revista científica particular (2). En estas circunstancias se sobreentiende, que este artículo se limita a una
revisión muy superficial, si no anecdótica-, sobre técnicas, resultados y límites de la materia.
— 83 —
12
Metodología de Investigación.
1.2.1
Secuenda de nudeotidos en áddos nucleicos.
La última referencia de la Biología Molecular, y de ahí
también de la Evolución Molecular, es la secuencia de los nudeotidos que componen el DNA (y RNA, respectivamente).
Sin embargo, las técnicas para analizar este secuencia por métodos químicos, son todavía fuera de la rutina científica. Algunos pocos laboratorios triunfaron especificar la secuencia de
un gen o de un bacteriófago pequeño, pero nadie se atreve trabajar en la secuencia de un organismo celular. Un avance recién descrito (3,4) consiste en aislar un tipo de RNA ribosomal
que abunda con todos los seres vivos, y fragmentar este compuesto con una nucleasa de alta especifidad. Los numerosos
pedazos (oligo nudeotidos) que resultan por tal hidrólisis, se
purifican y su secuencia se determina. Especies diferentes se
comparan examinando la presencia (o ausencia) de todo tipo de oligonudeótidos, lo cual forma una adecuada e incluso
óptima medida de la diferencia genética hasta qu ese conozca la verdadera secuenda total del RNA ribosomal.
1.2.2
Hibridación de Ácidos Nudeicos.
Mientras faltan los medios para determinar directamente
la secuenda de nudeotidos en los ácidos nucleicos, se aprovecha la especifidad con la cual se reúnen dos áddos nudeicos
de un solo cordón (formando un hdice doble) si se acusan
una secuencia complementaria. La técnica de "hibridación",
desarrollada en 1961 por SPIEGELMAN, utiliza ácidos nucleicos radiactivamente marcados, lo cual permite realizar los ensayos en micro-escala. Se puede hibridizar DNA / DNA o DNA
/ RNA. Las secuencias que no son complementarias, se digieren después de la hibridación con una nucleasa específica y
los trozos que se han reunido,se absorben sobre una membrana que se coloca luego en un contador de radioactividad. Con
una mayor homología entre dos ácidos nucleicos, se observa
también un mayor número de cuentos.
— 84 —
1.2.3
Secuencia de Aminoácidos en una Proteina.
La información genética llega a expresarse, después del
RNA, en forma de polipéptidos. Por eso es obvio que la secuencia de aminoácidos en una protdna refleja indirectamente (y
con ciertas ambigüedades) la secuencia de un cierto fragmento de DNA. Mucho antes de poder pensar en "secuenar" a los
ácidos nucleicos, los investigadores de la evolución .molecular ya empezaron a explorar la estructura primaria de proteínas; en realidad mientras había aún pocas facilidades para hacerlo (1,5,6). En los años 1950, todavía una una labor formidable, establecer la secuencia entera de una proteina. En d
presente, esto sigue a veces como un problema técnico pero de
mucha menor dificultad, e incluso hay ahora instrumentos
que determinan automáticamente amplias partes de una secuencia de aminoácidos.
Por estos procesos de la metodología, hoy tiempo no solo
se conocen series completas de proteínas homologas por todo
d remado de los seres vivos (5,6), sino ya se empiezan a formar conceptos generales acerca de mutaciones y sus consecuencias para la estereoquímica de las moléculas proteicas (7)
1.2.4
Comparación inmunológica de Proteínas.
Como resultado de la secuencia de aminoácidos, la conformación tridimensional de una proteina responde a interacdones con anticuerpos. Anticuerpos son inmunoglobulinas que se
sintetizan después de inyectar la proteína extraña a una conejo u otro animal susceptible. Formando por un estímulo específico, los anticuerpos reaccionan solamente con d polipéptido que se usaba para producirles, y proteínas muy parecidas
a este compuesto. En el uso de anticuerpos, hay técnicas cualitativas y cuantitativas. Un rápido método cualitativo es la inmunodifusión según OUCHTERLONY; en un g d de agar se
dejan difundir las proteínas de prueba hacía un anticuerpo
elaborado contra una de ellas. Se observan franjas de precipitación, y el grado de fusión entre franjas vecinas indica el ran— 85 —
go de semejanza de las oroteinas correspondientes. El método
cuantitativo más poderoso se llama micro-fijación de complemento (8). Aquel procedimiento acopla la reunión entre anticuerpo y proteina a una reacción de hemolisis que se valora
por fotometría; la diferencia de proteínas se detecta por la intensidad de coloración.
Evidentemente, los procedimientos inmunológicos en su
totalidad, no pueden establecer la precisa naturaleza química
de las disparidades que se observan; en este sentido hay una
cierta analogía con los ensayos de hibridación.
1.2.5
Frecuencia de Alelos en Proteínas.
El análisis de alelos proviene de la Genética de Poblaciones (o sea de la comparación de razas dentro de una especie)
y puede aplicarse al estudio de especies diferentes solo si es*
tas son bien afines. El método se basa en el hecho que muchas
proteínas se presentan en forma de varios alelos en vez de un
solo tipo. La mayoría de estudios sobre alelos proteicos examino enzimas cuyos alelos se observan como "isoenzimas"; En
los experimentos, se comparan por electroferesis simultanea
un gran número de sueros (o extractos de tejidos) que provienen de los individuos en una especie (población); como resultado se obtiene la frecuencia de alelos en porcentajes del material explorado. Las frecuencias de alelos, a su vez, son típicos de los alelos y de la especie (población). Un alelo dado,
puede ser escaso en una especie y abundante en otra - o encontrarse con frecuencias iguales, según el caso: con especies parecidas, se esperan también frecuencias semejantes. Por más
seguridad de los resultados y por la facilidad de los exámenes,
se investigan por lo general en estudios de esta índole no solamente los alelos de una proteina (que pueden variar de dos
hasta docenas), sino los alelos de muchas proteínas diferentes
a la vez.
La separación de isoenzimas por dectroforesis implica
la gran desventaja que se perciben solamente los alelos que
— 86 —
difieren en su carga eléctrica, y la evaluadón de los resultados
requiere una cantidad de conjeturas que no siempre pueden
comprobarse. Por cambio, la metodología dectroforética es
muy cómoda, puesto que no se precisa purificar proteínas o
áddos nucleicos, lo cual es indispensable en todas las demás
pruebas anteriormente descritas.
2. Resultados de la Evolución Molecular.
2.1
Evolución de Proteínas.
Las secuencias de aminoácidos en proteínas homologas de
especies taxonómicamente distantes, demuestran una variabilidad considerable. Ejemplos clásicos al respecto son hemoglobina (1) y citocromo c (5)' respectivamente. Al mismo tiempo, se observan mayores diferencias de secuencia entre especies dispares que entre especies parientes: el citocromo c, con
un total de 104 aminoácidos, no difiere en ningún residuo entre el hombre y d chimpancé - pero la misma enzima se distingue en 44 posiciones entre el hombre y el moho, Neurospora
crassa. Esta correlación entre el clásico sistema taxonómico
y la estructura molecular de proteínas, es muy afirmativa para las conexiones filogenéticas ya establecidas, y ha servido a
su vez en calcular la edad de ciertos polipéptidos, por ejemplo
los constituyentes d e i a hemoglobina (1).
Las divergencias entre proteínas no se forman por mutaciones casualmente distribuidas a lo largo de una secuenda.
Hay ciertas posiciones en los polipéptidos que son extremadamente conservadores (es decir allí se mantienen los mismos
residuos por toda la evolución filogenética), y se observan en
las mismas proteínas, otros lugares que permiten mucha alteraciones. Esta particularidad revela no solo las fuerzas de
selección al nivel molecular, sino indica claramente, cuales aminoácidos son indispensables como tales para la función de
la proteina que se examina. Los progresos d e i a investigación
de moléculas por difracción de rayos X han permitido detallar
precisamente el desempeño de los aminoácidos conservadores.
— 87 —
Estos residuos se clasifican en dos tipos: una parte interviene
directamente en la función catalítica de la proteina, formando
pieza del "centro activo"; el resto mantiene posiciones estratégicas para la construcción de la molécula en general. (Extrapolaciones de tales descubrimientos convirtieron la investigación de la evolución molecular en una importantísima ciencia
auxiliar para la Química de Proteínas y la Enzimología).
Las investigaciones sobre la secuencia de aminoácidos en
proteínas revelaron también la importancia fundamental de
un fenómeno ya antes conocido, pero poco apreciado: la duplicadón de genes. Un decto que se interpretaba primero solo como conveniente ante la necesidad de producir mucha
proteina de un solo tipo, aparece hoy como el mecanismo más
prominente en la diversificación de polipéptidos, en cuanto a
estructura, y función. (Mientras existen varias copias del mismo gen, hay también varias posibilidades para mutaciones, seguidas por evoluciones separadas. Un argumento, notablemente análogo, se aplica a la "especiación" de organismos).
El concepto de la diversificación de proteínas que se derivan de un polipéptido ancestral común, se ilustra con lujo de
detalles en el ejemplo de las proteasas cuya actividad se basa
en la serina en su centro activo (6). Tanto la secuencia de aminoácidos como la estructura especial de estas enzimas comprueban su origen de un solo gen atávico, dispersándose en el presente a la digestión intestinal (tripsina, quimotripsina), a la
coagulación de la sangre (trombina), a la disolución de coágulos sanguíneos (plasmina), a las reacciones del complemento (Cls), a la fecundación (acrolisina) y posiblemente a la
trar sformación de células (fibrinolisina) - ante una tal proliferación de funciones parece perdonable"" comparar estas moléculas con los organismos que se buscan sus nichos ecológicos.
Otra diversificación llamativa se encuentra con algunos
miembros de la protección inmunológica en los mamíferos y
en el hombre. Además de los varios tipos de inmunoglobuli_
88 —
ñas que son todas muy relacionadas entre si (9,10), recientemente se comprueba una estrecha semejanza estructural de
las inmunoglobulinas con la proteina C-reactiva (que actúa
en las inflamaciones generalizadas) y con los antígenos de histocompatibilidad (que son responsables para el control temprano de células malignas) (11,12). Asimismo, la proteina Creactiva, el compuesto P de amiloide (una proteina que se acumula en algunos síndromes de degeneración de tejidos) y
el constituyente Clt de complemento (cascada de enzimas que
desencadenan las reacciones fisiológicas ante una respuesta
inmunitaria), son obviamente entidades homologas (13).
2.2
Velocidad de la Evolución Proteica.
La evolución de una proteina, refleja la interacción entre
mutaciones y selecciones. Respecto al carácter de la selección,
la mayoría de los científicos considera según el esquema clásico un equilibrio dinámico entre varias fuerzas de presión;
mientras algunos investigadores proponen más bien una sucesiva fijación de aminoácidos "indiferentes" como mecanismo
decisivo. Sin embargo de cualquier punto de vista puede esperarse una característica velocidad de evolución para cada
proteina y si hay observaciones que indican que proteínas diferentes se evolucionan con velocidades dispares.
Es natural que proteínas pueden estudiarse solo con organismos que en el presente todavía existen. Por otro lado, se
sabe perfectamente de la estratigrafía de fósiles, cuando se separaron por ejemplo los reptiles de los peces, o los mamíferos
de los reptiles. Si se determina la secuencia de una cierta proteína (por ejemplo citocromo c) en algunas especies de peces
y de reptiles, respectivamente, se obtienen el número promedio de cambios de aminoácidos en la proteina y esta cifra caracteriza la transformación de la proteina en el tiempo donde
se evolucionaron reptiles de peces. Investigaciones análogas
con la misma proteina ante otros sucesos marcados de la evolución, resulta por fin una gráfica en la cual se nota el cambio
— 89 —
de la proteina (en términos de alteraciones de residuos por
cien aminoácidos) en relación al tiempo transcurrido (en millones de años). El resultado más impresionante de una tal
gráfica es una proporcionalidad directa entre cambio y tiempo o sea una dependencia lineal de la edad que las proteínas
tienen y las alteraciones que viven sus secuencias de aminoácidos (5). (Lógicamente, solo en tales condiciones de una correlación directa, vale detallarse una "velocidad de evolución").
El término para describir la velocidad de evolución, es el
tiempo que se precisa para un cambio del 1% de aminoácidos
en un polipéptido. Este período se denomina "lapso unitario de
evolución": para citocromo c son 20 millones de años, para
hemoglobina 5,8 millones de años, para los fibrinopéptidos
1,1 millones de años - esdecir las últimas proteínas se alteran
18 veces más rápidamente que citocromo c.
La explicación para la disparidad enorme entre las velocidades de evolución tiene que ver, en primer lugar, con la función de estas proteínas diferentes: el cargo- que desempeña
una proteína, determina cuales y cuantos cambios se aguantarán sin acabar, al mismo tiempo con el organismo que hospeda la molécula (para citar un ejemplo de DUCKERSON: "sin
citocromo funcional, no hay respiración - sin respiración no
hay vida"). El lapso unitario de evolución pues no manifiesta el número total de mutaciones en una proteina dada, sino
solo el cupo de alteraciones viables. En términos generales se
puede decir que las fuerzas de selección actúan con mayor
rigor si una proteina trabaja en un conjunto de otras macrojpftoléculas, y son más permisivas en el caso de un empleo más
aislado. También se controlan más estrictamente proteínas con
funciones catalíticas que proteínas con un sencillo cargo "estructural" (Los fibrinopéptidos por ejemplo forman justo un
material que debe destruirse para que fibrinógeno pueda cumplir su función). Por fin, proteínas "nuevas" en la evolución
filogenética se desarrollan habitualmente con mayor velocidad
que proteínas que ya existieron en los primeros seres vivos.
— 90 —
2.3 Evolución de los Ácidos Nucleicos
Por las dificultades técnicas que se mencionaron, la evolución de los ácidos nudeicos es mucho menos conocida que la
evolución de proteínas. En una investigación reciente se comprobó, que la evolución del 16 S RNA ribosomal sirve para
poder redasificar todos los seres vivos en tres reinados anteriormente reconocidos solo parcialmente (3,4). Según WOESE
y colaboradores hay que distinguir, menos bien entre procariotes
y eucariotes, sino parece mejor considerar divisiones- por los
organismos ancestrales de los recientes. De esta manera, las
bacterias forman dos grupos sistemáticos (en vez de uno): al
lado de las "eubacterias" que abarcan casi todos los gérmenes
ya descritos, se ponen los "archebacterias" con particularidades singulares. (El tercer grupo, se forma por los organismos
que contiene 18 S RNA en vez de 16 S RNA, y proviene de un
origen separado de los otros dos).
Los ácidos ribonucleicos tienen, parecido a las proteínas,
una marcada estructura secundaria que se necesita para su
función. Por eso ha de esperarse, una selección de mutantes
según las mismas lineas que se discutieron con las proteínas.
Un trabajo reciente parece corroborar dicha idea. Se compararon las secuencias de nucleotides en los RNA-mensajeros
que codifican la cadena beta de hemoglobina en el hombre y
conejo, respectivamente. Además de la parte que corresponde a la proteina, estas RNA's tienen partes que no se traducen
y que sirven probablemente en el "reconocimiento" del RNAmensajero por los ribosomas. Aunque "mudas" en la traducción, estas partes no presentan menos vestigios de selección
que la secuencia que refleja la evolución de la hemoglobina (14).
Respecto a evoluciones de ácidos nucleidos, cabe mencionar que los rearreglos del DNA, a los cuales se atribuye la mayor importancia para la evolución al nivel de organismos (15,
16, 17,) tal vez forman el capítulo más trascendente de toda la
evolución molecular. Sin embargo, en el presente faltan to— 91 —
davía los medios para resolver este problema con métodos
químicos.
2.4
Evolución convergente de Proteínas.
Se ha discutido en lo anteriormente expuesto que las proteínas se comportan en su evolución muy parecidas a las especies de organismos vivos: se cambian por mutación, se desarrollan por selecciones ambientales, y saben asumir funciones
antes no precisadas. Por eso no es extraño encontrar, con las
moléculas además de divergencias por evolución, convergencias también.
Ya había en el pasado casos para pensar en la posibilidad;
por ejemplo se conocían proteasas de la misma especifidad e
incluso el mismo mecanismo catalítico, que ciertamente no
son homologas (6). Sin embargo, solarrtente en el presente,
por más amplios conocimientos sobre el.arreglo tridimensional de proteínas, fue posible detallar la evolución convergente
de proteínas en términos generales (7). Es notable que la forma externa de un polipéptido no tiene mucho que ver con su
función catalítica e incluso no permite deducir la estructura
primaria: deshídrogenasa láctica y carboxypeptidasa no comparten mayores secuencias de aminoácidos ni se parecen como enzimas, mientras lucen un aspecto terciario muy semejante.
Una tal convergencia estructural podría explicarse por un
lado con la hipótesis que no hay abundantes posibilidades para plegar una cadena de aminoácidos, por otra parte con d hecho que moléculas compactas son habitualmente más estables
que moléculas extendidas (por lo menos respecto a las características ambientales que viven todas las proteínas que podían estudiarse con mayor detalle). Es obvio que bajo las mismas condiciones hidrodinámicas se miren efectos parecidos de
selección, pero esta vista incluye la consecuencia fatal que el
ambiente molecular de una proteina puede mantenerse igual
mientras la filogénesis de los organismos ya procede.
— 92 —
3. Límites de la Disciplina
3.1
Evolución Molecular y Evolución de Organismos
Del argumento últimamente evocado no se hizo mayor caso en la euforia de los primeros éxitos de la Evolución Molecular como ciencia, pero en el presente la misma circunstancia
se ve muy grave. Mientras se reconoce que los "genes de estructura" que codifican enzimas como citocromo c o hemoglobina^ si se desarrollan y hasta de modo previsible, hay que admitir que este proceso sucede con una velocidad muy inferior
a la evolución adaptativa de nuevos organismos.
La disparidad entre evolución molecular y evolución filogenética que incluso ya se califica como "dos niveles de evolución" (15) existe a todo nivel taxonómico, pero es extrema con
los placentarios. Las claras diferencias entre el hombre y el
chimpancé en cuanto a anatomía, locomoción y comportamiento general, qué justifican clasificar las dos especies como representantes de familias separadas, no se reflejan en los parámetros moleculares bien estudiados (15). Según criterios
inmunológicos, peptidoquímicos y dectroforéticos, el promedio de las proteínas humanas es más del 99% parecido a la
fracción equivalente del chimpancé; y la diferencia a nivel del
DNA tampoco supera el 1,1%.
Observaciones por contraparte, demuestran la presencia
de una evolución proteica sin concomitante desarrollo de organismos. En ranas y aves por on lado, y en mamíferos por otro, se estudiaron diferencias entre varias especies, comparando albúmina (como prueba de evolución molecular) y viabilidad de híbridos (para examinar la divergencia de organismos
enteros) (16,17). La disparidad de las correlaciones se ilustra
contundentemente en el resultado que se encontraron especies
de ranas tan diferentes al nivel proteico como ballenas y murciélagos, produciendo híbridos viables. Respecto a diversificación de organismos, se puede calcular una separacionu.de especies no más de millones de años atrás con mamíferos, y 22
— 93 —
millones de años atrás con ranas y aves, para conseguir híbridos viables.
3.2 Mutaciones regulatorias y Evolución de Organismos
La situación anteriormente expuesta, trata de interpretarse en el presente por cuenta de mutaciones regulatorias. Como se sabe por observaciones de la Microbiología desde hace
muchos años, cada gen "estructural" que codifica un enzima,
necesita la intervención de algunos otros genes "regulatorios"
para poder expresarse. Una parte de los últimos genes produce
proteínas regulatorias, otra parte se reúne con tales proteínas
- en total es cierto que incluso los bacteriófagos de la serie T
ya tienen más genes regulatorios que estructurales. Mutaciones no encuentran solamente un blanco más grande en los genes regulatorios sino sus consecuencias resultan mucho más
variados que en la alteración de genes estructurales. Además
de los familiares efectos de una "mutación de punto", duplicación, deleción etcetera, se observan también atenuación (por
la cual cambia el grado y no el modo de expresión estructural)
y el cambio de control (genes estructurales ya no se influyen
por sus usuales genes de regulación o se someten al mando de
genes que antes no importaban).
Experimentos tanto con bacterias y levaduras como con
Drosófila (18) manifiestan que una adaptación ambiental se
origina mucho más frecuentemente por un cambio en la regulación que por mutación de los genes estructurales. Un resultado típico es un aumento de actividad enzimática que no proviene de una alteración molecular de la enzima misma, sino de
una producción del catalizador en mayor escala.
No cabe duda que falta mucho hasta que se entienda el
mecanismo de mutaciones regulatorias en organismos superiores-con el mismo lujo de detalles que en bacterias o bacteriofagos (e induso los últimos siguen provocando sorpresas).
Mientras tanto se estudia el rearreglo genético en animales y
plantas a través de modificaciones morfológicas de los cromo— 94 —
somas (inversiones, translocaciones', fusiones, fraccionamientos). En la práctica ya se comprobó que un cambio del cariotipo es mucho más íntimamente reunido con la evolución de
organismos que la evolución de proteínas estructurales (15,
16, 17, 19, 20). Por la investigación de cariotipos se encontró,
a la vez otro argumento en favor de la teoría de WRIGHT que
la estructuración social, formando poblaciones pequeñas ("demos") fomenta decisivamente la evolución a nivel de organismos (19, 20).
4.
Conclusiones.
Pese a su corta historia, la investigación de la evolución
molecular ya ha cumplido ampliamente con sus aspiraciones.
Al otro lado, respecto a los arduos problemas que esperan todavía su solución, no solo la disciplina sino la Biología Molecular en total se encuentra en las fronteras de sus posibilidades. Ante esta situación se presentan las siguientes conclusiones:
a)
El estudio de la evolución molecular forma un poderoso
instrumento para detallar relaciones y diversidades entre
especies que no se comparan por la taxonomía clásica
(por ejemplo representantes de vertebrados y bacterias).
A la vez, la comparación de proteínas homologas resulta
muy útil para entender mejor la estructura y función de
los polipéptidos.
b)
La evolución molecular proporciona medidas cronológicas
para la evolución filogenética, independientes de la sistemática de organismos. Dichas medidas se basan en la
velocidad constante de la evolución de proteínas y resultan de un valor particular en los casos donde hay escasez
o ausencia de fósiles (muchos invertebrados y practicamente todos los microorganismos).
c)
Puesto que la Química de Ácidos Nucleicos se desarrolla
en los próximos años como lo hizo la Química de Protei— 95 —
ñas después de 1.960, el estudio de la evolución molecular
va tanto a disfrutar de este avance como ayudar en su progreso. Han de esperarse en el campo de ácidos nudeicos
todavía, conocimientos fundamentales acerca de la estructura segundaria (terciaria) y de la regulación genética por
dicha estructura.
d)
De hecho, la evolución de proteínas que se codifican por
genes "estructurales", no está directamente relacionada
con la evolución a nivel de organismos, interviniendo en
d último proceso probablemente mutaciones de los genes
regulatorios. El rearreglo genético quien responsabilizó
como mayor causa de la evolución GOLDSCHMIDT ya hace casi 40 años, se estudia hoy a través de cambios del cariotipo. Los mecanismos que podrían producir alteraciones morfológicas y funcionales en los cromosomas de eucariotes, se desconocen casi por completo. En analogía
con las "transducciones" y otras reacciones parecidas que
son muy bien entendidas con bacterias, no se excluye la
intervención de cierto virus en la evolución adaptativa y
filogenética.
®
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USA 74 (1977) 3942 - 3946
Observación durante la Corrección
En el largo lapso quo pasó entre la preparación del artículo y su corrección, surgieron técnicas poderosas para purificar trozos definidos del DNA y
para determinar rápidamente su secuencia. Estos métodos corresponden a las
esperanzas científicas que se evocaron en los párrafos 1.2.1 y 4 c.
_ 98 —
LAS VITAMINAS
Leda. Carlota Cordova R.
y Dra. Carlota Naranjo N.
Concepto.— es un factor alimenticio indispensable para
el organismo en pequeñas cantidades y sirve para su mantenimiento, desarrollo y reproducción normales.
HISTORIA.— El descubrimiento de las vitaminas es relativamente reciente. La demostración experimental de su existenda se realizó cuando se aceptó mantener animales de laboratorio con una dieta sintética a base de los principios, inmediatos conocidos en esa época. Las enfermedades producidas por ausencia de vitaminas en la alimentación fueron conocidas mucho antes, pero se atribuyeron a factores distintos
(toxinas).
Lunín y Socin.— í)iscipulos de Bunge (1881 - 1891) fueron
los primeros en demostrar experimentalmente la imposibilidad de mantener vivos animales de laboratorio con una dieta sintética.
Eijlzmon.— Estableció en 1890, la relación existente entre el Beri-Beri enfermedad muy común en Oriente, con una
alimentación defectuosa.
Hoplzlns 1901.— Alimentó ratas con una mezcla de caseína, almidón, tocino y sales, no consiguió un crecimiento y de— 99 —
sarrollo habituales, ipero al adicionarles leche en la dieta el
crecimiento era normal. Esta experiencia revelaba que en la
leche debían existir sustancias en concentración extremadamente pequeños pero suficientemente activas e indispensables
para la vida, distintas de los principios inmediatos conocidos
que forman nuestros alimentos: proteínas, hidratos de carbono, lípidos y sales.
Halts y Frolioh.— Poco después que demostraron que el
escorbuto, enfermedad muy común entre los navegantes conocido desde la época de Hipócrates y de Plinio, era producida por una alimentación defectuosa, a base de productos conservados. La enfermedad podría ser reproducida en los animales.
Stepp.— Demostró que era imposible mantener animales
con una dieta completamente libre de grasas.
Funlz.— Al iniciar los estudios químicos sobre estas sustancias que era necesarias para la vida normal en pequeñas
cantidades les denominó vitaminas.
Osborne y Mendel por una parte y McCollum y Davies por
otra realizaron numerosos experimentos que adararon definitivamente d papel de esas sustancias en la alimentación normal.
NOMENCLATURA.— Funlz aisló de la corteza d d arroz
una sustancia que protegía contra el beri-beri- que la denominó vitaminas.
MC Collum.— Las denominó factor seguido de una letra
del alfabeto. Reconoció además que podían catalogarse en dos
grupos según su solubilidad: factores liposolubles y factores
hidro-solubles.
De acuerdo a esta nomenclatura se denominaron: factor
A lipo-solubles, factor B hidro-solubles.
— 100 —
Drummond, propuso reunir la denominación de Funlz con,
la de Me Collum y las llamó vitamina B, etc. que es la designación más Umversalmente aceptada.
En la actualidad, habiéndose establecido la estructura
química de varias vitaminas, tiende ha reemplazarse la denominación primitiva por el nombre de la vitamina, así: a la vitamina A se le llama axefortol, a la E tocoferol, a la Bj Teamina
etc.
Se denomina avitaminosis, al trastomoo enfermedad producida por la falta de vitaminas e Hiper-vitaminas los trastornos producidos por la ingestión exagerada de alguna de ellas.
Pro-vitaminas.— Se denominan las sustancias naturales
que se transforman en vitaminas. Esta transformadón puede
llevarse a cabo en el organismo o "in vitro" por procedimientos físicos, según la vitamina. Existen vitaminas a las cuales
hasta ahora no se ha podido hacer corresponder una pro-vitamina.
CLASIFICACIÓN.— Se catalogan en dos grandes grupos:
Liposolubles.— e Hidrosolubles.— Cada uno de estos grupos comprenden varias vitaminas; las que actualmente se conocen bien: Son trece.
Cuatro Liposolubles y Nueve Hidrosolubles.
A ESTRUCTURA QUÍMICA DE LAS VITAMINAS
1. Vitamina A.— La vitamina A es una sustanda lípidica
isoprenoide y se forma a partir del beta caroteno por división
simétrica de la molécula del caroteno y conversión del carbono final en un grupo alcohol primario. Se obtienen menos de
dos moléculas de vitamina A de una molécula de betacaroteno
debido a que existe una pérdida de un lado de la estructura de
la molécula en la conversión.
— 101 —
Hay dos formas de vitamina A; la vitamina A^ que se encuentra en los mamíferos y la vitamina A- que se encuentra en
los peces de agua dulce. Para destilación, a un vacío muy grande de concentrado de vitaminas previamente purificadas, se
ha obtenido un prodvjcto de aspecto oleoso, amarillo claro, que
se ha podido cristalizar a baja temperatura en presencia de pequeñas cantidades de agua y que poseen gran cantidad curativa en la avitaminosis A. El producto que se admite es la vitamina A pura y responde a la fórmula C 2 0 H 2 ¿ O.
La fórmula estructural de la vitamina A es la siguiente:
CH, CH,
OH
H y N > C H = CH-C = CH-CH = CH-C=CHíH
Vitamina A1
PROPIEDADES.— Es soluble en los disolventes orgánicos
comunes: coloroformo, sulfuro de carbono, benceno, alcohol,
éter de petróleo, etc. Es insoluble en agua.
Cristaliza en mentonal en forma de agujas ligeramente
amarillas de punto de fusión T.S9^9 que contiene metanol.
El producto cristalizado, libre de solvente, se obtiene de
formato de atilo a 35^C y entonces tiene un punto de fusión de
64'. Se han obtenido cristalizados varios éteres (acetato, palmi tato y mafthoacto, etc.). El producto cristalizado presenta
una actividad biológica correspondiente a 4.300.000 Unidades
Internacionales por gramo.
— 102 —
No se destruye por el calor en ausencia de aire (oxígeno).
En presencia de Oxígeno o de aire y otros agentes químicos
oxidantes: ozono, agua oxigenada, etc. Se destruye fácilmente. Los agentes reductores, como el hidrógeno y los que se fijan sobre las dobles ligaduras, también destruyen ia actividad
de la vitamina.
La vitamina A está relacionada químicamente con el B
caroteno que se convierte en Vitamina A en los tejidos principalmente en el hígado. La ruptura de la molécula B caroteno
por el doble enlace central, e hidratación subsiguiente, da lugar a dos moléculas de vitamina A constituida por el anillo de
la B ionoma unido a una cadena con dos restos isoprénicos.
El caroteno a más de poseer la vitamina A es rica de pigmentos vegetales amarillos naturales que deben su color a un
gran número de átomos de carbono coordinadamente insaturados.
Se denomina también colorantes poliénicos. El caroteno
se presenta principalmente en tres formas. B, y se encuentra
en la zanahoria asociada a la clorofila en las hojas verdes, en
la leche y en la sangre.
La constitución del B caroteno, el más importante, indica
que tiene 4 grupos isoprenos y dos ciclos iguales a los de la
B ionona.
Otros son licopeno (Ln f%^ formados por ocho restos
de isopreno, se encuentra en el tomate y la crocetina, es un
diáddo en una cadena lineal de 16 átomos de carbono con siete dobles enlaces y constituye el colorante crocina de azafrán.
Por oxidación del caroteno se forman otros pigmentos
que se conocen como fitoxintinas. Estos productos tienen propiedades similares. Son cristalinos de color rojo oscuro o rojo violáceo y cuando se disuelven dan soluciones amarillas. Son
muy sensibles a la luz y a los agentes oxidantes. Estables al color en una atmósfera de gas inerte. Los carotenoides son solu— 103 —
bles en la mayor parte de los disolventes orgánicos; en agua
y alcohol son poco solubles.
así:
Vitamina B.— Comprende diversos factores vitamínicos,
Vitamina B*.— formado por la tiamina que se lo puede
considerar como un clorhidrato de primidina condensado con
un anillo heterocíclico que contiene azufre-tiazol. La estructura es:
N=C-NH 9 HCL
l
i
2
C = C -CH-CH-OH
/
\
HX-C C
CH,—N
S
3
n ii
^ ri^.
/
u
N- C H '
C
2
^
i
H
Tiamina
Propiedades.— Es un sólido cristalino blanco, cada molécula contiene una molécula de agua de cristalización.
3 . Vitamina Bj.— Es la riboflabina, derivada de la isoaloxacina.
CH2-tH0H)3-CH20H
A
H3C-A C^V-0
L II 1 I
KC-t
C
^ w
¿
NH
y
0
Riboflavina
— 104 —
Propiedades.— Esta vitamina pertenece a la clase de pigmentos hidrosolubles denominados liacromos. Es un sólido
cristalino de color amarillo anaranjado que contiene el núcleo
cromagénico isoaloxazina (flabina) y el azúcar pen tosa.
Vitamina B^.— Formada por la piridoxina, es un derivado
pirimídico.
CH 2 OH
HO-C
HC - C x
' C-CH 2 0H
C-H4
Piridoxina
Vitamina B ^ - — La estructura de la Vitamina B12 tiene
la estructura mas compleja de todas las conocidas. La vitamina aislada del hígado contiene un átomo de cobalto concentrado en un núcleo del tipo de la porfirina a dos de los cuales
están unidos el fosfato de ribosa y d benzimidazol.
El grupo cianuro puede ser sustituido por 01;", S04~~ OH-7
SCN~ NO_r-y otros grupos para producir análogos de la vitamina B22 del hígado.
Propiedades.— Es el primer producto natural en el que se
encontró cobalto y es una substancia de color rojo oscuro.
6. Vitamina C.— Se había aislado de las glándulas suprarenales y de algunos vegetales, una substancia fuertemente
reductora, que se llamó ácido hexurónico y que respondía a
la fórmula CA' Hjg O^ Como los concentrados antiescorbúticos
de frutas acidas tenían propiedades similares, se estudio la actividad antiescorbútica del ácido hexurónico, encontrando que
lo poseía en gran intensidad.
— 105 —
CHa C H 3 ^CH 2 -C0-Nlf 2
NH 2 -C0-CH 2 -CH 2
I 3
^C
C
CH,
NH 2 .C0-CH, v ^ ' C H ^
{
^CH-CH.-C^CO-NH,
C'3H /r S A\ ycx/ ^ V\>
Co +
^u^\-{
NH 2 -C0-C H -2 C H
M
V ^ ^N '
^ ^
cCN;" - cC ^
•u
r.H
C H , II
C0-CH2-CH2 ^CHs
CH
NH"
t
CH 2
CH2 CH
^
LH
,
C
CH
CH
-
" ^CH
CH
VCH
. . . -CH
. -CO-NH2
2
2
=
N
cif
N
C1
Vc
CH
CH,
'
^,
u,
I
CH,
OH
c _c
CH^Hse comprobó
H^CH
Biológicamente
también que esta actividad
era similiar cualitativamente
y
cuantitativamente
a la cantiH 0 - C H 2 0naturales, cuando se,calculaba el contedad de los productos
nido de estos ácidos hexurónicos.
El producto cristalizado no aumentaba su actividad por
recristalizaciones, lo que era índice de que se trataba de una
substancia pura.
Hoy se admite que este ácido hexurónico, es el factor antiescorbútico o vitamina C y se lo ha llamado ácido ascórbico.
— 106 —
Su constitución química confirmada por síntesis es la siguiente:
; „,
c
C-OH
* C-OH
H-C
HOJTH
1
>
*?
1
CUpH
Es una lactosa de cido furosónico con una doble ligadura.
Pertenece a la serie de los azúcares y se lo llama ácido ascórbico.
Propiedades.— El ácido cristaliza en flocas rectangulares
que funden a 192^.
Es autrógiro y su poder rotatorio específico es 20*= + 23"
Actúa como ácido débil, aunque no tiene grupo carboxilo libre. Es soluble en agua, en el alcohol metílico y etílico, en la
acetona y acetato de etilo. Es insoluble en el éter, benzol, éter
de petróleo, etc. Es un reductor energético, reduce el nitrato
de plata, el permanganato de potasio, el yodo. Su poder reductor sobre las sales de plata se emplea para su identificación
histoquímica.
Es muy sensible a la acción de los agentes oxidantes, acción catalizada por iones metálicos como el Cu + + , Fe+ + ,
Hg + + , etc. y su destrucción es tanto más rápida cuanto más
alcalino es el medio. En solución acida resiste bien el calentamiento y mejor aún en ausencia de oxígeno.
7. Vitamina D.— Partiendo de aceites de hígado de pescado se ha logrado separar de día, bajo forma de éteres, una
substancia de alto valor antirraquítico. Estos éteres son idénticos a los que se obtienen por irradiación con luz ultravioleta
del 7 de hidrocolesterol y por lo tanto esta última substancia
— 107 —
puede considerarse como la provitamina D natural en los
animales, tanto más que se ha podido aislar en algunos casos de dios (cerdo). La transformadón puede representarse
en sus estados inicial y final en la forma siguiente,
hi,
CH.
CH3CH,
H-C — C H - C H - C - C — H ~
H^ÍSV**^
H
HO
^
H
Calciferol
Como se ve consiste en la apertura de uno de los ciclos con
formación de la nueva ligadura.
Al producto obtenido que constituye la vitamina D natural, se le denomina corrientemente vitamina D3 para distinguirla de las que se obtienen de otros esteroides.
Propiedades.— Vitamina D3 tiene un punto de fusión de
82<:^ 8 3 ^ y un poder notario (a) D 83,3" en solución acetónica.
La actividad del producto cristalizado es de 40.000.000 unidades Internacionales por gramo.
El producto activo se llama calciferol, nombre que conviene mantener para designar la sustancia producida a partir
del ergosterol. El calciferol es una substancia cristalina, blanca de poder rotarlo: (a]JQ 103', en etanol, de punto de fusión
108
Iló'C. Es soluble en los disolventes orgánicos y en las grasas;
insoluble en el agua.
A diferencia del ergosterol no precipita con la digitonina.
El efecto de la luz ,solar directa sobre el raquitismo, se interpreta admitiendo que la porción ultravioleta de la misma,
transforma a la pro-vitamina.
8. Vitamina E.— Se conoce tres tocogerales que son derivados del cromono (compuesto herocíclico constituido por
la condensación de un anillo bencénico con el pirato).
La 2,3,5 trimetilhidro quinona disuelta en benceno y en
presencia de cloruro de Zinc, se condensa casi cuantitativamente en el bromuro de fitilo, dando a-tocoferol.
La vitamina E es la más estable de todas las vitaminas,
destruyéndose únicamente por la acción de oxidantes.
^
U2
/ W H2
HO-C
CH.
CH3
/H3
^-SCAQACCH^C-CCH.K-CCH^-H
CH3
Focoferol
9. Vitamina K.— Se puede obtener de los productos naturales por estracción con los disolventes de las grasas.
Es destruido fácilmente por los álcalis, pero es estable al
calor y a la luz.
Parece existir en la naturaleza un grupo de substancias
dotadas de actividad antihemorrágica, que tienen las características comunes de ser quinonas 1-4 derivadas del naftaleno.
— 109 —
Se han aislado ya varios productos con estas características una de la alfalfa y - otro de pescados. Se presentan como
substancias de color amarillo claro. El producto obtenido de
la alfalfa es una aceite espeso amarillo que se funde a 209C
(vitamina Kl), el proveniente de pescados es sólido cristalino
que funde a 54(,C (Vitamina K2).
<
La estructura de la vitamina Kl ha sido perfectamente
establecida y confirmada por síntesis. Posee un núcleo 1:4 quinónico derivado del a-naftaleno ál cual se encuentran unidos
un grupo metil y una larga cadena que corresponde al radical
fútilo y por lo tanto su nombre técnico es 2 metil 3 fútil, 1-4
naftoquinona.
La vitamina K2 tiene un estructura similar a la Kl pero
en cadena lateral es más larga y más fácilmente oxidable, lo
cual indica la presencia en mayor número de dobles ligaduras.
-Esta cadena lateral correspondería al difarsenil y por lo
tanto la Vitamina K2 es la 2 metil, 3 difamesil y 1-4 naftoquinona (fórmula).
m
CH 3
i
CH 2 CH=C-CH 2 CCHXH^C-cH)4CH 2 CHrC
0
CH3
f
'
CH3
CH
:
La porción responsable de la actividad antihemorrágica
de estas substancias es el núcleo metil naftalénico, pues la
metil-naftoquinona es tan activa como la vitamina Kl y es el
producto empleado terapéuticamente por la facilidad de su
preparación.
— 110 —
B.
ACCIÓN FISIOLÓGICA DE LAS VITAMINAS
1. Vitamina A.— Los efectos que se han descrito debido
a la ausencia son numerosos.
a)
Detiene el crecimiento, pérdida de peso, no estimula la
división celular.
b)
Los epitelios se transforman en estratificado, escamoso y
queratinizado, la piel se hace seca y se hiperqueratinizan
los folículos pilosos. El p d o es sin brillo y seco.
La queratinización de los epitelios es la causa de las frecuentes infecciones observadas en el aparato respiratorio
y digestivo, con formación de absesos, sobre todo en la
base de la lengua en el oído medio y en las fosas nasales.
Conducen a la xeroftalmia y quetatomalacia, hay sequedad
en la córnea y conjuntiva por falta de secreción es propensa a
infecciones con secreción purulenta y puede llegar a la ceguera
permanente.
La hemerolapía o ceguera nocturna que se caracteriza por
la imposibilidad de ver, claramente a la luz crepuscular o artificial por falta de vitamina A en la retina y en la sangre.
c)
La falta de vitamina A conduce a la esterilida carencia
de ovulación, el epitelio vaginal está queatinizado.
d)
Los huesos se tornan frágiles y se presentan alteraciones
condrocostales similares a las observadas en el escorbuto.
Por descalcificación las fracturas óseas son frecuentes
cuando la vitamina A falta.
Hipervitaminosis A.— Las ingestiones de grandes cantidades de vitamina A produce fenómenos tóxicos intensos, rititis,
hemorragia, fracturas espontáneas, lesiones en pulmón y crean
la muerte.
— 111 —
2.— Vitamina B..— a) Funciona como una coenzima y como tal actúa en la descomposición del ácido pirúbico en
el metabolismo normal de los carbohidratos. Cuando en
el organismo hay deficiencias de esta vitamina el ácido pirúbico se acumula en la sangre, linfa y tejidos hasta alcanzar dosis tóxicas.
b)
En los seres humanos la falta de esta vitamina produce
la enfermedad denominada beri-beri. Hay dos tipos de
beri-beri y son él seco y el húmedo.
1 b. Beri-beri seco. Con éste los músculos se atrofian y hay
parálisis de las extremidades.
2 b. Beri-beri húmedo. En el que aparece una notable inchazón en las extremidades acumulación de líquidos en
las cavidades corporales, dilatación del corazón y congestión hepática.
c)
La deficienoia de tiamina en las aves de corral y en los
cuadrúpedos produce una enfermedad denominada polineuritis. En las fases avanzadas los animales tienen ataques de parálisis que se reconoce en las aves por la postura de la cabeza hacia abajo y en las ratas por parálisis
espasmódicas.
3.
Vitamina 82-— a) En los seres humanos una deficiencia
de riboflabina produce arriboflavinosis cuyas características son: grietas en los labios o en los ángulos de la boca y trastornos oculares.
b)
La deficiencia de esta vitamina es una de las causas que
contribuyen a la pdagra.
c)
En las aves de corral su deficiencia produce la parálisis
de los dedos encorvados y los huevos tiene escasa fertilidad.
4.
Vitamina B^.— a) La deficienda de piridoxina ocasiona
una dermatitis en las ratas.
— 112 —
b)
Esta vitamina en ciertos caso sde pdagra alivia el dolor abdominal, la debilidad, el nerviosismo e irritabilidad del
paciente.
5.
Vitamina B ^ . — a) La vitamina B12 funciona como factor del crecimiento en los animales y en el hombre como
factor de crecimiento y factor anti-anemia perniciosa.
b)
Es posiblemente una coenzima en el metabolismo de los
aminoácidos.
c)
Restablece el bajo nivel de eritrocitos de un paciente.
6.
Vitamina C.— Escorbuto.— En el hombre. La palabra escorbuto significa úlcera de la boca y la enfermedad que
se produce con pérdida de peso y debilidad se caracteriza
principalmente por la aparición de hemorragias de la
piel, en los músculos y en Has mucosas, especialmente de
la boca. Las encías que son las primeras en presentarlas,
se hacen esponjosas y luego se ulceran fácilmente. Hay
alteraciones en la estructura de los dientes y en su impflantación. Las infecciones son frecuentes.
7. Vitamina D.— Las acciones fisiológicas que posee la vitamina D, están relacionadas con el metabolismo del calcio y el
fósforo.
a)
Descalcificación de los huesos, en especial de los huesos
largos que se deforman en los niños, en los adultos produce estromalacia y osteaporosis.
Las alteraciones oseas se observa sobre todo, en los huesos de los miembros inferiores, tórax, columna vertebral.
Los dientes se retardan, implantación irregular, como un
esmalte mal calcificado que favorece la aparición de caries
b)
En d niño normal la cantidad de calcio de la sangre es
de 10 a 12 mlg. por ciento, en el adulto de 3 a 4 mlg. por
ciento. En raquitismo estas substancias disminuyen, porque el balance del calcio es negativo por existir una absor— 113 —
6.— Revista V. C
ción deficiente de estas sales y una excreción exagerada
de heces. La vitamina D n o activa a través de la glándula
paratiroides, parece regular las excreciones y absorción dé
calido.
c)
Existieron 2 teorías antagónicas respecto a la etiología
del raquitismo, una era la alimentación imperfecta y otra
residía en la falta de luz y aire, actualmente se han consiliado al demostrarse que el raquitismo de los niños podía
curarse por exposición de los mismos a luz ultravioleta
o a la luz solar directa. Además se demostró que no era
necesario la irradiación del organismo, para evitar d raquitismo, sino que era suficiente irradiar los alimentos
que ingerían.
De estas consideraciones resulta que el organismo animal,
colocado en condiciones de ambiente favorable, es capazde sintetizar vitamina D.
Hipervitaminosis.— La ingestión de vitamina D en grandes cantidades produce fenómenos tóxicos caracterizados por
pérdida de peso, anorexia, diarrea, y depósito anormal de calcio.
Los huesos están super calcificados y se hacen frágiles,
hay depósito de calcio en las arterias, el corazón, el riñon y
otros tejidos. Hay aumento de calcio y del fósforo de la sangre. No hay concordancia de opiniohes respecto a la dosis mínima de vitamina D que provoca síntomas de intoxicación. Se
cree que la dosis tóxica es de 3 a 4 veces la dosis curativa.
Una exceso de vitamina A proteje" parcialmente la acción
toxica de grandes dosis de vitamina D.
8.
Vitamina E.— a) La gestación y reproducción normal solo se consigue en ciertos animales y talvés en el hombre
cuando la dieta contiene una cantidad suficiente de la vitamina E.
— 114 —
En las hembras el ovario se presenta normal, igualmente
la maduración de los folículos, su ruptura, caída del óvulo e implantación en él útero, pero a partir de este momento, faltando la vitamina E, el embrión crece por unos
días en forma retardada y después se atrofia, muere y se
reabsorve.
En el macho, su falta se caracteriza por perder la motilidad y aglutinación de los espermatozoides. Por lo tanto
la esterilidad en el macho es definitiva cuando se ha progresado demasiado por la falta de vitamina E.
La falta de vitamina E hace que el individuo presente
parálisis, con una incoordinación ligera de las plantas posteriores, hasta impedir el sostenimiento del cuerpo. Caminan arrastrando el abdomen. Hay anestesia total de la región y caída d d pelo.
Los fenómenos de parálisis pueden tener dos orígenes nervioso medular o modificación muscular.
Dolores en las piernas, módulos fibrilares en los brazos y
piernas cerca de las articulaciones y que se acompaña de
creatinuaria aparece con deficiencia de vitamina E.
Vitamina K.— a) La vitamina K debe existir en el hígado
de los animales y d d hombre a niveles normales porque
su ausencia provoca hemorragias subcutáneas, intramusculares y abdominales. Estas hemorragias se deben a una
deficiencia de protrombina en la sangre. Existe gran retardo en el tiempo de coagulación y aún la sangre puede
llegar a ser prácticamente incoagulable; esto en los experimentos realizados en animales.
En él hombre se encuentra una disminución de protrombina en muchos casos en que la secreción biliar es defectuosa, o en casos en que la abosrción no se realiza por deficiencias intestinales.
— 115 —
b)
En el adulto rara vez existe carencia. En el recién nacido
tiene frecuentemente una deficiencia.
C.
METABOLISMO DE LAS VITAMINAS
1. Vitamina A.— No se absorben a través del estómago,
pero se absorben rápidamente por la pared intestinal. Si se
trata de esteres de la vitamina A la absorción va precedida de
hidrólisis pues solo la vitamina A libre atravieza la pared intestinal.
La presencia de grasas y de bilis en el intestino facilita la
absorción. Pasan por vía linfática y sanguínea a la circulación
general y se distribuyen por los tejidos.
Se acumulan principalmente en el hígado en forma de
esteres si la cantidad es grande penetra en las células del sistema retículo endotdial. La retención de'vitamina A en el hígado está acondicionado por la presencia de vitamina E, la
que facilita la acumulación y retención.
Se la considera como catalizador de los procesos de metabolismo celular en los que se destruye, pues en condiciones
normales la excreción urinaria es nula y la excreción por vía
intestinal es mínima.
Vitamina A y visión normal.— La vitamina A es un componente normal de órgano retiniano formando parte de la púrpura visual, que se encuentra en los segmentos terminales de
los bastoncillos, mientras que los conos están prácticamente
desprovistos de ella.
La púrpura visual es una proteína conjugada a la que se
da el nombre de rodapsina cuyo grupo prostético complejo,
permite separar pequeñas cantidades de vitamina A y una gran
cantidad de pigmento amarillo rojizo del tipo de los carotenoides, llamado retineno.
— 116 —
-Este puede ser aislado únicamente de retinas extraídas y
mantenidas en la oscuridad. Cuando las retinas se mantienen
a la luz, entonces, sólo se obtiene vitamina A. Por estas razones es necesario admitir que la vitamina A. es la precursora
del retineno, y que la transformación d d retineno en vitamina
A es un fenómeno fotoquímico reversible, que se invierte en
la obscuridad.
Cuando existe una deficiencia en vitamina A, éste aparte
es disminuido y la púrpura visual se regenera lentamente,, con
el resultado que la visión crepuscular, en la cual intervienen
los bastoncítos, se halla disminuida durante un tiempo. Esta
es la razón de la visión crepuscular observada en la vitaminosis A.
2. Vitaiqinas B.— Las bacterias intestinales sintetizan
muchas de las vitaminas B. El papel de la colina y la piridoxina en el metabolismo de las grasas y de las proteínas se conocen bien así como del ácido pantoténico en el de los hidratos
de carbono. La piridoxina y el ácido pantoténico son catalizadores en la desintegración y síntesis y la colina de un grupo
particular de átomos (-CH3 el grupo metilo) en las transformaciones químicas. La biotina posiblemente es necesaria en la
formación y utilización del anhídrido carbónico. El ácido folleo y la vitamina Bj2 desempeñan su papel en el metabolismo
de substancias que contienen nitrógeno. Por lo que a la falta
de alguna vitamina B se asocia una enfermedad ya definida.
3. Vitamina C.— Se encuentra ampliamente distribuido
en el organismo. Las mayores concentraciones se hallan en
glándulas de secreción endocrina, suprarrenales, hipófisis, cuerpo amarillo el timo, el páncreas, el hígado, d cerebro y en proporción menor en el músculo.
Se abserbe selectivamente por el intestino delgado.
En la mujer lactando una parte del ácido ascórbico pasa
a la leche que contiene alrededor del 50-70 mg. por litro.
— 117 —
La acción del ácido ascórbico en el organismo se ejercería
sobre el tejido conectivo intercelular, regulando la formación
normal de fibroblastos y de colágenos, que dan consistencia
al tejido.
4. Vitamina D.— El organismo posee dos puntos de provisión de Vitamina D, una exógena, la alimentación, y una endógena, la síntesis.
La síntesis se produce en la piel por efecto de la irradiación solar sobre la misma. La piel contiene alrededor de uno
por ciento de su peso de esteróles, de los cuales el cuatro por
ciento de siete-dehidrocolesterol, que representa un porcentaje mucho mayor que el que contiene cualquier otra tejido.
La vitamina D exógena se abserbe fácilmente por el intestino delgado, proceso que está favorecido por la presencia de
grasas y de bilis.. También se absorbe fácilmente por la piel.
Es probable que la vitamina D se destruya 'parcialmente
al actuar, pues los balances resultan negativos, la excresión
se realiza en parte por vía intestinal.
No se ha demostrado en ninguna circunstancia que se
elimine por la orina.
5. Vitamina E.— La absorción se realiza fácilmente por
el intestino ddgado y por la presencia de bilis favorece el proceso; pasa a la sangre y luego a los tejidos sin acumularse de
preferencia en ninguno de ellos.
Puede actuar sinergéticamente con respecto a la vitamina
D, la que en presencia de la vitamina E, debe administrarse
en dosis mayores para obtener una calsificación normal.
Además de la vitamina E presenta una acción sinergética
con las hormonas sexuales.
Necesidades diarias.— No han sido establecidas, no hay
pruebas finales para el hombre.
— 118 —
6. Vitamina K.— La absorción de vitamina K se produce principalmente por el intestino delgado, pero es indispensable la presencia de bilis para que pueda realizarse.
La absorción se realiza por vía sanguínea y linfática y que
se distribuye en los diversos órganos, siendo el que retiene algo más que los otros.
La vitamina K no se excreta por la orina, pero las heces
siempre contienen apreciables cantidades, no 'porque se excrete por esa vía, sino por síntesis a través de la actividad bacteriana en el intestino.
A dosis grandes muy por encima de la dosis terapéutica,
la 'vitamina K produce síntomas de intoxicación caracterizados
por la preseijcia de vómitos, alheminuría y porfirinuria.
La acción de la vitamina K sobre la coagulación de la sangre, no es directa, pues no modifica el proceso in vitro. Se admite que actúa como agente catalizador o regulador del mecanismo de la formación de protrombina por el hígado.
D. FUENTES DE VITAMINAS
1.
Vitamina A.— a) Todos los alimentos de origen animal
contienen vitamina A en proporciones variables el más rico es d hígado y el más pobre el tejido muscular.
Se ha demostrado que los aceites de tiburón, salmón, raya, atún, etc. contiene cantidades superiores al d d bacalao hasta (200 veces más).
La leche, pero su proporción varía considerablemente con
la alimentación del animal además la raza tiene su influencia. La manteca tiene igual proporción de vitamina A
como la leche.
Los huevos tienen gran concentración de vitamina A en la
yema.
— 119 —
b)
Los vegetales no contienen vitamina A, pero contiene caro teinoides como: la lechuga, espinaca, repollo, alfalfa, etc.
Entre las frutas: la naranja, banana. Algunas raíces como
la zanahoria, contiene lo mismo la patata dulce.
Para los niños los requerimientos son desde 1.500 U. de
acuerdo a la edad (-In de A).
Contraindicaciones, ninguna conocida.
Precauciones.— Los enfermos que reciben dosis fuertes
de vitamina A deben ser vigilados por si, eventualmente, se
presentasen síntomas de hipervitamosis: sequedad de los labios, es un síntoma pre monitor durante los tres primeros
meses del embarazo, debe ser prudente al aumentar la dosis
alta de vitamina A.
2. Vitamina Bj.— Se encuentra distribuida en los tejidos
vegetales, animales y microorganismos.
a)
Las fuentes vegetales'más ricas son las semillas.
b)
Entre los productos de origen animal que contiene esta
vitamina están: los huevos, la carne de cerdo, hígado y. ríñones.
c)
En el reino microbiano que contiene vitamina Bj está la
levadura.
3. Vitamina 82-— Distribuida al igual que la anterior en animales, vegetales y microorganismos.
a)
De origen animal: la leche, huevos, hígado, carnes.
b)
De origen vegetal: verduras frescas, semillas de leguminosas.
c)
Entre los microorganismos la que contiene esta vitamina
es la levadura.
— 120 —
4. Vitamina Bg.— Esta vitamina se encuentra en los granos
de cereales, carne leche y verduras. Se encuentra también en
la levadura de cerveza desecada.
5. Vitamina B ^ . — La vitamina Bj2 que se emplea para animales se obtiene como producto secundario de producción de
antibióticos. Fuente para animales es la vitamina B112 de lodos desecados y activados de aguas de albañal. La vitamina
B|2 disponible en forma cristalina pura para uso medicinal
humano se prepara por purificación de residuos de fermentación.
6.
Vitamina C.— a) Alimentos de origen animal.— Las glándulas contienen la mayor proporción y suprarrenal, hipófisis y cuerpo amarillo de vacuno se han encontrado cifras
variando entre 90 y 100 mg. por cien gramos.
b)
Alimentos de origen vegetal.— Casi todas las hojas verdes. Las frutas son la fuente más importante; naranja,
limón, la mandarina, la fresa, el tomate, el ají. En cantidades menores manzana, banana, lima y cerezas.
7. Vitamina D.— a) Alimentos de origen animal.
Los aceites de hígado de pescado.
La leche, su contenido varía con la época del año.
En la yema del huevo en abundancia.
b)
Mimen tos de origen vegetal
Existe provitamina D inactiva en los vegetales
Las raíces, frutos y tubérculos no lo contienen
Es fácil subsanar las faltas de vitaminas de ciertos alimentos, porque siempre qu« ellos contengan estelares, es
posible por irradiación hacerles adquirir actividad antirraquítica.
— 121 —
8.
Vitamina E.— a) Origen Animal.— Todos los tejidos animales: músculos, sangre, grasas, órganos, etc, leche, manteca en pequeña cantidad. El huevo en la yema.
b)
Alimentos de origen vegetal.— Hojas frescas: lechuga, alfalfa, etc. Entre las frutas el que más contiene es el banano.
9.
Vitamina K.— a) Alimentos de origen animal.— El higado y los aceites o grasas que de él provienen especialmente del cerdo.
b)
Alimentos de origen vegetal.— Existe en las hojas verdes:
alfalfa, col, etc.
E. MÉTODOS DE VALORACIÓN DE LAS VITAMINAS
Para establecer la cantidad de vitamina existente en un
producto natural, se puede utilizar métodos distintos, que se
clasifican en:
a)
Métodos biológicos
b)
Métodos químicos
c)
Métodos físicos
d)
Métodos microbiológicos
Métodos biológicos.— Son muy específicos pero largos y
costosos. Existen dos tipos el preventivo y el curativo.
Métodos químicos.— Para algunas vitaminas ha sido posible establecer un método químico de titulación.
La vitamina A produce, con d tricloruro de antimonio
(Cl3Sb) en solución clorofórmica, una coloración azul fugaz
que pasa al violeta y después al rojo, que ha permitido su titulación química.
. —122 —
La vitamina E se valora generalmente por la acción reductora que tiene sobre las sales férricas, las que reducidas a
ferrosas pueden determinarse por la coloración que producen
con el dipiridilo.
La vitamina K se determina químicamente por la coloración púrpura que produce con metilato de sodio.
La vitamina Bj oxidada por el ferriciomuro de potasio, se
transforma en tiocromo substancia que posee en solución de
alcohol isobutilico una intensa fluorescencia azul.
La vitamina B2, riboflavina, puede dosificarse después de
extraerse de los.tejidos que la contienen por la medida de la
intensidad de la fluorescencia que produce su solución.
La vitamina G o PP, ácido nicotínico se dosifica por tratamiento con bromuro de cionógeno, dando un derivado de al^
debido glutónico, que se condensa con una base aromática.
La vitamina B¿ se dosifica también colorimétricamente
con sales de diozonio para dar un colorante azoico.
La vitamina C o ácido ascórbico es capaz de reducir ciertos colorantes como los indofenoles.
Métodos físicos.— Son exactos y rápidos pero exigen para
su realización un material, costoso, como son los espectrógrafos.
Métodos microbiológicos.— Se usa para el caso de las vitaminas del grupo B.
— 123 —
REQUERIMIENTOS DIARIOS DE VITAMINAS SE GÚN LA EDAD
Vitam.
Vitam.
Vitam.
Vitam.
Vitam.
Vltam.
Vltam.
Vitam.
Vitam.
A. U
B1 mg.
B2 mg.
B6
B12
C mg.
D
E
K
H o m b r e y mujer adult.
5000 U
1.5 mg
1.5 m g
Mujer E m b a r a z a d a
6000 U
1.3
2.0
Mujer lactante
8000 U
1.6
2.0
Lactantes
1500
Niños 1—3 años
2000
0.6 mg
1.0
„
2500
0.8 m g
1.2
,.
7—9
„
3500
l.OOmg
1.5
4500
1.3 mg
„
5000
1.5­1.9
„
4500
1.2 mg
13—20 „
5000
Muchachos
13­20
150 mg
O
■M
4­6
,
70
100
¡A
„
10­12 „
1 Mcp
­s
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■3
SI
2.1­2.5
35
1
o
1
1
in
50
^ 1.1­1.3
|
75
75­95
75
1.7­2.1
i
60
Muchachas
10­12
§
85­100
**H
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Weisz Paul B.— Biología.— Ediciones Omega, SA.—
— 125 —
Barcelona México
Barcelona -1963.
BASES TEÓRICAS DE LA POLAROGRAFIA
Ing. Freddie Orbe M.
1.—Introducción.— La Polarografía es en esencia una electrólisis en la que se utiliza un electrodo de gota de mercurio
(EGM) en asocio de un electrodo no polarizable. El análisis polarográfico está basado en la interpretación de las curvas, de
corriente-voltaje (polarogramas) que se obtiene de un proceso polarográfico.
El primero en utilizar un electrodo de mercurio fue Faraday en 1830. Posteriormente Lippman en un aparato de su invento, el electrómetro, determina la relación tensión superficial-potencial y carga interfacial- potencial para diferentes interfases mercurio-solución electrolítica. En 1903 Kucera introduce una innovaciqn) en el electrómetro de Lippman al permitir la salida de gotas de mercurio. Se establece relaciones entre el peso de gota potencial. Al tratar de correlacionar estas
curvas con las obtenidas en el electrómetro se hallan zonas de
comportamiento anómalo. Heyrovsky investiga la razón de
estas anomalías y encuentra que son debidas a la presencia
de cationes específicos para los cuales se alcanza el potencial
de electrodeposición. Heyrovsky mide la corriente eléctrica producida en la celda a cada potencial aplicado y obtiene curvas
características que pueden correlacionarse con la concentración del catión. Estos trabajos se publican en 1922 bajo el nom— 127 —
bre de "polarografía". En 1925 Heyrovsky y Shikata inventan
el polarógrafo, un aparato de registro automático de las curvas de corriente-voltaje.
En esta forma los estudios desarrollados por Heyrovsky
encuentran un campo de aplicación práctica (1) (2).
La polarografía como un método de análisis posee un alcance extraordinario. En química Inorgánica es posible la determinación de la mayoría de los cationes usuales e iones comunes. Muchos compuestos orgánicos son susceptibles de determinarse, al reducirse, en el EGM. Inclusive en el campo de
la investigación mediante polarografía se pueden distinguir
miembros de series homologas y hasta diferenciar compuestos asimétricos. Dichas determinaciones pueden efectuarse en
concentraciones de hasta lOr^ Molar con una exactitud de ± 5%.
En algunos casos usando las debidas precauciones se puede
trabajar a menores concentraciones (Kf^M) y mejorar la
exactitud.
La polarografía como técnica sigue desarrollándose aún.
Microdectrodos de platino fijos o rotatorios se utilizan con
ventaja sobre el EGM, en algunos casos. En la actualidad la
moderna polarografía incluye la polarografía de corriente alterna, La polarografía de ondas cuadradas, la polarografía de
pulsos y la polarografía de rayos catódicos.
2.— Características de la polarografía.— Si por una celda
electrolítica pasa comente eléctrica es evidente que dentro de
ella se están produciendo reacciones, siendo las más sencillas
las de oxidación y reducción de los iones, que conforman el
electrolito. Estos fenómenos ocurren a nivel de la superficie de
los electrodos. Es decir, cuando un catión alcanza la superficie del electrodo respectivo (cátodo) capta electrones del conductor metálico y se reduce. A su vez en la superficie del ánodo
los aniones se oxidan descargando sobre el conductor una cantidad de electrones igual a la que.fue captada en el cátodo. El
— 128 —
electrolito tiene que mantenerse estrictamente neutro. En la
solución electrolítica no pueden existir electrones flotantes.
La Intensidad de corriente es una manifestación de la velocidad a la que se produce la oxido-reducción. Por otro lado,
la conducción eléctrica a través de la celda tiene que ver con
la conductividad del electrolito, con la concentración y viscosidad de la solución, con el estado de reposo o agitación del sistema y con la temperatura.
Un ion puede llegar a la superficie del electrodo por difusión, migración eléctrica o convección que son debidas a gradientes de concentración, de potencial eléctrico y de temperatura respectivamente. En todos estos casos se trata de una
transferencia de masa. Es posible, además, que los iones que alcanzan el electrodo sean el producto de alguna reacción previa en el interior de la solución. En este caso se habla de una
"corriente cinética".
En polarografía la corriente se gobierna por fenómenos
de difusión únicamente, A medida que se imprime voltaje a la
celda polarográfica desde el valor cero, inicialmente, sólo una
pequeña corriente puede observarse en el galvanómetro (Figs.
1 y 2). Esta corriente llamada "corriente residual" se debe a la
reducción de pequeñas trazas de iones fácilmente reducibles
y a los fenómenos de carga del condensador que se forma entre
las gotas del electrodo de mercurio y la solución. Pero una vez
que se alcanza el potencial de reducción del catión de análisis
la corriente aumenta rápidamente. Esto se debe a que los cationes de la solución cercanos a la superficie del electrodo comienzan a reducirse cada vez en mayor cantidad mientras se
va aumentando el voltaje aplicado. En este proceso, la finísima capa que rodea el electrodo se ve agotada, especie electroreducible originándose una gradiente de concentración entre
las cercanías d d electrodo y el interior de la solución. Finalmente, se alcanza una corriente límite independiente del voltaje que se aplica a la celda, que es producto de un estado de
— 129 —
difusión entre el cuerpo de la solución y la superficie d d electrodo. Esta corriente límite se llama "corriente de difusión".
Como se deriva de las consideraciones anteriores la corriente
de difusión (id) es proporcional a la concentración de la especie reducible. De aquí que un proceso polarográfico sirva
para análisis cuantitativos. Además, como se verá más adelante. el porcentaje de media onda (E 1 ^) correspondiente a la mitad de la subida de la onda polarográfica equivale al potencial
estándar de reducción de la especie en análisis. En esta forma
la polarografía se presta para análisis cualitativo de las sustancias.
En la Fig. 1 se muestra un arreglo simplificado del aparato para polarografía. La celda polarográfica se compone de
dos compartimentos unidos mediante un puente salino (PS).
En el compartimiento de la izquierda se pone la solución
que se finaliza y sumergida en ella el electrodo de gota de mercurio. El capilar de goteo está conectado a un recipiente grande (M) de mercurio, con el que se mantiene constante el nivel
de presión. El compartimiento de la derecha está constituido
del electrodo saturado de calomel (ESC). A la celda se aplica
un voltaje variable (Vcb) que proviene de un arreglo entre la
fuente externa de voltaje (V) y la resistencia variable ab. La
corriente producida se mide en el galvanómetro G.
— 130 —
é
FIG. 1
FIG. 2
Celda y circuito básico de
polarografía.
Forma de una curva típica
de corriente-voltaje
La fig. 2 presenta la fprma de una onda polarográfica que
consta de tres secciones. La sección A correspondiente a la corriente residual. En la B. la reducción y por lo tanto el flujo
de corriente se está produciendo cada vez a mayor velocidad
conforme aumenta el voltaje aplicado. En C, se ha llegado a
— 131 —
un estado límite de flujo de corriente que es controlado por la
velocidad de difusión de la especie reducible desde el seno de
la solución a la superficie de la gota de mercurio. La corriente
de difusión corresponde a la altura entre la corriente límite y
la extrapolación de la corriente residual, a lo largo de la figura en la proyección el eje potencial aplicado, en la mitad de la
onda polarográfica, se encuentra el Ey2 mencionado anteriormente.
3.— El fenómeno de difusión en la solución polarográfica.—
Corriente de difusión.— Un proceso de difusión en cualquier
medio, sea este sólido, líquido o gas, se efectú debido a cambios de concentración entre los diferentes puntos del medio.
La transferencia de masa o la difusión se realiza desde el punto de mayor concentración al menor. La velocidad de transferencia (dN/dt) a través de un plano dado del medio es directamente proporcional a la gradiente de concentración 9C/9x.
existe en dicho plano.
De acuerdo a la primera ley de Fick se tiene (2):
dN
RnbZ
- r r = AD
—
dt
3x
Donde dN es el número de moles de la sustancia en examen que se difunde a través del área A (cm^) en un infinitésimo de tiempo dt (seg.). D es una constante de proporcionalidad llamada "coeficiente de difusión" y se expresa en cmV
día o cm-^/seg.
La ecuación anterior se expresa también en forma de flujo instantáneo en el plano x ( f x t ) . de la siguiente manera, .
i
r
x,t
-dN_
Adf"
n.ac
— 132 —
3x
El cambio de concentración con el tiempo entre dos planos de área A y separados una distancia infinitesimal dx es
igual al número de moles que salen del plano x dividido para
el volumen Adx,
Esto es,
ac
at
t
r
t
(x + d x / x
dx
lo que da finalmente
ac
at
2
"
D
ac
32
X
Esta constituye la ecuación diferencial fundamental de difusión lineal y a menudo referida como la segunda ley de Fick
(2)a)Difusión lineal.— Para derivar la ecuación anterior se
ha considerado la difusión a lo largo de un solo eje en el espacio. El esquema de este proceso se muestra en la fig. 3
el e c t r odo
X=0
solución
C
C +dC
X
X+dX
dirección
de d i f u s i ó n
FIG. 3
Proceso de difusión lineal hacia un electrodo plano
— 133 —
La ecuación diferencial fundamental para la difusión lineal dadas las siguientes condiciones iniciales y de contorno:
C= Co
Co < < C
---> 1"= o
ó
Co = 0 - - > t > o
tiene la siguiente solución;
C x . t ^ J 2 ^ e-^d,
En donde,
Co, es la concentración de la solución junto a la superficie del electrodo.
C, es la concentración en el cuerpo de la solución o
concentración uniforme inicial.
Cx,t' es la concentración de la sustancia que se difunde a la distancia x del electrodo y el instante t.
La cantidad
rz =
21
- y ¿ y constituye la llamada "funV^-lO
ción de error" y depende únicamente del valor z \ z ^ p n Y y
Los valores de la función de error para los diferentes valores
de z se indican en la tabla 1.
Si se gráfica la fracción de concentración inicial (Cx,t/C)
en cualquier plano y a cualquier tiempo, se obtienen curvas
— 134 —
como las de la fig. 4. Estas curvas corresponden al desarrollo
de la última ecuación.
Como se puede apreciar, la gradiente de concentración
tiene el máximo valor en x = 0 para cualquier tiempo. Además,
la gradiente de concetración en la superficie del electrodo
(x = 0) es muy grande cuando el tiempo es muy pequeño y
va disminuyendo conforme pasa el tiempo sin llegar a un estado estacionario.
TABLA 1
2
V A L V E S O F THK FU.VCTIOV — , -
1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
O.ó
0.G
0.7
O.S
0.9
1.0
1.1
1.2
/*«
I
e-*'
dy
ton
VAIUOIM VALUES OF Í
i
Vi Ja
0
0.11240
0.22270
0.32803
0.42S39
0.52050
0.603SG
0.67780
0.74210
0.79601
0.84270
0.8S021
0.91031
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2.0
2.2
2.4
2.6
2.8
3 0
»
T a ' i e n from J . J e a n s The
! 9 2 j . p, 43S.
Dynamical
Theory
of Gases.
— 135 —
->S--'0.93401
0.5)5229
O.OüOU
0.97035
0.9S379
0.9S909
0.99279
0.99532
0.99S14
0.99931
0.99976
0.99992
0.99993
1
Ixjndon (Fourth
I
Edition^,
t(seg)
c u rva
Cx.t
c
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
8
X (m m)
FIGURA 4
Curvas de concentración-distancia en difusión lineal
La corriente en cualquier instante, en el caso de ser gobernada por difusión, viene dada por la siguiente expresión:
i
=nFA
f
= nFAD
í^]
Por diferencia de esta última ecuación se tiene:
ac
c_
ax x=o V o t
— 136 —
10
Entonces:
i t = nrcA
V ^
Según esta última ecuación la corriente decrecería continuamente conforme transcurre el tiempo, cuando se aplica a
la celda un voltaje constante. Por otro lado, el producto i v t
será una constante. Esto ha sido comprobadoc on diversos tipos de electrodos planos (2).
b) Difusión simétrica esférica.— En el caso del EGM el
campo de la difusión de la especie en análisis rodea la gota en
forma esférica. En la Fig. 5 se esquematiza esta forma de difusión.
La difusión de la especie dectrooxidable o dectroreducible hacia este electrodo según Fick es:
dN r
r47rr2DÍ|Í4dt
d i r e c c i"b n
de dif usíbn
FIGURA 5
Difusión simétrica esférica hacia un electrodo sólido
— 137 —
f
=
n
n rao
De la misma forma,
dN
, ^ ( r t d r ) 2 ^ ! ^
r+dr
' \ar ) r + i
r* dr
t
\ a r J r4dr
La ecuación fundamental resultante es,
ac
at
Para las condiciones.
rm
ÍL
=D
ac
+
ar
►t = o
Co = C­­
Co«C
ó Co= 0
La ecuación anterior tiene la siguiente solución:
„
o_
2*
r­ro
eAdy
Nuevamente la integral de esta ecuación es la "función de
r — ro
error" cuyo valor depende únicamente de
2 Dt
en for­.
ma similar a lo expuesto en la tabla 1.
— 138 —
Además,
lim
-■r.^Í-'S
Esta última relación indica que en un tiemjo más o me­
nos prolongado se alcanza un estado estacionario de concentra­
ción que depende únicamente de la distancia, r, al electrodo.
De la última ecuación se infiere que la concentración es cero
junto a la superfcie del electrodo y es constante (C) a una dis­
tancia alejada del electrodo.
Si se diferencia la ecuación 2 se obtiene,
9 = c ri^_LV!r=Xi
r I " VDtJ=~
Y la corriente instantánea será,
i
t
= nFAtrro
.2
f
1
1
=nFADC ­­­ ♦ = =
r=ro
ro V o t
Sí se compara está última ecuación con la siguiente:
i
= nFCA
se verá que la intensidad de corriente en el proceso de difusión
esférica tiende a un valor estacionario con el paso del tiempo,
lo cual no ocurre en la difusión lineal.
c) La| Ecuación de Ilkóvic.— E n el E GM, la difusión y por
lo tanto lo corriente adquiere un carácter particular, debido a
que la gota de mercurio procedente del capilar nace, crece y cae
periódicamente.
— 139 —
La ecuación de la difusión simétrica esférica debe ser reconsiderada en cuanto a que el EGM, no es una esfera estática
sino cambiante en volumen y superficie. Este fenómeno fue estudiado primeramente por Ilkóvic y luego por Me Gillarvry v
Rideal (2).
la ecuación de la corriente de difusión en el EGM, llamada ecuación de Ilkóvic tiene la siguiente forma:
i/2
i t = 706 n D
2/3
C m
1/6
t
en donde,
L = corriente de difusión en cualquier instante en ^z A
n =: número de electrones envueltos en la reacción de
cada átomo
D =
Coeficiente de difusión en cm2/seg.
C =
Concentración en m mol/lit.
m =
flujo de mercurio en mg/seg.
t = Tiempo de gota en seg.
Al derivar la última ecuación la corriente de difusión promedia es:
T
d
= 605 n D~ C m %
i'6
d) Análisis de la ecuación de Ilkóvic.—,La ecuación anterior puede transformarse en
T = kC
d
— 140 —
en donde, k contiene todos los términos que en el análisis de
una sustancia específica y en un aparato específico deben permanecer constantes (3). La constante k es, por lo tanto,
id =(605nDÍX/ 3 , t / 6 )
En esta última ecuación, m
t
representa las características del capilar y el factor 605 n DVz las propiedades de
electrólisis-difusión.
En la ecuación,
I = 6 0 5 n DT
I se denomina "constante de corriente de difusión". Por lo tanto,
t*
d
r=
Íl
m
t^
La presión del mercurio en el capilar (p) se relaciona con
el flujo de mercurio (m) que cae del capilar en la siguiente
ecuación, derivada por Poiseuille:
2 . 1 6 x 1010
r4
— 141 —
en donde: L, es la longitud del capilar
r, es el radio equivalente del orificio del capilar de
longitud L.
Como L y r son constantes para un capilar dado, entonces
p/m es una constante denominada "constante capilar".
El flujo de mercurio (m) evidentemente, se encontrará de
la siguiente relación
w
m = —
t
donde,
w = peso de la gota
t = tiempo de vida de la gota
Si se reemplazan las ecuaciones anteriores en la ecuación
de Ilkóvic, se encontrará que la corriente de difusión es proporcional a la raíz cuadrada de la presión del mercurio en el
capilar. O sea.
4.— Corriente de migradón. Electrolito soporte.— Un ion
alcanza la superficie del electrodo de gota de mercurio bajo la
influencia de dos tipos de fuerzas: fuerzas eléctricas y fuerzas
de difusión. Las primeras se debe a un gradiente de potencial
eléctrico que se establece entre la superficie del electrodo y
la solución. Los fuerzas de difusión aparecen ante un gradiente de concentración entre la fina capa, agotada de iones, que
rodea el electrodo y el cuerpo de la solución.
— 142 —
La corriente que se produce debido a la descarga de iones
que llegan al electrodo por efecto de fuerzas eléctricas se denomina "corriente de migración".
La corriente límite (il) es:
il = id + im
donde,
id = corriente de difusión
im = corriente de migración
La corriente de migración se anula completamente añadiendo a la solución un exceso de electrolito soporte como el
KCl. El electrolito soporte es el encargado de conducir la totalidad de la corriente.
En estas condiciones, la especie en análisis alcanza el EGM
únicamente mediante difusión. La sal soporte se escoge considerando que no interfiera o no se descarge en el potencial al
que se descarga el ion de análisis.
Una suposición sencilla considera que la corriente de difusión es independiente de la presencia de soporte en la solución. La corriente de migración, en cambio, se relaciona con la
corriente límite y con el número de transporte (Ti) del ion
en análisis de la siguiente manera.
im = (Ti) (il)
La corriente de migración disminuye grandemente con
las primeras adiciones de electrolito soporte hasta que finalmente no disminuye más para cualquier aumento de sal soporte.
En lia práctica, la corriente de migración se eliminará totalmente cuando la concentración del electrolito soporte sea
— 143 —
como mínimo 50 veces la concentración d d ion que se analiza
(2).
5.— Corriente residual.— Si se imprime un voltaje ascendente a la celda polarográfica que contiene únicamente la solución soporte y de la que se ha removido totalmente el oxígeno, se observa que una pequeñísima corriente atraviesa el
circuito. Esta corriente se denomina "corriente residual" (ir).
Esta corriente se debe a la reducción de pequeñísimas trazas
de purezas que contienen la solución soporte (corriente farádica, if), así como a fenómenos de carga eléctrica en la interfase mercurio-solución electrolítica (corriente de carga, ic).
Estos tipos de corrientes se hallan relacionados en la siguiente expresión:
ir = ic + if
En trabajos de polarografía a la corriente límite de difusión se le debe restar la corriente residual. De esta (manera la
altura de la onda polarográfica resulta proporcional a la concentración del ion que se descarga sobre el EGM.
6.— Máximos Polarográficos.— Antes de establecerse la
corriente límite, la onda polarográfica puede presentar una zona de mayor intensidad que la intensidad límite. (Fig 6). Estos
extraños aumentos de corriente se denominan "máximos polarográficos".
Los máximos polarográficos ocurren debido a los fenómenos de adsorción iónica en la superficie de la gota de mercurio. La altura del máximo depende de la concentración de la
especie electrolítica de la sal soporte.
Es necesario en la práctica eliminar estos máximos mediante la adición de substancias tensioactivas.
— 144 —
La tensión superficial en la interfase mercurio-solución en
función del potencial aplicado a la interfase presenta la forma
de una parábola invertida llamada "curva de electrocapilaridad" (Fig. 7).
Ea
Fig. 6
Máximos polarográficos
056
E;
Fig. 7
Tensión interfacial (8) vs
voltaje aplicado.
A un lado y a otro lado del vértice de la parábola punto
isoeléctrico) la superficie del mercurio se encuentra cargada
¡positiva y negativamente como se esquematiza en la figura.
El punto isoeléctrico ocurre generalmente a un volaje aplicado de -0.56 V.
Los máximos se denominan positivos o negativos según
la región de la curva de electrocapilaridad en la que se produ— 145 —
cen. Un ion que de cualquier manera se descargue en un punto
cercano al punto isoeléctrico no presenta máximos.
La elección de substancias tensioactivas de eliminación de
máximos tiene que hacerse de acuerdo a la clase de máximos
(2).
La gelatina, almidón, metilcelulosa, utilizados en concentraciones de 0.01% eliminan los máximos en un amplio rango
de potencial aplicado.
7.— Ecuación de la onda polarográfica.— La reacción que
se establece en el electrodo de mercurio es la siguiente:
M^'" + ne + Hg
> M(Hg)
Donde: M' representa la especie oxidada (Ox)y M(Hg) la especie reducida (Red) que se amalgama con el mercurio.
El potencial del EGM se da de acuerdo al criterio de Nerst,
de la siguiente forma:
m
H9
[hed] i
Los subíndices i de las concentraciones de las especies
oxidada y reducida indican que la ecuación se aplica a nivel de
la interfase mercurio-solución.
La intensidad de corriente i, que atraviesa el circuito se
debe a la gradiente de concentración, del ion en análisis, entre
el cuerpo de la solución y la interfase. PorJojanto,
= k D2
Ox
|px]
-[Red] l
— 146 —
Donde: [Ox], significa la concentración de la especie oxidada
en el cuerpo de la solución y k contiene todos los otros factores
de la ecuación de Ilkóvic, (k = 605 n m2/3 ti/6).
id ocurrirá cuando [Ox]i = 0. Por lo tanto
id = ktíj
(g3.
Ox
^—i
i
id
­
.T
i = k D
Ox
[OX];
Por otro lado la intensidad i, también resultará propor­
cional a la concentración de la especie reducida en la amalgama
_t_
¡ = k D*
Red
[Red] .
L
■' i
De la sustitución de las dos últimas ecuaciones en la ecua
ción de Nerst resulta,
.
.
E
Hg
=
o
RT
% " "ÍF
,n
r
r 0 + JLL i
^ " " H g 1 " 2nF , n
D
í
lá^T
Red
D0x '
Ox
Red
RT
nF
In
Td^
El potencial de media onda (E l/2) ocurre a una intensi­
dad, i = id/2, con lo que la ecuación de la onda polarográfi­
ca se transforma en:
r
E
­ ir
E
Hr i
RT ,
i
iíF
id ­
ln
— 147 —
Esta última ecuación relaciona al potencial del electrodo
de mercurio para cualquier valor de intensidad resultante. Mediante esta relación será posible determinar el valor de E l / 2
i
a partir de una gráfica de In
contra E
"id — i
Hg
Así mismo, de una gráfica como la indicada se puede evaluar el grado de reversibilidad de la reacción en el EGM, si se
compara el valor teórico de n con los valores experimentales.
®
BIBLIOGRAFÍA
1 . — Arvía A. J., Bolzan J. A., POLAROGRAFÍA, Programa regional de Desarrollo' Científico y Tecnológico, Departamento de Asuntos Científicos,
Secretaría General áe la OEA, Washington, D.C. 1974
2 . — Kolthoff I. M. Ungaoe, J. J. POLAROGRAFY, Interscience Publishers, Inc,
New York, 1964
3.— Donbrown, M., "Irrtrumentai Methods of Cherpical Analysis" 2da. editions. International Student Edition, Kogakusha Company Ltd. Tokyo, 1960
— 148 —
Células electroquímicas, fuentes de energía
en los vuelos espacíales
Rafael Hinojosa
El hombre hace un variado y extenso uso de la energía
eléctrica para operar y controlar multitud de sistemas a bardo de los vehículos espaciales. Estos sistemas incluyen cámaras, telescopios, grabadoras de información científica, dispositivos de propulsión, relojes, radios, antenas direccionales,
sensores de temperatura, dispositivos de telemetría, y muchos más. Ante esta gran demanda de energía eléctrica, los
científicos espaciales están diseñando y fabricando conversores que puedan transformar la energía nuclear, solar y química en energía eléctrica.
Combustibles nucleares se utilizarán en el espacio para
producir grandes cantidades de electricidad para largos períodos de tiempo. Estos combustibles serán consumidos en reactores, y el calor liberado se absorberá mediante un líquido tal
como el mercurio o el potasio, el cual es luego transformado
en vapor supercalentado. Este vapor en expansión y enfriamiento impulsará ventiladores o turbinas que al girar, moveran a los generadores eléctricos,. A pesar de que grandes cantidades de electricidad pueden producirse de esta manera, los
sistemas de energía nuclear tienen inherentemente grandes ma— 149 —
sas y presentan el peligro de la radiación. La radiación no sólo
será un peligro en las misiones espaciales tripuladas sino también en las no tripuladas debido a que la radiación degrada los
materiales en los vehículos espaciales.
Estos peligros pueden reducirse suficientemente mediante el blindaje del reactor del resto de componentes d d vehículo espacial; pero el uso de tal masa de blindaje produciría
un exceso de peso que haría imposible la mayoria de las misiones. Al momento, sin embargo, la energía eléctrica es suministrada en el espacio mediante la conversión de la energía solar
y química en fuerza eléctrica.
OELULAS ELECTROQUIMrCAS.
Baterías químicas son extensamente utilizadas en misiones espaciales debido a su inherente conveniencia y alta eficiencia. La eficiencia de conversión de energía Química directamente en energía eléctrica es comunmente de un 70% o más
dependiendo de los componentes de la célula y de lais condiciones de drenaje de corriente. Una segunda ventaja de las células electroquímicas es que algunas reacciones químicas que
ocurren en proporciones despreciables cuando los reactivos
son simplemente mezclados se producen rápidamente en las
células.'Este hecho ofrece la selección de" potencial de ios constituyentes de la célula. Por ejemplo, la razón altamente exotérmica de la reacción entre la fase gaseosa del hidrógeno y
del oxígeno es efectivamente cero a la temperatura ambiente,
aún en la presencia de un catalizador. Esto es, la energía de
activación de la reacción hidrógeno-oxígeno bajo estas condiciones, es tan alta para que la reacción pueda ocurrir en una
proporción notable. Sin embargo, hidrógeno y oxigeno reaccionan rápidamente en células electroquímicas apropiadamente construidas. Oxidación o reducción de los átomos adsorbidos, producen iones hidrógeno e iones hidroxi, los cuales rápidamente se combinan en el electrolito. Se produce agua, pe— 150 —
ro la energía de activación es mucho más pequeña y consecuentemente la razón de la reacción es mucho más rápida. '
Una amplia variedad de sustancias pueden ser usadas en
la construcción de practicas células electroquímicas (teóricamente cualquier reacción espontánea" puede ser utilizada para producir un flujo de corriente eléctrica). Comunmente, los
electrólitos de las células son soluciones acuosas o pastas hechas de áólidos mezclados con agua. Debido a que muchas sustancias con alta densidad de energía y de potencial interés para la construcción de células, reacciona con el agua, extensa investigación se realiza en los laboratorios de NASA a fin de encontrar constituyentes adecuados para las células, usando electrolitos no acuosos.
Casi todos los vehículos espaciales lanzados han usado
baterías para almacenar y para ayudar al suministro de energía para instrumentación, telemetría, comunicaciones, etc.
Aunque la cantidad de energía eléctrica que una batería
puede entregar es un factor importante que se toma en cuenta para su uso en el espacio, otros factores deben también ser
considerados. Estos incluyen peso de la célula, volumen, temperatura de operación, eficiencia y necesidad de mantenimiento, Además, es importante que una célula pueda trabajar en
muchas posiciones, bajo gravedad cero y en un vacío. Si una
célula es para ser recargada en su uso normal, el número decides de recargo y el tiempo de recargo son también significativos.
Las necesidades eléctricas de algunas naves espaciales son
solucionadas mediante células solares y células electroquímicas. Antes que las células solares sean desplegadas, cuando la
nave está en la oscuridad, baterías suministran la energía eléctrica. Células solares pueden suministrar energía cuando la
nave espacial está en contacto directo con la luz del sol y ellas
recargan el secundario de las células electroquímicas. Gran número de estos ciclos ocurren en satélites de comunicaciones,
— 151
metereológicos y en observatorios geofísicos, a medida que
van orbitando la tierra. Para misiones que involucran los viajes interplanetarios, combinaciones de células solares y electroquicas son utilizadas. Por ejemplo, 792 células solares con
un área de aproximadamente 9 pies cuadrados mantuvieron
la carga de las baterías de plata-cinc a bordo del SURVEYOR
1 y suministraron 85 watios durante la fase cirsiunar de la misión y en la superficie lunar.
CÉLULAS ELECTROQUÍMICAS PARA ALTAS Y BAJAS
TEMPERATURAS
Debido a que el hombre está explorando y habitando regiones calientes y frías en la tierra y en el espacio, el interés
se ha incrementado por las baterías que puedan operar a temperaturas superiores a las que se t operan las células electroquímicas con electrolitos acuosos. Células capaces de entregar
corriente eléctrica a temperaturas próximas a las 5009C se necesitan para pruebas solares y para misiones al planeta Venus.
Actualmente estas células se construyen con ánodos de metales alcalinotérreos y cátodos de metales pesados sumergidos
en una mezcla fundida de halogenuros o carbonatos de metales alcalinos. Por ejemplo, una de estas células experimentales, se muestra esquemáticamente en la fig. 1; se compone
de electrodos de metal magnesio y una mezcla de óxidos de
cobre colocados en una mezcla fundida de cloruros de litio
y de potasio. El recipiente fabricado de Cu o Ni puros, no reaccionan significativamente con el electrolito fundido.
— 152 —
Fig. 1 Componentes de una célula experimental para
altas temperaturas.
Cuando la célula está entregando corriente, los átomos
metálicos del magnesio pasan al estado de oxidación -f 2, liberando electrones. Los electrones pasan a través del circuito
eléctrico extemo al cátodo y reduce los óxidos de cobre, obteniéndose cobre metálico. Los iones de óxido y de magnesio se
combinan en el electrolito para dar óxido de magnesio, el cual
es escasamente soluble en las sales fundidas y por lo tanto precipita. Aunque el electrolito y los electrodos de células descargadas han sido analizadas la naturaleza detallada de la reacción no es conocida. El voltaje en circuito abierto de la célula
es de 1.55 voltios, 0,5 V menos que el valor predicho por los
cálculos. Debido a su corta vida después que el electrolito se
funde, estas células son almacenas a bajas temperaturas. Cuan— 153 —
do una célula para altas temperaturas tiene que ser puesta
en uso, se la puede activar mediante un dispositivo pirotécnico con un fósforo eléctrico, (fig. 2)
fosforo
electrice
lisposiTi v o
irote'onico
placa
superpuesta
a i s l a n t e T e r m ico
Fig. 2 Diagrama de una típica batería para altas temperaturas
Baterías que pueden operar a bajas temperaturas, tales
como aquellas encontradas en la Luna y en Marte deben también usar sistemas no acuosos. Para suministrar corriente eléc-154-
trica a bajas temperaturas, células electroquímicas construidas con un ánodo de magnesio y sulfato de mercurio (II) o
cloruro de plata como cátodo con una solución de amoníaco
como electrolito ha sido desarrollada en los laboratorios del
Centro Lewis Research. Esta célula puede ser activada en el
momento oportuno punzando d reservorio del líquido amoníaco de modo de poner el electrolito en contacto con los electrodos. (fig. 3)
casquete de p e r c u s i ó n
punstfn
¿ r e s e r v o r i o de NH3
.placa
superpuesta
fig. 3 diagrama de una típica hatería para bajas temperaturas.
CÉLULAS COMBUSTIBLE
Las llamadas células combustibles se caracterizan por una
constante adición de los reactivos y el desplazamiento de los
productos durante la operación de la célula. De este modo la
composición del electrolito permanece incambiable. Al igual
que en las bacterias primarias y secundarias, las células combustibles son importantes fuentes de energía debido a su efi^-155 —
ciencia en convertir enrgía química directamente en energía
eléctrica.
La simplicidad de la célula combustible hidrógeno-oxígeno
se hace evidente al apreciar la figura 4. Durante la operación,
los gases de hidrógeno y oxígeno son alimentados a los electrodos porosos a través de los cuales se difunden. Los gases
se ponen en contacto con el electrolito en el interior de la superficie de los electrodos. Los electrodos porosos y a prueba
de humedad, son diseñados de modo que los gases no burbujeen en el electrolito y el electrolito no invada los compartimientos del gas. Los electrodos son a menudo fabricados de
carbón, sustancia que conduce la electricidad y que puede ser
producida con poros de tamaño uniforme. Cuando la célula
combustible esta entregando una corriente eléctrica, los gases
hidrógeno y oxígeno es reducido al estado de oxidación -2. Se
combina con el electrolito alcalino y es transportado rápidamente como OH- al ánodo. En el ánodo el gas hidrógeno se
oxida a iones hidrógeno liverando electrones que pasan a través del circuito eléctrico externo al cátodo. El ánodo es impregnado con platino, el cual actúa como catalizador incrementando la razón de oxidación del hidrógeno por un factor de
103 a 106. Los iones hidrógeno se combinan rápidamente con
los iones hidróxido para formar agua la cual es removida de
la célula mediante el calor liberado de la reacción de la célula.
El agua formada puede ser electrolisada mediante otra fuente de electricidad para regenerar los reactivos de la célula combustible. Por ejemplo una estación de energía nuclear colocada
en la Luna podría regenerar estos reactivos para vehículos espaciales que aterricen allí.
— 156 —
fig. 4 Diagrama de una típica célula combustible de
hidrógeno-oxígeno.
A pesar del desarrollo logrado en este campo de suministro de energía mediante células electroquímicas, sobre todo
con las células combustibles, adicionales avances tecnológicos
son requeridos para que éstas sean |económicas y con gran rendimiento. En vista del rápido progreso actual esto ocurrirá
dentro de pocos años.
®
B I B LI OCR
APIA
— Naitlonail Aeronautics and Space Administration — The view from Ranger, pp. 32 - 34
— Collins J. iR. — iModern Batteries — electronic World
— Ohemestry — Resourses for teachers — (libro publicado por National
Aeronautics and Space Administration)
—157 —
OBTENCIÓN Y CRECIMIENTO DE CRISTALES
Resumen de la tesis de Grado del Hno. Policiano Arroyo realizada bajo
la dirección del Ing. Freddie E. Orbe M.
NOTA: Para mejor comprensión de características físicas de los cristales ver
fotos a colores.
La cristalografía se inicia con Aristóteles (384-322 a de C ) .
Plinio el Viejo (79 de de C.) describió los minerales en cinco
de los libros de su Historia Natural.. Avicena (980-1036) estableció su clasificación. En 1669, Niels Stensen descubrió las
leyes de la constancia de los ángulos diedros, al mismo tiempo Bartholin descubrió la doble refracdón en los cristales de
espato de Islandia, dando origen a la óptica cristalográfica (1).
En 1772 Romé de L'isle publica en Francia el primer libro sobre cristalografía. Lomorov en Rusia realiza los primeros estudios cuantitativos sobre cristales (1711 - 1765) Renato
Justo Hallg (1743 - 1822) enseñó a 'descifrar las formas en que
se presentan los cristales.
Miller a principios del siglo XIX aplica la geometría analítica a los cálculos de la cristalografía.
Messel en 1830 deduce las formas posibles de simetría de
los cristales (2) al mismo tiempo Bravais admite la estructura
reticular dé los cristales.
Posteriormente se afirma el estudio de los cristales al disponerse de los rayos X y con la aplicación de la ley de Bragg su
estudio se amplía (3).
[1). Flint, E. Principios de Cristalografía.
(2) Muedra y Meléndez. Cristalografía.
(3) Sresoia-Arents. Fundamentos de Ouímica.
— 159 —
G. Wulff y A. Shurbuikob realizaron trabajos relevantes
sobre crecimiento de cristales. Sobre este mismo campo han
trabajado y publicado Holden A. y Singer P.
Nomenclatura cristalográfica:
Cristal.— Es todo cuerpo resultante de la orientación espontánea de sus moléculas libres, al agruparse regularmente,
según determinadas fuerzas directrices fijas, (1) adoptando
en el exterior generalmente formas poliédricas.
Cuerpos cristalizados.— Son los sólidos naturales que tienen sus moléculas agrupadas interiormente de una manera regular y constante, manifestándose al exterior en formas geométricas llamadas cristales (2)
Cuerpos cristalinos.— Internamente son como los cuerpos
cristalizados, pero al exterior no muestran ese ordenamiento
interno que poseen. Al solidificarse encontraron obstáculos
para formar cristales perfectos.
Cuerpos Amorfos.— No poseen ninguna clase de ordenamiento son isótropos a diferencia de los cristales que son amisótropos.
Elementos de un cristal. —Son los elementos de simetría
tales como ejes, planos y centros de simetría (3).
Centro de simetría.— Es un punto ideal situado en el interior del cristal y que tiene la propiedad de que tpdas las rectas, situadas en el interior del cristal y que pasan por él, quedan divididas en dos segmentos iguales.
1)
iMuedra y Meléndez: Cristalografía, Paraninfo, Madrid 1957
2)
Castellanos I; Elementos de Minera'iogía, Minerva, Habana
3)
Font-Altaba: Atlas de Mineralogía, Jover, BarceJona, 1971.
— 160 —
Ejes de Simetría.— Son líneas rectas imaginarias que pasando por el centro de simetría terminan en el centro de las
caras o en algunos vértices o en el punto medio de algunas
aristas. Cuando el cristal se hace girar alrededor de una de estas rectas, tomada como eje, presenta varias posiciones idénticas en una vuelta completa (360)9
n = orden del eje = 3609 ángulo de giro hasta obtener posición
igual
Planos de simetría.— Son planos ideales que dividen al
cristal en dos mitades simétricas.
Parámetros.— Son segmentos que una cara determina sobre los tres ejes cristalográficos, se denominan parámetros de
aquella cara. Las longitudes de los parámetros no se pueden
expresar en valores absolutos, sino relativos; uno de los parámetros, generalmente el segundo se toma como unidad, ejem.:
1, 34; 1; 1,2.
Denominadón de las caras.— Caras de pirámides: cortan
a los tres ejes, ej. cara del octaedro, caras de prismas: cortan
a dos ejes y son paralelas al tercero; ej. caras del cubo.
índices.— Los números racionales inversos de los parámetros.— Se denominan índices de Millar si se los escribe en
el orden a, b, c, y se transforman en los tres números enteros
primos entre sí que guardan entre ellos la misma relación
que los índices.
Clasificación de los cristales.— Los cristales se clasifican:
en su forma más simple en las siguientes clases:
— 161 —
1. Sistema cúbico o regular.— Todos los cristales del sistema
cúbico a regular son referidos a tres ejes iguales, perpendiculares entre sí e intercambiables por tener igual longitud.
2. Sistema tetragonal.— Tres ejes perpendiculares entre sí,
dos de ellos en el plano horizontal, iguales e intercambiables. El tercer eje o vertical es más corto o más largo que
los otros dos.
3. Sistema hexagonal.— Cuatro ejes de referencia; tres de ellos de igual longitud y en el plano horizontal, que se cortan bajo ángulos de 1209. El cuarto eje o vertical, es más
corto o más largo que los otros tres y perpendicular al plano que los contiene.
4. Sistema rómbico.— Tres ejes perpendiculares entre sí, todos ellos de diferente longitud.
5. Sistema monodÜnico.— Tres ejes desiguales; dos de ellos en
un plano vertical y que se cortan en ángulo oblicuo; el tercer eje es perpendicular al plano de los otros dos.
6. Sistema triclínico.— Tres ejes desiguales que se cortan oblicuamente.
MÉTODOS DE OBTENCIÓN Y CRECIMIENTO DE
CRISTALES.—
Se parte de soluciones saturadas y sobre saturadas, pudiendo producirse la cristalización por los isiguientes métodos: evaporación, fusión, disolución y sublimación. En este
trabajo se ha utilizado con preferencia el método de disolución.
Cristalización por disolución.— En este método cede el
disolvente el exceso de sustancia disuelta. La sobresaturación
se obtiene por evaporación del solvente, ordinariamente. También bajando la temperatura de dicho solvente.
— 162 —
En las cristalizaciones hay que evitar el cambio brusco de
la temperatura, especialmente si se trata de crecimiento perfecto de cristales. Por eso se usan los termostatos que permite
mantener constante la temperatura de la solución. Hay termostatos aéreos; el aire mantiene constante la temperatura. Hay
termostatos de agua, que son lo más apropiados para nuestro
caso. Se puede hacer uso del baño maría, recubrir también la
cristalizadora para que el enfriamiento sea muy lento, etc.
En la obtención de cristales por evaporación la cristalizadora se coloca en un recipiente herméticamente cerrado, donde se introduce una sustancia que absorba los vapores del disolvente ( S O A H T concentrado), o en desecador ordinario si
no es mucho volumen.
Pequeñas variaciones de temperatura provocan la formación de cristales defectuosos. Al elevar la temperatura los
vértices y aristas del cristal se derriten y con ulterior descenso de temperatura en estos sitios empieza un crecimiento intenso. Pero un crecimiento demasiado rápido provoca formaciones irregulares de caras y falla de cierre de sus vértices.
Además los cristales se apoderan de pequeñas burbujas de la
solución y se forman turbias o translúcidas.
PROCESO INICIAL DE CRISTALIZACIÓN Y CRECIMIENTO
Nudeadón y núcleos cristalinos:
Nudeación.— Es la formación en el interior de una solución inestable y sobresaturada de las primeras partículas capaces de pasar por crecimiento espontáneo a cristales mayores o de convertirse en una fase sólida más estable. Estas partículas llamadas núcleos pueden estar formadas por partículas sólidas, ya presentes en el sistema (nudeación heterogénea), o regeneradas espontáneamente por la propia solución
sobre saturada (nudeación homogénea).
— 163 —
En la nudeación heterogénea hay tina adsorción de materiales sólidos en la solución (o impurezas), como polvo, sustancias iónicas no disueltas. Esto puede crecer hasta formar un
cristal grande. Esto ocurre porque la solución es sobresaturada. No ocurriría en la solución saturada porque la forma cristalina de la solución es diferente de la impureza y no formaría
entonces cristal.
En cambio sembrando cristales de la misma sustancia en
solución puede provocarse fácilmente una precipitación de los
mismos o de aumentar considerablemente el tamaño de los
cristales siembra si se colocaron en solución sobresaturada.
En la nudeadón homogénea, que son núcleos que se forman dentro de la solución, se obtiene por precipitación espontánea sin intervenir sustancias extrañas a la solución.
El dicromato potásico presenta estos centros nucleares
con suma facilidad. Como está sobresaturada la solución, después de unos diez minutos, y con una temperatura de 43 a 45'
C, se forman en la superficie de la cristalizadora pequeñas
partículas cristalinas, que en pocos instantes adquieren proporciones que no pueden soportar la tensión superficial y caen
lentamente hacia el fondo. Estas partículas formadas en la
superficie de la solución, en su caída provocan la formación
de nuevos núcleos y es cuando se produce la lluvia de cristales
hacia el fondo del recipiente de cristalización.
Otro caso observado repetidas veces en las experiencias
es el del sulfato de cobre. Esta sustancia presenta alguna dificultad para conocer perfectamente si está sobresaturada o no.
Es preciso observar bien las corrientes de concentración, especialmente si estas se presentan en la parte superficial del líquido o no. La sobresaturación apropiada para la formación
de cuerpos cristalinos ornamentales es a los 62 a 639 C.
La sobresaturación del sulfato de cobre se presenta a veces tan inestable que bastan algunos polvillos flotando en su
— 164 —
superficie para que se formen diminutos núcleos cristalinos;
estos a su vez provocan la formación de miles de cristales de
apariencia polvorienta, que aceleran la precipitación de la sustancia excedente en la solución. El resultado final es una capa
de algunos milímetros de grosor en el fondo de la cristalizadora. Este fracaso lo he experimentado repetidas veces cuando tratase de sobresaturaciones.
En una solución los iones ejercen entre sí acciones mutuas, formando agrupaciones de varios tamaños. Estas agrupaciones o agregado no actúan como núcleos sino que se disocian de nuevo en iones. Pero si la sokición es sobresaturada en
exceso, los agregados pueden actuar como núcleos y crecer hasta formar grandes cristales. Esta velocidad de formación de
núcleos depende, como dijimos, del grado de sobresaturación
de la sustancia.
Foto N» I
— 165 —
SEMILLAS DE CRISTALES
2.— Sulfato de amonio
3.— Sulfato de magnesio
4.— Sulfato ferroso
5.— Ferricianuro potásico
6.— Alumbre de cromo y potasio
7.— Dicromato potásico
8.— Sulfato de cobre.
d)
Siembra de Cristales.—
Antes pusimos dos ejemplos en que falló la formación de
cristales que servirían para hacerlos crecer posteriormente,
por formarse una capa muy densa de polvillo de la sustancia.
Esto fue debido a un sobreexceso de sutancia disudta, provocado por una temperatura muy elevada y principalmente
porque en la superficie cayeron impurezas.
Pero se requiere partir de una solución sobresaturada
para lograr los cristales semillas. Lo que debemos hacer ahora es no sobresaturar a tan fuertes temperaturas.
Para lograr bqenas semillas la mayor parte de las sustancias necesitan una ligera sobresaturación, dos o tres grados sobre la temperatura ambiente.. Se deposita con cuidado
la solución en la cristalizadora y se controla que el enfriamiento sea lento. Sólo entonces podemos adquirir excelentes cristales que nos servirán para hacerlos crecer posteriormente..
e)
Crecimiento de semilláis.—
— 166 —
Foto N9 2
SEMILLAS protegidas de" la humedad y calor, listas
para el crecimiento
Una vez obtenidas las semillas, se procede al crecimiento
de las mismas, esta vez con agua madres saturada a la temperatura ambiente.
El mejor de los consejos para el crecimiento de cristales,
es tener mucha paciencia porque su crecimiento es lento generalmente, y no podemos acelerarlo sin peligro de estropear
sus caras y vértices, por la formación de múltiples cristales
que se pegan a sus caras.
1. Como colocar las semillas en la cristalizadora.— Cuando son los cristales todavía muy pequeños se decanta primero
— 167 —
la solución en él recipiente a cristalizar y luego se escogen las
semillas más perfectas y se dejan caer suavemente en el líquido. Cuando hayan pasado uno o dos días se sacan de la solución. Esta se vuelve a pasar al recipiente con el exceso de la
sal y se agita suavemente para asegurar la saturación. Mientras tanto las semillas, que habrán ya crecido más, se sacan en
un papel secante. Se procede de este modo para que no cristalicen las gotas que rodean al cristal y lo deformen.
Cuando el cristal ya presenta caras considerables se colocan primero los cristales en la cristalizadora, poniendo de
base las caras que más interese. Después muy lentamente se
va colocando el agua madre.
Hay cristalógrafos que cuelgan de un hilo las semillas
obtenidas para que crezcan. Nosotros no lo hemos hecho así
porque consideramos que este método presenta algunos inconvenientes. Entre dios, d mayor de todos es que, al estar siempre el cristal en la misma posición crecerán más las caras más
próximas al fondo porque la solución en esta parte es más
saturada que en las regiones altas del cristal.
Ver Gráfico de "Deformaciones en los cristales" Fig. 1.
También las corrientes de concentración ejercen influencia en el crecimiento de las caras, como se ven en la fig. 7-9.
Otro inconveniente que anotamos es que el hilo impide el normal desarrollo de las caras y aristas, y al arrancarlo siempre
quedan huellas que desfiguran la forma natural del ejemplar.
Colocando los cristales descansando en el fondo del recipiente cristalizador se pbtienen más perfectos porque varían
las posiciones del cristal. Cada vez que se hacen crecer las caras ocupan posiciones diferentes. La cara que hace de base
queda un poco cóncava por no haber sustancia alrededor de
la misma. Pero en la siguiente postura queda totalmente igualada con las caras vecinas.
— 168 —
f)
Crecimiento de las caras.—
La variación del cristal ocurre fundamentalmente en la
superficie. Cada partícula que está en el interior del cristal,
antes ha estado en la superficie porque las sustancias se van
sedimentando.
Las leyes de crecimiento de los cristales se pueden estudiar viendo los cortes de los cristales naturales y artificiales;
si en el crecimiento varían uno u otro factor que influya en la
homogeneidad o composición química del cristal este adquiere
la estructural zonar.
Al examinar los cristales con estructura zonar, se puede
ver que al crecer d cristal, sus caras se trasladan paralelamente a sí mismas, y la velocidad de crecimiento de las diferentes caras es también distinta. Hay que observar que el crecimiento de las capas del cristal no se realiza por sedimentación
de capas planas, sino que las partículas se adhieren formando
una espiral.
Por la forma y dimensión de un cristal en un momento dado y la velocidad de crecimiento de sus caras podemos predecir su forma para cualquier momento futuro.
Ordinariamente aquellas caras de un cristal que crecen
rápidamente, más tarde tienden a desaparecer. Y permanecen
aquellas caras que tienen un proceso lento de crecimiento. Esto es válido para ciertas condiciones geométricas.
En el crecimiento completamente uniforme del cristal
los vértices engendran rectas, las aristas planos y las caras pirámides de crecimiento. Todos estos elementos concurren en
un punto núcleo inicial de cristalización.
Pero en la práctica esto no suele darse tan perfectamente.
Tan es así que los cristales que se forman nunca son completamente homogéneos. La razón es porque la sedimentación de
las sustancias no se hace por capas homogéneas. Una capa
— 169 —
siempre deja espacios libres que tienen que ser recubiertos
por capas ulteriores, aumentando este efecto de paralelismo
incompleto. Cuando se disminuye el tamaño de las capas sedimentarias a la formación d d cristal ideal.
En solución sobresaturada el cristal crece por yuxtaposición de núcleos de cristalización. Los agregados cristalinos son
grandes y los espacios libres se llenan de agua madre dando
lugar a la opacidad del cristal.
De aquí sacamos la conclusión que la solución ligeramente saturada es la ideal para la formación lo más perfecta posible para los cristales.
g)
Crecimiento de las caras de alumbre Fig. 2
La figura 2, comprende 8 triángulos, 6 cuadrados, 12 rectángulos. Al observar un cristal de alumbre, algunas caras son
algo diferentes en tamaño y los vértices achatados. Ocurren
estas variaciones porque la solución de donde creció el cristal
cambió la concentración y las caras también cambiaron en el
crecimiento. Extendiendo las ocho caras hasta encontrarse se
eliminaron los pequeños cuadrados y los largos rectángulos
hasta producir un octaedro perfecto. Se puede creer que la
"forma ideal" de cristal de alumbre es el de la fig. 2. siendo
combinación de tres poliedros, los tres centrados en el mismo
lugar y los tres achatados en sus vértices y aristas.
— 170 —
FORMAS Y CRECIMIENTO DE LOS CRISTALES
Fig. 2
Un cristal "ideal" de ALUMBRE. Puede visualizarse como una combinación de tres poliedros: cubo, octaedro y dodecaedro rómbico. Cortando los vértices y los aristas al octaedro se obtiene el presente poliedro con seis cuadrados ocho
triángulos y doce rectángulos alargados.
Fig. 3
%fa*«
•^f^MMMMMaMMIM^tali
171 —
Etapas del credmiento en un cristal.— Las caras que cre­
cen más rápido, tienden y hasta llegan a desaparecer.
■%.
Fig. 4
Líneas de crecimiento en un cristal. E l crecimiento se ini­
cia con el cristal "semilla" y va tomando después diferentes
líneas de crecimiento, representadas por las flechas en diver­
sas direcciones.
A esto se llama en cristalografía hábito del cristal. E l alum­
bre tiene forma no hábito octaédrico. E l hábito de este cristal
está determinado por las proporciones en que crecen las di­
ferentes caras del mismo.
En condiciones ideales, cuando todas las caras de un cris­
tal están expuestas a una solución con uniformidad de con­
centración y temperatura todas las caras de la misma base
­las seis caras cuadradas de un cristal de alumbre, por ejem­
plo­ crecerán en la misma agrupación y las caras de diferente
clase crecerán, por supuesto en proporciones diferentes.
Una consecuencia de la diferencia en el crecimiento de las
diferentes clases de caras es de que un cristal está rodeado por
las caras que crecen más lentamente. La fig. 3 muestra los pa­
sos sucesivos del crecimiento de un cristal bidimensional. E m­
piezo con 8 caras de dos tamaños diferentes. Las caras_y crecen
"más rápidamente que las caras x. Las 4 caras jr, al crecer más
— Ill
—
rápidamente se apartan más de las caras x. En cambio estas
cada vez resultan más largas y van reemplazando a las caras j .
h)
Cambios de crecimiento con la dlrecdón.—
Una propiedad muy importante la hallamos en los cristales: el crecimiento de las caras cambia con la dirección. Un
cristal imaginario empezando desde la semilla podríamos representar su crecimiento en ocho direcciones por flechas empezando todas en un mismo punto. Fig. 4.
Si el crecimiento se diese por igual en las ocho direcciones las ocho flechas tendrían la misma longitud. Después dibujando caras perpendiculares a todas las flechas se vería que la
forma del cristal sería un círculo. El cristal ideal vendría a
ser entonces una esfera.
DEFORMACIONES EN LOS CRISTALES
\.— Cristal con dos dases de
caras
B.— Crecimiento normal de
las caras al mantenerse
sobresaturada ¡la solución.
— 173 —
C.— Las caras inferiores ere- D.—El cristal adquiere entoncen más cuando la soluees una forma asimétrica
ción no está sobresaturada
Crecimiento más rápido de las aristas que del centro
del cristal, por no cambiar de posición del mismo.
rig.i
— 174 —
Desde d momento que ningún cristal adopta forma esférica conduímos que todo cristal tiene como propiedad el crecimiento en diferentes direcciones y con velocidades también
diferentes.
DISOLUCIÓN DE LOS CRISTALES
A) Corrientes de concentradón. Fig. 5
Cuando la solución se toma insaturada los vértices y las
aristas de los cristales se redondean y las caras se abomban.
También las caras de los cristales aparecen lavadas por corrientes de concentración.
Hay dos tipos de corrientes en las soluciones. Si la solución está sobresaturada las corrientes de concentración van
hacia la superficie del líquido, como se observa en la fig. 5, A.
Pero cuando la solución saturada, logra del mismo cristal la
sal correspondiente para saturarse entonces las corrientes
de concentración se dirigen hacia el fondo d d recipiente, como
se señala en la fig. 5, B.
Las corrientes de concentración, que fueron descubiertas
por Lehman, sirven para conocer si una solución está sobresaturada o no. Demuestran además la influencia de las fuerzas
en la forma exterior del crecimiento de los cristales. En su parte inferior las fuerzas de crecimiento determinan a consecuencia de esto, que la solución se renueve y pase de cristal, marchando las corrientes de concentración desde la parte inferior
a la superior, con lo cual cada vez será menos concentrada esta parte de la solución, a causa de depositarse sobre el cristal
el exceso de sustancia disuelta (cristalización).
Zemiatchenski realizó un interesante experimento a este
respecto: (Fig. 6.). Colocó cristales de alumbre en solución sobresaturada y a profundidades diferentes y observó después
de varios días d peso de cada uno de los cristales y comprobó
— 175 —
que durante todo este tiempo el cristal de la parte inferior continúo creciendo, mientras que el del medio y particularmente
el de la parte superior, en su principio se pusieron a crecer,
aunque con más lentitud, y -después disminuyeron de peso por
comenzar a disolverse. Fig. 6.
CORRIENTES DE CONCENTRACIÓN
Fig. 5
B.
A.
fti
Corrientes de concentración
en solución sobresaturada.
-176-
Corrientes de concentración
en solución no saturada.
Fig. 6
Debido al diferente grado de sobresaturación en los niveles que se encuentran los cristales 1, 2 y 3, estos crecen a diferentes velocidades también. El cristal" 3 es el que más crece y
más rápidamente; siguen en orden decreciente el 2 y el 1.
TAB LA—1
DATOS DEL EXPERIMENTO DE ZEMIATCHENSKI
W del cristal
1
2
3
Paso del cristal antes
del experimento
3,89 grms.
2,98 grms.
2,24 grms.
— 177 —
Variación después de
4 días
—
6 días
-6,5%
1,7%
14,7%
-14,8%
- 2,5%
18,1%
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FORMA EXTERIOR
DE LOS CRISTALES
Además de las corrientes de concentración hay otros factores que influyen en la forma exterior de los cristales. Anotemos los más importantes:
a) Densidad reticular de las caras.— Bravais expuso primero la teoría de los conjuntos reticulares. "Las caras de los
cristales se desarrollan perfectamente según planos reticulares. El grado de tupidez con que se disponen las partículas de
la sustancia se puede medir por la densidad reticular, que es
el número de nudos que existen en los planos reticulares por
unidad de superficie".
d =
1
W
W =: área del paralelogramo elemental.
Hipótesis de Bravais: "Los planos de mayor densidad reticular se presentan ordinariamente como las caras más desarrolladas de los cristales de la sustancia dada". O lo que es lo
mismo: "La velocidad de crecimiento de cada cara será tanto
menor cuanto más elevada sea la densidad reticular".
Esta hipótesis ha sido comprobada y tiene fuerza
Ej. en la singonía cúbica, las formas que aparecen con
frecuencia son el cubo, rombo, dodecaedro, octaedro y
dro.
'
de ley.
mayor
tetrae':
b) El grado de sobresaturación.— Cuanto más pequeña
es la sobresaturación de la solución más rico en caras y más
simétricos son los cristales depositados en ella.
c)La temperatura.— Algo se ha dicho sobre este importante factor. Al disminuir la concentración hay un acortamiento de los cristales y mayor perfección en sus caras. A altas tem— 178 —
peraturas resultan cristales filiformes y son más isométricos.
Mas a veces hay contradicción con estas normas.
El ClNa, por ejemplo, cristaliza en cubos en soluciones
puras tanto en temperaturas bajas como en soluciones calientes, y esto es porque aumenta muy poco el grado de solubilidad con la temperatura.
d) Sustandas que acompañan a la soludón (impurezas).
Impurezas son sustancias que modifican la forma de cristalización de una sustancia sin intervenir directamente en la
modificación.
Romé de L'isle (1783), observó que el ClNa cristaliza bajo
formas de cubos en soluciones acuosas puras y se precipitan
en forma de octaedros con urea. Fig. 7, B. Influyen en esta modificación, o en otras palabras son impurezas del ClNa el NaOH,
Cl2Ca.
Hauer demostró que el Cl03Na -fig. 7, C- en soluciones
acuosas puras se precipita en cubos y en tetraedros cuando tiene la impureza de S04Na 2 .
e) Imposición de ciertas condiciones de crecimiento.— Esta forma es controlada por lo que rodea al cristal mientras crece. En una solución igualmente densa en todas sus partes, los
cristales de ClNa crecen como cubos, pero si crecen muy separados unos de los otros no es más que la mitad de sus dimensiones. Si los cristales del fondo del plato .son muy numerosos,
los cristales formados no son todos cuadrados; pueden tener
diferentes vértices debido a la imposibilidad de lugar para desarrollarse libremente.
INGONITAS QUE RESOLVER
Las corrientes de concentración, así como la dirección que
•las mismas toman, a veces no tienen una explicación clara del
porqué de ese comportamiento, pero quizá sean las impurezas
las que más dudas levanten, en el campo de la cristalografía.
— 179 —
A través de este capítulo hemos señalado algunas sutancias que cambian su manera de cristalizar porque alguna u
otra sustancia está presente en la soludón. Y digo presente,
aunque sin intervenir directamente. A las impurezas ya señaladas cabe añadir alguna más por la originalidad que presenta.
El "hábito" de la sal de Rochelle es modificado en presencia de iones cobre (CU+ + ); en presencia de borax cambia el
hábito de clorato de sodio la forma cúbica a la tetraédrica. Estas impurezas aceleran el crecimiento de unas caras y frenan
otras. El bórax, por ejemplo, aumenta la velocidad de crecimiento de las caras cúbicas y reduce el crecimiento de las caras tetraédricas.
VARIACIÓN EN LA FORMA DE LOS CRISTALES
Fig. 7
¿_
i.
7
Cristal del Cloruro Sódico de Cristal d d Cloruro Sódico de
una solución pura.
una solución con el 10% de
Urea.
— 180 —
Cristal de clorato de Sodio con modificación en sus vértices
y aristas logrado por una cristalización controlada.
En los cristales de la sal de Rochelle, unas capas finas del
cristal en ciertas caras toman un color azul tenue, mientras
que en otras caras se mantiene una transparencia perfecta propia del cristal puro de la sal.
Las caras coloreadas son las que han sido afectadas por
el crecimiento más lento provocado por el cambio de hábito
de la impureza, iones C u + + . Estos se han pegado fuertemente
a unas caras y no a otras. Su presencia en las caras impide que
otras moléculas de sal vayan a ocupar su puesto.
Todos estos fenómenos curiosos nos traen algunas incógnitas como: ,
Por qué el cobre prefiere unas caras y no otras?
Por qué cambian de caras cuando se añade NaOH a la solución?
Porqué se comporta así el ion Cu + + con la sal Rochelle y
no con otras como el clorato de sodio?
— 181 —
Es el fenómeno de la adsorción o apego fuerte de una sustancia a las caras de un cristal el que ocurre en los casos antes
señalados.
Cuando se apega a ciertas caras solamente, etonces d fenómeno se lo denomina adsorción selectiva.
Estos casos curiosos de la cristalografía aún no están completamente comprendidos ni explicados.
CURIOSIDADES CRISTALINAS
Hemos agrupado en este capítulo algunas de las formas
más interesantes que presentan ciertas sustancias cristalinas.
Muchas de estas formas las hemos podido comprobar en nuestro estudio; a ellas nos referimos en el desarrollo de este capítulo.
Al encontrarse con estos caprichos de la naturaleza no
puede uno sino entusiasmarse por algo tan atractivo y estimulante como es la cristalografía. Muchas horas se han pasado
tras de una mesa de laboratorio preparando soluciones y observando las mil formas cristalinas que presentan las sustancias. Los múltiples fracasos tenidos no han sido suficientes
para apagar la inquietud de la comprobación y exploración en
el campo inmenso y sorprendente de las cristalizaciones. Todo
lo contrario, al lado de las múltiples derrotas hay algún piniUo; y son estos diminutos descubrimientos los que han mantenido nuestra constancia durante cuatro y más años en el estudio e investigación de la cristalografía.
A. CRISTALES GEMELOS (Fig. 8).
Se llaman "cristales gemelos" a la agrupación de dos o
más cristales de un misma especie logrando una orientación
definida. Esta orientación de cristales individuales siendo constantes en diferentes casos se los demina gemelos. Algunas es— 182 —
pecies muestran este fenómeno frecuentemente como son d
S04Ca.5?H20 en la Fig. 8, B, el Fe (CN) 6 K3, en la Fig. 8,A.
En la unión de los cristales hay probablemente una capa
de átomos comunes a la de los cristales; cuando el núcleo del
cristal fue formado dos rejillas fueron probablemente construidas por disposición' en lados opuestos de esta capa común
de átomos
A veces los cristales gemelos aparecen interpuestos como
el fluoruro de calcio (F 2 Ca). Aquí la simetría es trigonal; el
cristal de un lado ha rotado 609 con respecto al otro lado.
B. MACLAS
El agregado biáxico o "Macla" es la asociación de dos individuos cristalinos, uno de los cuales se deduce del otro, bien
sea por reflexión sobre un plano determinado, bien sea sobre
un giro de 180" alrededor de un eje. El plano de reflexión es el
plano de macla, según la Fig. 10 y el eje de gira es el eje de
macla.
Fig. 8
B
Cristales gemelos de CaSOL
Cristales gemelos de Fe(CN) K
2H 0
*"
6 3
— 183 —
Fig. 9
Cristales parásitos de urea que crecen en las caras de
un cubo de cloruro de amonio
"El plano de macla nunca puede ser paralelo al plano de
simetría de un cristal individual, puesto que de esta manera
no resultaría una macla, sino una yuxtaposición paralela. De
la misma manera, el eje de macla nunca puede ser paraldo a
un eje de simetría de orden par de un monocristal. El plano de
macla siempre ha de ser una cara real o posible del cristal
y el eje de macla, un aristal real o posible del mismo. Según el
aspecto o forma exterior, la macla se puede distinguir por la
presencia de ángulos entrantes, lo cual, sin embargo, no es
obligatorio para todos los casos de maclado" (1).
Los polígonos de las redes planas de ambas caras deben
coincidir. Los paraldogramos de ambas redes, planos ambos
(1) FLINT E.: PRINCIPIOS DE CRISTALOGRAFÍA, Paz. Moscú, Págs. 161-162.
— 184 —
individuales de la macla pueden hacerse coincidir mediante
tres operaciones de simetría:
1.
Un giro de 1809 alrededor de la normal al plano reticular
■hemitropía normal.
2.
Una reflexión en la misma red plana, como un plano de
.simetría.
3.
Por la inversión, ya que cada paralelogramo de la red tie­
ne centro de simetría.
CLASES DE MACLAS
Aunque estemos haciendo una clasificación de maclas, no
puede estar tan perfecta que abarque a todas ellas. Para esta
clasificación tenemos en cuenta ciertas condiciones:
,
a)
Según la posición relativa en los planos de macla y de
unión, las maclas pueden ser:
a.l. Normales. Cuando ambos planos de macla y de unión
coinciden. E j.: la macla del yeso, en forma de flecha.
a.2. Paralelas. Cuando ambos planos no coinciden, siendo
ordinariamente paralelos entre sí. E j.: la m a d a de
Carlsbad.
b)
Según la superficie de separación entre dos individuos que
forman la macla:
b.l. De contacto o yuxtaposidón. Si los individuos que for­
man la macla están separados por una superficie pla­
na y definida, que es el plano de macla. Fig. 11
El ferricianuro potásico en la fig. 16 presenta la forma de
yunxtaposición. E ste tipo de macla se ha provocado haciendo
cristalizar un cristal sobre el otro. El ferricianuro presenta tam­
bién otro tipo de agrupación cristalina, de la que hablaremos
cuando lleguemos a los "erizos".
— 185 —
b.2. de Compenetradón. Cuando están formados por cristales que tienen una superficie de unión irregular, y
su ley queda definida por el eje de mada.
Dos ejemplares típicos logrados so nías maclas de compenetración del alumbre de cromo, color morado, de la Foto
N 9 3, y que está gráficamente expresado para mayor esclarecimiento en la Fig. 15. Tanto este ejemplar como el caso d d
alumbre potásico de la Fig. 15, son maclas prototipo de compenetración. Estas maclas se han formado expontáneamente
desde su inicial crecimiento y han ido desarrollando también
los planos de unión. Un octaedro queda compenetrado en el
otro. Sus pesos respectivos son de 22 y de 24 grms.
Fig. 10
Plano de macla
Fig. 11
Plano de macla coincidiendo
con d plano de unión
— 186 —
Fig. 12
Fig. 13
Macla de MgSO , provocada
Agregado irregular de cristales
en el laboratorio, (transparente)
de cuarzo
Fig. 14
Macla de S0 4 Fe. 7H O lograda en el laboratorio (Color verde)
— 187 —
MACLAS OBTENIDAS EN EL LABORATORIO
(No es mada) Corresponde al Octaedro-hexaedro de ia Foto 6.
Macla de Alumbre de potasio puro. Dos octaedros compenetrados.
Mada de alumbre de cromo. Dos octaedros compenetrados,
Macla original en la primera fase aparece una mada de
alumbre de cromo. En la segunda fase, se ha desarrollado
la mada anterior en una solución de alumbre común, siguiendo la misma estructura.
b.3. De cruzamiento. Cuando ambos cristales quedan materialmente cruzados atravesándose mutuamente, co?
mo es el caso del sulfato de magnesio, cuya representación gráfica la hallamos en la Fig. 12.
— 188 —
Esta macla se logró en el laboratorio provocando intencionalmente este tipo de enlace. A medida que crecen los cristales
se va acentuando más esta unión, hasta llegar al tipo de macla
de compenetración.
c)
Madas de complemento. Son las formadas por dos hemiedros, los cuales al combinarse originan un conjunto que,
geométricamente, reconstruye la simetría hdoédrica.
d)
Por d valor del ángulo que hay que girar alrededor del eje
de macla para obtener la superposición de los dos cristales. Se dasifican en:
1. Por hemitropía, cuando el ángulo de giro es de 180': la
m a d a de Carlsbad.
2. Por trasposición, cuando el ángulo de giro es de 60", como si fuese el eje senario en la macla.
3. Por giro de 90?, como ocurre generalmente sobre un eje
binario del cristal, por ejemplo, la m a d a de la pirita
y los tetraedros del diamante.
POR QUE SE FORMAN LAS MACLAS
Si bien no todo está claro sobre la formación de maclas,
podemos no obstante señalar algunas razones por las que se
forman estas figuras un tanto caprichosas:
1. Se producen por la unión de ambos cristales al ponerse en
contacto y que después se compenetran al crecer ambos.
Figs. 12, 14, 15, 16 y 17.
2. Por superposición paralela de moléculas sobre la macla
germen.
3. Por sedimentación de moléculas en posición de macla sobre un cristal grande.
.
—189 —
4. Por pasar una modificación cristalográfica a otra. Ej.: en
el cuarzo.
5. Por influencia de factores mecánicos, como los señalados
en nuestras experiencias.
C— POLIMACLAS
Son láminas paralelas unas con otras. Las láminas contiguas están diversamente orientadas.
En este tipo de agrupaciones cristalinas, d eje de macla
puede seguir la dirección de una arista cualquiera del cristal,
o la dirección normal a la de una arista del cristal. El plano
de macla es un plano paralelo a una cara del cristal existente o posible. En el grupo de "bloques" de la Fot. 4, aparecen
tres polimaclas logradas con la mezcla de las sustancias isomorfas de sulfatos alumínico-potásico, y cromico-potásico en
las proporciones de 1 cromo por 4 de potasio.
a) Descripción de la polimada de alumbre crómicopotásico. Foto 5
Presenta una formación alargada cuyos extremos están formados por semillas y la parte media por un conjunto de aristas paralelas entre sí que son las líneas centrales de los octaedros compenetrados dentro de la formación. De la línea de
un acordeón.
b) Obtendón de la polimacla.
Cuando se examinan los trozos o "piedras" que presenta
el alumbre potásico comercial se nota fácilmente la estructura de ciertos trozos de superficie más o menos lobuladas que
descubren la estructura interna propia de las polimaclas.
Estos trozos vienen muy maltratados por el manipuleo
del alumbre y además recubiertos de polvo y de pequeñas partículas d d mismo. Hay que proceder al lavado cuidadoso de
— 190 —
los mismos y colocarlos en la sobresaturación del alumbre potásico o de cromo, por ser isomorfos.
Las polimaclas tienen un crecimiento muy rápido por sobresaturación de modo que en pocas semanas se obtienen
grandes ejemplares como los logrados en la Foto 5.
D.— CRISTALES ISOMORFOS
Se llama isomorfisfo a la propiedad de las sutancias cuya
composición química es afín y que cristalizan en formas análogas.
Foto 4
Bloques de Alumbre
de Cromo y Potasio
191 —
Foto 5
Polimada de alumbre
cromo-potásico
MACLAS LOGRADAS E N EL LABORATORIO
Fig. 15
Mada de compenetración del alumbre de Cromo,
(Color morado)
— 192 —
Foto No. 1
SEMILLAS DE CRISTALES
2—Sulfato de amonio
3—Sulfato de magnesio
4—Sulfato ferroso
5—Ferricianuro potásico
6—Alumbre de cromo y
potasio
7—Dicromato potásico
8—Sulfato de cobre.
Foto No. 2
SEMILLAS protegidas de la
humedad y calor, listas para
el crecimiento.
Foto No. 3
MACLAS OBTENIDAS
EN EL LABORATORIO
1. (No es macla) Corresponde
al Octaedro-hexaedro de la
Foto No, 6.
2. Macla de Alumbre de potasio puro.
Dos octaedros
compenetrados.
3. Macla de alumbre de cromo.
Dos octaedros compenetrados.
4. Macla original en la primera
fase aparece una macla de
alumbre de cromo. En la
segunda fase, se ha desarroUado la macla anterior en
una solución de alumbre
común, siguiendo la misma
estructura.
Bloques de Alumbre de
_Cromo y Potasio.
Foto No. 5
Polimacla de alumbre
cromo-potásico.
Foto No. 6
EJEMPLOS DE CRISTALES
CRECIDOS EN EL
LABORATORIO
Rf £ *
Conjunto de octaedros de
alumbre de cromo y d e
potasio con dos y tres capas
de cristalización.
Foto No. 7
Octaedro de dos capas con
truncadura de sus seis vértices.
Foto No. 8
CRISTAL DOBLE Y
TETRAEDRO CON
TRUNCADURAS
Cristal izquierdo:
CRISTAL DOBLE
(Octaedro-hexaedro)
Cristal derecho:
TETRAEDRO CON
TRUNCADURAS
Foto No. 9
Octaedro de Alumbre
de Cromo.
<
■■:$'<*
Fig. 16
Macla de compenetración del Alumbre de
Potasio. (Transparente)
Macla de yux taposición del Ferricianuro potásico
(Color rojo rubí)
193 —
Existe el Isomorfismo perfecto en que dos sustancias isomorfas pueden dar cristales isomorfos homogéneos por el cambio continuo de la composición química intermedia entre
ambos.
Existe el Isomorfisfo imperfecto cuando no se llegan a obtener cristales mixtos.
Ejemplos de Isomorfismo. La serie de carbonatos de los
metales alcalino-térreos:
Nombre
fórmula
Giobertita
Calcita
Smitsonita
Carbonato de Cd
Rodocrosita
Siderita
CO^ Mg
CC^ Ca
COÍ3 Zn
CQ3 Cd
CO3 Mn
CO3 Fe
ángulo
103»
101°
103°
102°
102°
103°
21,5'
55,
28,
30,
50,
04,
Estas sustancias cristalizan en el sistema hexagonal, en la
dase escalenoédrica o en la romboédrica. La calcita presenta
mayor riqueza de formas cristalinas; se han descubierto más de
175 formas distintas.
Los cristales de todas estas sustancias presentan una exafloración perfecta.
El isomorfismo estricto es habitual entre sustancias de un
volumen molecular muy análogo, mientras que el isomorfismo
en general, es propio de sustancias de volumen molecular distinto. "Volumen molecular es un número proporcional al volumen de vma molécula de la sustancia. Este número se obtiene de dividir el peso molecular de dicha sustancia por su densidad.
— 194 —
ISOMORFISMO
Esquema del isomorfismo que presentan los alumbres de
Potasio y de Cromo. E l octaedro interior es de Cromo; el exte­
rior de Potasio. Remitimos a las fotos.
— 195 —
■
Al isomorfismo se refieren también las "soluciones sólidas". En los cristales de siderita tenemos una red de átomos
de carbono, tres redes de átomos de oxígeno y una red de átomos de hierro, intercaladas unas en otras. Por el cambio del
hierro por el magnesio tenemos otro volumen molecular, pero la estructura de la sustancia no se destruye, solamente se
desfigura un poco, a consecuencia de lo cual varían un poco
los ángulos del romboedro fundamental y las formas que presenta.
Hay otro fenómeno curioso que observar. Los cristales de
ClNH^ llegan a absorber ClgFe en la cantidad del 17% y se tiñen de color oscuro que permanece homogéneo. En el intervalo de los conjuntos reticulares de la sustancia principal se dispone de la sustancia disuelta, sin alterar la estructura o con un
pequeño cambio de las dimensiones de la celdilla elemental
de la sustancia principal.
De este modo pueden explicarse ciertos fenómenos como
es la coloración de los cristales; el coridón, AI2O3, incoloro,
da por mezcla con el CrgOj el rubí rojo, y por adición de Fe
o de Ti, el zafiro azul. Esta coloración frecuentemente depende de una cantidad prácticamente nula de mezcla, expresada
a veces por un pequeño tanto por ciento de su composición.
D.— ISOMORFISMO Y FORMA MIXTA DE CRISTALES
Además de las sustancias isomorfas señaladas en la Tabla
2, existen otra infinidad de cuerpos que cristalizan de la misma manera. Tales por ejemplo, los alumbres de potasio y cromo. Unos bonitos ejemplares se presentan en las fotos 6, 7 y 8.
Gracias a esta propiedad que presentan estas sustancias pode•mo dar varias capas a una misma figura como en el caso de
los octaedros descritos anteriormente.
Son isomorfos los sulfatos de magnesio, manganeso, cobalto, níquel y zinc, en los S 0 4 (NH 4 ) 2 y S0 4 K2, alcalinos am— 196 —
bos, e isomorfos el ion amonio juega el mismo papel que el
de potasio en la estructura. Las dimensiones de la "celda unitaria" de los cristales crecidos bajo similares condiciones son
casi las mismas.
Las medidas de ángulos serían necesarias para distinguir
entre los dos cristales por métodos morfológicos.
La razón de esta semejanza es porque los iones de NH4* y
K + son muy semejantes en tamaño y caracteres químicos. De
ahí que tiene los mismos empaquetamientos con el ion S0 4
Una mezcla de soluciones de sulfatos de amonio y potasio
depositan cristales que pueden contener cantidades proporck>
nales de las dos sustancias y que tienen las dimensiones de la
celda unitaria intermedia entre los dos componentes puros. Es<
tos cristales se llaman "cristales mezclados". Los explicados
para los sulfaots de amonio y potasio lo podemos aplicar a ios
dos alumbres antes mencionados.
Hay que recordar que no todas las' sustancias isomorfas
forman cristales mezclados. La calcita (C0 3 Ca) y el nitrato de
sodio ('N03Na), forman arreglos atómicos semejantes; sus
celdas unitarias son romboedros, en ambos casos de dimensiones parecidas y corresponden también a iones de mismos tamaños; pero no forman cristales mezclados. La razón probable es que sus solubilidades en agua son muy diferentes.
Cuando se mezclan dos soluciones no isomorfas, como la
realizada en el laboratorio con el dicromato potásico y sulfato
ferroso, explicado en el capítulo X, nunca forman un mismo
sistema cristalino, sino que cada sustancia adquiere la forma
característica, lo mismo que si estuviera separada dicha solución. Esto nos pone de manifiesto una vez más el cumplimiento de las leyes critalográficas descubiertas a fines del siglo pasado.
— 197 —
E.— CRECIMIENTO ORIENTADO
Sustancias isomorfas que no forman cristales mezclados
pueden realizar algo más interesante aún: Un cristal puede crecer en otro con una orientación paralela. Viene a ser un cristal "parásito", que crece a expensas d d otro, pero sin participar de su sustancia.
El nitrato de sodio viene a resultar un cristal "parásito"
con respecto a la calcita. El isomorfismo no es indispensable
para que se dé d crecimiento orientado de cristales, fig. 9; es
suficiente que el arreglo de los átomos en una plano particular
del cristal sea similar en tamaño al arreglo de empaquetamiento atómico en uno de los planos del cristal, en otras palabras
las dos estructuras pueden ser totalmente diferentes.
En la fig. 9 la urea orientada en contacto con las caras del
cristal cúbico del cloruro de amonio (C1NH 4 ).
F.— SUSTANCIAS POLIMORFAS
Recibe el nombre de polimorfismo la propiedad que poseen algunas sustancias de cristalizar en dos o varias formas
distintas entre sí por sus constantes cristalográficas y que frecuentemente pertenece a singonías diferentes (2).
Las diferentes estructuras que presenta una misma sustancia se debe a diferentes modos de empaquetamiento de sus
unidades de construcción. A veces una estructura particular
puede solo existir dentro de un grado de temperatura y si la
temperatura sale de esa medida se produce una rápida reorganización de unidades de construcción (átomos, moléculas, iones) para formar diferentes arreglos.
El azufre, por ejemplo, forma empaquetamientos o arreglos ortorómbicos a la temperatura ambiente, y monoclínicos
(2) BOLDYREV A., CRISTALOGRAFÍA, labor, Barcelona, 1934, pág. 390
— 198 —
cuando pasa de los 95°C. Otro ejemplo más sorprendente es
el del nitrato de amonio, que existe en cinco formas cristalinas
diferentes, cada uña de las cuales se torna en otra con el cambio simultáneo de la temperatura. Otras sustancias existen en
dos o más formas que son aparentemente estables a la misma
temperatura. El carbonato de calcio, cristaliza en forma romboédrica ,calcita y en forma ortorrómbica, aragonita.
Como resumen del polimorfismo podríamos señalar que
cuando las relaciones de radios de las unidades componentes
se aproximan a los valores críticos son posibles los tránsitos
de una estructura a otra como resultado de variaciones en las
de la formación son las que determinan el modo d d empaquetamiento atómico.
En el caso del carbono, si en el momento de la cristalización reinan elevadas temperaturas y presiones resulta una disposición tetraédrica de una empaquetamiento compacto y se
forma el mineral diamante.
En otras condiciones resulta una disposición planearía
de átomos de carbono fuertemente unidos en la que los planos
están muy separados y débilmente ligados formándose el mineral grafito, que tiene propiedades muy diferentes que las d d
diamante.
G.— CRISTALES SEUDOMORFOS
Algunos cristales presentan formas externas que no corresponden a la disposición interna de las unidades que las
componen; estos cristales son los seudomórficos.
Se forman estos tipos de cristales primero generando un
cristal normal cuya forma externa corresponde y refleja la disposición interna de las unidades. Después el cristal sufre una
alteración formándose otro nuevo que conserva la forma exterior del cristal. La alteración de las formas del cristal mineral puede ser total o parcial. Cuando ocurre lo primero un mi— 199 —
neral puede haber sustituido al otro. Ejemplo, el fluorita cristaliza en cubos. Sobre ella puede actuar agua con sílice; entonces la fluorita se disuelve y al mismo tiempo la sílice en forma
de cristal de cuarzo, con cristalización cúbica, que es tma forma falsa de cristalización.
Debido a este proceso de sustitución se forma la madera
fósil que conserva sus características texturales.
El seudomorfismo puede deberse a un cambio químico
parcial. "La redisposición interna de los constituyentes de una
forma polimorfa de un mineral, dando lugar a otra forma distinta, pero sin destrucción del aspecto exterior primitivo es una
"seudomorfis" (3).
Un ejemplo es la calcita que cristaliza en la dase escalenoédrica del sistema hexagonal y que también se presenta como
aragonito que es rómbico y bipiramidal. El aragonito se deposita primero como tal, pero al cambiar las formas externas sufrió una inversión tomando la forma calcita, más estable que
conservándose la forma extema del aragonito.
Las cavidades ocurridas por la separación de un mineral
pueden ser rellenadas por otro y por tanto este segundo mineral es un seudomorfismo. Un cristal de un mineral puede ser
recubierto por otro mineral desapareciendo posteriormente el
primero; el resultado es un tipo de seudomorfismo poco frecuente.
H.— ERIZOS
Algunas sustancias, bajo ciertas condiciones cristalizan no
como simples cristales o combinaciones gemelas, sino como
agregados de un gran número de cristales que irradian desde
(3) WADE F., CRISTALOGRAFÍA Y MINERALOGÍA. Omega, Barcelona. 1963,
pág. 145.
— 200 —
un punto. E stos agregados los denominamos erizos, por su si
militud con los auténticos erizos.
Son cristales en formas de agujas, el sulfato de amonio,
que pueden inclusive mostrar caras prismáticas, como el fe­
rricianuro potásico. Los erizos son agrupaciones cristalinas muy
conocidas en mineralogía y en los productos de reacciones quí­
micas inorgánicas, inclusive el C03Ca se halla a veces en for­
ma de erizos.
Entre las sustancias orgánicas es un buen ejemplo el ace­
tato de colesterol y D D T.
Este tipo de crecimiento de cristales es muy común en
grandes polímeros como polietileno y nylon, y puede conside­
rarse como la forma normal de cristalización de estas sustan­
cias.
I.— CRISTALE S FILIFORME S.
Son cristales simples que se han desarrollado en forma
de filamentos. E stos filamentos se originan por "estrujamien­
to" espontáneo u obtenido de un medio sobresaturado, por mé­
todos físicos o reacción química. Se originan las formas capri­
chosas. del medio.
Hoy se ha comprobado que la causa de este estrujamien­
to espontáneo es el relajamiento de la tensión interna.
Filamentos compuestos de gran variedad de sustancias:
■mercurio, grafito, cloruro potásico, etc. se han obtenido por
•medios sobresaturados. Tienen estos filamentos algunas mi­
eras de diámetro y varios centímetros de largo; algunas son
muy fuertes tanto en tensión como en reflexión.
— 201 —
B. PROCESO SEGUIDO EN EL CRECIMIENTO DE LAS
CAPAS Y DEL CRISTAL EN GENERAL
Contra la opinión generalizada de que hay que mantener
en reposo la solución para que crezcan los cristales, manteniendo días y días el cristal dentro de la solución, nuestra experiencia nos afirma que da excelentes resultados el colocar en
la solución el cristal que se desea hacer crecer pero durante
uno o dos días. Después se saca el cristal dentro de la solución
se satura de nuevo el agua madre con agitación del recipiente
que contienen un excedente de la sal en solución para favorecer precisamente la saturadón.
Si se trabaja en una habitación sometida a cambios de
temperatura, correspondientes al soleamiento diurno, cosa no
recomendada, es mejor esperar hasta las horas de la tarde para poder introducir de nuevo d cristal dentro del agua madre
vuelta a saturar y se deja entonces sí en reposo para que se
produzca la cristalización por evaporación lenta de la solución.
a)VentaJas de la siembra y crecimiento de cristales por
la tarde.'— Si se siembran los cristales por la mañana se corre
el riesgo de que se diluyan, porque al aumentar la temperatura
ambiente también aumenta la de la solución y por ende, su
coeficiente de solubilidad, que lo va a satisfacer diluyendo las
aristas y las caras superiores d d cristal que se pretendía hacer crecer. Este desgaste del cristal se presenta en forma de
desgaste parcial de aristas ycaras, con abombamiento o redondeamiento de vértices.
La consecuencia es sembrar los cristales en la tarde a 17
o 18°C. y retirarlos por la mañana cuando empieza a aumentar la temperatura ambiente. Con esto queda demostrado que
el factor "reposo" de que vienen hablando los tratados de cristalografía es un ideal que hay que modificar.
— 202 —
b)Cómo se siembran los cristales.— Otra inexactitud que
se sigue leyendo, es que suspendiendo el cristal en el agua madre resultan cristales perfectos. Cuanto más desarrollo se dé
al cristal, mayor irregularidad se va adquiriendo, además de
impedir el normal desarrollo de las caras el hilo que sujeta a
dicho cristal. Para comprobar lo correcto de nuestra posición
nos remitimos a las figs. 7-9 y 7-10. Enellas se observan dos factores de gran importancia: las corrientes de concentración de
la solución que lava las caras si la solución no está completamente saturada, o hacer crecer el cristal desmesuradamente
aquellas caras que están siempre más próximas al fondo, por
poseer estos fondos una mayor concentración de la sal. Al estar siempre las mismas caras en los mismos pero distintos
niveles de saturación, forzosamente unas caras crecerán más
que otras.
Cómo se corrige esta falla? Nuestra manera de sembrar
cristales es colocándolos en e) fondo de la cristalizadora. Las
caras no crecen uniformemente. La base donde descansa el cristal solo crece en los bordes, quedando una ligera rebaba en su
cara. Las otras caras más próximas al fondo de la cristalizadora crecen más rápidamente que las que se hallan más próximas a la superficie.
Pero estas fallas aparentes se corrigen cambiando perió. dicamente de posición las caras del cristal y se desarrollan de
esa forma uniformemente, resultando cristales casi geométricos.
— 203 —
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-!-205 —
EJEMPLOS DE CRISTALES
CRECIDOS EN EL LABORATORIO
Foto 6
Foto 7
Conjunto de octaedros de alumbre
de cromo y de potasio con dos y tres
capas de cristalización.
Octaedro de dos capas
con truncadura de sus
seis vértices.
CRISTAL DOBLE Y
TETRAEDRO CON
TRUNCADURAS
Foto 9
Foto 8
Cristal izquierdo:
CRISTAL DOBLE
(Octaedro—hexaedro)
Cristal derecho:
TETRAEDRO CON
TRUNCADURAS
Octaedro de Alumbre de Cromo
Cambios morfológicos en plantas
de trigo irradiado
Nelly Burbano O. y Ricardo A. Muñoz
Instituto de Ciencias
Facultad de Pedagogía
Pontificia Universidad Católica del Ecuador
RESUMEN
Se estudia la acción de la radiación gamma sobre semillas
de trigo que fueron irradiadas con diferentes dosis.
Se han observado cambios morfológicos en hojas, tallos,
raices y espigas de seis variedades de trigo nacional de primera generación.
,
Se obtuvo un aumento de peso en los granos provenientes
de plantas cuyas semillas recibieron cierta dosis de irradiación
gamma.
Los tiempos de germinación también variaron de acuerdo a la dosis aplicada.
— 207 —
INTRODUCCIÓN
La función de la Universidad es en primer lugar la formación de sus profesionales en las diferentes disciplinas del saber humano.
Esa formación debe estar acorde con el desarrollo científico y tecnológico del país, así como con los problemas que encara el estado de desarrollo en que se encuentra.
La finalidad de este trabajo ha sido por una parte, el motivar a los estudiantes universitarios para que reflexionen sobre la obligación que tienen como integrantes de la Universidad, de hacer uso de los progresos que el avance de la. ciencia
ofrece a toda la humanidad.
'El uso pacífico de la energía nuclear debe ser una herramienta que sea manipulada por los profesionales de las diferentes ramas, a fin de que su preparación y formación profesional marche paralelamente con el avance actual de la ofenda.
Por otra parte, se busca con este trabajo contribuir, a través de la universidad, al mejoramiento de las condiciones nutricionales de nuestro pueblo, por medio de trabajos que directa
o indirectamente influyan sobre el aumento nutricional de los
alimentos que están al alcance del pueblo, en general.
Algunos estudios realizados en el mundo científico, muestran que mediante la irradiación de semillas se puede incrementar el contenido proteínico de los cereales (1 - 4).
El aumento de peso obtenido en los granos de plantas de
semillas irradiadas dan ya un índice de que se pueden mejorar
•las condiciones originales del trigo para lograr un incremento
en su poder nutricional.
He aquí entonces, una senda abierta para que este segundo
objetivo se continue hasta su logro final.
— 208 —
PARTE EXPERIMENTAL
Materiales y Métodos
Semillas escogidas.— Se emplearon seis variedades de semillas de trigo con los siguientes pesos hectolítrieos:
VaHiedad
Pesos hectolítricos
Amazonas
Atacazo
Bonza
Crespo
Ñapo
Rumiñahui
78,50
79,20
76,80
79,60
77,50
78,00
Se utilizaron semillas previamente tratadas con el desinfectante Farbweske Hoechst en la proporción de 5 gr. de desinfectante por kilogramo de semillas secas.
Las semillas desinfectadas se guardaron durante 30 días
antes de su irradiación y siembra, en fundas de polietileno
herméticamente selladas.
Irradiación de las semillas.— Se pesaron cantidades de 100
gr. de semillas de cada variedad y se irradiaron en funditas de
polietileno en el irradiador GAMACELL-200 del Instituto de
Ciencias Nucleares de la Escuela Politécnica Nacional.
Las dosis aplicadas fueron las siguientes:
•Nomenclatura
Dosis aplicadas- en Kilorads
a
b
0 (testigo)
2
c
4
d
e
f
g
5
10
20
100
— 209 —
La dosimetría de la fuente de cobalto-60 se efectuó en las
mismas condiciones de irradiación de las semillas por medio
del dosímetro químico de Fricke (5)
Preparación del Terreno.— El terreno destinado a la siembra de las semillas irradiadas estuvo localizado junto al invernadero de la Facultad de Pedagogía de la Pontificia Universidad Católica, en Quito, es decir a aproximadamente 2.800 m.
sobre el nivel del mar.
El terreno fue nuevo, y fue preparado en la forma rutinaria con abono natural de origen animal. Este terreno recibía
sol durante ocho horas cuando el día era de pleno sol. El terreno no recibió iluminación artificial de ninguna clase. Tampoco estuvo en condiciones cerradas, sir^o a la intemperie, es
decir con los cambios naturales de temperatura y humedad.
Siembra de las semillas.— De cada variedad de las semillas ya irradiadas se escogieron cinco semillas que se sembraron en pequeños orificios de 5 cm. -de profundidad, medida que
se trató de mantenerla constante para todos los casos, con el
fin de estimar la germinación en condidones similares para
todas las semillas.
Las semillas se sembraron después de 16 horas de terminada la irradiación.
La siembra se efectuó de acuerdo a la distribución que se
indica en el cuadro N' 1.
— 210 —
CUADRO
N
?
1
DISTRIBUCIÓN PARA LA SIEMBRA DE SEMILLAS DE
TRIGO DE ACUERDO A LA VARIEDAD Y A LA DOSIS DE
IRRADIACIÓN
NORTE
6a
6b
6c
OCCIDENTE 6d
6e
6f
6g
5a
5b
5c
5dl
5e
5f
5g
4a
4b
4c
4di
4e
4f
4g
3a
3b
3c
3d
3e
3f
3g
2a
2b
la
Ib
2c
le
2d
2e
2f
2g
Id ORIENTE
le
If
lg
SUR
2g.
1 g1 f. ' 2 f.
2 e.
1 e.
1 d.
2 d.
1 c.
2 c.
1 b.
2 b.
1 a.
2 a.
ORIENTE
3g.
3 f.
3 e.
3 d.
3 c.
3 b.
3 a.
4 g4 f.
4 e.
4 d.
4 c.
4 b.
4 a.
OCCIDENTE
NOMENCLATURA
Variedad
Amazonas
Atacazo
Bonza
Crespo
Ñapo
Rumiñahui
a
b
c
Dosis aplicada
0 Kilorads (testigo)
2
4
d
é
f
5
10
20
g
100
— 211 —
RESULTADO S
Tiempo de germinadón de las semillas.— Debido a que las
semillas germinaban en el mismo terreno, se empezó a contar
el tiempo de germinación el día y hora en que aparecía la planta sobre la superficie de la tierra.
Los datos experimentales de los tiempos de germinación
se ordenan en el cuadro N 9 2.
. Cambios morfológicos de las plantas.— Los cambios morfológicos de las diferentes partes de las plantas son muy notables.
Para la evaluación de los cambios morfológicos observados, se tomaron las medidas como se indica en la figura N 9 1.
Cambios en la planta total.— El primer efecto notable
es la influencia sobre el tamaño de la planta, con la tendencia
al enanismo en proporción a la dosis de irradiación. Este efecto se observó claramente en las plantas de trigo irradiado, como se aprecia en las fotografías 1 y 2.
Los datos numéricos de este efecto se detallan en el cuadro N' 2.
Cambios en las hojas.— En las hojas, también el efecto
es la reducción en el tamaño, tanto en su longitud como en su
anchura.
Los valores munéricos experimentales se anotan en el cua• dro N9 2, y la fotografía 3 muestra este efecto que es proporcional a la dosis aplicada a las semillas.
— 212 —
Ancho de
la Hoja
SUPLANTA DE TRIGO
Longitud de la planta en cm.
Ancho de la hoja en cm
Fig. N9 1.— Partes de la planta que se midieron para su comparación,
— 213 —
Fotografía N 9 1 Plantadón Conjunto
Vista del Sur
— 214 —
Fotografía N 9 2.— Efectos de las radiaciones gamma sobre la
morfología de planta en general, proyenienr
te de semillas de trigo irradiado.
1) 0 kilorads
2) 2 kilorads
3) 4 kilorads
4) 5 kilorads
5) 10 kilorads
6V 20 kilorads
— 215 —
Fotografía N' 3.— Efectos de las radiaciones gamma sobre JM
morfología de las hojas, de f i n t a s provenientes de semillas irradiadas.
t) 0 kilorads
2) 2 kilorads
3) 4 kilorads
h
' :'
4) S kiloraás
5} 10 küorads
é) 20 kilorads
Ombtm m ttflgm y nlte*¿- Los cambios morfológicos
se preseataran «amlito en las espigas y en las raices. Estos
cambios tuvieroii relación directa a m la dosis de radiación
gamma» «pUccdas a las semillas de trigo, como se observa en
la fotografía 4.
Las espigas tendieron a reducir su tamaño con el aumento
de I» radiación gamma. Lo mismo ocurrió con las raices, no— 216 —
tándose además una tendencia a adelgazar y a reducir el número de raicillas.
Cambios en los tallos.— En la fotografía 5, se observa como el tamaño del tallo se va reduciendo a medida que aumenta la dosis de irradiación aplicada a las semillas. Dicha reducción no ocurre solamente en la longitud del tallo, sino también
en el diámetro del mismo. (Ver cuadro N' 2.).
Mi i ^
^
i
Fotografía N' 4.-
1)
2)
3)
i
j
•ifclf
Efectos de las radiaciones gamma sobre la
morfología de las espigas y de las raices,
de plantas provenientes de semillas irradiadas.
4) 5 kilorads
5) 10 kilorads
6) 20 kilorads
0 kilorads
2 kilorads
4 kilorads
— 217 —
Fotografía N 9 5.— Efectos de la radiación gamma sobre la
morfología de los tallos, de plantas provenientes de semillas irradiadas
4) 5 kilorads
5) 10 kilorads
6) 20 kilorads
1) 0 kilorads
2) 2 kilorads
3) 4 kilorads
— 218-
COMENTARIOS Y CONCLUSIONES
A más de los cambios morfológicos observados e indicados en los cuadros y fotografías, se pueden anotar otros cambios, que resultan de enorme interés para otro tipo de estudios.
Tal es el caso del aumento de peso en lo granos cosechados,
aumento que se registra en productos provenientes de semillas que recibieron cierta dosis de irradiación, dependiendo
además de la variedad de trigo. Por ejemplo, en la variedad
Amazonas se aprecia este aumento de peso en aquellos productos de semillas que se irradiaron con 10 y 20 kilorads, mientras en la variedad Bonza se aprecia ese aumento de peso para
todas las dosis de irradiación hasta los 20 kilorads, inclusive.
Es importante observar que en la variedad Ñapo, aunque
no hubo variación en el tiempo de aparición de la espiga, sin
embargo hubo considerables aumentos de peso en las semillas
cosechadas de semillas que se irradiaron con 4 y 10 kilorads.
Resultaría de sumo interés, investigar en forma más profunda la causa de estos aumentos de peso en los productos alimenticios, porque una de las metas en la irradiación de semillas es el de mejorar las cosechas, no solo para aumentar el
rendimiento de los alimentos, sino para obtener mayor valor
nutritivo en los mismos granos.
Por ejemplo, debería investigarse si ese aumento de peso
es causado por el aumento de compuestos nitrogenados, esto
es de aminoácidos y proteínas, o de hidratos de carbono, o de
otros compuestos de valor nutritivo. (6,7).
Otra información valiosa obtenida en este trabajo es que
la dosis de 100 kilorads resulta excesiva, ya que ninguna semilla de ninguna de las variedades empleadas llegó a germinar,
y por consiguiente a crecer.
Habría que investigar también la dosis crítica para las
diferentes variedades de trigo, que necesariamente está entre
los 20 y 100 kilorads.
— 219 —
El efecto en la reducción en la altura de los tallos, debería considerarse para posteriores estudios en las diferentes
variedades con el fin de utilizar esa acción para áreas con alta
incidencia de vientos donde resulta más apropiada la planta
pequeña para resistir mejor a la fuerza de los vientos. (8).
Como consecuencia del menor tamaño en la planta total
es de esperarse un mejor aprovechamiento de los principios
nutritivos del sueloy del aire por parte de las partes nutritivas
del trigo antes que por la planta en general.
Las principales conclusiones que podemos anotar de este
trabajo son las siguientes:
1) Mediante un trabajo bastante simple, aunque largo
en lo que respecta al tiempo, se ha demostrado como con solo
irradiar unas pocas semillas de trigo y luego plantarlas en un
espacio pequeño de terreno, se pueden mostrar a los estudiantes tantas variaciones en la morfología de las plantas provenientes de esas semillas irradiadas.
2) Esos cambios observados como simples cambios morfológicos pueden despertar en el alumno la afición a investigar la naturaleza de esos cambios, lo cual involucra estudios
de fisiología, genética, bioquímica, botánica y aún aspectos de
pedagogía.
3) Ese interés derivado de los resultados tan contrastantes que observa el alumno, estimula necesariamente el espíritu de investigación y por si mismo halla temas de investigación
derivados de los trabajos que ha observado.
4) Creemos que con un gasto relativamente bajo hemos
podido ofrecer un trabajo bastante objetivo que puede servir
para transmitir a los estudiantes, aspectos de actualidad sin la
complicación que se pretende dar a las ciencias nucleares.
Por otra parte, hemos ofrecido un tema de enorme interés,
como son las aplicaciones útiles y pacíficas de la energía nuclear.
-220 —
A G R A D E C I M I E N T O : - Los autores expresan su
agradecimiento a la Escuela Politécnica Nacional por habernos proporcionado las facilidades para la irradiación de las
semillas en la fuente de Cobalto - 60 de su Instituto de Ciencias
Nucleares.
i t
BIBLIOGRAFÍA
1)
Dubtsov, G.G., Petrykin, A. D., Khlebni, V. S., and Savrosina, T. N., "Effect
of Gamma-Radiation and Postirradiation Storage on the Formation of
Gibberellin-like substances in Germinating Sring Wheat Seeds," Radiobiologiya, 16, 935 (1976), from Chem. Abstr. 86, 67570 e (1977)
2)
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Radiation on the Glutamic Aclid Decarboxylase Activity in Stored Wheat",
Mikrochlm. Acta, N' 3, 381 (1974), from Chem Abstr., 81, (7), 36655d
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Massa, M. H. L. M., Fagundes, C. C. L, and Da Cruz, M. H. L, "Report 1971
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15 (1976) from chem Abstr., 86 (,25 187918w (1977)
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Labana, K. S., Sekhon, K. S., Ahuja, K. L, and Grupta, M. L, "Effects of
Gamma Radiation on OH Qualitiy of Raya," Indian J, Agrie. Res., 10, 57
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8)
Favret, E. A., "Aplicaciones de las radiaciones ionizantes en la genética
vegetal", Memorias Primera Reunión Intearmericana sobre la Aplicación
de la energía nuclear al aumento de la productividad agrícola, Unión Panamericana 1969, p. 95.
— 221 —
VARIACIONES EXPERIMENTALES DE LA IRRADIACIÓN EN SEMILLAS DE TRIGO
VARIEDADES:
DOSIS DE IRRADIACIÓN:
1) Amazonas
a) Sin irradiar (testigo]
b)
2 kilorads
2) Atacazo
3) Bonza
c)
4) Crespo
NomM
clatun
• n dias de
24 horas
1 — a
7
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5) Nepo
6) Rumiñahui
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.
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M e d i d » en
30 dies después de le
germiiiaclón
Medidas en
90 diet
M s d l d u en
60 dies
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Medidas en
120 dies
da
gHud en cm
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A:
L:
A;
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L.
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23,5
1.3
23,3
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23
1.1
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1.5
17.9
1
21
1.2
L:
A:
L
A:
L;
A:
L:
A:
L:
A:
L:
A:
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2
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1.5
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1.8
69
1.7
65
1.8
72
1.8
L:
A:
L:
A:
L:
A:
L:
A:
L:
A:
L:
A:
84
2.3
85
1.6
97
1.9
85
161
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1.2
88
1.9
L:
A:
L:
A:
L:
A:
L:
A:
L:
A:
L:
A:
95
2.5
89
1.7
99
2
87
2
88.2
2
90
2.1
L:
A:
L:
A:
L;
A:
L:
A:
L:
A:
L.
A:
22.1
1.1
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1
17
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0.8
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A:
L:
A:
73
1.7
70
1.3
74
1.3
53
1.3
73
1.7
54
1.5
L:
A:
L:
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L:
A:
L:
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L:
A:
82
2
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1.2
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1.8
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1.5
L:
A:
L:
A:
L:
A:
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A;
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L:
A:
87
1.6
88
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1.9
92
2
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2
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1.6
L:
A:
L:
L:
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A:
L:
A:
L:
A:
26.5
1
27.4
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1
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1
23
1.5
25
1
L:
A:
L:
L:
A;
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A:
L
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L:
A:
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1.6
90
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68
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A.
L:
A:
L
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L:
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105
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103
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2.9876
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L:17
35878
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L:10
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75
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L:10
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L:9.5
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1:8.5
3.1846
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L:16
35400
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60
L:17.5
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L:19.5
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3.0402
),
Estudio de los fertilizantes y su acción en el
cultivo de la "Vainita extranjera"
Trabajo realizado en la Pontificia Universidad Católica del
Ecuador por la Leda. Yolanda Jibaja A. en los años 1977 y 1978
dirigido por la Dra. Carlota Naranjo N.
El trabajo comprende dos partes fundamentales: El estudio del suelo y el de los fertilizantes en forma teórica y práctica, terminando el tratado con conclusiones y recomendaciones válidas en la docencia y en la agricultura.
I.— EL SUELO.— A.— Propiedades Físicas.— Son las que
están de acuerdo con el comportamiento mecánico del suelo
cuando se encuentra seco y húmedo; estas propiedades son:
textura, estructura, permeabilidad, color, porosidad, y plasticidad.
a)Textura.— Se refiere al tamaño de las partículas del
suelo.
TAMAÑOS LIMITAS DE LAS PARTÍCULAS
FRACCIÓN
Arena
Limo
Arcilla
PARTÍCULA
: -Í
Muy gruesa
Gruesa
Media
Fina
• Muy Fina
Limo
Arcilla
— 223-
TAMAÑO (mm)
2 —
1 —
0.5 —
0.25
0.10—
0.05—
menos
1
0.5
0.25
0.10
0.05
0.002
de 0.002
b) Estructura.— Esta se refiere a la ordenación de partículas en el suelo. Si el suelo es rico en arena y limo no existe
una ordenación estructural por la ausencia de aglutinantes.
Los tipos de suelo en que se clasifican de acuerdo a su estructura son: granular simple, macizo, laminar, prismático y
terronoso.
Factores que afectan la estructura.— Entre los factores que
modifican la estructura se pueden citar los siguientes:
1.— Las heladas y los deshielos
2.— La humectación y la desecación
3.— La construcción de madrigueras por insectos y otros pequeños animales.
4.— El desarrollo de las raices de las plantas grandes.
5.^- La labranza, ésta afloja el suelo permitiendo una mayor
aireación.
c) Permeabilidad.— Consiste en la facilidad con que el sue'o deja pasar el agua, siendo ésta una propiedad por la cual pueden las raices de las plantas nutrirse de las substancias líquidas del suelo.
d) Color.— En esta característica puede influir el contenido de humus, el clima, la oxidación de metales, etc.
e) Porosidad.^- Está representada por la suma total de
huecos que-existen en el suelo en estado seco y que sirvieron
para absorber agua ya ire; permitiendo además la fácil penetración de las raices en el suelo.
f) Plasticidad.— Es la facultad de un material para cambiar de forma bajo la influencia de una fuerza aplicada. En
los suelos esta propiedad está asociada con la presencia de
jnaterial coloidal inorgánico y siempre que exista una cierta
proporción de agua.
— 224 —
B.— EI Suelo y el pH.—
La reacción acida, básica o neutra del suelo ha servido de
base para la siguiente clasificación:
CLASIFICACIÓN
General
Ácidos
Alcalinos
pH
Parcial
Muy acida
Acida
Poco acida
Neutro
Foco alcalinos
Alcalinos
Muy alcalinos
menos de 3.8
3.8 — 5.5
5.5 — 7
7
7 — 8
8 — 9.2
más de 9.2
La acidez del suelo es producida por la abundancia de agua,
mientras que su escasez da lugar a suelos mas o menos alcalinos. Los lavados del suelo provocan la acidez de éste, en cambio la alcalinidad se produce cuando las sales de calcio, magnesio, sodio, etc., predominan; factores que deben ser tomados
en cuenta en la agricultura.
C.— Composición Química.—
El suelo básicamente está formado por:
1.— Fase sólida.— Es muy heterogénea y se lo puede dividir en fases inorgánica y orgánica.
aj
Fase sólida inorgánica.— Es una mezcla de materiales que
se diferencia en su constitución, composición y própieda' des, y son conocidas como las materias minerales del suelo. Los mineralesd el suelo se clasafican a su vez en primarios y secundarios.
b)
Fase sólida orgánica.— La materia orgánica comunmente
llamada humus, se deriva principalmente de residuos ve— 225 —
getales, pero también forman parte de ella los excrementos y despojos animales.
La materia orgánica es importante ya que influye en el
suelo cambiando el color, reduce la plasticidad, aumenta la
capacidad de retención del agua, regula el pH y favorece la
producción de substancias inhibidores y activadoras del crecimiento, siendo este último importante para la vida micrabiana del suelo.
2.— Fase líquida.— Los espacios libres que quedan entre
los agregados y las partículas de la fase sólida están ocupados
por la fase líquida y gaseosa.
El agua que penetia en el sueítí no es quimicamente pura, lleva consigo una serie de compuestos que absorbió en parte al descender en el aire o al penetrar en el suelo.
En Química de Suelos y Nutrición Vegetal interesa la composición del agua del suelo, ya que las plantas en crecimiento
toman las substancias nutritivas de la soluciónd el suelo y de
estas en equilibrio con la fase sólida y gaseosa se puede hablar
de una disponibilidad de los elementos nutritivos.
Los iones que frecuentemente se encuentran presentes en
la solución del suelo son:
H+y Na", /C', A/Z/J; C a r ; / ^
W',
SOj',
A/Oj,
3.—Fase Gaseosa.— Entre el 30 y 50% del volumen del
suelo está constituido por espacios libres o porosos, los mismos
que están ocupados por agua y aire. De ordinario las condiciones óptimas para el crecimiento de los vegetales se obtienen
cuando 1/3 de lespacio poroso está ocupado por agua.
— 226 —
D.— Empobrecimiento de los suelos.—
El cultivo de los suelos produce efectos contrarios a la tendencia natural que es la formación de la tierra vegetal. Se pierden medios químicos y biológicos naturales cuya acción lleva
al empobrecimiento del suelo.
La constante eliminación de los nutrientes de las plantas
en las cosechas disminuye el rendimiento de éstas, además
hay pérdidas en el campo físico del suelo a consecuencia de la
eroción, el agua y el viento.
IL— LOS FERTILIZANTES.— A.— Concepto.—
Se entiende como abono o fertilizante a toda substancia
orgánica o mineral que lleva consigo uno o varios elementos
nutritivos para el desarrollo de los vegetales en forma asimilable o de fácil transformación en asimilable.
B.— Componentes de los fertilizantes.—
•La riqueza de los fertilizantes depende del contenido en
porcentaje de nutrientes asimilables que se indican generalmente en el siguiente orden: nitrógeno total (N), anhídrido
fosfórico asimilable (P205) y potasa soluble en agua (K20).
Otras substancias que se las considera también como nutrientes son: calcio, magnesio, cobre, molibdeno, etc.
Un fertilizante en el que su riqueza se expresa con la notación 5—10—5, indica que contiene 5% de nitrógeno total,
10% de anhídrido fosfórico y 5% de potasa soluble.
a)Clasificación de los fertilizantes.— Los fertilizantes se
clasifican en:
1.— Por su origen, siendo éstos de origen natural y mineral.
2.— Por su reacción fisiológica se agrupan en ácidos, neutros
y básicos.
— 227 —
3.— Por sus elementos pueden ser simples y compuestos.
b) Funciones de los elementos nutritivos en las plantas.—
Los elementos nutritivos son las materias requeridas por la
planta para su crecimiento y formación de substancias orgánicas.
Los elementos imprescindibles para el crecimiento vegetal son: nitrógeno, fósforo, potasio, calcio, magnesio, azufre,
hierro, manganeso, cobre, zinc, boro y en algunos casos molibdeno .Estos elementos se suman a los que componen la mayor
parte del tejido vegetal como el carbono, hidrógeno y oxígeno
que las plantas obtienen del bióxido de carbono de la atmósfera y del agua del suelo.
1.—Elementos mayores.— Se los llama al nitrógeno, fósforo y potasio porque son utilizados en grandes cantidades
por las plantas y son las que limitan la producción del suelo.
2.—Elementos secundarios.— Son: calcio, magnesio y azufre; éstos elementos no limitan el desarrollo vegetal como los
anteriores, aunque son utilizados en cantidades considerables.
3.—Elementos menores.— Son: cobre, magnesio, hierro,
boro y molibdeno y se llaman así no por su falta de importancia, sino por las cantidades pequeñas en que son utilizados por
las plantas.
c) Fertilidad del suelo.— Puede entenderse como la productividad del suelo o como la respuesta dada a los gastos de
trabajo y materiales; se pueden considerar dos tipos de fertilidad, la natural y la adquirida.
1.— Fertilidad natural.— Consiste en las aptitudes inherentes
del suelo, o sea, depende de la cantidad y calidad de los
elementos nutritivos existentes en el suelo.
2.— Fertilidad adquirida.— Es de un valor más temporal, la
obtiene el suelo una vez que ha recibido fertilización; és— 228 —
ta tiene por finalidad incrementar los rendimientosy me­
jorar las condiciones nutritivas de la planta.
d) Factores que afectan la fertilidad.— E ntre éstos pueden
mencionarse: dióxido de carbono, luz temperatura adecuada,
humedad, aire, alimentos para la planta, ausencia de constitu­
yentes perjudiciales, ausencia de una competencia excesiva por
las malftfe hierbas, etc.
e) Necesidad de fertilizantes.— Un suelo virgen con vege­
tación silvestre puede satisfacer indefinidamente las necesida­
des de esa vegetación en substancias nutritivas minerales.
En este sistema la pérdida de alimentos es pequeña o nu­
la ya que la erosión es insignificante y la vegetación madura,
muere y devuelve sus elementos nutritivos al suelo.
Pero el momento en que se establece la agricultura desa­
parece el equilibrio nutritivo entre el suelo y la vegetación. Con
el cultivo continuo, los suelos no pueden proporcionar las can­
tidades óptimas de los elementos minerales requeridos, y es
evidente que para conseguir una agricultura prospera, son esen­
ciales las fuentes suplementarias de elementos nutritivos para
las plantas y estas fuentes son las fertilizantes.
f) Factores que afectan el uso de fertilizantes.— La pro­
porción de fertilizantes aplicados al suelo depende de:
1.— La fertilidad natural
2.— Las plantas que se cultivan
i
'.
' ',■
. . . . ­ ■ ■
3.— Las prácticas de cultivo
4.— E l clima
5.— Factores económicos.
— 229 —
g) Métodos para la aplicación de fertilizantes.— Hay 5 mé­
todos para aplicar los fertilizantes, éstos son:
1.— E sparcidos al voleo en la superficie del suelo.
2.— E nterrar en líneas a poca profundidad.
3.— Colocar en bandas a un lado de la semilla.
4.— Colocar en una banda continua en el fondo del surco.
5.— Aplicarlos en el agua de riego.
h) Materiales y métodos.— E l terreno utilizado para el
trabajo está localizado a 12 kms. al Oriente del Cantón Quito
en la parroquia de Cumbayá.
El área total empleada es de 500 metros cuadrados dividi­
da en 8 parcelas, teniendo el suelo las siguientes caracterís­
ticas topográficas:
.•
­
T
.
"■
■„■;.
a) E l terreno es totalmente plano.
b)
Posee algunos árboles frutales.
c)
Anteriormente se ha sembrado hortalizas y legumbres
d)
Para el regadío se utiliza el agua del rio Machángara.
i) Recolección de las muestras^­ Terreno.— Las muestras
del terreno fueron recolectadas aqtes y después del cultivo y
a tres niveles diferentes, así: superficial, a 50 cms y a 80 cms.
de profundidad, todas para su respectivo análisis.
j) Abono.— La selección de abono se realizó de acuerdo
a los usados por agricultores y existentes en las casas comer­
ciales.
Fueron adquiridos en los siguientes: E mporio Agrícola de
Luis Arroyo, el Agricultor, Hoechest E teco, J.J. Ponce y Banco
de Fomento.
— 230 —
Los abonos seleccionados para el trabajo fueron los siguientes: abono extranjero, abono foliar, abono folial, asef,
16—16—16, 0—0—60— y 18—46—0.
k) Métodos.— Los métodos utilizados para el estudio fueron gravimétrico, volumétrico, potenciométrico, Kjeldahl y por
Fotometría de llama.
1) Factores estudiados.^ Fueron los siguientes: pH, humedad, Materia orgánica. Carbonató', .Cloruro, Sulfato, Sílice bruta, Óxidos, Calcio, Magnesio, Sodio, Potasio total. Fósforo total y nitrógeno total.
A continuación se indican algunas tablas y gráficos que
dan idea clara de los resultados de los análisis.
TABLA N' 1
DETERMINACIÓN DE : Materia orgánica
CARACTERÍSTICA
Muestra
N 9 de orden
J
2
3
9
10
11
12
: Suelo no abonado (a).
Muestra relacionada
a nivel
1
1
1
2
2
2
3
3
3
4
4
4
a
a
a
a
a
a
a
a
a
a
a
a
00
50
80
00
50
80
00
50
80
00
50
80
(a)
(a)
(a)
(a)
(a)
(a)
(a)
(a)
(a)
(a)
(a)
(a)
— 231 —
Porcentaje
Materia orgá
5,3457
1,4334
2,7516
5,5258
2,1692
3,0257
5,0059
2,0622
2,8451
6,3868
2,5377
3,3187
TABLA N' 2
DETERMINACIÓN DE : Materia orgánica
CARACTERÍSTICA
Muestra
N de orden
9
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
: Suelo cultivado (b)
Muestra relacionada
a nivel
U a 00 (b)
1 a 50 (b)
1 a 80 (b)
2 a 00 (b)
2 a 50 (b)
2 a 80 (b)
3 a 00 (b)
3 a 50 (b)
3 a 80 (b)
4 a 00 (b)
4 a 50 (b)
4 a 80 (b)
5 a 00 (b)
5 a 50 (b)
5 a 80 (b)
6 a 00 (b)
6 a 50 (b)
6 a 80 (b)
7 a 00 (b)
7 a 50 (b)
7 a 80 (b)
8 a 00 (b)
8 a 50 (b)
8 a 80 (b)
— 232 —
Porcentaje de
Materia orgánica
9,9774
2,8950
3,2857
5,3757
5,0979
2,3857
2,2468
3,0517
2,5205
5,0974
5,9438
5,1473
6,5652
4,9728
5,8423
6,6263
2,5627
3,1701
5,4289
1,5513
2.8752
4,8341
4,6124
5.3218
GRÁFICO N'l
0
20
40
60
PROFUNDIDAD (cms.)
NIVEL
(cms.)
00
50
80
SUELO NO ABONADO
Tabla 1 (
)
5,3457
1,4334
2,7516
- 233
80
100
SUELO CULTIVADO
Tabla 2 (
-)
9,9774
2,8950
3,2857
TABLA N» 3
DETERMINACIÓN DE :
CARACTERÍSTICA
Muestra
Carbonato.
: Suelo no abonado (a).
Muestra relacionada
Porcentaje de
N de orden
a nivel
Carbonato
1
2
1 a 00 (a)
0,1910
1 a 50 (a)
0,1364
3
4
1 a 80 (a)
0,1295
2 a 00 (a)
0,7026
5
6
7
2 a 50 (a)
0,7026
2 a 80 (a)
0,2250
3 a 00 (a)
0,7192
8
9
3 a 50 (a)
0,6891
3 a 80 (a)
0,0681
10
' 4 a 00 (a)
> 0,6070
11
12
4 a 50 (a)
0,6070
4 a 80 (a)
0,1024
9
— 234 —
TABLA N' 4
DETERMINACIÓN DE : Carbonato
CARACTERÍSTICA
: Suelo cultivado (b)
Muestra
N* de orden
Muestra relacionada
a nivel
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
1 a 00 (b)
1 a 50 (b)
1 a 80 (b)
2 a 00 (b)
2 a 50 (b)
2 a 80 (b)
3 a 00 (b)
3 a 50 (b)
3 a 80 (b)
4 a 00 (b)
4 a 50 (b)
4 a 80 (b)
5 a 00 (b)
5 a 50 (b)
5 a 80 (b)
6 a 00 (b)
6 a 50 (b)
6 a 80 (b)
7 a 00 (b)
7 a 50 (b)
7 a 80 (b)
8 a 00 (b)
8 a 50 (b)
8 a 80 (b)
— 235 —
Porcentaje de
Carbonato
3,9246
7.9852
0,6411
12824
3,1522
2,4587
1,4034
2.4879
1,6877
3,9547
1.4601
0,1228
1.0503
1,8331
0,2591
6,7744
0,7640
0,2867
2,8403
2,1304
7,5060
1,9415
1,9870
0,8430
TABLA N 9 5
DETERMINACIÓN DE : Cloruro
CARACTERÍSTICA
: Suelo no abonado (a).
Muestra
Muestra relacionada
Porcentaje de
N» de orden
a nivel
Cloruro
1
1 a 00 (a)
2,4848
2
1 a 50 (a)
1,8858
3
1 a 80 (a)
1,7082
4
2 a 00 (a)
3,6163
5
2 a 00 (a)
2,2406
6
2 a 80 (a)
1,8858
7
3 a 00 (a)
2,3750
8
3 a 50 (a)
1,9721
9
3 a 80 (a)
1,7750
10
4 a 00 (a)
3,1062
11
4 a 50 (a)
3.0172
12
4 a 80 (a)
,1,8636
— 236 —
TABLA N" 6
DETERMINACIÓN DE : Cloruro
CARACTERÍSTICA
: Suelo cultivado (b)
Muestra
Muestra relacionada
Porcentaje de
N* de orden
a nivel
Cloruro
.13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
,
1 a 00 (b)
1 a 50 (b)
1 a 80 (b)
2 a 00 (b)
2 a 50 (b)
2 a 80 (b)
3 a 00 (b)
3 a 50 (b)
. 3 a 80 (b)
4 a 00 (b)
4 a 50 (b)
4 a 80 (b)
5 a 00 (b)
5 a 50 (b)
5 a 80 (b)
6 a 00 (b)
6 a 50 (b)
6 a 80 (b)
7 a 00 (b)
7 a 50 (b)
7 a 80 (b)
8 a 00 (b)
8 a 50 (b)
8 a 80 (b)
— 237 —
4,4375
3,3280
4,2156
4,4375
4,2134
6,2125
6,1012
5,5460
5,5467
3,1062
5,2098
5,2387
5,7687
5,9905
5,8402
6,6562
3,5500
6,6562
6,2125
5,7887
4,8812
5,8752
6,0313
5,2145
GRAFICO N ' 2
CONTENIDO D E CARBONATO
Si-
<
§
PQ
H
i
X
20
¿0
GO
80
100
PROFUNDIDAD (cms.)
GRÁFICO N ' 3
Ts
CONTENIDO D E CLORURO
o
V
H
I
2
2
1,5
20
A0
60
PROFUNDIDAD (cms.)
Suelo n o abonado
Suelo cultivado
— 238 —
go
100
TABLA N" 7
DETERMINACIÓN DE
Potasio total, expresado como K.20
CARACTERÍSTICA
Abonos empleados
Muestra
Nf de orden
37
38
39
40
41
42
43
Nombre Comercial
Abono Extranjero
Abono Foliar (14-14-14)
Abono Folial (7-34-21-3)
Asef
16—16—16
18—46—0
0—0-60
Porcentaje de
Potasio total
10,8461
9,8426
19,6210
24,1000
14,8205
0,2400
54,9500
TABLA N 9 8
DETERMINACIÓN DE : Nitrógeno total
CARACTERÍSTICA
Muestra
N" de orden
37
38
39
40
41
42
43
: Abonos empleados
Nombre Comercial
Abono Extranjero
Abono Foliar (14-14-14)
Abono Folial (7-32-21-3)
Asef
16—16—16
18 16 0
0—0—60—
— 239 —
Porcentaje de
Nitrógeno
10,1500
14,3500
6,5800
11,2000
14,7000
13,1600
0,7000
TABLA N" 9
DETERMINACIÓN DE : Fósforo total, expresado como P205
CARACTERÍSTICA
Muestra
N» de Orden
37
38
39
40
41
42
43
: Abonos empleados
Nombre Comercial
Abono Extranjero
Abono Foliar (14-14-14)
Abono Folial (7-32-21-3)
Asef
16—16—16
18 ló 0
0—0—60
Porcentaje de
Anhid, Fosfórico
17,9300
13,8065
33,5490
21,6770
15,2905
46,1190
0,0000
CONCLUSIONES.—
1.— Los materiales empleados para el análisis, deben estar
completamente limpios, gran parte del éxito obtenido en
los análisis, depende de este aspecto.
2.— Cuando se trabaja con gases, (SH2 ó S03), debe utilizarse la sorbona, para evitar contaminar el ambiente y para seguridad personal.
3.— La materia orgánica se acumula en la superficie, disminuye a 50 y aumenta a 80 cms., el porcentaje es mayor
en suelo cultivado.
4.— La concentración de carbonato y el cloruro, es menor
en suelo no abonado y varía de acuerdo con la profundidad.
— 240 —
5-— Los fertilizantes no producen cambios significativos en
el pH del suelo.
6.— Los fertilizantes poseen un porcentaje bajo de sílice bruta, ésta es insoluble por lo que no puede ser un elemento nutritivo para la planta; de allí que la mayor parte
del fertilizante está constituido por materia asimilable.
7.— Al precipitar Óxidos en las muestras dfe suelo; éste es
de una coloración café, en las muestras de abono es
blanco, el color café del precipitado indica la presencia
de óxidos de hierro en las muestras de suelo.
8.— Los fertilizantes pueden tener poco efecto en la velocidad de crecimiento, pero en la cosecha se observa un aumento de la producción.
9.— La respuesta que un cultivo tenga a la aplicación de ferlizante está determinada a las condiciones de humedad,
ésta se encuentra en mayor concentración en la superficie del suelo.
10.— No puede esperarse que un fertilizante mejore las deficiencias del suelo y del cultivo, nada puede hacer un fertilizante si existen los siguientes factores negativos: mala semilla, malas hierbas, mal drenaje, etc.
11.— La eficacia de un fertilizante depende en gran parte del
método de aplicación, es preferible colocar a 10 centímetros de distancia de la semilla, pero a la misma profundidad.
12.— La producción de "Vainita Extranjera", está relacionada con la cantidad de flores por planta, cuando estas
caen antes de tiempo la producción es escasa.
13.— La sombra que producen los árboles cercanos a la siembra, impiden que la vainita se desarrolle totalmente.
— 241-
14.— Por efecto de las llovisnas, las plantas se resecan, en este caso debe aplicarse una fumigación con insecticidas.
15.— La planta requiere de mucho cuidado, aún en época de
cosecha, si se la estropea la producción baja.
16.— Cuando la humedad es óptima, cerca del 98% de las semillas germinan satisfactoriamente, sin necesidad de realizar una resiembra.
17.— Si bien el objeto del trabajo no fue realizar un control
de calidad de fertilizantes, al estudiar quimicamente a
estos se obtuvo los datos indicados en las tablas N 9 7,
8 y 9 con la muestra N9 40.
Nitrógeno
Fósforo
Potasio
11,2000%
21,6700%
24,1000%
Los valores teóricos son:
Nombre comercial del abono: Asef
Composición en porcentaje:
Nitrógeno
Fósforo
Potasio
12,0000%
24,0000%
27,0000%
Al comparar los valores se observa que la diferencia és
mínima, los valores teóricos por lo tanto se asemejan a los valores prácticos.
Esto nos indica que las casas comercialesc umplen con las
normas generales para la elaboración de fertilizantes; lógicamente- no puede esperarse un rendimiento del 100% en el análisis de constituyentes ni en la elaboración de los abonos, por
una parte puede evaporarse o perderse al momento de fabricar el producto o de realizar el análisis.
— 242 —
IV.— RECOMENDACIONES.—
1-— Cuando se prepara el terreno para el cultivo, lo ideal es
desmenuzar y enterrar los restos vegetales para provocar
su descomposición.
2.— El empleo de semilla desinfectada trae cierta ventaja,
las plantas que germinan van a ser en un porcentaje mayor que cuando se emplea la semilla común, desgraciadamente, por factores económicos no siempre va a ser
posible realizar una siembra bajo tales condiciones, en
este caso, lo conveniente es seleccionar la semilla que se
va a utilizar y se debe recoger aquellos granos gruesos y
sanos.
3.— Para cultivar Vainita, se debe preferir terrenos en los
cuales no existan árboles cercanos, ya que la sombra que
estos producen impiden el desarrollo de la planta.
4.— La distancia entre semilla y semilla
de 50 ni menor de 30 centímetros;
una persona suele ser la distancia a
semilla. Al conservar una distancia
de dar amplitud para que el follaje
sarrolle satisfactoriamente.
debe ser no mayor
el paso normal de
la cual se coloca la
normal, se pretende la planta se de-
5.— El cultivo de "Vainita" se puede realizar en cualquier
época del año, siempre que se posea agua de riego, pues
el agua juega un papel importante en el desarrollo de
esta planta.
6.— La fumigación con insecticidas es de mucha importancia, de ahí que se debe tener presente este aspecto para el
cultivo de la "vainita".
7.— Es conveniente que las ventas dec fertilizantes, se hagan
en base de los requerimientos de las plantas y del análisis del suelo, puesto que el suelo es el principio de la
actividad agronómica y económica del país.
— 243 —
8.— Las indicaciones o recomendaciones dadas por las casas
comerciales distribuidoras de abonos son empíricas, no
tienen en cuenta las condiciones del suelo en que se va a
aplicar el abono por ellos vendido .
9.— Capacitar al agricultor en el empleo racional de fertilizantes, mediante la organización de cursos de extensión
agrícola e instalación de laboratorios de suelos, a los
cuales tengan acceso todos los agricultores que necesiten de sus servicios. Estas actividades incremetarán el
consumo de fertilizantes y al mismo tiempo, elevando
de esta manera la producción y respaldando el enorme
crecimiento poblacional que sufre el país en los últimos
tiempos.
10.— Los colegios Técnico-Agropecuarios, deben tener mayor
atención por parte de las autoridades, porque deben considerar que el cultivo del campo resuelve en parte, muchos problemas: económicos, al aumentar la producción se ampliará el nivel de vida de miles de familias; sociales, al evitar la afluencia de campesinos a las grandes
ciudades, que lógicamente por falta de fuentes de trabajo se dedican a mendigar, a caminar por las calles y en
el peor de los casos a robar como medio de obtener satisfactoriamente sus necesidades.
11.— Como una solución para el gran problema que representa el hambre, el uso de abonos y fertilizantes, está considerado como uno de los medios para su solución; porque
incrementa el rendimiento de la agricultura y ganadería.
— 244 —
EDICIONES
DE LA UNIVERSIDAD
CATÓLICA
(EDUC )
CENTRO DE PUBLICACIONES
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Sentido y trayectoria de la filosofía moderna. 1979.
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Lucha Política y el Origen de los Partidos en el Ecuador. 1978.
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La Siempre Virgen María. 1978.
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Curso de Derecho Civil, 1979.
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CARRION, Fanny
En la voz del silencio (Poesía). 1979.
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El Orden Económico a la luz délo* principios cristianos. 1977.
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María Joaquina en la vida y en la muerte. 1976.
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La Linares (Novela). 1976.
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REVISTA DE LA UNIVERSIDAD CATÓLICA
(23 números).
REVISTA DEL INSTITUTO DE HISTORIA ECLESIÁSTICA
ECUATORIANA
(Nos. 1 , 2 , 3 , 4 ) .