Fluoruro

El fluoruro está presente de forma natural en aguas subterráneas, fuentes de agua dulce y salada , así como en el agua de lluvia, particularmente en áreas urbanas expuestas a la contaminación del aire. ^{[ 7 ]} Los niveles de fluoruro en el agua de mar suelen estar en el rango de 0,86 a 1,4  mg/L, y el promedio es 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 de metales alcalinotérreos , por ejemplo, CaF ₂ .

Las concentraciones en agua dulce varían de forma más significativa. El agua superficial, como la de ríos o lagos, generalmente contiene entre 0,01 y 0,3  mg/L. ^{[ 9 ]} Las concentraciones en 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 algunas zonas de Canadá, pero hasta 8  mg/L en algunas zonas de China; en general, los niveles rara vez superan los 10  mg/L. ^{[ 10 ]}

• En algunas partes de Asia, el agua subterránea puede contener niveles peligrosamente altos de fluoruro, lo que provoca graves problemas de salud . ^{[ 11 ]}
• En todo el mundo, 50 millones de personas reciben agua de fuentes que, naturalmente, tienen un nivel cercano al "óptimo". ^{[ 12 ]}
• En otros lugares, el nivel de flúor es muy bajo, lo que a veces lleva a la fluoración del suministro público de agua para elevar el nivel a alrededor de 0,7–1,2  ppm.
• La minería puede aumentar los niveles locales de fluoruro. ^{[ 13 ]}

El fluoruro puede estar presente en la lluvia, y su concentración aumenta significativamente al exponerse a la actividad volcánica ^{[ 14 ]} o a la contaminación atmosférica derivada de la quema de combustibles fósiles u otro tipo de industria, ^{[ 15 ] [ 16 ]} particularmente las fundiciones de aluminio . ^{[ 17 ]}

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

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

F ⁻ + H ⁺ → HF

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

En solución acuosa, el fluoruro tiene un valor de pKa 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 el lado izquierdo en agua:

F ⁻ + H ₂ O ⇌ HF + HO ⁻

Sin embargo, tras un contacto prolongado con la humedad, las sales de fluoruro solubles se descomponen en sus respectivos hidróxidos u óxidos, a medida que se libera el fluoruro de hidrógeno. El fluoruro se distingue de los demás haluros en este aspecto. La naturaleza del disolvente puede tener un efecto drástico en el equilibrio, desplazándolo hacia la derecha y aumentando considerablemente la velocidad de descomposición.

Las sales que contienen fluoruro son numerosas y adoptan una gran variedad de estructuras. Típicamente, 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. En los compuestos que contienen más de un fluoruro por catión, las estructuras suelen diferir de las de los cloruros, como ilustra el principal mineral fluoruro, la fluorita (CaF₂ ₎ , donde los iones Ca²⁺ ^están rodeados por ocho centros F⁻ ^. En el CaCl₂ _, cada ion Ca²⁺ ^está rodeado por seis centros Cl⁻ ^. Los difluoruros de los metales de transición suelen adoptar la estructura del rutilo , mientras que los dicloruros tienen estructuras de cloruro de cadmio .

Al ser tratadas con un ácido estándar, las sales de fluoruro se convierten en fluoruro de hidrógeno y sales metálicas . Con ácidos muy fuertes, se puede doblemente protonar para dar H₂ F ^+La oxidación del fluoruro produce 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 se solvata más fuertemente en ^disolventes próticos debido a su menor relación radio/carga. Su pariente químico más cercano es el hidróxido , ya que ambos tienen geometrías similares.

_{La mayoría de} las sales de fluoruro se disuelven para dar el anión bifluoruro ( HF⁻² ). Las fuentes de aniones ^F⁻ verdaderos son raras porque el anión fluoruro, altamente básico, abstrae protones de muchas fuentes, incluso accidentales. El fluoruro relativamente ^no solvatado , que sí existe en disolventes apróticos, se denomina "desnudo". El fluoruro desnudo es una base de Lewis fuerte ^{[ 22 ]} y un nucleófilo potente. Algunas sales de amonio cuaternario de fluoruro desnudo incluyen el fluoruro de tetrametilamonio y el fluoruro de tetrabutilamonio ^{[ 23 ]} . El fluoruro de cobaltocenio es otro ejemplo ^{[ 24 ]} . Sin embargo, todas 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 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 voluminoso, estabiliza los aniones discretos y los protege de la polimerización. ^{[ 26 ] [ 27 ]}

A pH fisiológico, 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 fluoruro, se considera un micronutriente para la salud humana, necesario para prevenir las caries dentales y para promover el 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 más biodisponible de flúor y, como tal, el té es un vehículo potencial 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 oral y el tracto digestivo inferior. El ayuno aumenta drásticamente la tasa de absorción de fluoruro a casi el 100%, de un 60% a un 80% cuando se toma con alimentos. ^{[ 29 ]} Según un estudio de 2013, se encontró que el consumo de un litro de té al día puede potencialmente proporcionar la ingesta diaria recomendada de 4  mg por día. Algunas marcas de menor calidad pueden proporcionar 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 vigor. ^{[ 29 ]} El ion fluoruro en bajas dosis en la boca reduce la caries dental. ^{[ 30 ]} Por esta razón, se utiliza en la pasta de dientes y en la fluoración del agua. En dosis mucho más altas y exposición frecuente, el fluoruro causa complicaciones de salud y puede ser tóxico.

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

Los principales usos del fluoruro, en términos de volumen, se encuentran en la producción de criolita, Na₃AlF₆ _. Se utiliza en _la fundición de aluminio . Antiguamente se extraía de minas, pero ahora se obtiene a partir de fluoruro de hidrógeno. La fluorita se utiliza a gran escala para separar la escoria en la fabricación de acero. La fluorita extraída de minas (CaF₂ ₎ es un producto químico básico utilizado en la fabricación de acero. El hexafluoruro de uranio se emplea en la purificación de isótopos de uranio.

Los compuestos que contienen flúor, como el fluoruro de sodio o el monofluorofosfato de sodio, se utilizan en la terapia de fluoruro tópica y sistémica para prevenir la caries dental . Se utilizan para la fluoración del agua y en muchos productos relacionados con la higiene bucal . ^{[ 31 ]} Originalmente, se utilizaba fluoruro de sodio 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 la caries dental ^{[ 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 grandes sistemas centralizados de agua son poco comunes, el flúor se suministra a la población mediante la fluoración de la sal de mesa. A pesar del consenso médico sobre su seguridad, la fluoración del agua tiene sus críticos . ^{[ 36 ]} La pasta dental fluorada es de uso común. Un metaanálisis muestra la eficacia de 500 ppm de flúor en las pastas dentales. ^{[ 37 ] [ 38 ]} Sin embargo, no se puede detectar ningún efecto beneficioso cuando se utiliza más de una fuente de flúor para el cuidado bucal diario. ^{[ 39 ]}

Las sales de fluoruro se utilizan comúnmente en el procesamiento de ensayos biológicos para inhibir la actividad de las fosfatasas , como las fosfatasas de serina / treonina . ^{[ 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 fosfatasas, ya que estos compuestos imitan estructuralmente al grupo fosfato y pueden actuar como análogos del estado de transición de la reacción. ^{[ 42 ] [ 43 ]}

Según el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos , las Ingestas Dietéticas de Referencia, que representan el "nivel más alto de ingesta diaria de nutrientes que probablemente no presente riesgo de efectos adversos para la salud", especifican 10  mg/día para la mayoría de las personas, lo que corresponde a 10 L de agua fluorada 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 el agua y los alimentos incluyen la fluoración del agua potable, los mariscos, el té y la gelatina. ^{[ 52 ]}

Las sales de fluoruro solubles, de las cuales el fluoruro de sodio es la más común, son tóxicas y han provocado muertes accidentales y autoinfligidas por intoxicación aguda . ^{[ 4 ]} La dosis letal para la mayoría de los adultos se estima en 5 a 10  g (equivalente a 32 a 64  mg de fluoruro elemental por kg de peso corporal). ^{[ 53 ] [ 54 ] [ 55 ]} Se ha 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 (DL ₅₀ ) por vía oral en ratas es de 125  mg/kg, lo que corresponde a 12,5  g para un  adulto de 100 kg. ^{[ 58 ]}

El tratamiento puede incluir la administración oral de hidróxido de calcio diluido o cloruro de calcio para prevenir 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 presentan 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 su desarrollo ; esta suele ser leve y es poco probable que represente algún efecto real en la apariencia estética o en la salud pública. ^{[ 61 ]} Se sabía que el flúor aumentaba 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 flúor en el agua subterránea que se utiliza para el agua potable , tanto la fluorosis dental como la esquelética pueden ser prevalentes y graves. ^{[ 63 ]}

Las soluciones concentradas de fluoruro son corrosivas. ^{[ 67 ]} Se deben usar guantes de caucho de nitrilo al manipular compuestos de fluoruro. Los riesgos 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 ]}