¿Cómo está organizada la materia? Con este artículo se pretende identificar los elementos químicos principales del cuerpo humano. También se dará una descripción de la estructura de los átomos, iones, moléculas, radicales libres y compuestos químicos. También hablaremos sobre los efectos perjudiciales y beneficios de la Radiación que puede tener sobre el estado de salud de los seres humanos a corto, mediano y largo plazo, y qué hacer para evitar o minorizar los efectos negativos de ésta.
La materia existe en tres estados: sólido, líquido y gaseoso. Los sólidos, como los huesos y los dientes, son compactos y tienen una forma y volumen definidos. Los líquidos, como el plasma sanguíneo, presentan un volumen definido pero adoptan la forma del elemento que los contiene.
Los gases, como el oxígeno y el dióxido de carbono, carecen de forma y de volumen definido. Todas las formas de la materia, tanto las vidas como las no vivas, están compuestas por un número limitado de "unidades o ladrillos de construcción" denominados elementos químicos. Cada elemento es una sustancia que no puede dividirse en otra más simple por los medios químicos comunes. Hasta el presente, los científicos han reconocido 112 elementos.
De ellos, 92 existen naturalmente en la tierra. El resto fue producido a partir de los elementos naturales utilizando aceleradores de partículas o reactores nucleares. Cada elemento se designa por un símbolo químico, una o dos letras de su nombre en inglés, latín u otro idioma. ejemplos de símbolos químicos son el H para hidrógeno, C para carbono, O para oxígeno, N para nitrógeno, Ca para calcio y Na para sodio.
En el cuerpo se encuentran normalmente veintiséis elementos. Nada más que cuatro, conocidos como elementos mayores: oxígeno, carbono, hidrógeno y nitrógeno, forman cerca del 96% de la masa corporal. Otros ocho, los elementos menores: calcio, fósforo (P), potasio (K), azufre (S), sodio, cloro (Cl), magnesio (Mg) y hieroo (Fe), contribuyen con el 3,8% de la masa corporal. En muy pequeñas cantidades se hallan 14 elementos, los oligoelementos, que corresponden al 0,2% restante de la masa corporal. Varios de éstos cumplen funciones muy importantes en el organismo. Por ejemplo, el yodo es necesario para la síntesis de hormonas tiroideas. Todavía se desconocen las funciones de algunos de ellos.
Cada elemento está formado por átomos las menores unidades de la materia que conservan las propieades y las características del mismo. En el punto final de una oración, por ejemplo, cabrían alrededor de doscientos mil de los átomos más grandes. Los átomos de hidrógeno, que son los más pequeños, tienen un diámetro menor de 0,1 nanómetro (0,0000000001 m), y los átomos de mayor tamaño son solo cinco veces más grandes.
Cada átomo está compuesto por docenas de partículas subatómicas distintas. Sin embargo, para comprender las reacciones químicas que tienen lugar en el cuerpo humano, solo tres, los protones, los neutrones y los electrones, revisten importancia. La parte central densa de un átomo es su núcleo. Dentro del núcleo se encuentran partículas con carga positiva, los protones (P+), y otros sin carga alguna (carga neutral), los neutrones (n°). Los pequeños electrones (e-), de carga negativa, se mueven en un amplio espacio que rodea al núcleo. No siguen una órbita predeterminada, sino que forman una "nube" con carga negativa que envuelve al núcleo.
Pese a que no se puede predecir su posición exacta, hay grupos específicos de electrones que tienen mayor probabilidad de moverse dentro de ciertas regiones en torno al núcleo. Estas regiones se denominan niveles de energía o capas de electrones y se representan como círculos alrededor del núcleo. Puesto que cada capa puede contener un número específico de electrones, el modelo de niveles de energía es el que mejor representa este aspecto de la estructura atómica. el primer nivel de energía (el más cercano al núcleo) nunca contiene más de 2 electrones.
El segundo nivel puede tener un máximo de 8 electrones y en el tercer nivel puede haber hasta 18 electrones. Los niveles de energía se llenan de electrones en un orden específico a partir del primer nivel. Por ejemplo, el sodio (Na), que tiene 11 electrones en total, contiene 2 electrones en el primer nivel, 8 electrones en el segundo nivel y uno en el tercero. El elemento más grande presente en el cuerpo humano es el yodo, que tiene un total de 53 electrones: 2 en el primer nivel, 8 en el segundo, 18 en el tercero, 18 en el cuarto y en el quinto.
El número de electrones en un átomo es igual al número de protones. Dado que cada electrón t cada protón tienen una sola carga, las cargas negativas de los electrones y las cargas positivas de los protones se neutralizan entre sí. Como resultado, cada átomo es eléctricamente neutro, es decir: su carga neta es cero.
El número de protones en el núcleo de un átomo es su número atómico. Por ejemplo, el oxígeno tiene un número atómico de 8 porque su núcleo presenta 8 protones, mientras que el número atómico del sodio es 11 porque en su núcleo hay 11 protones.
El número de masa de un átomo está dado por la suma de sus protones y electrones. Como en un átomo de sodio hay 11 protones y 12 electrones, su número de masa es 23. Pese a que todos los átomos de un elemento tienen el mismo número de protones, pueden tener diferente número de neutrones y por ende, diferentes número y distintos números de masa. Los isótopos son átomos de un elemento que tienen distinto número de neutrones y, en consecuencia, diferente número de masa.
Por ejemplo, la mayor parte de los átomos de oxígeno tienen 8 neutrones, y unos pocos tienen 9 o 10, pero todos tienen 8 protones y 8 electrones. La mayoría de los isótopos son estables, lo cual significa que su estructura nuclear no cambia con el tiempo. Los isótopos estables del oxígeno se designan O16, O17 y O18. El número indica el número de masa de cada isótopo. Pese a que los isótopos de un elemento tienen diferente número de neutrones, sus propiedades químicas son idénticas porque el número de electrones es el mismo.
Hay ciertos isótopos que son inestables y se denominan isótopos radioactivos; Su núcleo va degradándose (cambia en forma esónténa) hacia una configuración estable. Algunos ejemplos con el H13, el C14, el O15 y el O19. A medida que se degradan, estos átomos emiten radiación, sea en partículas subatómicas o en paquetes de energía, y durante este proceso suelen transformarse en otro elemento distinto. Por ejemplo, el isótopo radioactivo del carbono, el C14, se transforma en N14.
La degradación de un radioisótopo puede producirse tan rápidamente como en un fracción de segundo o durar millones de años. La vida media de un isótopo es el tiempo requerido para que la mitad de los átomos radioactivos de una muestra de ese isótopo se transformen en una forma más estable. La vida media del C14, que se emplea para determinar la antigüedad de muestras orgánicas, es de 5600 años, mientras que la vida media del H13, de gran utilidad en clínica, es de 8 días.
Los isótopos radioactivos pueden tener tanto efectos benéficos como nocivos. Las radiaciones que emiten pueden degradar moléculas e implican una seria amenaza para el cuerpo humano ya que dañan tejidos u ocasionan distintos tipos de cánceres. Pese a que la degradación de los isótopos radioactivos que existen naturalmente libera por lo común sólo una pequeña cantidad de radiación al medio ambiente, a veces puede ocurrir que se acumulen radiaciones en forma localizada. El radón 222, un gas inodoro e incoloro que es un producto radioactivo de la degradación natural del uranio, puede filtrarse de la tierra y acumularse en los edificios.
No sólo se lo asocia con el cáncer de pulmón en las personas que fuman, sino que también se lo relaciona con numerosos casos de cáncer de pulmón en no fumadores. Uno de los efectos benéficos de ciertos radioisótopos es su uso en los procedimientos de técnicas de imagen que se utilizan para el diagnóstico y el tratamiento de ciertas enfermedades. Algunos radioisótopos pueden utilizarse como marcadores para seguir el movimiento de determinadas sustancias en el organismo. el talio201 se utiliza para monitorizar el flujo sanguíneo a través del corazón durante una prueba de esfuerzo. El yodo131 se emplea en la detección del cáncer de la glándula tiroides y para evaluar su tamaño y actividad. También puede administrarse para destruir parte de una glándula tiroidea hiperactiva. El cesio137 se usa para el tratamiento del cáncer de cuello uterino avanzado y el iridio en el tratamiento del cáncer de próstata.
La unidad estándar para medir la masa de los átomos y sus partículas subatómicas es el dalton, también conocido como unidad de masa atómica (uma). Un neutrón tiene una masa de 1,008 dalton y un protón posee una masa de 1,007 dalton. La masa de un electrón es de 0,0005 dalton, es decir casi 2 mil veces menor que la masa de un neutrón o de un protón. La masa atómica (también denominada peso atómico) de un elemento es un promedio de la masa de todos sus isótopos presentes en forma natural. En forma típica, la masa atómica de un elemento es cercana al número de masa de su isótopo más abundante.
Como ya se mencionó, los átomos de un elemento tienen el mismo número de protones. Los átomos de cada elemento pierden, ganan o comparten sus electrones de una manera característica cuando interactúan con otros átomos. La forma en que se comportan los electrones hace que los átomos se encuentren en el cuerpo como partículas con carga eléctrica o iones, o que se unan entre sí para formar combinaciones complejas denominadas moléculas. Si un átomo cede o gana electrones, se convierte en un ion. Un ion es un áromo con carga positiva o negativa puesto que tiene un número desigual de protones y electrones. La ionización es el proceso de ceder o ganar electrones. El ion de un átomo se representa escribiendo su símbolo químico seguido del número de cargas positivas (+) o negativas (-) que tiene. Por ejemplo, Ca++ indica que el ion calcio tiene dos cargas positivas porque cedió dos electrones.
Cuando dos o más átomos comparten electrones, el resultado de esta combinación se denomina molécula. La fórmula molecular indica los elementos y el número de átomos de cada elemento que constituyen una molécula. Una molécula puede estar formada por dos átomos del mismo elemento, como ocurre con la molécula de oxígeno. La fórmula molecular de una molécula de oxígeno es O2. el subíndice 2 indica que la molécula contiene dos átomos de oxígeno. Una molécula puede estar formada también por dos o más tipos distintos de átomos, como ocurre con la molécula de agua (H2O). En el H2O un átomo de oxígeno comparte sus electrones con dos átomos de hidrógeno.
Un compuesto es una sustancia que contiene átomos de dos o más elementos distintos. La mayoría de los átomos del cuerpo se hallan formando compuestos. Por ejemplo, el agua (H2O) y el cloruro de sodio (NaCl), la sal de mesa, son compuestos. En cambio, una molécula de oxígeno (O2) no es un compuesto porque está constituido por dos átomos de un mismo elemento.
Un radical libre es un átomo o un grupo de átomos cargados eléctricamente con un electrón no apareado en capa más externa. Un ejemplo común de un radical libre es el superóxido, que se forma por el agregado de un electrón a una molécula de oxígeno. La presencia de un electrón no apareado hace que el radical libre sea inestable, muy reactivo y dañino para las moléculas vecinas. Los radicales libres se tonar estables cuando ceden su electrón no apareado o cuando captan un electrón de otra molécula. En este proceso, los radicales libres pueden destruir importantes moléculas del cuerpo. Mira los radicales libres y sus efectos sobre la salud.
Elementos químicos
La materia existe en tres estados: sólido, líquido y gaseoso. Los sólidos, como los huesos y los dientes, son compactos y tienen una forma y volumen definidos. Los líquidos, como el plasma sanguíneo, presentan un volumen definido pero adoptan la forma del elemento que los contiene.
Los gases, como el oxígeno y el dióxido de carbono, carecen de forma y de volumen definido. Todas las formas de la materia, tanto las vidas como las no vivas, están compuestas por un número limitado de "unidades o ladrillos de construcción" denominados elementos químicos. Cada elemento es una sustancia que no puede dividirse en otra más simple por los medios químicos comunes. Hasta el presente, los científicos han reconocido 112 elementos.
De ellos, 92 existen naturalmente en la tierra. El resto fue producido a partir de los elementos naturales utilizando aceleradores de partículas o reactores nucleares. Cada elemento se designa por un símbolo químico, una o dos letras de su nombre en inglés, latín u otro idioma. ejemplos de símbolos químicos son el H para hidrógeno, C para carbono, O para oxígeno, N para nitrógeno, Ca para calcio y Na para sodio.
En el cuerpo se encuentran normalmente veintiséis elementos. Nada más que cuatro, conocidos como elementos mayores: oxígeno, carbono, hidrógeno y nitrógeno, forman cerca del 96% de la masa corporal. Otros ocho, los elementos menores: calcio, fósforo (P), potasio (K), azufre (S), sodio, cloro (Cl), magnesio (Mg) y hieroo (Fe), contribuyen con el 3,8% de la masa corporal. En muy pequeñas cantidades se hallan 14 elementos, los oligoelementos, que corresponden al 0,2% restante de la masa corporal. Varios de éstos cumplen funciones muy importantes en el organismo. Por ejemplo, el yodo es necesario para la síntesis de hormonas tiroideas. Todavía se desconocen las funciones de algunos de ellos.
Estructura atómica
Cada elemento está formado por átomos las menores unidades de la materia que conservan las propieades y las características del mismo. En el punto final de una oración, por ejemplo, cabrían alrededor de doscientos mil de los átomos más grandes. Los átomos de hidrógeno, que son los más pequeños, tienen un diámetro menor de 0,1 nanómetro (0,0000000001 m), y los átomos de mayor tamaño son solo cinco veces más grandes.
Cada átomo está compuesto por docenas de partículas subatómicas distintas. Sin embargo, para comprender las reacciones químicas que tienen lugar en el cuerpo humano, solo tres, los protones, los neutrones y los electrones, revisten importancia. La parte central densa de un átomo es su núcleo. Dentro del núcleo se encuentran partículas con carga positiva, los protones (P+), y otros sin carga alguna (carga neutral), los neutrones (n°). Los pequeños electrones (e-), de carga negativa, se mueven en un amplio espacio que rodea al núcleo. No siguen una órbita predeterminada, sino que forman una "nube" con carga negativa que envuelve al núcleo.
Pese a que no se puede predecir su posición exacta, hay grupos específicos de electrones que tienen mayor probabilidad de moverse dentro de ciertas regiones en torno al núcleo. Estas regiones se denominan niveles de energía o capas de electrones y se representan como círculos alrededor del núcleo. Puesto que cada capa puede contener un número específico de electrones, el modelo de niveles de energía es el que mejor representa este aspecto de la estructura atómica. el primer nivel de energía (el más cercano al núcleo) nunca contiene más de 2 electrones.
El segundo nivel puede tener un máximo de 8 electrones y en el tercer nivel puede haber hasta 18 electrones. Los niveles de energía se llenan de electrones en un orden específico a partir del primer nivel. Por ejemplo, el sodio (Na), que tiene 11 electrones en total, contiene 2 electrones en el primer nivel, 8 electrones en el segundo nivel y uno en el tercero. El elemento más grande presente en el cuerpo humano es el yodo, que tiene un total de 53 electrones: 2 en el primer nivel, 8 en el segundo, 18 en el tercero, 18 en el cuarto y en el quinto.
El número de electrones en un átomo es igual al número de protones. Dado que cada electrón t cada protón tienen una sola carga, las cargas negativas de los electrones y las cargas positivas de los protones se neutralizan entre sí. Como resultado, cada átomo es eléctricamente neutro, es decir: su carga neta es cero.
Número atómico y número de masa
El número de protones en el núcleo de un átomo es su número atómico. Por ejemplo, el oxígeno tiene un número atómico de 8 porque su núcleo presenta 8 protones, mientras que el número atómico del sodio es 11 porque en su núcleo hay 11 protones.
El número de masa de un átomo está dado por la suma de sus protones y electrones. Como en un átomo de sodio hay 11 protones y 12 electrones, su número de masa es 23. Pese a que todos los átomos de un elemento tienen el mismo número de protones, pueden tener diferente número de neutrones y por ende, diferentes número y distintos números de masa. Los isótopos son átomos de un elemento que tienen distinto número de neutrones y, en consecuencia, diferente número de masa.
Por ejemplo, la mayor parte de los átomos de oxígeno tienen 8 neutrones, y unos pocos tienen 9 o 10, pero todos tienen 8 protones y 8 electrones. La mayoría de los isótopos son estables, lo cual significa que su estructura nuclear no cambia con el tiempo. Los isótopos estables del oxígeno se designan O16, O17 y O18. El número indica el número de masa de cada isótopo. Pese a que los isótopos de un elemento tienen diferente número de neutrones, sus propiedades químicas son idénticas porque el número de electrones es el mismo.
Hay ciertos isótopos que son inestables y se denominan isótopos radioactivos; Su núcleo va degradándose (cambia en forma esónténa) hacia una configuración estable. Algunos ejemplos con el H13, el C14, el O15 y el O19. A medida que se degradan, estos átomos emiten radiación, sea en partículas subatómicas o en paquetes de energía, y durante este proceso suelen transformarse en otro elemento distinto. Por ejemplo, el isótopo radioactivo del carbono, el C14, se transforma en N14.
La degradación de un radioisótopo puede producirse tan rápidamente como en un fracción de segundo o durar millones de años. La vida media de un isótopo es el tiempo requerido para que la mitad de los átomos radioactivos de una muestra de ese isótopo se transformen en una forma más estable. La vida media del C14, que se emplea para determinar la antigüedad de muestras orgánicas, es de 5600 años, mientras que la vida media del H13, de gran utilidad en clínica, es de 8 días.
Efectos perjudiciales y beneficios de la radiación
Los isótopos radioactivos pueden tener tanto efectos benéficos como nocivos. Las radiaciones que emiten pueden degradar moléculas e implican una seria amenaza para el cuerpo humano ya que dañan tejidos u ocasionan distintos tipos de cánceres. Pese a que la degradación de los isótopos radioactivos que existen naturalmente libera por lo común sólo una pequeña cantidad de radiación al medio ambiente, a veces puede ocurrir que se acumulen radiaciones en forma localizada. El radón 222, un gas inodoro e incoloro que es un producto radioactivo de la degradación natural del uranio, puede filtrarse de la tierra y acumularse en los edificios.
No sólo se lo asocia con el cáncer de pulmón en las personas que fuman, sino que también se lo relaciona con numerosos casos de cáncer de pulmón en no fumadores. Uno de los efectos benéficos de ciertos radioisótopos es su uso en los procedimientos de técnicas de imagen que se utilizan para el diagnóstico y el tratamiento de ciertas enfermedades. Algunos radioisótopos pueden utilizarse como marcadores para seguir el movimiento de determinadas sustancias en el organismo. el talio201 se utiliza para monitorizar el flujo sanguíneo a través del corazón durante una prueba de esfuerzo. El yodo131 se emplea en la detección del cáncer de la glándula tiroides y para evaluar su tamaño y actividad. También puede administrarse para destruir parte de una glándula tiroidea hiperactiva. El cesio137 se usa para el tratamiento del cáncer de cuello uterino avanzado y el iridio en el tratamiento del cáncer de próstata.
Masa atómica
La unidad estándar para medir la masa de los átomos y sus partículas subatómicas es el dalton, también conocido como unidad de masa atómica (uma). Un neutrón tiene una masa de 1,008 dalton y un protón posee una masa de 1,007 dalton. La masa de un electrón es de 0,0005 dalton, es decir casi 2 mil veces menor que la masa de un neutrón o de un protón. La masa atómica (también denominada peso atómico) de un elemento es un promedio de la masa de todos sus isótopos presentes en forma natural. En forma típica, la masa atómica de un elemento es cercana al número de masa de su isótopo más abundante.
Iones, moléculas y compuestos
Como ya se mencionó, los átomos de un elemento tienen el mismo número de protones. Los átomos de cada elemento pierden, ganan o comparten sus electrones de una manera característica cuando interactúan con otros átomos. La forma en que se comportan los electrones hace que los átomos se encuentren en el cuerpo como partículas con carga eléctrica o iones, o que se unan entre sí para formar combinaciones complejas denominadas moléculas. Si un átomo cede o gana electrones, se convierte en un ion. Un ion es un áromo con carga positiva o negativa puesto que tiene un número desigual de protones y electrones. La ionización es el proceso de ceder o ganar electrones. El ion de un átomo se representa escribiendo su símbolo químico seguido del número de cargas positivas (+) o negativas (-) que tiene. Por ejemplo, Ca++ indica que el ion calcio tiene dos cargas positivas porque cedió dos electrones.
Cuando dos o más átomos comparten electrones, el resultado de esta combinación se denomina molécula. La fórmula molecular indica los elementos y el número de átomos de cada elemento que constituyen una molécula. Una molécula puede estar formada por dos átomos del mismo elemento, como ocurre con la molécula de oxígeno. La fórmula molecular de una molécula de oxígeno es O2. el subíndice 2 indica que la molécula contiene dos átomos de oxígeno. Una molécula puede estar formada también por dos o más tipos distintos de átomos, como ocurre con la molécula de agua (H2O). En el H2O un átomo de oxígeno comparte sus electrones con dos átomos de hidrógeno.
Un compuesto es una sustancia que contiene átomos de dos o más elementos distintos. La mayoría de los átomos del cuerpo se hallan formando compuestos. Por ejemplo, el agua (H2O) y el cloruro de sodio (NaCl), la sal de mesa, son compuestos. En cambio, una molécula de oxígeno (O2) no es un compuesto porque está constituido por dos átomos de un mismo elemento.
Un radical libre es un átomo o un grupo de átomos cargados eléctricamente con un electrón no apareado en capa más externa. Un ejemplo común de un radical libre es el superóxido, que se forma por el agregado de un electrón a una molécula de oxígeno. La presencia de un electrón no apareado hace que el radical libre sea inestable, muy reactivo y dañino para las moléculas vecinas. Los radicales libres se tonar estables cuando ceden su electrón no apareado o cuando captan un electrón de otra molécula. En este proceso, los radicales libres pueden destruir importantes moléculas del cuerpo. Mira los radicales libres y sus efectos sobre la salud.