Fluoruro ( / f l ʊər aɪ d , f l ɔr - / ) [3] es una inorgánico , monoatómico anión de flúor , con la fórmula química F-
(también escrito [F]-
), cuyas sales suelen ser blancas o incoloras. Las sales de fluoruro tienen típicamente sabores amargos distintivos y son inodoros. Sus sales y minerales son importantes reactivos químicos y químicos industriales, utilizados principalmente en la producción de fluoruro de hidrógeno para fluorocarbonos . El fluoruro se clasifica como una base débil ya que solo se asocia parcialmente en solución, pero el fluoruro concentrado es corrosivo y puede atacar la piel.
Nombres | |||
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Nombre IUPAC Fluoruro [1] | |||
Identificadores | |||
Modelo 3D ( JSmol ) | |||
CHEBI | |||
CHEMBL | |||
ChemSpider | |||
14905 | |||
KEGG | |||
Malla | Fluoruro | ||
PubChem CID | |||
UNII | |||
Tablero CompTox ( EPA ) | |||
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Propiedades | |||
F- | |||
Masa molar | 18,998 403 163 g · mol −1 | ||
Ácido conjugado | Fluoruro de hidrógeno | ||
Termoquímica | |||
Entropía molar estándar ( S | 145,58 J / mol K (gaseoso) [2] | ||
−333 kJ mol −1 | |||
Compuestos relacionados | |||
Otros aniones | |||
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |||
Referencias de Infobox | |||
El fluoruro es el anión de flúor más simple. En términos de carga y tamaño, el ión fluoruro se parece al ión hidróxido . Los iones de fluoruro se encuentran en la tierra en varios minerales, particularmente la fluorita , pero están presentes solo en cantidades traza 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 de fluoruro , el nombre válido de la IUPAC , se determina de acuerdo con la nomenclatura de aditivos. Sin embargo, el nombre fluoruro también se usa en la nomenclatura de composición de la IUPAC que no tiene en cuenta la naturaleza de la unión involucrada. El fluoruro también se usa de manera 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 requerida ]
Ocurrencia
Se estima que el flúor es el decimotercer elemento más abundante en la corteza terrestre y se encuentra ampliamente disperso en la naturaleza, enteramente en forma de fluoruros. Se conocen muchos minerales, pero de suma importancia comercial es la fluorita (CaF 2 ), que es aproximadamente 49% de fluoruro en masa. [4] El mineral suave y colorido se encuentra en todo el mundo.
- En agua
El fluoruro está presente de forma natural en concentraciones bajas en la mayoría de las fuentes de agua dulce y salada , así como en el agua de lluvia, especialmente en las zonas urbanas. [5] Los niveles de fluoruro de agua de mar suelen estar en el rango de 0,86 a 1,4 mg / L, y un promedio de 1,1 mg / L [6] (miligramos por litro ). A modo de 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 de manera más significativa. El agua superficial , como ríos o lagos, generalmente contiene entre 0,01 y 0,3 ppm. [7] 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 por debajo de 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 [8]
- En algunos lugares, como Tanzania y partes de la India , [9] el agua potable contiene niveles peligrosamente altos de fluoruro, lo que provoca graves problemas de salud .
- En todo el mundo, 50 millones de personas reciben agua de suministros de agua que, naturalmente, se acercan al "nivel óptimo". [10]
- En otros lugares, el nivel de fluoruro es muy bajo, lo que a veces conduce a la fluoración de los suministros públicos de agua para llevar el nivel a alrededor de 0,7-1,2 ppm.
El fluoruro puede estar presente en la lluvia, y su concentración aumenta significativamente al exponerse a la actividad volcánica o la contaminación atmosférica derivada de la quema de combustibles fósiles u otros tipos de industria. [11] [12]
- En plantas
Toda la vegetación contiene algo de flúor, que se absorbe del suelo y el agua. [8] Algunas plantas concentran el fluoruro de su entorno más que otras. Todas las hojas de té contienen flúor; sin embargo, las hojas maduras contienen entre 10 y 20 veces los niveles de fluoruro de las hojas jóvenes de la misma planta. [13] [14] [15]
Propiedades químicas
Basicidad
El fluoruro puede actuar como base . Puede combinarse con un protón ( H + ):
- F - + H + → HF
( 1 )
Esta reacción de neutralización forma fluoruro de hidrógeno (HF), el ácido conjugado de fluoruro.
En solución acuosa, el fluoruro tiene un valor p K b de 10,8. Por lo tanto, es una base débil y tiende a permanecer como ión fluoruro en lugar de generar una cantidad sustancial de fluoruro de hidrógeno. Es decir, el siguiente equilibrio favorece al lado izquierdo en el agua:
- F - + H2OHF + HO -
( 2 )
Sin embargo, tras el contacto prolongado con la humedad, las sales de fluoruro solubles se descompondrán en sus respectivos hidróxidos u óxidos, a medida que escape el fluoruro de hidrógeno. El fluoruro es distinto a este respecto entre los haluros. La identidad del solvente puede tener un efecto dramático en el equilibrio desplazándolo hacia el lado derecho, aumentando en gran medida la tasa de descomposición.
Estructura de las sales de fluoruro
Las sales que contienen flúor son numerosas y adoptan innumerables estructuras. Normalmente, el anión fluoruro está rodeado por cuatro o seis cationes, como es típico para otros haluros. El fluoruro de sodio y el cloruro de sodio adoptan la misma estructura. Para 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 fluoruro 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 adoptan a menudo 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 produce flúor. Las soluciones de fluoruros inorgánicos en agua contienen F - y bifluoruro HF-
2. [16] 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 solventes 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 el anión bifluoruro (HF 2 - ). Fuentes de cierto F - aniones son raros porque el anión fluoruro altamente básico abstrae protones de fuentes muchos, incluso adventicias,. El flúor relativo no solvatado , que existe en los disolventes apróticos, se denomina "desnudo". El fluoruro desnudo es una base de Lewis fuerte , [17] y un nucleófilo poderoso. Algunas sales de amonio cuaternario de fluoruro desnudo incluyen fluoruro de tetrametilamonio y fluoruro de tetrabutilamonio . [18] El fluoruro de cobaltocenio es otro ejemplo. [19] Sin embargo, todos carecen de caracterización estructural en disolventes apróticos. Debido a su alta basicidad, muchas de las llamadas fuentes de fluoruro desnudo son de hecho sales de bifluoruro. A finales de 2016 se sintetizó el 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). [20] El catión imidazolio estéricamente exigente estabiliza los aniones discretos y los protege de la polimerización. [21] [22]
Bioquímica
A pH fisiológicos, el fluoruro de hidrógeno generalmente se ioniza completamente 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 la caries dental y promover un crecimiento óseo saludable. [23] 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 flúor. El flúor es la forma de flúor más biodisponible y, como tal, el té es potencialmente un vehículo para la dosificación de flúor. [24] Aproximadamente, el 50% del fluoruro absorbido se excreta por vía renal en un período de veinticuatro horas. El resto se puede retener en la cavidad bucal y el tracto digestivo inferior. El ayuno aumenta drásticamente la tasa de absorción de flúor a cerca del 100%, de un 60% a un 80% cuando se toma con alimentos. [24] Según un estudio de 2013, se encontró que el consumo de un litro de té al día, potencialmente puede suministrar 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 en efecto. [24] El ion fluoruro en dosis bajas en la boca reduce la caries dental. [25] Por esta razón, se utiliza en la fluoración de pasta de dientes y agua. En dosis mucho más altas y exposición frecuente, el flúor causa complicaciones de salud y puede ser tóxico.
Aplicaciones
Las sales de fluoruro y el ácido fluorhídrico son los principales fluoruros de valor industrial. Los compuestos con enlaces CF entran en el ámbito de la química de los organofluorados . Los principales usos del fluoruro, en términos de volumen, se encuentran en la producción de criolita, Na 3 AlF 6 . Se utiliza en la fundición de aluminio . Anteriormente, 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 ácido fluorhídrico y su forma anhidra, fluoruro de hidrógeno , también se usa en la producción de fluorocarbonos . El ácido fluorhídrico tiene una variedad de aplicaciones especializadas, incluida su capacidad para disolver vidrio. [4]
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 tópica y sistémica para prevenir la caries dental . Se utilizan para la fluoración del agua y en muchos productos asociados a la higiene bucal . [26] 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 de uso más común, especialmente en los Estados Unidos. Se sabe que la fluoración del agua previene la caries dental [27] [28] 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". [29] [30] En algunos países donde los sistemas de agua grandes y centralizados son poco comunes, el fluoruro se suministra 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 ). [31] La pasta de dientes fluorada es de uso común. El metanálisis muestra la eficacia de 500 ppm de fluoruro en las pastas dentales. [32] [33] Sin embargo, no se puede detectar ningún efecto beneficioso cuando se usa más de una fuente de fluoruro para el cuidado bucal diario. [34]
Reactivo bioquímico
Las sales de fluoruro se usan comúnmente en el procesamiento de ensayos biológicos para inhibir la actividad de las fosfatasas , como las serina / treonina fosfatasas. [35] El fluoruro imita el ion hidróxido nucleofílico en los sitios activos de estas enzimas. [36] 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. [37] [38]
Batería de iones de fluoruro
En 2018, un equipo de investigadores que incluía a Simon C. Jones del Instituto de Tecnología de California y Christopher J. Brooks del Instituto de Investigación Honda crearon una batería de iones de fluoruro (FIB). Utilizaron un electrolito líquido para transportar iones de fluoruro en la batería y demostraron su uso en un FIB recargable a temperatura ambiente. [39] [40]
Recomendaciones dietéticas
El Instituto de Medicina de EE. UU. (IOM) actualizó los requisitos 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 (IA) en lugar de. Por lo general, las IA se comparan con el consumo promedio real, con el supuesto de que parece haber una necesidad, y esa necesidad se satisface con lo que consumen las personas. El IA actual para mujeres de 19 años o más 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 mayor riesgo conocido de deficiencia de flúor parece ser un mayor riesgo de caries dentales causadas por bacterias. En cuanto a la seguridad, el IOM establece niveles tolerables de ingesta máxima (UL) 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). [41]
La Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA) se refiere al conjunto colectivo de información como Valores de Referencia Dietéticos, con Ingesta de Referencia de la Población (PRI) en lugar de RDA, y Requisito Promedio en lugar de EAR. AI y UL definieron lo mismo que en Estados Unidos. Para las mujeres mayores de 18 años, 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 los 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 IA de EE. UU. [42] La EFSA revisó las pruebas de seguridad y estableció un UL para adultos en 7,0 mg / día (más bajo para los niños). [43]
Para propósitos de etiquetado de alimentos y suplementos dietéticos en los EE. UU., La cantidad de una vitamina o mineral en una porción se expresa como un porcentaje del valor diario (% DV). Aunque existe información para establecer la ingesta adecuada, el fluoruro no tiene un valor diario y no es necesario que aparezca en las etiquetas de los alimentos. [44]
Ingesta diaria estimada
La ingesta diaria de flúor puede variar significativamente según las diversas fuentes de exposición. En varios estudios se han informado valores que oscilan entre 0,46 y 3,6–5,4 mg / día (IPCS, 1984). [23] En áreas donde el agua está fluorada, se puede esperar que sea una fuente significativa 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. [45] El consumo diario máximo seguro de fluoruro es de 10 mg / día para un adulto (EE. UU.) O 7 mg / día (Unión Europea). [41] [43]
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 tienen riesgo de fluorosis dental, el límite superior de fluoruro se establece en 10 mg / día independientemente del peso. [46]
Comida / bebida | Fluoruro (mg por 1000g / ppm) | Parte | Fluoruro (mg por porción) |
---|---|---|---|
Té negro (elaborado) | 3,73 | 1 taza, 240 g (8 fl oz) | 0,884 |
Pasas sin semillas | 2,34 | caja pequeña, 43 g (1,5 oz) | 0.101 |
Mesa de vino | 1,53 | Botella, 750 ml (26,4 fl oz) | 1.150 |
Agua del grifo municipal (fluorada) | 0,81 | Ingesta diaria recomendada, 3 litros (0,79 galones estadounidenses) | 2.433 |
Patatas al horno, Russet | 0,45 | Papa mediana, 140 g (0.3 lb) | 0,078 |
Cordero | 0,32 | Picar, 170 g (6 oz) | 0.054 |
Zanahorias | 0,03 | 1 zanahoria grande, 72 g (2.5 oz) | 0,002 |
Fuente: Datos tomados del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos, Base de datos nacional de nutrientes [47]. |
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 presenta riesgo de efectos adversos para la salud", especifica 10 mg / día para la mayoría de las personas, lo que corresponde a 10 L de fluorados 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. [48] Las fuentes de fluoruro en el agua y los alimentos incluyen la fluoración del agua de la comunidad, los mariscos, el té y la gelatina. [49]
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 (que equivale a 32 a 64 mg / kg de fluoruro elemental / kg de peso corporal). [50] [51] [52] Se documenta un caso de envenenamiento mortal de un adulto con 4 gramos de fluoruro de sodio, [53] y se ha sobrevivido a una dosis de 120 g de fluoruro de sodio. [54] Para el fluorosilicato de sodio (Na 2 SiF 6 ), la dosis letal media (DL 50 ) por vía oral en ratas es de 0,125 g / kg, correspondiente a 12,5 g para un adulto de 100 kg. [55]
El tratamiento puede incluir la administración oral de hidróxido de calcio diluido o cloruro de calcio para evitar una mayor absorción e inyección de gluconato de calcio para aumentar los niveles de calcio en la sangre. [53] El fluoruro de hidrógeno es más peligroso que las sales como el NaF porque es corrosivo y volátil, y puede resultar en una exposición fatal por inhalación o por contacto con la piel; El gel de gluconato de calcio es el antídoto habitual. [56]
En las dosis más altas que se usan 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 puede causar úlceras. Las versiones de fluoruro de sodio de liberación lenta y con recubrimiento entérico no tienen efectos secundarios gástricos de manera significativa y tienen complicaciones más leves y menos frecuentes en los huesos. [57] 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 de los dientes ; esto es en su mayoría leve y es poco probable que represente un efecto real en la apariencia estética o en la salud pública. [58] Se sabía que el flúor mejoraba la medición de la densidad mineral ósea en la columna lumbar, pero no era eficaz para las fracturas vertebrales y provocó más fracturas no vertebrales. [59]
Un mito urbano popular afirma que los nazis usaron fluoruro en los campos de concentración, pero no hay evidencia histórica que pruebe esta afirmación. [60]
En áreas que tienen altos niveles de fluoruro de origen natural en el agua subterránea que se utiliza para beber , la fluorosis tanto dental como esquelética puede ser frecuente y grave. [61]
Mapas de peligros del fluoruro en las aguas subterráneas
Aproximadamente un tercio de la población humana bebe agua de los recursos hídricos subterráneos. De esto, alrededor del 10%, aproximadamente trescientos millones de personas, obtienen agua de recursos de agua subterránea que están muy contaminados con arsénico o fluoruro. [62] Estos oligoelementos se derivan principalmente de minerales. [63] Hay mapas disponibles de ubicaciones de pozos potencialmente problemáticos. [64]
Actual
Las soluciones de fluoruro concentrado son corrosivas. [65] 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
Los aniones orgánicos e inorgánicos se producen a partir del fluoruro, que incluyen:
- Bifluoruro , utilizado como grabador de vidrio [66]
- Tetrafluoroberillato
- Hexafluoroplatinato
- Tetrafluoroborato utilizado en síntesis organometálica
- Hexafluorofosfato utilizado como electrolito en baterías secundarias comerciales.
- Trifluorometanosulfonato
Ver también
- Espectroscopia de resonancia magnética nuclear de flúor-19
- Deficiencia de fluoruro
- Electrodo selectivo de fluoruro
- Terapia de fluoruro
- Monofluorofosfato de sodio
Referencias
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enlaces externos
- "Fluoruro en el agua potable: una revisión de cuestiones de regulación y fluoración" , Servicio de Investigación del Congreso
- Sitio del gobierno de EE. UU. Para verificar el estado de la fluoración del agua local