Ionización química
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Ionización química (CI + / CI-)
La ionización química ocurre cuando reaccionan las moléculas neutras del analito con los iones procedentes de un gas reactivo como metano, amoniaco, isobutano, etc. Este proceso tiene lugar a altas presiones, condiciones en las que las moléculas neutras del gas reactivo colisionarán repetidas veces con las excitadas, dando lugar a diferentes tipos de reacciones ion-molécula. Esto da lugar a la formación de iones secundarios estables, como M+H y R-H.
Sumario
Fundamento
La ionización es el proceso químico o físico mediante el cual se producen iones, estos son átomos o moléculas cargadas eléctricamente debido al exceso o falta de electrones respecto a un átomo o molécula neutra. A la especie química con más electrones que el átomo o molécula neutra se le llama anión, y posee una carga neta negativa, y a la que tiene menos electrones catión, teniendo una carga neta positiva. Hay varias maneras por las que se pueden formar iones de átomos o moléculas.
Química
En ciertas reacciones químicas la ionización ocurre por transferencia de electrones; por ejemplo, el cloro reacciona con el sodio para formar cloruro de sodio, que consiste en iones de sodio (Na+) e iones de cloruro (Cl-). La condición para que se formen iones en reacciones químicas suele ser una fuerte diferencia de electronegatividad entre los elementos que reaccionan o por efectos de mesomería que estabilizan la carga. Además la ionización es favorecida por medios polares que consiguen estabilizar los iones. Así el pentacloruro de fósforo (PCl5) tiene forma molecular no iónica en medios poco polares como el tolueno y disocia en iones en disolventes polares como el nitrobenceno (O2NC6H5). La presencia de ácidos de Lewis como el los haluros de aluminio o el trifluoruro de boro (BF3) también puede favorecer la ionización debido a la formación de complejos estables como el [AlCl4-]. Así la adición de tricloruro de aluminio a una disolución del cloruro de tritl (Cl-CPh3), un compuesto orgánico, resulta en la formación del tetracloroaluminato de tritilio ([AlCl4]-[CPh3]+, una sustancia iónica y la adición de cloruro de alumino a tetraclorociclopropeno (C3Cl4, un líquido orgánico volátil) proporciona el tetracloroaluminato de triclorociclopropenilio ([AlCl4]-[C3Cl3]+ como sólido incoloro.
Física
La ionización también se encuentra en distintos procesos físicos y aparece cuando se le aplica energía. Consiste en aislar las moléculas a partir de irradiación, calentamiento o aplicación de un campo eléctrico. Algunos aspectos que caracterizan este proceso en física son:
• Los átomos de una materia se cargan eléctricamente sin perder la identidad original. Un ejemplo de ello es la electricidad estática, donde las superficies intercambian electrones cuando se frotan y una de ellas lo almacena.
• En los gases, si se les somete a un campo eléctrico, los átomos se mueven para liberar electrones. Luego, se enfrían,
retornan a un estado menor de energía y despiden fotones. Así, se obtiene una fuente de iluminación a través de ionización gaseosa. • Además, si se le aplica energía por distintos tipos de radiaciones a un elemento, gama o rayos ultravioleta, la energía desprende un electrón del átomo. Este tipo de ionización por radiación se observa en fenómenos cósmicos o radiactivos.
Una forma muy común de observar este tipo de ionización es en la desinfección o esterilización de las superficies. Gracias a su efectividad, reduce la carga microbiana en alimentos o insumos, evitando la proliferación de enfermedades.
Aplicación: Esterilización por ionización
En el medio ambiente (aire, agua, suelo, etc.) existen microorganismos que contaminan, aprovechando los nutrientes a su alcance para desarrollarse o permanecer en ellos.
La esterilización es la práctica que tiene por fin destruir o eliminar todos los microorganismos. El efecto bactericida de las radiaciones es conocido desde tiempos antiguos, así por ejemplo se sabe que la radiación solar, o más precisamente las radiaciones ultravioletas, son agentes naturales de esterilización, sin embargo de las radiaciones electromagnéticas, las de ultravioletas son las menos eficaces debido a su gran longitud de onda. La esterilización mediante rayos gamma es una tecnología que ha sido identificada como una alternativa segura para reducir la carga microbiana en alimentos y en insumos que entran en contacto directo con ellos, reduciendo el riesgo de contagio de enfermedades transmitidas por alimentos, en la producción, procesamiento, manipulación y preparación de éstos, todo lo cuál aumenta la calidad y competitividad de los productos otorgándoles un mayor valor agregado. La energía ionizante se puede originar a partir de tres fuentes distintas: rayos Gamma, una máquina generadora de electrones y rayos X. La fuente más común de los rayos gamma es el cobalto 60. Los rayos gamma se componen de ondas electromagnéticas de frecuencia corta que penetran en los envases y productos expuestos a dicha fuente, ocasionando pequeños cambios estructurales en la cadena de ADN de las bacterias o microorganismos, causándoles la muerte o dejándolas inviables o estériles, sin capacidad de replicarse. La tecnología permite el tratamiento de los productos en su envase final.
La energía ionizante es factible de ser aplicada a una gran variedad de productos, con el fin de esterilización o reducción de carga microbiana, eliminando patógenos que pueden ser dañinos para la salud. Entre los productos tratados se encuentran: Alimentos, cosméticos, productos médicos, yerbas medicinales, productos de laboratorio y farmacéutico, alimento animal y embalajes. La tecnología existe en forma comercial desde los años 50s y está autorizada su uso en más de 30 países, para más de 50 productos alimentarios. Cuenta con la aprobación de importantes organismos internacionales como: la WHO, FAO y la IAEA. También cuenta con la aprobación de la FDA, que plasma su normativa en el código 21 CFR 179.26. Estas entidades pueden recomendar, regular o legislar sobre la correcta aplicación de la tecnología, estableciendo los parámetros adecuados de operación y las dosis máximas aplicables a cada tipo de producto.
• WHO (World Health Organization) Organización Mundial de la Salud
• IAEA (International Atomic Energy Agency) organismo autónomo que promueve el uso pacífico de la energía nuclear (en español: OIEA, Organización Internacional de Energía Atómica)
• FDA (Food and Drug Administration) Agencia de gobierno de los EEUU que regula alimentos y productos farmacéuticos
• FAO (Food and Agriculture Organization) Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación
Los rayos Gamma no dejan ningún tipo de residuos y es efectivo contra organismos patógenos y permite la obtención de alimentos inocuos y sanos. Así lo aseguran quienes han apostado por esta alternativa, cuyo uso ha venido ampliándose en los últimos años. Diversas investigaciones han demostrado que no se producen pérdidas significativas de nutrientes en los alimentos.
Ionización del agua
La ionización del agua es un fenómeno que ocurre desde la antigüedad y se conoce como autoionización. Debe entenderse que el agua en su estado puro es un electrolito débil, por lo que su capacidad para conducir electricidad es muy baja, es decir, se ioniza muy poco. Las bajas concentraciones de iones que posee son producto de la ionización que proviene de las moléculas de agua. Durante este proceso, algunas de estas moléculas actúan como ácidos y otras como bases, causando un intercambio de protones.
Otras aplicaciones
La ionización química es la que se emplea cuando otras técnicas de impacto electrónico no suministran información suficiente sobre un elemento o sustancia. Para ello, se utilizan diversos tipos de reacciones, de las cuales se pueden mencionar:
• Oxidación reducción: Se forma por medio de rompimiento de enlaces y donde dos sustancias ganan o pierden electrones. La parte que los pierde adquiere una carga positiva y la que la gana mantiene una carga negativa. Un ejemplo es la pila.
• Autoionización: Ocurre en moléculas de un mismo compuesto y aparece por el rompimiento o intercambio de átomos. Es la forma imperceptible de ionización, pues no tiene la habilidad de conducir electricidad.
• Ruptura heterolítica: Es cuando se rompe un enlace químico y los electrones se dirigen hacia el átomo con mayor afinidad. Esta es una de las reacciones que más se pueden observar a nivel orgánico.
Fuentes
• 1.quimica.es.-.Ionización, de Química.es. website:https://www.quimica.es/enciclopedia/Ionizaci%C3%B3n.html *Michell J. Sienko y Robert A Plane. Química. Instituto cubano del libro. 1971.
• Química: Teoría y problemas. José Antonio García Pérez y otros. Ed. Tébar Flores. Albacete, 1996. ISBN: 8473601559 .Pág. 253 y ss.
• Robert Thornton Morrison, Robert Neilson Boyd. Química orgánica. . 5ª ed., Editorial Pearson Educación, 1998. ISBN: 9684443404. Pág. 421
• Carl David Gutsche. Fundamentos de química orgánica. Editorial Reverté, 1979. ISBN: 8429174753. Pág.67
• Química general; 8ª edición; Petrucci, Harwood y Herring; Prentice Hall; ISBN:0-13-014329-4
• Eduardo Primo Yúfera. Química orgánica básica y aplicada: de la molécula a la industria, Volumen 1. . Editorial Reverté, 1996. ISBN: 8429179534, Pág. 52 y ss.
