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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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
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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.
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