GENERALIDADES La Química es la ciencia que trata de la transformación de la materia, o sea de aquello que esta hecho el universo, de aquello que nos rodea y ocupa un lugar en el espacio. La química descubre las relacionas exactas entre lo que se ve y lo que no se ve y lo que percibimos a través de nuestros sentidos, esto significa estudiar el mundo microscópico de la materia. LA MATERIA Y SUS PROPIEDADES Se puede definir la materia como todo aquello que constituye el mundo físico. Es decir es todo aquello que ocupa un sitio en el espacio, se puede tocar, se puede sentir, se puede medir, etc. Distinguimos las clases de materia por medio de sus propiedades, que a grandes rasgos se pueden clasificar en propiedades físicas y químicas. Propiedades físicas. Son aquellas propiedades que impresionan nuestros sentidos sin alterar su estructura o composición interna. A su vez las propiedades físicas pueden ser extensivas o intensivas: Propiedades Extensivas: Son aquellas propiedades que dependen de la cantidad de materia. Por ejemplo: peso, área, volumen, presión de un gas, calor ganado o perdido, largo, ancho, etc. Propiedades Intensivas: Son aquellas propiedades que no dependen de la cantidad de materia, mas bien nos permiten distinguir una sustancia de otra. Por ejemplo: densidad, temperatura de ebullición, color, olor, sabor, dureza, etc. Propiedades químicas. Están constituidas por el comportamiento de las sustancias al combinarse con otras, y los cambios con su estructura íntima como consecuencia de los efectos de diferentes clases de energía. Por ejemplo la combinación del hierro con oxígeno y agua para formar moho, el papel se quema, el hidrógeno reacciona con oxígeno al pasar una corriente eléctrica y produce agua. NATURALEZA DE LA MATERIA: LOS ATOMOS La materia puede ser estudiada desde los puntos de vista macroscópico y microscópico. Nivel microscópico: El nivel microscópico de la materia másica puede entenderse como un agregado de moléculas. Éstas a su vez son agrupaciones de átomos que forman parte del nivel microscópico. A partir de aquí hay todo un conjunto de partículas subatómicas que acaban finalmente en los constituyentes últimos de la materia. El átomo es la unidad básica de la materia que compone todo lo que nos rodea. Cada átomo retiene todas las propiedades químicas y físicas de su elemento matriz. La idea de que la materia estaba formada por pequeñas partículas nació en la antigua Grecia. Fue Aristóteles quien nos ha hecho llegar la teoría de que la Naturaleza está compuesta por un inmenso vacío en el que se hallan partículas materiales indivisibles llamadas «átomos». Pero fue Dalton, en 1805, 1 quien expuso la teoría sobre la constitución de la materia, la cual puede resumirse en los siguientes puntos: 1. La materia está formada por partículas muy pequeñas llamadas átomos. 2. Los átomos de un elemento determinado son todos iguales, tienen la misma masa e idénticas propiedades. 3. Los átomos de elementos distintos tienen masa y propiedades diferentes. 4. La unión de dos o más átomos diferentes forman moléculas de los cuerpos compuestos. 5. Las transformaciones químicas se realizan entre átomos que guardan entre sí una relación sencilla y permanecen indivisibles. A mediados del siglo XIX, unos años después de que Dalton enunciara se teoría, se desencadenó una serie de acontecimientos que fueron introduciendo modificaciones al modelo atómico inicial. a) Modelo Atómico de Thomson. En 1904 Thomson, físico británico, propone el primer modelo atómico. Este imaginó el átomo como una especie de esfera positiva continua en la que se encuentran incrustados los electrones (como las pasas en un pudin o las semillas en una sandía). Este sencillo modelo explicaba el hecho de que la materia fuese eléctricamente neutra, pues en los átomos de Thomson la carga positiva era neutralizada por la negativa. Además los electrones podrían ser arrancados de la esfera si la energía en juego era suficientemente importante. Este modelo permitía explicar varios fenómenos experimentales como la electrización y la formación de iones. La electrización: Es el exceso o la deficiencia de electrones que tiene un cuerpo y es la responsable de su carga eléctrica negativa o positiva. La formación de iones: Un ion es un átomo que ha ganado o ha perdido electrones. Si gana electrones tiene carga neta negativa y se llama anión y si pierde electrones tiene carga neta positiva y se llama catión. Sin embargo el modelo de Thomson representaba un átomo estático y macizo. Las cargas positivas y negativas estaban en reposo neutralizándose mutuamente. b) Modelo Atómico de Rutherford. En 1911 Rutherford postuló el llamado «modelo nuclear», basado en sus experimentos que consistían en bombardear con partículas alfa una finísima lámina de oro. Las partículas alfa atravesaban la lámina de oro y eran recogidas sobre una pantalla de sulfuro de zinc. En el experimento se bombardeaba una fina lámina de oro con partículas alfa (positivas) procedentes de un material radiactivo y se observaba que: La mayor parte de las partículas alfa atravesaban la lámina sin cambiar de dirección, como era de esperar. 2 Algunas partículas alfa se desviaron considerablemente. Unas pocas partículas alfa rebotaron hacia la fuente de emisión. El Modelo atómico de Rutherford o modelo nuclear establece que: El átomo tiene un núcleo central en el que están concentradas la carga positiva y casi toda la masa. La carga positiva de los protones del núcleo se encuentra compensada por la carga negativa de los electrones, que están fuera del núcleo. El núcleo contiene, por tanto, protones en un número igual al de electrones del átomo. Los electrones giran a mucha velocidad alrededor del núcleo y están separados de éste por una gran distancia. Pero en seguida surgió un problema con este modelo atómico. El núcleo de protones no equilibraba electrónicamente la masa nuclear de los elementos. De este hecho surgió la idea de que debía existir en el núcleo otra partícula de idéntica masa que el protón pero sin carga eléctrica. Fue J. Chadwick en 1933, quien demostró la existencia de esa partícula, que llamó neutrón. La teoría de Rutherford no se pudo mantener de un modo completo, ya que no justificaba totalmente la estabilidad del átomo. Según Rutherford, los electrones giraban constantemente alrededor del núcleo. Como toda carga eléctrica en movimiento irradia energía, ya sea en forma de ondas luminosas, caloríficas, etc., y ésta es limitada en los electrones, llegaría un momento en que estas partículas perderían toda su energía y se precipitarían sobre el núcleo. Por lo tanto, el átomo y la materia en general se aniquilarían. Pero ello 3 estaba en contradicción con la realidad, puesto que el Universo seguía existiendo. El átomo de Rutherford era dinámico y hueco, pero de acuerdo con las leyes de la física clásica inestable. c) Modelo Atómico de Bohr. Para solucionar los problemas planteados, el físico danés Niels Bohr formuló, en 1913, una hipótesis sobre la estructura atómica. Sus postulados eran: 1) El electrón sólo se mueve en unas órbitas circulares "permitidas" (estables) en las que no emite energía. El electrón tiene en cada órbita una determinada energía, que es tanto mayor cuanto más alejada esté la órbita del núcleo. 2) La emisión de energía se produce cuando un electrón salta desde un estado inicial de mayor energía hasta otro de menor energía. 3) Por lo tanto, para lograr que un electrón salte de una orbita de menor energía a una orbita más externa hay que aportar energía (exitación). A partir de estas consideraciones, Bohr estableció las dimensiones orbitales necesarias para que el electrón del átomo de hidrógeno permaneciese estable, sin embargo no ocurre lo mismo con átomos más complejos. Desde Bohr hasta nuestros días grandes científicos han ido aportando hipótesis y comprobaciones empíricas que modifican aclaran, a pesar de su mayor complejidad, el modelo atómico. d) Átomo Actual. Según lo mencionado anteriormente el átomo quedó constituido así: El núcleo atómico es el corazón central del átomo, el cual contiene partículas subatómicas como son los protones y los neutrones. El protón tiene carga positiva y una masa de a 1,67 x 10-24 g. El neutrón tiene algo más de masa que el protón (1,67482 x10-24 g), pero no posee carga eléctrica. . El núcleo es una zona de alta densidad debido a la gran concentración de masa total. Una zona externa o CORTEZA donde se encuentran los electrones, situados en nubes electrónicas (órbitales) alrededor del núcleo. Los electrones son 4 partículas estables de carga eléctrica negativa y con una masa igual a 9,1110 28 g. Hay los mismos electrones en la corteza que protones en el núcleo, por lo que el conjunto del átomo es eléctricamente neutro. De acuerdo con este nuevo modelo, alrededor del núcleo hay capas o niveles de energía donde se encuentran girando los electrones por lo cual la teoría actual atómica, nos indica que los movimientos de los electrones alrededor del núcleo requieren cuatro números cuánticos para explicar su disposición: n, l, m, s. 1. “n” es el número cuántico principal determina la energía de un orbital. Éste número cuántico puede tomar cualquier valor del conjunto de los números naturales, exceptuando el cero. Si bien hemos dicho que el número cuántico principal n es cualquier número natural a partir de 1, desde el punto de vista práctico, basta considerar los 7 primeros niveles de energía que suelen designarse por las letras K, L, M, N, O, P, Q, siendo K la órbita más cercana al núcleo y Q la más lejana. En cada una de ellas, la energía que posee el electrón es distinta. En las capas muy próximas al núcleo, la fuerza de atracción entre éste y los electrones es muy fuerte, por lo que estarán fuertemente ligados, en las capas alejadas, los electrones se encuentran débilmente ligados, por lo que resultará más fácil realizar intercambios electrónicos en las últimas capas y se conocen como electrones de valencia El número máximo de electrones que puede alojar un nivel está dado por la función 2n2, por ejemplo: El nivel 1 (K) acepta 2 electrones {2 (1)2 = 2} El nivel 2 (L) acepta 8 electrones {2 (2)2 = 2} El nivel 3 (M) acepta 18 electrones {2(3)2 = 2} 2. “l” es el número cuántico azimutal y definen la forma del orbital. Depende de “n” y toma valores enteros de 0 a (n-1). Así para n=1 sólo hay un valor posible 0. Para n=2 hay dos valores de l: 0 y 1. Para n=3 hay tres valores posibles: 0, 1 y 2. 5 Generalmente el valor de “l” se representa por una letra en vez de por su valor numérico: “l” nombre orbital 0 del s 1 p 2 d 3 f 4 g 5 h Éste número cuántico determina la forma del lugar en el que probablemente se encuentra el electrón. Cada subnivel puede alojar cierto número de electrones: Subnivel S (1 orbital) Máximo electrones 2 P (3 orbitales) 6 d (5 orbitales) f (7 orbitales) 10 14 de El subnivel s tiene 1 orbital, el p tiene 3, el d tiene 5 y el f tiene 7. Cada subnivel puede aceptar dos electrones como máximo. Las formas de algunos de los orbitales son las siguientes: Orbitales S: Orbitales P PX: PY: PZ: Los Orbitales d y f tienen formas más complejas que sería difícil representar en papel, pero existen modelos tridimensionales que permiten su fácil interpretación. 6 3. “m” es el número cuántico magnético representa la orientación del orbital.. El valor del número cuántico magnético depende de “l”. Toma valores enteros entre - “l” y “l”, incluyendo al 0. Para cierto valor “l” hay (2 “l” +1) valores de “m”. 4. “s” es el número cuántico de espín (del inglés spin que significa giro) y que, en cierto modo, se identifica con la rotación del electrón sobre sí mismo. Sólo puede adoptar los valores + ½ ó - ½ y el signo + ó - depende de que el espín tome una dirección paralela o antiparalela al campo magnético exterior hacia donde se gira el electrón dentro del orbital. Así, los números cuánticos nos representa el lugar en el que encontraremos un electrón, el cual cumple con el «principio de exclusión de Pauli» que dice: «No pueden existir dos electrones en un mismo átomo con los cuatro números cuánticos iguales.» La forma como están distribuidos los electrones de un átomo entre los distintos orbitales atómicos se denomina configuración electrónica Los orbitales se llenan en orden creciente de energía, con no más de dos electrones por orbital. El llenado de los orbitales se sigue como representa el siguiente diagrama, que se conoce como Diagrama de AUFBAU: La distribución por capas de los electrones de un átomo de un elemento se Ejemplo la distribución de electrones en el átomo de litio, cuyo Nº atómico es 3, es como sigue: 1s2 2s1 Nivel macroscópico: Macroscópicamente, la materia se presenta en tres estados o formas de agregación: sólido, líquido y gaseoso. Dadas las condiciones existentes en la superficie terrestre, sólo algunas sustancias pueden hallarse de modo natural en los tres estados, tal es el caso del agua. La mayoría de sustancias se presentan en un estado concreto. Así, los metales o las sustancias que constituyen los minerales se encuentran en estado sólido y el oxígeno o el CO2 en estado gaseoso: Los sólidos: Tienen forma y volumen constantes. Se caracterizan por la rigidez y regularidad de sus estructuras. Los líquidos: No tienen forma fija pero sí volumen. La variabilidad de forma y el presentar unas propiedades muy específicas son características de los líquidos. 7 Los gases: No tienen forma ni volumen fijos. En ellos es muy característica la gran variación de volumen que experimentan al cambiar las condiciones de temperatura y presión. CARACTERÍSTICAS DE LOS ÁTOMOS En los átomos se pueden observar las siguientes características: Símbolo: Son los distintos signos abreviados que se utilizan para identificar los elementos y compuestos químicos en lugar de sus nombres completos. La mayoría de los símbolos químicos se derivan de las letras griegas del nombre del elemento, principalmente en latín, pero a veces en inglés, alemán, francés o ruso. La primera letra del símbolo se escribe con mayúscula, y la segunda (si la hay) con minúscula. Los símbolos de algunos elementos conocidos desde la antigüedad, proceden normalmente de sus nombres en latín. Por ejemplo, Cu de cuprum (cobre), Ag de argentum (plata), Au de aurum (oro) y Fe de ferrum (hierro). Este conjunto de símbolos que denomina a los elementos químicos es universal. Los símbolos de los elementos pueden ser utilizados como abreviaciones para nombrar al elemento, pero también se utilizan en fórmulas y ecuaciones para indicar una cantidad relativa fija del mismo. Número de Oxidación o Valencia: A través de la experimentación, los químicos han llegado a conocer las proporciones en que se combinan ciertos elementos para formar compuestos. Esta capacidad de combinación se conoce como número de oxidación o valencia. Es decir, es el número de átomos con los que se puede combinar cada elemento de manera directa o indirecta. El conocimiento de los números de oxidación nos permite escribir correctamente las fórmulas y las ecuaciones químicas. Los átomos se combinan siempre en relaciones características, para determinar esta proporción en un compuesto se debe considerar las cargas eléctricas en forma algebraica; si la suma total de las cargas es igual a cero, el compuesto puede estar correctamente escrito. Por otra parte es importante mencionar que los elementos tienden a ganar o perder electrones para adquirir la configuración de gases nobles (contiene 8 electrones en la última capa). Generalmente los metales tienen la tendencia a perder electrones para transformarse en iones positivos (cationes), mientras que los no metales tienden a captarlos para transformarse en iones negativos (aniones). Número Atómico y Número Másico: Los elementos químicos, y en especial el núcleo atómico se caracterizan por tener dos números: el atómico y el de masa (o peso atómico). Número atómico: Representa el número de protones del núcleo, que es exactamente igual que el número de electrones de la corteza cuando existe equilibrio de carga. Se representa con la letra Z y se escribe como subíndice a la izquierda del símbolo del elemento: ZX. Ejemplos: 1H, 8O, 6C. 8 Este número permite clasificarlos en la tabla periódica por orden creciente de este número de protones. Número másico: Es la suma del número de protones y de un átomo. Se representa con la letra A y se escribe como superíndice a la izquierda del símbolo del elemento: AX. Ejemplos: 1H, 16O, 12C. De esta manera se pueden identificar el número y tipo de partículas de un átomo utilizando la siguiente fórmula: A= Z+N Siendo Z el número de protones y N el número de neutrones. 1H -----> Este átomo tiene Z = 1 y A = 3. Por tanto, tiene 1 protón, 3 - 1 = 2 neutrones y, como es neutro, tiene 1 electrón. 3 Este número se suele representar con un superíndice a la izquierda de cada símbolo, por ejemplo 23Na. ACTIVIDAD 1. 1. Determinar el Nº de electrones, protones y neutrones que contienen los siguientes elementos. Sodio Rubidio Cloro Nitrógeno Cromo Molibdeno Yodo Plata ISÓTOPOS Los isótopos son átomos de un mismo elemento que tienen igual número atómico, pero distintos números másicos. Es decir, tienen el mismo número de protones pero distinto número de neutrones. Ejemplo: El elemento hidrógeno, cuyo número atómico es 1 (es decir, que posee un protón en el núcleo), tiene 3 isótopos en cuyos núcleos existen 0, 1 y 2 neutrones, respectivamente. 1. Protio o hidrógeno corriente, que posee un solo protón. 9 2. Deuterio, formado por un protón y un neutrón. 3. Tritio, que consta de un protón y dos neutrones. Estos tres isótopos tienen el mismo número atómico 1, pero su masa atómica es respectivamente, 1, 2 y 3. MOLÉCULA La mayoría de lo que nos rodea está formada por grupos de átomos unidos que forman conjuntos llamados moléculas. Los átomos que se encuentra en una molécula se mantienen unidos debido a que comparten o intercambian electrones. La molécula se define como la parte más pequeña de una sustancia que presenta todas las propiedades de dicha sustancia. Las moléculas están hechas de átomos de uno o más elementos. Algunas moléculas están hechas de un sólo tipo de átomo. Por ejemplo, dos átomos de oxígeno se unen para formar una molécula de O2, la parte del aire que necesitamos para respirar y vivir. Otras moléculas son muy grandes y complejas. Por ejemplo, las moléculas de proteína contienen cientos de átomos. Aún las moléculas muy grandes son tan pequeñas que no seríamos capaces de ver a una molécula de una sustancia. Pero cuando cientos de moléculas se encuentran juntas, podrían estar en forma de un vaso de agua, el árbol de un bosque, la pantalla de la computadora; dependiendo del tipo de moléculas que sean. La representación abreviada o simbólica de la molécula de un cuerpo simple o compuesto, se conoce como fórmula. La fórmula molecular muestra el número de átomos de cada tipo que constituyen una molécula. La fórmula empírica, muestra la relación entre los distintos átomos constituyentes. Ej. El agua oxigenada, cuya fórmula molecular es H2O2, muestra la relación que existe entre átomos de hidrógeno y oxígeno es 1:1 (HO). Peso Molecular: Es la suma de los pesos atómicos de los elementos que componen una molécula. Por ejemplo, para el agua, la masa molecular es 18, número que se obtiene al sumar los pesos atómicos del hidrógeno 1 y del oxígeno 16. ACTIVIDAD 2. 1. Calcular los pesos moleculares de los siguientes compuestos: NaCl H2SO4 HNO3 NaClO Mol: Los seres humanos para cuantificar los materiales utilizamos ciertas unidades de conteo como por ejemplo la docena, el millar, etc. Los químicos para contar partículas constituyentes de la materia (átomo, moléculas, iones, electrones, protones, etc) utilizan el mol, que se caracteriza por poseer el mismo número de partículas. 10 Un mol de átomos de un elemento es la masa de ese cuerpo que contiene 6,023 x 1023 unidades elementales. El número de moles: n (de átomos o de moléculas, según se trate de un elemento o un compuesto) presentes en una cantidad de sustancia de masa m, es: donde M es la masa atómica o molecular, según sea el caso. Por ejemplo, 32 gr. de azufre o 18 gr. de agua equivalen a un mol de dichos cuerpos y ellos poseen 6,023 x 1023 átomos de azufre o moléculas de agua. Ese número fijo de iones, átomos o moléculas que constituyen un mol de cualquier sustancia es el llamado Número de Avogadro, que coincide con 6,023 x 1023. También ACTIVIDAD 3. Con los compuestos de la actividad 2 determinar cuantos moles hay en 100 g de sustancia y a cuantos átomos equivalen. CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA Existen diversos tipos de cuerpos materiales o sustancias que se presentan en la naturaleza bajo diversas formas: MATERIA CUERPO MATERIAL SUSTANCIA QUÍMICA SUSTANCIA SIMPLE ELEMENTOS ENERGIA ENERGÍA MECÁNICA ENERGÍA ELÉCTRICA ENERGÍA LUMINOSA ENERGÍA CALORÍFICA MEZCLA SUSTANCIA COMPUESTA COMPUESTOS AGUA, SAL, ETC HOMOGENEA (SOLUCIÓN) AGUA CON AZÚCAR AGUA CON SAL AIRE SECO AGUA GASEOSA HETEROGÉNEA AGUA TURBIA AGUA Y ACEITE PINTURA Toda materia esta formada por sustancias químicas o por mezclas. Sustamcias químicas: Las sustancias químicas tienen una composición química y un estado físico uniforme, se dice que son homogéneas, o bien que constan de una sola fase, es decir que su composición se mantiene invariable. Ej. El agua, la sal común. 11 Las sustancias químicas están constituidas a su vez por sustancias simples y sustancias compuestas Las sustancias simples son formas básicas de la materia y contienen átomos de una misma naturaleza: cobre, hierro, mercurio, oxígeno son elementos característicos. No pueden descomponerse en sustancias más simples. Las sustancias compuestas son combinaciones químicas perfectamente homogéneas de elementos de diferentes clases, la molécula de agua esta formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. En los compuestos, hay que tener en cuenta no sólo la clase de átomos, sino también la proporción en que se encuentran: el agua y el agua oxigenada tienen los mismos elementos, hidrógeno y oxígeno, pero en distintas proporciones. Los compuestos únicamente se pueden descomponer por medio de procedimientos químicos, nunca por cambios físicos. Al unirse dos elementos o más para formar un compuesto se produce un desprendimiento o absorción de energía. Mezclas: Las mezclas son sistemas compuestos de varios elementos, por lo tanto se dice que tienen características heterogéneas (por ejemplo, limaduras de hierro y azufre, el granito compuesto por cuarzo, feldespato y mica) Estos elementos se encuentran en relación arbitraria. No hay proporciones fijas o rígidas de constitución. Además cada elemento conserva inalterables todas sus propiedades físicas y químicas. Las mezclas se pueden separar por procedimientos físicos. No se necesita energía para su formación. Las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas. Las homogéneas son aquellas que a simple vista o con ayuda del microscopio, no se puede diferenciar la separación de sus componentes y cualquier porción que se tome tendrá la misma composición y propiedades. La mezcla heterogénea es aquella que a simple vista o con ayuda del microscopio se diferencia la separación de sus componentes y cualquier porción que se tome tendrá composición y propiedades diferentes. 12 ELEMENTOS QUIMICOS Hoy en día se conoce poco más de un centenar de elementos químicos, pero tan sólo unos 92 existen en la Naturaleza y 17 han sido preparados en el laboratorio. Durante mucho tiempo una de las principales tareas del químico ha consistido en obtener esos elementos de forma pura a partir de compuestos, ya que son pocos los elementos que se encuentran libres, como el oro y la plata por ejemplo. CLASIFICACION DE LOS ELEMENTOS A medida que, fue aumentando el número de elementos, los científicos se vieron precisados a ordenarlos. Buscaron los posibles caracteres semejantes de las propiedades de los elementos, para poderlos clasificar en tablas. En el siglo XIX el número de elementos conocidos fue haciéndose cada vez mayor. A la vez fueron determinándose más exactamente las propiedades de los elementos. Los científicos se vieron en la necesidad de agruparlos sistemáticamente buscando propiedades comunes. Fue Dimitri Ivanovich Mendeleiev quien consiguió ordenar de manera lógica la intrincada mezcla de elementos. En 1869 el ruso Mendeleiev y el alemán L. Meyer establecieron, independientemente, otra clasificación de los elementos químicos basándose en que las propiedades físicas y químicas de los mismos estaban en función de su masa atómica. La tabla de Mendeleiev ha sufrido bastantes variaciones pero fundamentalmente permanece como él la elaboró. El sistema periódico de los elementos está constituido siguiendo un criterio: los elementos están ordenados por filas, en orden creciente de su número atómico, pero de tal manera que los elementos de propiedades similares se corresponden en columnas. Las columnas, encabezadas por números romanos, se llaman grupos y contienen así, pues, los elementos de propiedades y estructura electrónica análogas. Hay 18 grupos o columnas. En cada período o fila horizontal figuran los elementos que poseen determinado número de niveles de energía. Hay 7 filas o periodos. También podemos ver 2 hileras perpendiculares a la tabla que contiene los elementos de transición interna. Los elementos situados a la izquierda y en el centro de la tabla, que son los más numerosos, son los metales. Los elementos que se encuentran en la parte derecha de la tabla, exceptuando los gases nobles (He, Ne, Ar, Kr, Xe y Rn) son los no metales o metaloides. METALES. Se caracterizan por su mayor o menor facilidad en ceder electrones (por eso se dice que son electropositivos) y tienden a adquirir la configuración electrónica del gas noble inmediatamente anterior a ellos. Los metales nobles (oro, plata, platino) y el mercurio, se encuentran en su estado nativo o libre en la naturaleza. La gran mayoría de los metales, se encuentran en estado de minerales o menas, formando parte de las rocas como cloruros, silicatos, carbonatos, etc. Para separar el metal se debe someter a un proceso de operaciones fisicoquímicas que se llama metalurgia. 13 Los metales tienen propiedades características: Dureza: La gran parte de los metales son altamente duros, el más duro de todos es el cromo, aunque los metales alcalinos son blandos y se dejan cortar fácilmente. Densidad: Varía con la temperatura y se mide generalmente a 20ºC. El más liviano es el litio y el más denso es el osmio. Maleabilidad: Los metales se dejan reducir a láminas. El oro es el más maleable, le sigue la plata, el cobre, el aluminio y el estaño. Los menos maleables son bismuto y antimonio. Ductilidad: Propiedad de los metales de dejarse convertir en hilos sin romperse. El más dúctil es el oro, ya que con 1g de oro se puede obtener un hilo de más o menos 3 Km. Los metales maleables también son dúctiles. Conductibilidad: Los metales tienen alta conductividad térmica y eléctrica, pero esta última disminuye cuando aumenta la temperatura. Los mejores conductores son la plata y el cobre. En los metales de un mismo grupo, la actividad química aumenta al aumentar el número atómico. Así, por ejemplo, en el grupo 1, el sodio (Na) es menos activo que el rubidio (Rb), pero más activo que el litio (Li). Horizontalmente, el metal más activo de un mismo período es el que tiene menor número de electrones en la última órbita; o sea, menor valencia. Así, en el período 4°, el potasio (K) es más activo que el cromo (Cr), y éste lo es más que el cobre (Cu). Metales alcalinos Corresponden al grupo IA, son metales ligeros y muy reactivos, ya que tienen un solo electrón en la última capa y lo pueden ceder muy fácilmente. No se encuentran libres en la naturaleza. Se utilizan ampliamente en manufactura de medicamentos, tintas y diversos productos químicos. El sodio y potasio son los más abundantes. El sodio se encuentra en el agua de mar (NaCl), fuentes saladas, minas, en depósitos naturales (NaNO3). El sodio es el principal ión de los líquidos extracelulares. En sangre se lo encuentra en un valor de 135 a 145 meq/L. Tiene estrecha relación con el agua corporal. Cuando existe quemaduras, sudoración excesiva o diarreas profusas, la concentración de sodio esta aumentada y la cantidad de agua corporal disminuye. En la diabetes insípida se observa alta concentración de sodio y cantidad de agua normal. El aumento de sodio y de líquido corporal se observa en el hiperaldosteronismo o en el síndrome de Cushing. Por el contrario se observa disminución de sodio y volumen de líquido corporal disminuido en procesos de deshidratación o diuresis exagerada. En la secreción inapropiada de hormona antidiurética se observa disminución de sodio y volumen corporal normal. En la cirrosis hepática, insuficiencia cardiaca congestiva o en el síndrome nefrótico se observa sodio disminuido y volumen corporal normal. El potasio se encuentra en estratos salinos naturales (KCl) y en depósitos de salitre (KNO3). El potasio es un ión intracelular, importante para el mantenimiento de la carga eléctrica de la membrana celular. La concentración de potasio dentro la célula es 30 veces mayor que en sangre (3,7 a 5,2 meq/L, Recién nacido_ 3,5 a 7 meq/L). Sus variaciones afectan importantemente la actividad de nervios y músculos: La disminución de potasio conduce a arritmia y se observa en el síndrome de Cushing, parálisis periódica, uso de diuréticos, debilidad muscular. El aumento ocasiona disminución de la actividad cardiaca, se observa en la 14 enfermedad de Addison, destrucción de los glóbulos rojos, acidosis respiratoria y en la insuficiencia renal. El potasio, junto al sodio, son esenciales para la regulación del equilibrio hídrico y la actividad nerviosa y muscular del organismo. Potencian la actividad del riñón en la eliminación de toxinas, ayudan a mantener un ritmo cardiaco adecuado y una presión arterial normal; purifican la sangre y oxigena los tejidos. Lo podemos encontrar en las frutas frescas y secas, legumbres y en los cereales. Su función es favorecer los intercambios celulares e intracelulares. El litio esta presente en todas las rocas. Se encuentra a unas concentraciones séricas del orden de 10 a 40 μg/l. Actúa sobre el sistema nervioso y es útil en las afecciones cardiacas. Se encuentra en cereales integrales, legumbres, tomate, pimiento, fresas, frambuesas y soya germinada. El litio se utiliza como agente farmacológico para el trastorno bipolar, también conocido como psicosis maniaco-depresiva, cuyas víctimas alternan estados extremos de euforia (o manía) y depresión. También se lo utiliza para tratar depresión, ansiedad, nerviosismo, hiperactividad, irritabilidad, insomnio, trastornos del humor, fobias, obsesiones y todas aquellas enfermedades o síntomas provocados por nervios o en los que influye el estado emocional. En este tipo de pacientes se observa que eliminan mucho litio por la orina y el nivel de litio en los glóbulos rojos esta disminuido. Se ha observado también que actúa sobre los neurotransmisores, como acetil colina, ácido glutámico, mejorando las transmisiones nerviosas. Puede colaborar en las afecciones cardíacas ayudando a disminuir la concentración de potasio en sangre. A nivel renal ayuda a eliminar sodio, sin eliminar potasio y también mejora la eliminación de urea y ácido úrico por orina. El rubidio es utilizado en medicina para la tomografía por emisión de positrones, el tratamiento de la epilepsia y la separación de ácidos nucleicos y virus por ultra centrifugado. El Cesio se ha utilizado como agentes antishock después de la administración de arsénico. El isótopo de cesio 137 se utiliza habitualmente en procedimientos de braquiterapia (Tratamiento por radiación que se aplica dentro del paciente, lo más cerca posible del tumor) para el tratamiento del cáncer. Metales alcalinos térreos. Los elementos del grupo IIA reciben el nombre de alcalinotérreos. Tienen dos electrones de valencia máxima, por lo que son menos activos que los alcalinos. Presentan color gris o blanco brillante. No se encuentran libres en la naturaleza. El berilio se encuentra en cantidades muy pequeñas (0,0006%), forma principalmente silicato de berilio y aluminio (Be 3Al2Si6O18). Es muy utilizado para endurecer metales. Se utiliza principalmente en los tubos de los rayos X. El magnesio es un poco más abundante. La mitad del magnesio corporal esta en hueso y juega básicamente un papel estructural. En otros tejidos, es el electrolito intracelular importante. En sangre se lo encuentra entre 1,8 a 3 mg/dl. Se observa un aumento del Mg en la enfermedad de Addison, insuficiencia renal crónica y deshidratación; y disminuido en procesos de alcoholismo, diarrea crónica y en la toxemia del embarazo (eclampsia). 15 Es importante porque tiene la capacidad de formar complejos como la clorofila, encargada del proceso de fotosíntesis. Forma parte también de la estructura ósea. Más de 300 enzimas lo necesitan para ejercer su actividad. No se han descritos carencias en individuos sanos. En personas con la capacidad de absorción de minerales disminuidas (alcohólicos, enfermedades inflamatorias intestinales) padecen debilidad muscular, vértigo, etc. Las fuentes alimentarias ricas en Mg son: nueces, semillas en general, cacao, vegetales verdes (ya que la molécula de clorofila posee un átomo de Mg). El calcio es el más abundante, se lo encuentra formando fluoruro de calcio o sulfato de calcio (yeso). El cuerpo de un adulto contiene algo más de 1 Kg de calcio. Un 99% se halla en el esqueleto y el 1% en la sangre y tejidos, forma parte de las membranas celulares, interviene en la conducción nerviosa, coagulación, etc. La concentración de calcio en la sangre está regulada por las hormonas (paratiroidea y calcitonina) y por la vitamina D. La carencia de calcio en la niñez produce raquitismo y en la edad adulta osteoporosis (disminución de la densidad ósea con la edad, se fractura frecuentemente). El riesgo de fractura es menor para las personas que han acumulado más calcio durante su vida que para las que acumularon menos. Las fuentes alimentarias: leche y productos lácteos (principales formadores y mantenedores del tejido óseo).También los frutos secos, legumbres, carnes y pescados aunque de estos alimentos el nivel de absorción es menor. En sangre se encuentra en una concentración de 8,5 a 10,2 mg/dl, en prematuros, se considera normal un valor mayor a 7 mg/dl. El calcio se encuentra aumentado en el hiperparatiroidismo, tumor de hueso, mieloma múltiple, intoxicación por vitamina D, ingesta excesiva de calcio y en el hipertiroidismo. Se encuentra disminuido en el hipoparatiroidismo, síndrome de mala absorción, pancreatitis, raquitismo. El estroncio 85 es un isótopo radiactivo que se utiliza para la detección de cáncer de huesos. El bario, en su forma de sulfato de bario, es utilizado para opacar los rayos X, en estudios gastrointestinales. El radio es supremamente escaso se detecta por radiactividad. Se obtiene generalmente por la desintegración del núcleo de uranio. Se utiliza actualmente para el tratamiento de pocos tipos de cáncer. Metales Térreos. Pertenecen al grupo IIIA de los metales. Tienen tres electrones en su última capa. Están bien distribuidos en la corteza terrestre, de ahí su nombre. Son más livianos que los anteriores. El boro es un oligoelemento que recientemente se ha descubierto que influye en el metabolismo de los nutrientes implicados en el mantenimiento de unos huesos fuertes y con un posible papel en la regulación hormonal. La absorción elevada de boro en periodos cortos afectan a los órganos reproductores. Cuando esta absorción se efectúa en el periodo de embarazo puede ocasionar daño en el producto. El aluminio posee un papel enzimático importante, relacionado con la deshidrogenasa succínica que es un tranportador de oxigeno indispensable para el organismo y punto de partida para los mecanismos de oxidoreducción. Intensifica las reacciones del citocromo. Forma quelatos con aminoácidos y se encuentra en las transaminasas. Previene la absorción del fósforo por el intestino. El aluminio interviene positivamente en el estado de osificación de los cartílagos fetales y del niño. Actúa también 16 sobre los cartílagos de las superficies articulares. Actúa sobre el sistema nervioso central. Aumenta la vitalidad cerebral y nerviosa. Regula el sueño. El contenido total de aluminio en el cuerpo humano es de 50 a 150 mg. NO METALES. Se caracterizan por tender a captar electrones; es decir, son electronegativos. Tienen tendencia a completar su órbita exterior hasta adquirir la configuración electrónica del gas noble que está situado en el mismo período (la misma línea). Tienen propiedades contrarias a las de los metales. La actividad química disminuye al aumentar el núcleo atómico, puesto que la atracción del núcleo frente a los electrones situados en la última órbita disminuye a medida que aumenta el volumen del átomo. El flúor (F) es más electronegativo, y por tanto, más activo que todos los elementos que le siguen en el grupo (Cl, Br, I). En un mismo período la actividad de los no metales crece con el número atómico. Así, el flúor (F) es más electronegativo que los que le preceden en el período (B, C, N, O). Los grupos que pertenecen a los no metales son: Grupo de los carbonoides (grupo IVA). Cuya valencia máxima es cuatro; de los cuales los dos primeros, carbono y silicio, son no metales, y el germanio, el estaño y el plomo son metales. El carbono es muy abundante en la naturaleza. Unido con hidrógeno y oxígeno constituye parte importante de las estructuras vegetales y animales. Unido con oxigeno, nitrógeno e hidrógeno forma complejos que constituyen la base de la vida animal y vegetal. En estado puro se encuentra formando el grafito y el diamante. Forma parte importante en el petróleo, asfaltos, betún y gases naturales. Como tratamiento se utilizan las pastillas de carbón para las diarreas. El Silicio, no se encuentra libre, sino forma variedades de sílices (SiO 2) y gran número de silicatos naturales. Forma parte de las rocas, arenas, arcillas, cuarzos y piedras preciosas. Se ha podido cuantificar que lo común es encontrar unos miligramos de silicio por cada 100 gramos de tejido humano, principalmente en el tejido conjuntivo, aorta, vasos sanguíneos, cartílagos, timo, hígado, bazo, páncreas, piel, uñas y cabello. Alimentos ricos en silicio son: avena, cebada, arroz, papas, remolacha, alfalfa, soya y vegetales verdes. La carencia de silicio ocasiona alteraciones osteoarticulares, disminución de defensas, huesos frágiles, piel deshidratada, caída de cabello, uñas frágiles y opacas. En personas que trabajan en minas generalmente sufren de una enfermedad pulmonar conocida como silicosis debido a la absorción elevada de silicio. El germanio es bastante escaso, se absorbe a nivel del intestino delgado y es eliminado por orina. Es un elemento que no se almacena en el organismo por lo que no es tóxico en su forma orgánica. La mejor fuente de este elemento lo podemos encontrar en el ajo, aloe vera, ginseng y los champiñones. Favorece la producción de anticuerpos, incrementa la eficacia del transporte de oxigeno y permite el buen funcionamiento de linfocitos T y B. El estaño se emplea para recubrir y proteger al hierro y al acero. Unido al hierro forman la hojalata. Se obtiene al consumir alimentos o tomar bebidas de latas revestidas con estaño. El estaño metálico no es muy tóxico debido a que es pobremente absorbido en el tracto gastrointestinal, pero 17 respirar vapores de metal derretido puede afectar los pulmones. La ingestión de grandes cantidades de compuestos inorgánicos de estaño pueden producir dolores de estómago, anemia y alteraciones del hígado y los riñones. El plomo es abundante en forma de compuestos. Es un metal pesado, altamente tóxico. Durante mucho tiempo se ha empleado el plomo como pantalla protectora para las máquinas de rayos X y actualmente se utiliza como blindaje contra la radiación. El plomo es uno de los cuatro metales que tienen un mayor efecto dañino sobre la salud humana. Este puede entrar en el cuerpo humano a través de la comida (65%), agua (20%) y aire (15%). El plomo no cumple ninguna función esencial en el cuerpo humano, este principalmente puede hacer daño y causa intoxicaciones severas. El envenenamiento con plomo es conocido como saturnismo. La frecuencia de intoxicación con plomo son altas y el riesgo aumenta porque se va acumulando en el organismo, en especial en el sistema nerviosos central. Ocasiona incremento de la presión arterial, daño a los riñones, abortos, perturbación del sistema nervioso, daño al cerebro, disminución de la fertilidad por daño al esperma, entre otros. Grupo de los nitrogenoides (grupo VA). Cuya valencia máxima es cinco. El nitrógeno y el fósforo, son elementos no metálicos, el arsénico y el antimonio son semimetales y el Bismuto que es metal. El nitrógeno forma las 4/5 partes del volumen total del aire en la atmósfera (78,1 %) y en los depósitos de nitros (salitres, etc.). En agua y suelos el nitrógeno puede ser encontrado en forma de nitratos y nitritos. Todas estas substancias son parte del ciclo del Nitrógeno, que es esencial para la síntesis de proteínas, ácidos nucleicos (ADN y ARN) y otras moléculas fundamentales del metabolismo. El ser humano elimina nitrógeno en forma de urea que es el producto final del metabolismo de las proteínas. En sangre se mide la úrea o la concentración de nitrógeno ureico, tiene un valor de referencia de 7 a 20 mg/dl. Este parámetro sirve para evaluar función renal. Se encuentra aumentado en insuficiencia cardiaca, inanición, sangrado gastrointestinal, hipovolemia y enfermedad renal. Esta disminuido en insuficiencia hepática, desnutrición y en personas que hacen dietas bajas en proteínas. El nitrógeno en su forma de oxido nitroso se utiliza en anestesia general balanceada, como coadyuvante de otros agentes anestesicos inhalatorios o intravenosos. Reduce la concentración alveolar de los agentes volátiles, así como la velocidad mínima de infusión de los anestésicos intravenosos, lo cual disminuye los efectos colaterales de éstos. El fósforo forma parte junto con el calcio del hueso (600 mg). También está presente en diferentes moléculas: ATP principal reserva energética (15% existen como iones fosfato), fosfolípidos, fosfoproteínas, etc. Su carencia es difícil. Las fuentes alimentarias: son casi todos los alimentos, sobre todo los ricos en proteínas (pescados, carnes, leche, huevo). Los valores de referencia en sangre son 2,4 a 4,1 mg/dl. Estos valores se encuentran elevados en metástasis ósea, hipocalcemia, hipoparatiroidismo, enfermedad hepática e insuficiencia renal. Se encuentra disminuido en la cetoacidosis diabética, hipercalcemia, hiperinsulinismo e hiperparatiroidismo. El arsénico es uno de los elementos más tóxicos para el organismo, ya que su exposición puede causar varios efectos sobre la salud como irritación en 18 el estomago e intestino, disminución en la producción de glóbulos rojos y blancos, cambios en la piel e irritación de los pulmones. El antimonio es utilizado en infecciones parasitarias, como la leishmaniasis mucocutánea y viceral, pero las personas que toman demasiada medicina experimentan algunos efectos en su salud, como ser vómitos, diarrea, tenesmo, hipotensión y shock hipovolémico. Grupo de los anfígenos (grupo VIA). El grupo de los anfígenos corresponde a la columna VI, cuya valencia máxima es seis. Excepto el oxígeno, que actúa con valencia menos dos. El oxígeno es un gas incoloro y sin olor. Es el elemento más abundante del grupo. Constituye un quinto volumen del aire y el 55,1 % en peso de la corteza terrestre (océanos y atmósfera). Es imprescindible para las plantas y para los animales porque todos los seres vivos (salvo algunas excepciones contadas) obtienen su energía de la respiración, combinando sustancias químicas con oxígeno. Es uno de los productos de la fotosíntesis que hacen las plantas. De este modo, se logra renovar el oxígeno de la atmósfera. La exposición a grandes cantidades de oxigeno (50 a 100 % a presión normal) durante mucho tiempo pueden ocasionar daño en los pulmones. El azufre en su estado natural se encuentra formando grandes depósitos en las regiones volcánicas. Se encuentra mayormente en forma combinada. Esta presente en la composición de numerosas sustancias orgánicas de origen animal y vegetal, por ejemplo la albúmina, pelo, lana, plumas y escamas. El cuerpo lo utiliza en general para la síntesis de proteínas. Permite al hígado la función de filtro depurador, combate las infecciones intestinales, afecciones de la piel; tiene virtudes flexibilizantes de los tejidos, por lo que se recomienda en casos de arteriosclerosis y deformaciones cartilaginosas. Es necesario para regular los niveles de glucosa en sangre debido a que interviene en la síntesis de insulina. Facilita la nutrición de las células y la eliminación de sus residuos. También se lo utiliza para el tratamiento de acné y escabiosis. Se encuentra en berros, nabos, rábanos, mostaza, espinacas, huevos, perejil, ajo, queso, judías, azúcar prieta El Selenio forma parte de la principal defensa antioxidante del cuerpo, protegiendo células, membranas celulares y ácidos grasos contra los radicales libres, por lo tanto mantiene la salud celular y evita su degeneración. Es importante para la acción de la enzima glutation peroxidasa y de la vitamina E. Aumenta la producción de glóbulos blancos, neutraliza el efecto de los metales pesados, previene las mutaciones. Es un oligoelemento importante en la fertilidad masculina ya que interviene en la formación y movilidad de los espermatozoides. Protege el sistema cardiovascular ya que su déficit puede favorecer las trombosis. Interviene en la síntesis de prostaglandinas y en la producción de anticuerpos. Tiene importancia en problemas de piel como falta de elasticidad, manchas de la edad, psoriasis, caspa, seborrea capilar y en cualquier síntoma de la piel que implique un envejecimiento prematuro, así como en problemas de degeneración macular, cataratas, etc. El teluro se encuentra muy raramente. Los compuestos de teluro son teratógenos y deben ser manejados por químicos competentes ya que la ingestión incluso de pequeñas cantidades provoca un terrible mal aliento y un espantoso olor corporal. Grupo de los halógenos (grupo VIIA). 19 El grupo de los halógenos se halla en la columna VII. Constituido por el flúor, el cloro, el bromo, el yodo y el radiactivo e inestable astato. Estos elementos tienen propiedades químicas similares, que se pueden resumir en una gran reactividad química, mayor en el flúor y menor en el yodo. Todos ellos forman moléculas diatómicas, siendo gases el flúor y el cloro, un líquido volátil de color pardo el bromo y un sólido de color violáceo el yodo. Su valencia máxima positiva es siete, excepto el flúor, que es monovalente; o la valencia negativa de todos ellos es uno. Todos los halógenos forman compuestos muy abundantes en la naturaleza, todos ellos son ampliamente utilizados en diferentes aplicaciones tecnológicas e industriales. El fluor es importante en el organismo humano para mantener la resistencia a las caries, así como para evitar la desmineralización ósea. Si se consume en mucha cantidad se produce fluorosis (enfermedad deformante que afecta a los huesos), así como caries, osteoporosis y daños a los riñones, huesos, nervios y músculos. Las fuentes alimentarias son escasas y depende del contenido en flúor de las aguas. El pescado y el té son las fuentes más importantes. El cloro se asocia habitualmente con el sodio, tanto en los alimentos como en los líquidos corporales. Los riñones regulan el nivel de cloro para mantener el equilibrio ácido-base. Se presenta en altas concentraciones en el estómago en forma de ácido clorhídrico y resulta indispensable para la digestión. Lo encontramos en la sal, los lácteos y las algas. El cloro también es ampliamente utilizado en las plantas de tratamiento de aguas para reducir los niveles de microorganismos que pueden propagar enfermedades entre los humanos (desinfección). El bromo y sus compuestos se usan como agentes desinfectantes en piscinas y agua potable. Algunos de sus compuestos son más seguros que los análogos de cloro, por la persistencia residual de los últimos. Los bromuros orgánicos son ampliamente usados como spray para matar insectos y otras plagas no deseadas. Pero no solo son venenosas para los animales contra los que son usados, sino también para los animales más grandes. En muchos casos también son venenosos para los humanos. Los efectos sobre la salud más importantes que pueden ser causados por contaminantes orgánicos que contienen bromuros son disfunciones del sistema nervioso y alteraciones del material genético. Los bromuros orgánicos pueden también dañar ciertos órganos como el hígado, riñones, pulmones y testículos y pueden causar disfunciones estomacales y gastrointestinales. El yodo es un elemento esencial para el organismo humano, ya que entra a formar parte de las hormonas tiroideas que son esenciales para el crecimiento, el sistema nervioso y regula todo el metabolismo. Su carencia produce bocio, caracterizado por un enlentecimiento de todas nuestras funciones. Grandes cantidades de yodo pueden ser peligrosas porque la glándula tiroidea trabajaría demasiado, lo que afectaría al cuerpo entero provocando taquicardia y pérdida de peso. Las fuentes alimentarias son escasas, solo lo contienen los productos del mar (peces y plantas acuáticas). En zonas de bocio endémico se está solucionando el problema con la ingesta de sal yodada. El yodo radiactivo I-131, es utilizado en terapia radiactiva posterior a tiroidectomía por cáncer de tiroides. El I-123 es el isótopo utilizado para tomar fotos de la tiroides (Centellograma tiroideo). 20 GASES NOBLES No tienen carácter metálico ni no metálico; forman un grupo aparte. Por poseer la última órbita electrónica completa, tiene ocho electrones, su reactividad química es prácticamente nula. Su pérdida de reactividad es el resultado de una estabilidad extraordinaria de su estructura electrónica. Los gases nobles no forman compuestos, ni entre ellos mismos ni con otro elemento. Todos estos elementos son gases a temperatura ambiente, carecen de valencia y son monoatómicos. Como se recordará, todos los elementos tienden a adquirir una configuración igual a la de los gases nobles (He, Ne, Ar, Kr, Xe y Rn). El helio se utiliza para propulsar globos y como atmósfera inerte para buzos a alta profundidad, ya que el helio es inerte, menos soluble en la sangre que el nitrógeno y se difunde más deprisa, lo cual reduce el tiempo requerido para la descompresión y elimina el riesgo de narcosis por nitrógeno (borrachera de las profundidades). En cromatografía de gases se utiliza como gas portador inerte. La inhalación de helio ocasiona una voz más aguda debido a que este es menos denso que el aire por lo que la cuerda vocales puede vibrar a mayor frecuencia. Este efecto puede resultar curiosos, pero es peligroso realizarlo excesivamente ya que el helio puede provocar asfixia. El neón se utiliza en los carteles luminosos por su luz de tonalidad rojoanaranjado cuando es estimulado por una corriente eléctrica.En citometría de flujo se emplean laser de helio-neón. El argón constituye el 1% del aire. Se usa dentro de lámparas incandescentes porque no reacciona con el filamento interior aun a altas temperaturas y presiones. En tubos fluorescentes genera un color verdeazul. El láser de argón tiene usos médicos en odontología y oftalmología. Los citometros de flujo son analizadores que utilizan un láser de argón refrigerado por aire sintonizado a 488 nm para medir señales de cada célula, o también láser de argon-kripton. El kriptón es un indicador atmosférico de actividad nuclear. Se utiliza solo o mezclado con otros gases nobles en tubos fluorescentes o lámparas de iluminación en aeropuertos, por el alcance de la luz roja emitida; también es utilizado para proyectores de cine. Su uso en el láser de kriptón es útil en la cirugía para la retina en el ojo. El xenón se usa principalmente en emisores de luz con características bactericidas, tubos luminosos y flashes fotográficos, así como tubos fluorescentes con capacidad de excitar el láser de rubí. El radón se genera a partir de la desintegración radiactiva del uranio a radio, Por lo tanto no posee aplicaciones en la práctica diaria. ELEMENTOS DE TRANSICIÓN Se caracterizan por tener incompleta alguna órbita interior. Tienen propiedades y valencias variables. Se hallan situados en la parte central de la tabla periódica. Casi todos son metales duros de alto punto de fusión y ebullición, y conducen bien el calor y la electricidad. Pueden formar aleaciones entre ellos. Presentan estados de oxidación muy variados. En la tabla periódica se encuentran agrupados, como se ve a continuación: Primera serie de transición: 21 Titanio es un elemento que tiene un bajo nivel de toxicidad, así mismo tiene propiedades biocompatibles porque los tejidos del organismo toleran su presencia y por tanto permite fabricar muchas prótesis o implantes de ese metal. Las prótesis de titanio se aplican con éxito en válvulas cardiacas, articulaciones de cadera y rodilla, implantes médico dentales y ortodoncias. El vanadio es un mineral presente en los vegetales (alfalfa) y en el mar. Se encuentra en la mayoría de los tejidos corporales siendo absorbido rapidamente para se empleado por el organismo. El sobrante se excreta por vía urinaria. Se cree que el vanadio ejerce una acción preventiva del cáncer, actúa como agente antioxidante, previene los ataques cardiacos, mejora el metabolismo del hierro, previene la caries dental, inhibe la formación de colesterol en los vasos sanguíneos y mantiene el nivel de grasa en el organismo. Su déficit puede ocasionar envejecimiento prematuro, disposición a enfermedades cardiacas, falta de crecimiento de huesos, dientes y cartílagos, limitación de la capacidad reproductora y aumento de colesterol y triglicéridos. El cromo aparece en el cuerpo en cantidades muy pequeñas. Participa en el metabolismo del azúcar por tanto para la utilización normal de la glucosa y para el crecimiento. Su actividad se lleva a cabo conjuntamente con otras sustancias que controlan el metabolismo de la insulina y de varias enzimas, con la formación de ácidos grasos, colesterol y con el material genético de las células. Encontramos cromo en la levadura de cerveza, algunas plantas medicinales como la hoja del nogal y eucalipto, berros, melaza, limón, toronja, alfalfa, cereales integrales, el aceite de maíz, carne y mariscos. El manganeso es necesario para el crecimiento de los recién nacidos, esta relacionado con la formación de los huesos, el desarrollo de tejidos y la coagulación de la sangre, con las funciones de la insulina, la síntesis del colesterol y como activador de varias enzimas. Este elemento ayuda al páncreas en su función y correcto uso de la glucosa. Es un componente de los huesos, es el pigmento que une al calcio, magnesio y fósforo. Es parte activa en producción de tiroxina y de las hormonas sexuales. Fortalece el cartilago de los huesos y a los puntos donde los músculos se unen con los huesos. Es un componente del sistema nervioso. Funciona sobre las enzimas para la absorción de vitamina B1, biotina, vitamina C y colina, también previene la esterilidad. Encontramos manganeso en las espinacas, te, granos, arroz, semillas de soya, huevos, frutos secos, aceite de oliva y ostras. El hierro se encuentra en el organismo humano en una concentración de 2,5 a 4g. Forma parte de la hemoglobina (sangre) y la mioglobina (músculo) que transportan oxigeno en la sangre y en los musculos.. En el hígado tenemos reservas de hierro unido a una proteína llamada ferritina, esta permite que el hierro se fije a otra proteína llamada transferrina y así puede ser transportada en la sangre. La glándula tiroides, el sistema nervioso central, el control de la temperatura corporal y las defensas frente a microorganismos no pueden funcionar sin el hierro. Este oligoelemento es indispensable para algunas funciones del cerebro, como la capacidad de aprendizaje. Previene los estados de fatiga, cura y previene la anemia y es muy saludable para la piel, el cabello y las uñas. Solo se absorbe el 10% del hierro de la dieta, la absorción está disminuida cuando los alimentos son de origen vegetal, la absorción aumenta en presencia de la vitamina C. Su carencia produce anemia ferropénica, fatiga, bajo rendimiento, partos prematuros, inapetencia, uñas y pelos frágiles y quebradizos, dificultad de 22 concentración y debilidad muscular. Es la carencia por minerales más frecuente en nuestra sociedad. Las fuentes alimentarias: son principalmente de origen animal, carnes y vísceras, el hígado, yema de huevo. Entre los de origen vegetal tenemos lentejas, garbanzos y espinacas. El cobre se encuentra presente en el organismo en 100 a 150 mg, y el 90% de esta cantidad se encuentra en músculos, huesos e hígado. Este participa en la formación de la hemoglobina, y es fundamental para el desarrollo y mantenimiento de huesos, tendones, tejido conectivo y el sistema vascular. Participa en la síntesis de glóbulos rojos, asistiendo en la fijación de hierro en la hemoglobina, por lo que una carencia de cobre produce anemia incluso en el caso de que el organismo disponga de suficiente hierro. El cobre también es necesario para la formación de pigmentos y proporcionar un color lustroso a la piel y el cabello. La carencia de cobre contribuye a la aparición de canas prematuras. También se encuentra en la mayoría de los anticuerpos por lo que resulta de especial importancia para nuestro sistema inmunológico. Asimismo, el cobre favorece los procesos de curación y es responsable de la absorción óptima de la vitamina C. El cobre se absorbe en el estómago y en el intestino delgado llegando al torrente sanguíneo a los 15 minutos aproximadamente de su ingesta. Es excretado principalmente por las heces y la bilis, y en menor medida por la orina. El cobalto es un componente fundamental de la Cobalamina o Vitamina B12. Se absorbe con bastante dificultad y esta almacenado en células rojas de la sangre y en menor cantidad en el hígado, riñones, bazo y páncreas. Esta estrechamente ligado a la producción de glóbulos rojos y al sistema enzimático. Importante en la maduración y el crecimiento celular. Es indispensable para el funcionamiento del páncreas y especialmente útil en casos de diabetes. Aumenta la fijación y el catabolismo de la glucosa en el tejido adiposo. Activa la transformación de la glucosa en glucógeno. Lo encontramos en el trigo sarraceno, la levadura de cerveza, el germen de trigo, las nueces, las avellanas, las plantas verdes, la cebolla, la carne, los riñones, la leche, las ostras y las almejas. El níquel es un mineral que se encuentra en pequeñas cantidades en el organismo humano. Sus funciones son las de incrementar la acción de diferentes hormonas como la insulina. Ejerce una acción estabilizadora en la coagulación de la sangre y activa una serie de enzimas que participan en el metabolismo de los hidratos de carbono y en la obtención de energía. También favorece la absorción de hierro y disminuye la acción de la adrenalina, la hormona del estrés. Se almacena en el hígado, huesos y la arteria aorta. El zinc es conocido como un metal esencial para el crecimiento en el organismo humano, que se encuentra en cada una de las células del cuerpo humano. Es un mineral antioxidante que interviene en la actividad de más de 300 metalo-enzimas y de factores de trascripción. Entre los enzimas más importantes tenemos: la anhidrasa carbónica, las carboxipeptidasas A y B, la Cu-Zn superoxidismutasas, la fosfatasa alcalina, la glutation transferasa, las RNA y DNA-polimerasas, la lactatodeshidrogenasa y la alcohol deshidrogenasa. El organismo posee una reserva de este metal bajo forma de melantioneína, la proteína que fija el Zinc en gran cantidad. El Zinc protege las células contra estrés producido por la oxidación; es necesario para el metabolismo del selenio y de la vitamina E, que son importantes factores antioxidantes. Hace disminuir la absorción de 23 oligoelementos pro-oxidantes, como el hierro y el cobre. Participa en la síntesis de las proteínas del DNA y del RNA, responsables de la reproducción, la fertilidad, la multiplicación celular y la cicatrización. Contribuye a la síntesis de prostaglandinas y de otras hormonas. El zinc es crucial para el normal desarrollo y función de las células que intervienen en la inmunidad específica, como los neutrófilos y las células NK, intervienen en el desarrollo de la inmunidad adquirida aumentando el número y las respuestas de LT, favorece el desarrollo de LB y la producción de anticuerpos, particularmente de IgG. También afecta las funciones de los macrófagos mejorando la fagocitosis. La administración de zinc durante el embarazo asegura un efecto beneficioso sobre el peso del niño, la circunferencia cefálica al nacer y juega un importante papel en el crecimiento y división celular donde es requerido para la síntesis de proteinas y del DNA. También se ha descrito que el zinc favorece el crecimiento y desarrollo psicomotor de niños y adolescentes. Las mayores concentraciones de este mineral las encontramos en los huesos, los músculos y la piel. En promedio el cuerpo humano contiene cerca de 2 gramos de zinc. Es excretado por vía urinaria y por las heces. Aunque es uno de los componentes más importantes de la dieta se ha demostrado que buena parte de la población padece carencias de este mineral. La carencia de zinc lleva a una disfunción generalizada de todos los aparatos, especialmente del sistema inmunitario, endocrino y de la reproducción. Las mejores fuentes de zinc son la levadura de cerveza, las semillas de calabaza, los huevos, la leche en polvo desnatada, la mostaza molida, el germen de trigo y la carne. Segunda serie de transición: El circonio es bien tolerado por los tejidos humanos, por lo que puede emplearse en articulaciones artificiales. Un nuevo uso que se le da hoy en día, es en la fabricación de implantes dentales com alternativa al titanio. El molibdeno es un oligoelemento que actúa como cofactor en muchos sistemas enzimáticos. También interviene en el papel fisiológico de los aminoácidos que contienen azufre. Es esencial para un correcto crecimiento y desarrollo. Interviene en el metabolismo de las grasas y ácidos nucleicos. El esmalte dental tiene un alto contenido de este elemento. Para la utilización del cobre en el organismo se necesita la presencia de molibdeno. Se encuentra fundamentalmente en legumbres, cereales integrales, leche y derivados y en las hojas verdes de los vegetales. Su carencia produce alteraciones mentales. El tecnecio se utiliza principalmente en medicina para técnicas de diagnóstico. Se emplean compuestos con el isótopo 99mTc como radiofármacos (o radiotrazadores). Se preparan distintos compuestos, por reducción de pertecnectatos junto con otras moléculas, según cuál sea el órgano que se quiera estudiar. Por ejemplo, con bifosfonatos, estos compuestos se acumulan en los tejidos óseos, mientras que si se utilizan pertecnectatos directamente, éstos se acumulan en la glándula tiroidea. La inmunoescintografía incorpora tecnecio a un anticuerpo monoclonal que es capaz de unirse a células cancerosas. Pocas horas después de la inyección se detectan los rayos gamma emitidos por el Tc con el correspondiente equipo médico; altas concentraciones indican donde se encuentra el tumor. Esta técnica es particularmente útil para detectar tumores difíciles de localizar, como los que afectan el intestino. 24 Cuando el Tc se combina con un compuesto de estaño, se une a los eritrocitos y puede usarse para localizar desordenes del sistema circulatorio. Se usa normalmente para detectar hemorragias gastrointestinales. El ión pirofosfato combinado con Tc se adhiere a los depósitos de calcio del músculo cardiaco dañado, algo útil para evaluar el daño producido tras un ataque cardiaco. El rutenio no desempeña ningún papel biológico, pero puede se carcinógeno y se puede acumular en los huesos. También se ha encontrado que algunos compuestos organometálicos de rutenio tienen actividad antitumoral. El paladio se emplea en odontología en aleaciones para piezas dentales. La plata es altamente tóxica y solo es aplicable en uso externo. Un ejemplo es el nitrato de plata utilizado para eliminar las verrugas. Algunas de sus sales se emplean en radiología. Los compuestos que contienen plata pueden ser absorbidos por el sistema circulatorio y depositarse en diversos tejidos provocando Argiria, una afección que consiste en la coloración grisácea de la piel y mucosas, que si bien no es dañina es antiestética. Tercera serie de transición El tántalo se puede emplear para la fabricación de instrumentos quirúrgicos y en implantes. El osmio se emplea en síntesis orgánica (como oxidante) y en el proceso de tinción de tejidos (para su fijación) para su observación mediante microscopía electrónica, y en otras técnicas biomédicas. El platino es un metal noble. Las concentraciones de platino en el suelo, agua y aire son mínimas. Los enlaces del platino son a menudo aplicados en medicina para curar el cáncer. Los efectos sobre la salud del Platino están fuertemente ligados a la clase de enlace que estos forman y el nivel de exposición y la inmunidad de la persona que es expuesta. El Platino como metal no es muy peligroso, pero las sales de Platino pueden causar varios efectos sobre la salud, como son: o Alteración del ADN. o Cáncer o Reacciones alérgicas de la piel y mucosas o Daños en órganos, como es el intestino, riñones y la médula. o Daños en la audición o Finalmente, un peligro del Platino es que este puede causar la potenciación de toxicidad de otros productos químicos peligrosos en el cuerpo humano, como es el Selenio. El oro puede formar fuertes amalgamas con el mercurio que a veces se emplea en empastes dentales. El oro coloidal (nanopartículas de oro) es una solución intensamente coloreada que se está usando en muchos laboratorios con fines médicos y biológicos. El isótopo de oro 198Au, con un periodo de semidesintegración de 2,7 días, se emplea en algunos tratamientos de cáncer y otras enfermedades. Se emplea como recubrimiento de materiales biológicos permitiendo ser visto a través del microscopio electrónico de barrido (SEM). Tierras raras. Los elementos colocados fuera del sistema periódico reciben el nombre de tierras raras. Se dividen en dos series llamadas lantánidos y actínidos, constituidas, cada una de ellas, por catorce elementos. Se considera los lantánidos como si 25 estuviesen dentro del lugar correspondiente al lantano (La) de número atómico 57, y a los actínidos, en el lugar del actinio (Ac) de número atómico 89. Todos ellos se caracterizan también por completar algún nivel o subnivel energético interno. Algunos de ellos se han podido detectar en las reacciones nucleares. 26