Abundancia de los elementos

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 El descubrimiento y el aislamiento de los 118 elementos conocidos, los bloques de construcción para toda la materia han tenido lugar durante un período de varios siglos. La mayoría de los descubrimientos se han producido desde 1700, siendo el 1800 el período más activo. Ochenta y ocho de los 118 elementos se producen naturalmente, y 30 se han sintetizado en el laboratorio bombardeando muestras de elementos de origen natural con partículas subatómicas. La mayoría de los elementos son metales plateados. Los elementos sintéticos (producidos en laboratorio) son todos inestables (radiactivos) y por lo general revierten rápidamente a elementos naturales.

Figura 10‑1.   Distribución de los elementos en un diagrama de torta. A la izquierda tenemos la distribución de los elementos en el universo, mientras que a la derecha tenemos la distribución de los elementos en el planeta Tierra.

Figura 10‑2.   Distribución porcentual promedio de algunas sustancias en el cuerpo humano adulto dependiendo de si se es hombre o mujer.

Los elementos naturales no están distribuidos uniformemente en la Tierra y en el universo. Lo que es sorprendente es la falta de uniformidad de la distribución de los elementos, aunque esto se debe a las diferencias gravitatorias, pues los elementos más masivos tienden a agruparse al tener más gravedad. Una pequeña cantidad de elementos representan la mayoría de las partículas elementales (átomos) en todo el universo conocido. Los estudios de la radiación emitida por las estrellas permiten a los científicos estimar la composición elemental del universo. Los resultados indican que dos elementos, el hidrógeno y el helio, son absolutamente dominantes. Todos los demás elementos son solo "impurezas" cuando se comparan sus abundancias con las de estos dos elementos dominantes. En este panorama general, en el que la Tierra no es más que un pequeño grano de arena, el 91% de todas las partículas elementales (átomos) son hidrógeno, y casi todo el 9% restante son helio.

Cuando se observa algo más relevante para la vida humana como la corteza terrestre (sus aguas, su atmósfera y su superficie sólida exterior), surge una perspectiva diferente. De nuevo, dos elementos dominan, pero esta vez son oxígeno y silicio. La Distribución de los elementos en un diagrama de torta. proporciona información sobre las abundancias elementales de la corteza terrestre. Los números dados son porcentajes de átomos, es decir, el porcentaje de átomos totales que son de un tipo dado. Tenga en cuenta que los ocho elementos enumerados (los únicos elementos con porcentajes de átomos superiores al 1%) representan más del 98% de los átomos totales en la corteza terrestre. Tenga en cuenta también el dominio del oxígeno y el silicio; estos dos elementos representan el 80% de los átomos que componen el mundo químico de los humanos.

La distribución de elementos en el cuerpo humano y otros sistemas vivos es muy diferente de la que se encuentra en la corteza terrestre. Esta distribución es el resultado de que los sistemas vivos toman selectivamente la materia de su entorno externo en lugar de simplemente acumular materia representativa de su entorno. La ingesta de alimentos constituye el proceso primario de admisión selectiva. Los nutricionistas clasifican los componentes de los alimentos y bebidas que se toman en el cuerpo humano en seis categorías, que son: 1. Agua 2. Carbohidratos 3. Grasas 4. Proteínas 5. Vitaminas 6. Minerales.

Los primeros cuatro de estos grupos son necesarios para el cuerpo en grandes cantidades y los dos últimos en cantidades muy pequeñas (trazas). Independientemente de la cantidad necesaria, los seis grupos son absolutamente necesarios para el correcto funcionamiento del cuerpo humano. La composición del cuerpo humano se puede especificar en términos de la cantidad presente del grupo de nutrientes (porcentaje en masa) o en términos de los elementos que se suministran al cuerpo por los diversos nutrientes (porcentaje del átomo). Entre las variables en especificando los datos de composición corporal son sexo, edad y masa muscular.

Figura 10‑3.  Distribución de los elementos en el cuerpo humano “diagrama de torta a la izquierda” y presencia de los elementos en el agua y los principales biocompuestos.

Los datos de masa representativos del grupo de nutrientes específicos de género de la Distribución porcentual promedio de algunas sustancias en el cuerpo humano adulto dependiendo de si se es hombre o mujer., muestran que el agua es la sustancia presente en la mayor cantidad en el cuerpo, seguida de cantidades significativas de grasas y proteínas y solo una pequeña cantidad de carbohidratos. Los datos de composición elemental del cuerpo humano, en términos de porcentaje de átomos, muestran que cuatro elementos-hidrógeno, oxígeno, carbono y nitrógeno-representan el 99% de los átomos presentes en el cuerpo, con la contribución de hidrógeno igual al 60% de los átomos totales.

El hidrógeno, el carbono y el nitrógeno son mucho más abundantes en el cuerpo humano que en la corteza terrestre, como se ve en la Figura 27, y el oxígeno es significativamente menos abundante que en la corteza terrestre. La gran cantidad de agua presente en el cuerpo humano es la razón por la cual el hidrógeno y el oxígeno son los dos elementos más abundantes presentes. El agua es un compuesto de hidrógeno y oxígeno en el que el hidrógeno y el oxígeno están presentes en una relación de átomos de 2 a 1. Las grasas y los carbohidratos suministran átomos de carbono además de los átomos de hidrógeno y oxígeno. Las proteínas contienen nitrógeno además de hidrógeno, carbono y oxígeno.