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Fluoruro

Fluoruro ( / ˈ f l ʊər aɪ d , ˈ f l ɔːr -/ ) [ 3] es un anión monoatómico inorgánico de flúor , con la fórmula química F −
(también escrito [F]−
), cuyas sales son típicamente blancas o incoloras. Las sales de fluoruro suelen tener un sabor amargo distintivo y son inodoras. Sus sales y minerales son importantes reactivos químicos y productos químicos industriales, utilizados principalmente en la producción de fluoruro de hidrógeno para fluorocarbonos . El fluoruro se clasifica como una base débil ya que sólo se asocia parcialmente en solución, pero el fluoruro concentrado es corrosivo y puede atacar la piel.

El fluoruro es el anión flúor más simple . En términos de carga y tamaño, el ion fluoruro se parece al ion hidróxido . Los iones de fluoruro se encuentran en la Tierra en varios minerales, particularmente en la fluorita , pero solo están presentes en pequeñas cantidades en los cuerpos de agua en la naturaleza.

Nomenclatura

Los fluoruros incluyen compuestos que contienen fluoruro iónico y aquellos en los que el fluoruro no se disocia. La nomenclatura no distingue estas situaciones. Por ejemplo, el hexafluoruro de azufre y el tetrafluoruro de carbono no son fuentes de iones fluoruro en condiciones normales.

El nombre sistemático fluoruro , el nombre IUPAC válido , se determina según la nomenclatura de aditivos. Sin embargo, el nombre fluoruro también se utiliza en la nomenclatura composicional IUPAC que no tiene en cuenta la naturaleza del enlace involucrado.El fluoruro también se utiliza de forma no sistemática para describir compuestos que liberan fluoruro al disolverse. El fluoruro de hidrógeno es en sí mismo un ejemplo de un nombre no sistemático de esta naturaleza. Sin embargo, también es un nombre trivial y el nombre preferido de la IUPAC para el fluorano . [ cita necesaria ]

Ocurrencia

Cristales de fluorita

Se estima que el flúor es el decimotercer elemento más abundante en la corteza terrestre y está ampliamente disperso en la naturaleza, enteramente en forma de fluoruros. La gran mayoría se encuentra en depósitos minerales , el más importante comercialmente de los cuales es la fluorita (CaF 2 ). [4] La erosión natural de algunos tipos de rocas, [5] [6] así como las actividades humanas, liberan fluoruros en la biosfera a través de lo que a veces se llama el ciclo del flúor .

En agua

El fluoruro está presente de forma natural en las aguas subterráneas, en las fuentes de agua dulce y salada , así como en el agua de lluvia, particularmente en las zonas urbanas. [7] Los niveles de fluoruro en el agua de mar suelen estar en el rango de 0,86 a 1,4 mg/L, y un promedio de 1,1 mg/L [8] (miligramos por litro ). En comparación, la concentración de cloruro en el agua de mar es de aproximadamente 19 g/L. La baja concentración de fluoruro refleja la insolubilidad de los fluoruros alcalinotérreos , por ejemplo CaF 2 .

Las concentraciones en agua dulce varían más significativamente. El agua superficial , como ríos o lagos, generalmente contiene entre 0,01 y 0,3 mg/L. [9] Las concentraciones de agua subterránea (agua de pozo) varían aún más, dependiendo de la presencia de minerales locales que contienen fluoruro. Por ejemplo, se han detectado niveles naturales inferiores a 0,05 mg/L en partes de Canadá, pero hasta 8 mg/L en partes de China; en general, los niveles rara vez superan los 10 mg/litro [10]

El fluoruro puede estar presente en la lluvia, y su concentración aumenta significativamente tras la exposición a la actividad volcánica [14] o la contaminación atmosférica derivada de la quema de combustibles fósiles u otros tipos de industria, [15] [16] particularmente las fundiciones de aluminio . [17]

en plantas

Toda la vegetación contiene algo de fluoruro, que se absorbe del suelo y del agua. [10] Algunas plantas concentran fluoruro de su entorno más que otras. Todas las hojas de té contienen fluoruro; sin embargo, las hojas maduras contienen entre 10 y 20 veces los niveles de fluoruro de las hojas jóvenes de la misma planta. [18] [19] [20]

Propiedades químicas

Basicidad

El fluoruro puede actuar como base . Puede combinarse con un protón ( H + ): 

Esta reacción de neutralización forma fluoruro de hidrógeno (HF), el ácido conjugado del fluoruro.

En solución acuosa, el fluoruro tiene un valor de p K b de 10,8. Por lo tanto, es una base débil y tiende a permanecer como ion fluoruro en lugar de generar una cantidad sustancial de fluoruro de hidrógeno. Es decir, el siguiente equilibrio favorece al lado izquierdo del agua:

Sin embargo, tras un contacto prolongado con la humedad, las sales de fluoruro solubles se descompondrán en sus respectivos hidróxidos u óxidos, a medida que se escapa el fluoruro de hidrógeno. El fluoruro es distinto a este respecto entre los haluros. La identidad del disolvente puede tener un efecto espectacular en el equilibrio, desplazándolo hacia el lado derecho, aumentando considerablemente la velocidad de descomposición.

Estructura de las sales de fluoruro.

Las sales que contienen fluoruro son numerosas y adoptan innumerables estructuras. Normalmente, el anión fluoruro está rodeado por cuatro o seis cationes, como es habitual en otros haluros. El fluoruro de sodio y el cloruro de sodio adoptan la misma estructura. Para los compuestos que contienen más de un fluoruro por catión, las estructuras a menudo se desvían de las de los cloruros, como lo ilustra el principal mineral de fluoruro, la fluorita (CaF 2 ), donde los iones Ca 2+ están rodeados por ocho centros F − . En CaCl 2 , cada ion Ca 2+ está rodeado por seis centros Cl − . Los difluoruros de los metales de transición suelen adoptar la estructura de rutilo , mientras que los dicloruros tienen estructuras de cloruro de cadmio .

Química Inorgánica

Tras el tratamiento con un ácido estándar, las sales de fluoruro se convierten en fluoruro de hidrógeno y sales metálicas . Con ácidos fuertes, puede protonarse doblemente para dar H2F+. La oxidación del fluoruro da flúor. Las soluciones de fluoruros inorgánicos en agua contienen F − y bifluoruro HF.−
2. [21] Pocos fluoruros inorgánicos son solubles en agua sin sufrir una hidrólisis significativa. En términos de su reactividad, el fluoruro difiere significativamente del cloruro y otros haluros, y está más fuertemente solvatado en disolventes próticos debido a su menor relación radio/carga. Su pariente químico más cercano es el hidróxido , ya que ambos tienen geometrías similares.

fluoruro desnudo

La mayoría de las sales de fluoruro se disuelven para dar bifluoruro ( HF−
2) anión. Las fuentes de verdaderos aniones F − son raras porque el anión fluoruro, altamente básico, extrae protones de muchas fuentes, incluso accidentales. El fluoruro relativamente no solvatado , que existe en disolventes apróticos, se denomina "desnudo". El fluoruro desnudo es una fuerte base de Lewis [ 22] y un poderoso nucleófilo. Algunas sales de amonio cuaternario de fluoruro desnudo incluyen fluoruro de tetrametilamonio y fluoruro de tetrabutilamonio . [23] El fluoruro de cobaltocenio es otro ejemplo. [24] Sin embargo, todos ellos carecen de caracterización estructural en disolventes apróticos. Debido a su alta basicidad, muchas de las denominadas fuentes de fluoruro desnudo son en realidad sales de bifluoruro. A finales de 2016 se sintetizó fluoruro de imidazolio, que es la aproximación más cercana a un ejemplo termodinámicamente estable y estructuralmente caracterizado de una fuente de fluoruro "desnuda" en un disolvente aprótico (acetonitrilo). [25] El catión imidazolio estéricamente exigente estabiliza los aniones discretos y los protege de la polimerización. [26] [27]

Bioquímica

A pH fisiológicos, el fluoruro de hidrógeno suele estar completamente ionizado a fluoruro. En bioquímica , el fluoruro y el fluoruro de hidrógeno son equivalentes. El flúor, en forma de flúor, se considera un micronutriente para la salud humana, necesario para prevenir las caries dentales y promover un crecimiento óseo saludable. [28] La planta del té ( Camellia sinensis L.) es un conocido acumulador de compuestos de flúor, que se liberan al formar infusiones como la bebida común. Los compuestos de flúor se descomponen en productos que incluyen iones de fluoruro. El fluoruro es la forma de flúor con mayor biodisponibilidad y, como tal, el té es potencialmente un vehículo para la dosificación de fluoruro. [29] Aproximadamente, el 50% del fluoruro absorbido se excreta por vía renal en un período de veinticuatro horas. El resto puede retenerse en la cavidad bucal y en el tracto digestivo inferior. El ayuno aumenta drásticamente la tasa de absorción de fluoruro hasta cerca del 100%, de un 60% a un 80% cuando se toma con alimentos. [29] Según un estudio de 2013, se descubrió que el consumo de un litro de té al día puede proporcionar potencialmente la ingesta diaria recomendada de 4 mg por día. Algunas marcas de menor calidad pueden suministrar hasta un 120% de esta cantidad. El ayuno puede aumentar esto al 150%. El estudio indica que las comunidades que beben té tienen un mayor riesgo de fluorosis dental y esquelética , en el caso de que la fluoración del agua esté vigente. [29] El ion fluoruro en dosis bajas en la boca reduce las caries. [30] Por esta razón, se utiliza en la fluoración de pasta de dientes y agua. En dosis mucho más altas y exposición frecuente, el fluoruro causa complicaciones de salud y puede ser tóxico.

Aplicaciones

Las sales de fluoruro y el ácido fluorhídrico son los principales fluoruros de valor industrial.

Química organofluorada

Los compuestos organofluorados son omnipresentes. Muchos medicamentos, muchos polímeros, refrigerantes y muchos compuestos inorgánicos se elaboran a partir de reactivos que contienen fluoruro. A menudo los fluoruros se convierten en fluoruro de hidrógeno, que es un reactivo importante y precursor de los reactivos. Son particularmente importantes el ácido fluorhídrico y su forma anhidra, el fluoruro de hidrógeno . [4]

Producción de metales y sus compuestos.

Los principales usos del fluoruro, en términos de volumen, son en la producción de criolita, Na 3 AlF 6 . Se utiliza en la fundición de aluminio . Antiguamente se extraía, pero ahora se deriva del fluoruro de hidrógeno. La fluorita se utiliza a gran escala para separar la escoria en la fabricación de acero. La fluorita extraída (CaF 2 ) es un producto químico utilizado en la fabricación de acero. El hexafluoruro de uranio se emplea en la purificación de isótopos de uranio.

Prevención de caries

El fluoruro se vende en tabletas para la prevención de caries.

Los compuestos que contienen fluoruro, como el fluoruro de sodio o el monofluorofosfato de sodio, se utilizan en la terapia con fluoruro tópico y sistémico para prevenir las caries , pero se desconoce la razón bioquímica exacta. [ cita necesaria ] Se utilizan para la fluoración del agua y en muchos productos asociados con la higiene bucal . [31] Originalmente, el fluoruro de sodio se usaba para fluorar el agua; El ácido hexafluorosilícico (H 2 SiF 6 ) y su sal hexafluorosilicato de sodio (Na 2 SiF 6 ) son aditivos más utilizados, especialmente en los Estados Unidos. Se sabe que la fluoración del agua previene las caries dentales [32] [33] y los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades de EE. UU . la consideran "uno de los 10 grandes logros de salud pública del siglo XX". [34] [35] En algunos países donde los sistemas de agua grandes y centralizados son poco comunes, el fluoruro se entrega a la población mediante la fluoración de la sal de mesa. Para conocer el método de acción para la prevención de caries, consulte Terapia con fluoruro . La fluoración del agua tiene sus críticos (ver controversia sobre la fluoración del agua ). [36] La pasta de dientes fluorada es de uso común. Los metanálisis muestran la eficacia de 500 ppm de fluoruro en pastas dentales. [37] [38] Sin embargo, no se puede detectar ningún efecto beneficioso cuando se utiliza más de una fuente de fluoruro para el cuidado bucal diario. [39] [ necesita cotización para verificar ]

reactivo de laboratorio

Las sales de fluoruro se utilizan comúnmente en el procesamiento de ensayos biológicos para inhibir la actividad de las fosfatasas , como las serina / treonina fosfatasas. [40] El fluoruro imita el ion hidróxido nucleofílico en los sitios activos de estas enzimas. [41] El fluoruro de berilio y el fluoruro de aluminio también se utilizan como inhibidores de la fosfatasa, ya que estos compuestos son imitadores estructurales del grupo fosfato y pueden actuar como análogos del estado de transición de la reacción. [42] [43]

Recomendaciones dietéticas

El Instituto de Medicina de EE. UU. (IOM) actualizó los requerimientos promedio estimados (EAR) y las cantidades dietéticas recomendadas (RDA) para algunos minerales en 1997. Cuando no había información suficiente para establecer EAR y RDA, se utilizó una estimación denominada ingesta adecuada (AI). en cambio. Las IA generalmente se comparan con el consumo promedio real, con el supuesto de que parece haber una necesidad y que esa necesidad se satisface con lo que consume la gente. La IA actual para mujeres de 19 años y mayores es de 3,0 mg/día (incluye embarazo y lactancia). La IA para los hombres es de 4,0 mg/día. La IA para niños de 1 a 18 años aumenta de 0,7 a 3,0 mg/día. El principal riesgo conocido de deficiencia de fluoruro parece ser un mayor riesgo de caries dentales causadas por bacterias. En cuanto a la seguridad, el IOM establece niveles máximos de ingesta (UL) tolerables de vitaminas y minerales cuando la evidencia es suficiente. En el caso del fluoruro el UL es de 10 mg/día. En conjunto, las EAR, RDA, AI y UL se denominan ingestas dietéticas de referencia (DRI). [44]

La Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA) se refiere al conjunto colectivo de información como Valores Dietéticos de Referencia, con Ingesta de Referencia Poblacional (PRI) en lugar de RDA, y Requerimiento Promedio en lugar de EAR. AI y UL se definieron igual que en Estados Unidos. Para las mujeres de 18 años o más, la IA se establece en 2,9 mg/día (incluye embarazo y lactancia). Para los hombres el valor es de 3,4 mg/día. Para niños de 1 a 17 años, los IA aumentan con la edad de 0,6 a 3,2 mg/día. Estas IA son comparables a las de EE. UU. [45] La EFSA revisó la evidencia de seguridad y estableció un UL para adultos en 7,0 mg/día (menor para niños). [46]

Para fines de etiquetado de alimentos y suplementos dietéticos en EE. UU., la cantidad de vitamina o mineral en una porción se expresa como porcentaje del valor diario (%DV). Aunque existe información para establecer una Ingesta Adecuada, el fluoruro no tiene un Valor Diario y no es obligatorio que aparezca en las etiquetas de los alimentos. [47]

Ingesta diaria estimada

La ingesta diaria de fluoruro puede variar significativamente según las diversas fuentes de exposición. En varios estudios se han informado valores que oscilan entre 0,46 y 3,6 a 5,4 mg/día (IPCS, 1984). [28] En áreas donde el agua está fluorada , se puede esperar que sea una fuente importante de fluoruro; sin embargo, el fluoruro también está presente de forma natural en prácticamente todos los alimentos y bebidas en una amplia gama de concentraciones. [48] ​​El consumo diario máximo seguro de fluoruro es de 10 mg/día para un adulto (EE.UU.) o 7 mg/día (Unión Europea). [44] [46]

El límite superior de ingesta de fluoruro de todas las fuentes (agua fluorada, alimentos, bebidas, productos dentales fluorados y suplementos dietéticos de fluoruro) se establece en 0,10 mg/kg/día para bebés, niños pequeños y niños de hasta 8 años. Para los niños mayores y los adultos, que ya no corren riesgo de sufrir fluorosis dental, el límite superior de fluoruro se establece en 10 mg/día independientemente del peso. [49]

Seguridad

Ingestión

Según el Departamento de Agricultura de EE. UU., la ingesta dietética de referencia, que es el "nivel más alto de ingesta diaria de nutrientes que probablemente no presente riesgos de efectos adversos para la salud", especifica 10 mg/día para la mayoría de las personas, lo que corresponde a 10 litros de fluoruro. agua sin riesgo. Para los niños pequeños, los valores son menores, oscilando entre 0,7 mg/día y 2,2 mg/día para los lactantes. [51] Las fuentes de fluoruro en agua y alimentos incluyen la fluoración del agua comunitaria, mariscos, té y gelatina. [52]

Las sales de fluoruro solubles, de las cuales el fluoruro de sodio es el más común, son tóxicas y han provocado muertes tanto accidentales como autoinfligidas por intoxicación aguda . [4] La dosis letal para la mayoría de los seres humanos adultos se estima en 5 a 10 g (lo que equivale a 32 a 64 mg de fluoruro elemental por kg de peso corporal). [53] [54] [55] Está documentado un caso de intoxicación mortal de un adulto con 4 gramos de fluoruro de sodio, [56] y se ha sobrevivido a una dosis de 120 g de fluoruro de sodio. [57] Para el fluorosilicato de sodio (Na 2 SiF 6 ), la dosis letal media (LD 50 ) por vía oral en ratas es de 125 mg/kg, correspondiente a 12,5 g para un adulto de 100 kg. [58]

El tratamiento puede implicar la administración oral de hidróxido de calcio diluido o cloruro de calcio para evitar una mayor absorción y la inyección de gluconato de calcio para aumentar los niveles de calcio en la sangre. [56] El fluoruro de hidrógeno es más peligroso que sales como el NaF porque es corrosivo y volátil, y puede provocar una exposición mortal por inhalación o por contacto con la piel; El gel de gluconato de calcio es el antídoto habitual. [59]

En las dosis más altas utilizadas para tratar la osteoporosis , el fluoruro de sodio puede causar dolor en las piernas y fracturas por estrés incompletas cuando las dosis son demasiado altas; también irrita el estómago, a veces tan gravemente que provoca úlceras. Las versiones de liberación lenta y con recubrimiento entérico del fluoruro de sodio no tienen efectos secundarios gástricos significativos y tienen complicaciones más leves y menos frecuentes en los huesos. [60] En las dosis más bajas utilizadas para la fluoración del agua , el único efecto adverso claro es la fluorosis dental , que puede alterar la apariencia de los dientes de los niños durante el desarrollo dental ; En general, esto es leve y es poco probable que represente algún efecto real en la apariencia estética o en la salud pública. [61] Se sabía que el fluoruro mejoraba la medición de la densidad mineral ósea en la columna lumbar, pero no era eficaz para las fracturas vertebrales y provocaba más fracturas no vertebrales. [62] En áreas que tienen altos niveles naturales de fluoruro en el agua subterránea que se utiliza para beber , la fluorosis tanto dental como esquelética puede ser prevalente y grave. [63]

Un mito urbano popular afirma que los nazis utilizaron fluoruro en los campos de concentración, pero no hay evidencia histórica que demuestre esta afirmación. [64]

Mapas de peligro de fluoruro en aguas subterráneas

Alrededor de un tercio de la población humana bebe agua de recursos subterráneos. De esta cantidad, alrededor del 10%, aproximadamente trescientos millones de personas, obtienen agua de recursos subterráneos que están muy contaminados con arsénico o fluoruro. [65] Estos oligoelementos derivan principalmente de minerales. [66] Se encuentran disponibles mapas que localizan pozos potencialmente problemáticos. [67]

Actual

Las soluciones concentradas de fluoruro son corrosivas. [68] Se usan guantes hechos de caucho de nitrilo cuando se manipulan compuestos de fluoruro. Los peligros de las soluciones de sales de fluoruro dependen de la concentración. En presencia de ácidos fuertes , las sales de fluoruro liberan fluoruro de hidrógeno , que es corrosivo, especialmente para el vidrio. [4]

Otros derivados

A partir del fluoruro se producen aniones orgánicos e inorgánicos, entre ellos:

Ver también

Referencias

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enlaces externos

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