Aplicaciones e importancia biológica de los metales
Cuando abres una lata de refresco, enciendes una bombilla o cocinas el arroz congrí en un caldero, estás usando metales. Ninguno se eligió al azar: cada uno tiene una propiedad que lo hace el más adecuado para ese trabajo. Y dentro de tu cuerpo ocurre algo parecido: unos pocos metales, en cantidades muy pequeñas, son imprescindibles para que el corazón lata y la sangre transporte oxígeno. En este epígrafe aprenderás a justificar el uso de un metal por sus propiedades y a explicar su papel en la vida.
De la propiedad a la aplicación
En Química, una aplicación se justifica siempre con una cadena: estructura → propiedad → uso. Recuerda el enlace metálico: cationes rodeados de electrones deslocalizados. De ahí vienen las propiedades que hacen útiles a los metales.
| Propiedad | Por qué (modelo del enlace metálico) | Aplicación típica |
|---|---|---|
| Conductividad eléctrica | Los electrones deslocalizados se mueven al aplicar una diferencia de potencial | Cables de cobre y de aluminio |
| Conductividad térmica | Los electrones transmiten rápido la energía cinética | Ollas, calderos, radiadores |
| Maleabilidad y ductilidad | Las capas de cationes se deslizan sin romper el enlace | Láminas de aluminio, alambres |
| Brillo | Los electrones reflejan la luz | Joyas, espejos, adornos |
| Alto punto de fusión | Enlace metálico muy fuerte (caso del tungsteno) | Filamentos de bombillas incandescentes |
| Baja densidad | Átomos ligeros (caso del aluminio) | Envases, aviones |
Une cada metal con una aplicación adecuada y justifica con una propiedad: cobre, aluminio y tungsteno; cables eléctricos, filamentos de bombillas incandescentes y…
Une cada metal con una aplicación adecuada y justifica con una propiedad: cobre, aluminio y tungsteno; cables eléctricos, filamentos de bombillas incandescentes y envases de latas de refresco.
Explica por qué las ollas y los calderos suelen fabricarse con aluminio o acero inoxidable. Indica una propiedad física de los metales que justifique este uso.
Explica por qué las ollas y los calderos suelen fabricarse con aluminio o acero inoxidable. Indica una propiedad física de los metales que justifique este uso.
Aleaciones y selección de materiales
Un metal puro rara vez es la mejor opción. Una aleación es una mezcla homogénea de un metal con otros elementos, que mejora propiedades como la dureza o la resistencia a la corrosión.
Para elegir un material se comparan varios criterios:
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Densidad: importa cuando el peso cuenta (aviones, bicicletas).
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Resistencia mecánica: aguantar cargas sin romperse ni deformarse (puentes, estructuras).
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Resistencia a la corrosión: vital en ambiente marino, como el del Malecón de La Habana.
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Conductividad: eléctrica o térmica según el uso.
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Costo y disponibilidad: el mejor material no sirve si es demasiado caro.
| Material | Ventajas | Usos |
|---|---|---|
| Cobre | Excelente conductor, dúctil | Cables, tuberías |
| Aluminio | Ligero, resiste la corrosión, buen conductor | Envases, cables de alta tensión, ollas |
| Aleaciones de aluminio | Ligeras y mucho más resistentes que el aluminio puro | Aviones |
| Acero (hierro y carbono) | Muy resistente y barato | Puentes, edificios, rieles |
| Acero inoxidable | Resiste la corrosión | Utensilios de cocina, equipos médicos |
| Bronce (cobre y estaño) | Duro, resiste la corrosión | Estatuas, campanas, piezas |
| Latón (cobre y cinc) | Maleable, de aspecto dorado | Grifos, instrumentos musicales |
| Oro y plata | Brillo, no se oxidan | Joyas |
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Camila compara dos materiales para fabricar la estructura de una nave: el hierro puro y una aleación de aluminio. Explica qué propiedades (densidad, resistencia a la corrosión, resistencia mecánica) deben tener los materiales para uso en la construcción de aviones y por qué se prefieren aleaciones de aluminio a metales puros.
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Una mipyme quiere fabricar tres productos: cables de transmisión eléctrica, estructuras para puentes y joyas. Para cada producto, propón un metal o una aleación adecuados y argumenta tu elección relacionando las propiedades requeridas (conductividad, resistencia, brillo, resistencia a la corrosión, costo) con las del material. Señala qué compromisos hay entre propiedades y precio.
Metales esenciales para la vida
Algunos elementos metálicos son bioelementos: el organismo los necesita en cantidades pequeñas o moderadas, casi siempre como iones en disolución o formando parte de proteínas. Fíjate en los cinco más importantes.
| Elemento | Forma | Función principal | Déficit | Fuentes |
|---|---|---|---|---|
| Calcio (Ca) | Ca²⁺ | Huesos y dientes; contracción muscular; coagulación | Huesos frágiles, calambres | Leche, queso, yogur |
| Hierro (Fe) | Fe²⁺ en la hemoglobina | Transportar oxígeno en la sangre | Anemia ferropénica: cansancio, palidez | Hígado, carnes, frijoles, espinaca |
| Sodio (Na) | Na⁺ | Impulso nervioso y equilibrio de líquidos (fuera de las células) | Debilidad, mareos | Sal común |
| Potasio (K) | K⁺ | Impulso nervioso, función del corazón y equilibrio de líquidos (dentro de las células) | Debilidad muscular, arritmias | Plátano, fruta bomba, papa, boniato, frijoles |
| Magnesio (Mg) | Mg²⁺ | Centro de la clorofila (fotosíntesis); enzimas y músculos | Calambres, fatiga | Vegetales verdes, frutos secos |
La hemoglobina de los glóbulos rojos contiene hierro, que se une al oxígeno en los pulmones y lo suelta en los tejidos. Sin suficiente hierro se fabrica menos hemoglobina y llega menos oxígeno: aparece cansancio, palidez y falta de aire. El magnesio, en cambio, ocupa el centro de la molécula de clorofila, el pigmento verde con el que las plantas hacen la fotosíntesis.
El sodio y el potasio trabajan en pareja: la diferencia de sus concentraciones dentro y fuera de las células permite transmitir el impulso nervioso. Un exceso de sal (Na⁺) en la dieta retiene líquidos y puede elevar la presión arterial, algo que afecta al corazón y a los riñones. Por eso conviene moderar la sal y comer frutas y viandas ricas en potasio.
Menciona la función biológica principal de cada uno de estos elementos en el organismo humano: calcio, hierro y sodio.
Menciona la función biológica principal de cada uno de estos elementos en el organismo humano: calcio, hierro y sodio.
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El ion sodio y el ion potasio participan en la transmisión del impulso nervioso y en el equilibrio de líquidos del organismo. Explica por qué es importante una alimentación que aporte estos iones y menciona dos alimentos de la dieta cubana, como frutas o viandas, que sean fuente de potasio. Indica qué puede ocurrir ante un exceso de sal en la dieta.
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Yanelis lee que una persona con anemia ferropénica tiene un déficit de hierro. Explica qué función cumple el hierro en la hemoglobina, qué síntomas puede provocar su falta y qué alimentos de la dieta diaria pueden ayudar a prevenir este problema. Menciona, además, la función del magnesio en la clorofila de las plantas.
Equilibrio en la dieta
Que un metal sea esencial no significa que «más sea mejor». Hay un intervalo adecuado: por debajo aparece el déficit y por encima, el exceso.
Una dieta variada (viandas, frutas, vegetales, granos, lácteos y carnes) aporta casi todos estos elementos en cantidades equilibradas y junto con otras sustancias que ayudan a absorberlos. Los suplementos, tomados sin indicación médica, pueden pasarse del intervalo adecuado: por ejemplo, el exceso de hierro daña el hígado y el de calcio puede formar cálculos renales. Solo se justifican cuando un médico detecta un déficit.
Los metales calcio, magnesio, sodio, potasio y hierro son esenciales para la vida, pero un desequilibrio en cualquiera de ellos puede afectar la salud. Elige tres de…
Los metales calcio, magnesio, sodio, potasio y hierro son esenciales para la vida, pero un desequilibrio en cualquiera de ellos puede afectar la salud. Elige tres de esos elementos y, para cada uno, describe una función biológica concreta, una consecuencia de su déficit y una fuente alimentaria. Argumenta por qué la dieta variada es preferible a los suplementos sin indicación médica.
Vuelve al principio: la lata de refresco es de aluminio (ligero y resistente a la corrosión), la bombilla incandescente usa tungsteno (funde a muy alta temperatura) y el caldero usa un metal que conduce bien el calor. Y en tu cuerpo, el hierro, el sodio, el potasio y el calcio hacen su trabajo en cantidades justas.