Generalidades acerca del fósforo

   Fue descubierto por Brandt en 1669 mientras buscaba la piedra filosofal cuyo objeto era transformar cualquier sustancia en oro. Obtuvo fosfato a través de la orina, luego de un proceso laborioso. Pero el primer trabajo publicado con cierto fundamento científico pertenece a D. Krafft. El fósforo como elemento, fue reconocido por Lavoisier en 1777.

Lavoisier y su esposa

El fósforo no se encuentra libre en la naturaleza, pero si combinado en forma de compuestos inorgánicos como la fosforita (fosfato de calcio) y la fluoropatita (fluofosfato de calcio).

El fósforo es el principal constituyente de los huesos y dientes; además se encuentra formando parte de los tejidos animales y vegetales y constituye parte de las fosfoproteínas y otros compuestos orgánicos.

La sangre, la yema del huevo, la leche, los nervios y el cerebro contienen fósforo en forma de lecitinas. Por esta razón, los animales y las plantas necesitan fósforo para desarrollarse.

Una parte del fósforo contenido en el organismo se elimina diariamente por la orina y los excrementos, en la proporción de dos gramos  cada 24 horas.

El uso más común del fósforo consiste en la fabricación de cerillas, las cuales son de dos tipos; comunes y de seguridad. Las primeras encienden por frotamiento sobre cualquier superficie áspera y se componen de un pabilo de algodón, madera o cartón, cuya extremidad está recubierta por una sustancia combustible. compuesta por fósforo o sulfuro de fósforo como sustancia inflamable, bióxido de plomo o clorato de potasio, como materia oxidante, dextrina y una sustancia colorante.
 Fósforo corriente

Los fósforos de seguridad, llamados también cerillas suecas, solo contienen una mezcla oxidante, sin fósforo. Este último elemento se coloca sobre la superficie del rascador de la caja, de modo que para producir la llama es imprescindible que ambas partes se pongan en contacto. La mezcla con que se recubre el palillo contiene clorato de potasio como sustancia oxidante, tri sulfuro de antimonio, cola y algo de creta para aumentar la masa. La superficie del raspador contiene fósforo rojo, tri sulfuro de antimonio y vidrio para aumentar la aspereza.

Los abonos fosfatados son muy útiles en la agricultura. Se trata de una serie de sustancias naturales o artificiales que se agregan a las tierras agotadas para reponer en ellas las sustancias desaparecidas. General mente esas tierras han perdido (por su excesivo cultivo o por acarreos) algunos de los elementos químicos indispensables, como el nitrógeno, fósforo, potasio o calcio, lo que las imposibilita para la plantación o la siembra.

Uno de los abonos más importantes por su riqueza en fósforo y calcio, es el fosfato neutro de calcio. Lamentable mente el fosfato tri cálcico (como los huesos) no puede utilizarse porque es práctica mente insoluble y entonces las plantas no pueden asimilarlo. Debe por tanto tratarse con ácido sulfúrico para convertirlo en di fosfato mono cálcico soluble.

Los huesos molidos (fosfato tri cálcico), tratados con ácido sulfúrico, se tornan en sustancias sol ubres, es decir fosfatos y sulfatos. Mezclados constituyen el abono denominado superfosfato de calcio.

En los laboratorios de las cátedras de química, durante las lecciones acerca del fósforo, se realizan importantes experimentos. El profesor muestra un trozo de fósforo rojo y otro blanco y hace notar sus diferencias de color, consistencias, solubilidad en sulfuro de carbono, fusibilidad etc. Pero ésta última propiedad, se corta debajo del agua con un cortaplumas, un pedazo de fósforo blanco y otro de fósforo rojo. Sometidos ambos a una temperatura de 55º C. el fósforo blanco funde, en tanto que el rojo permanece inalterable.

Para demostrar la oxidación del fósforo en presencia del aire, se disuelve un trozo de fósforo blanco en sulfuro de carbono, se impregnan papeles con esta solución y se dejan secar sobre un trípode; evaporado el solvente el fósforo se inflamará y con él, los papeles.

La oxidación en presencia del oxigeno; se echa un trozo de fósforo en agua y se funde al baño de María, se hace circular una corriente de aire y se comprobará la inflamación.

La fosforescencia del fósforo se comprueba de la siguiente manera; se toma un matraz de un litro, se llena de agua hasta la mitad, y se coloca en su interior un trozo de fósforo blanco. Se lleva el agua a ebullición, se oscurece el cuarto y se observará, especialmente en el cuello del matraz, el fenómeno de la fosforescencia.

Matraz

La diferencia de inflamabilidad entre el fósforo blanco y el rojo se comprueba como sigue: sobre una chapa de cobre de 30 centímetros de largo, dispuesta sobre un trípode, se coloca en cada extremo un trocito de fósforo blanco y rojo, respectiva mente; se calienta el centro de la chapa con llama baja de un mechero Bunsen y se podrá observar la inflamación casi espontánea del primero y tardía del segundo. Para comprobar la acción del cloro sobre el fósforo, se introduce en un frasco lleno de cloro una capsulita que contenga un trozo de fósforo blanco, se observa la inflamación espontánea del fósforo.

Los envenenamientos por el fósforo blanco, constituyen un riesgo para los obreros que trabajan en las fábricas que preparan el producto y de los que lo manejan y transforman.

Las fábricas de cerillas deben de estar muy bien ventiladas, por las emanaciones fosforadas que, sin esa precaución , podrían aspirar se, intoxica rían más o menos a los operarios. Estos deben de cuidar mucho de la higiene, no comer sin lavarse bien las manos y cambiarse las ropas de trabajo. Será preciso que no dejen su comida dentro del local de la fábrica y a la hora del almuerzo buscarán en el exterior un lugar aireado.

Una dolencia muy común en los que trabajan con el fósforo, es la denominada necrosis fosfórica , que ataca al hueso de la mandíbula y que suele necesitar operación quirúrgica.

 necrosis fosfórica.

Cuando sobrevienen envenenamientos por ingestión de fósforo, mientras llega el médico, puede administrarse una solución de 2 gramos de sulfato de cobre en un litro de agua, con frecuencia y abundancia, pues el cobre se depositará sobre las partículas de fósforo haciéndolo inofensivo o debilitando considerablemente su acción. Suprímase en absoluto la leche, los aceites y las grasas.

La fosfamina, que es un fósforo gaseoso, se prepara como sigue; en un baloncíto de unos 300 cc. se ponen 20 cc. de potasa cáustica en solución acuosa concentrada y seis u ocho blobulillos de fósforo; se cierra el baloncillo con un tapón bihoradado que trae dos tubos acodados, uno estrecho que se sumerge en la potasa y otro ancho y largo (de desprendimiento), cuyo extremo superior está doblado en U y el interior termina junto al tapón. Se hace pasar una corriente de hidrógeno y el tubo ancho se sumerge en un recipiente de agua caliente. Se calienta el baloncito hasta una ebullición moderada. Se desprende fosfamina.

Grande es la importancia que tiene en todo el universo la fabricación del fósforo, no tan sólo aplicable a la fabricación de cerillas, abonos etc. sino también como agente reductor.

Se calcula que en todo el mundo se fabrican 100.000.000 de kilogramos anualmente. Las naciones que más producen son : Inglaterra, la U.R.S.S., Francia, Suiza y Estados Unidos.

Descubrimientos acerca del calor

   Roberto Boyle

El estudio científico del calor, basado en la observación y experiencia más que en la teoría, no podía iniciarse antes de que se inventaran los instrumentos que permitirían realizar cierta clase de mediciones. Tal vez el más importante de los dispositivos aislados es el termómetro, usado para medir la temperatura. El genial italiano Galileo Galilei (1564-1642) fabricó uno de los primeros termómetros, generalmente conocido como su "termoscopio neumático". Dicho instrumento se compone de una esfera de vidrio unida a un tubo estrecho. El otro extremo del tubo se halla sumergido en un balón que contiene un liquido coloreado. Cuando la esfera entra en contacto con una sustancia caliente, el aire que contiene se dilata, lo que determina el ascenso del liquido por el tubo. El instrumento de Galileo era de tipo primitivo. Como el volumen de aire existente en el termoscopio esta sometido a la presión atmosférica y las variaciones de temperatura, no ofrece mayor exactitud. las tarde lo perfeccionó el físico británico Roberto Boyle.

ESCALAS DE TEMPERATURA

A mediados del siglo XVII, se usaban los termómetros tipo liquido en vidrio, precursores de los que hoy existen. Por lo general el líquido empleado era el alcohol, si bien tenía sus inconvenientes. Uno de estos últimos consistía en su bajo punto de ebullición. Hierve aproximadamente a los 80 º C para convertirse en gas, por lo cual no puede emplearse para registrar temperaturas por arriba de la citada. Daniel Fahrenheit (1686-1756) fabricó un termómetro de mercurio (liquido que hierve a unos 357º C), en remplazo del de alcohol, con lo que extendía considerablemente la escala de medición.

 Daniel Fahrenheit

Termómetro de mercurio.

Dicho fisico es conocido por la escala termométrica que lleva su nombre. Resulta difícil al principio comprender por qué esta escala va  desde los -32 F punto de fusión del hielo puro, a los 212 F punto de ebullición del agua a la presión atmosférica normal. Originariamente tomó como límite inferior la temperatura de una mezcla de hielo y sal - la sustancia más fría que podía obtenerse entonces- que denominó 0º F. Para fijar el punto superior se valió de la temperatura que registraba el cuerpo de su ayudante y la llamó 96 º. (En la versión moderna de dicha escala, la temperatura del organismo humano es aproximadamente de 98,4 º al de ebullición del agua (100 º C.). Existen además otras escalas, pero la última citada es la que se emplea en los trabajos científicos.

¿QUÉ ES EL CALOR?

Los hombres de ciencia de otros tiempos, vivían intrigados acerca de la naturaleza del calor. Una idea ampliamente difundida (la teoría "calórica") decía que se trataba de una sustancia química. (Lavosier llego a incluirlo en su lista de elementos.) El hecho que aventó esta teoría fue obra del conde Rumford a fines del siglo XVIII; en la experiencia de taladrar cañones, dicho físico descubrió que el calor producido por al fricción durante dicha operación era casi inagotable y que por lo tanto no podía tratarse en realidad de una sustancia material. 

CALORIMETRIA

Algunos años antes, uno de los grandes investigadores de la física térmica, José Black (1728-1799),

inició estudios acerca de la medición de cantidades de calor. Se le considera como el fundador de la calorimetria (medición del calor), cuya unidad fundamental es ahora la caloría . Se denomina así la cantidad de calor necesaria para elevar un grado C, la temperatura de un gramo de agua. Black estableció que el calor se absorbe o se emite cuando una sustancia cambia de un estado a otro sin que cambie la temperatura. A este fenómeno lo denominó, calor latente, término todavía en uso. José Black inventó un importante aparato de medición denominado calorímetro de hielo. se coloca un cuerpo caliente en hielo a 0 º C. y midiendo la cantidad de este último que se derrite puede calcularse aproximadamente el calor latente de la fusión. Este instrumento fue perfeccionado un siglo después por Roberto Guillermo Bunsen, cuyo apellido esta ligado al del mechero de gas de dicho nombre.

EQUIVALENTE MECÁNICO DEL CALOR 

A mediados del siglo XIX se hicieron grandes progresos en la investigación del calor. En 1840, Julio Roberto Mayer, médico alemán anunció una serie de descubrimientos acerca del equivalente mecánico del calor, la conservación de la energía (esta última no puede crearse ni destruirse), etcétera. En 1847 Helman von Helmholtz estableció la ledy de conservación de la energía en forma más clara. Por la misma época el hombre de ciencia británico Jaime Prescott Joule, emprendió una serie de experimentos sobre el equivalente mecánico del calor. (La energía mecánica puede transformarse en energía térmica y viceversa. Se denomina equivalente mecánico la cantidad de energía mecánica equivalente a una unidad de calor). Es decir ideó un aparato mediante el cual las pesas colgantes de un par de poleas hacían girar las ruedas de paletas sumergidas en el agua. Al producirse un ligero aumento en la temperatura del agua, podía calcularse valiéndose de este ascenso, la cantidad de calor producida por la caída de las pesas. En otras experiencias, Joule comparó la temperatura de una cascada y comprobó que el agua estaba más caliente en el fondo que en la parte superior, debido a la producción de energía liberada durante la caída. Examinó asímismo los efectos térmicos de la corriente eléctrica. 

TEMPERATURAS MUY BAJAS

Entre la extensa cantidad de estudios realizados acerca del calor, desde los tiempos de Joule, algunos de los más importantes se relacionancon las temperaturas muy bajas. Estas últimas se obtenían originariamente cuando se trataba de licuar los gases. Algunos de estos últimos, como el aire debían someterse a presión y enfriarse antes de convertirse en líquidos. Cuando la presión cesa el líquido hierve. Un recipiente de aire líquido hervirá aún cuando lo coloquemos sobre un trozo de hielo a 0 º C. El aire hírviente está tan frío que se condensa en la atmósfera y da la ilusión de ver vapor. Charles comprobó en 1780 la existencia teórica de la temperatura cero absoluta, a la cual desaparece el volumen de todo gas. El químico británico Kelvin fijó esta temperatura (-273 º C.) como el cero de su escala absoluta (a veces denominada Kelvin). Se idearon nuevos métodos de refrigeración, a medida que los científicos trataban de alcanzar el 0 º A. Kamerlingh Onnes logró en 1908 1 º A., y en estos últimos tiempos se han obtenido temperaturas dentro de un milésimo del cero absoluto.

Las sustancias se comportan en forma muy diversa al ser sometidas a tan bajas temperaturas. Por ejemplo, el gas helio líquido a unos 2 º A, se desplaza difícilmente (hay otras sustancias que se congelan y solidifican a esta temperatura). Algunos metales pierden su resistencia eléctrica casi por completo y se transforman en superconductores. En la actualidad se realizan importantes investigaciones acerca de este interesante efecto (descubierto por Kamerlingh Onnes en 1911) y ya se le han encontrado diversos usos prácticos.

Kamerlingh Onnes

El sistema nervioso de los vertebrados.

  En los vertebrados, al igual que en los moluscos -como el pulpo- y en los artrópodos, el tejido nervioso esta concentrado en el extremo anterior (frente) del cuerpo, formando el cerebro. El sistema nervioso de los vertebrados se caracteriza por su bien marcada centralización y por la presencia de una gran cantidad de tejido nervioso, por cuya acción se controlan sus típicas pautas de conducta. Mientras algunas partes del cerebro están dedicadas a la recepción de señales desde los órganos receptores, como los ojos y los oídos, y con el envío de señales a los órganos efectores (músculos y glándulas), otras partes no están directamente relacionadas con la recepción del envío de señales ni vinculadas con ninguna región del cuerpo en particular. Estas áreas del cerebro pueden dirigir el resto del sistema nervioso y, de esta manera, regular las acciones del animal. En otras palabras, estas regiones son responsables de la "inteligencia" del animal, para tomar conciencia de su medio ambiente y del poder de aprendizaje. Como es de suponer , estos centros de asociación están altamente desarrollados en los mamíferos que en cualquier otro animal y, especialmente en el hombre y en los monos antropoídes.

   El sistema nervioso central compuesto por el cerebro y la médula espinal, es hueco y esta situado por encima (dorsalmente) del intestino. Esto contrasta con la sólida cuerda venosa ventral de los invertebrados. La cuerda nerviosa y el cerebro de los vertebrados contiene un líquido -el fluido cerebro espinal- que posee sales minerales y vestigios de proteínas y azucares. Este liquido actúa como amortiguador del sistema nervioso y, probablemente, tiene algún papel en su nutrición.

   La pauta básica de los vertebrados está representada por las lampreas (Petromyzon) y babosas de mar (Myxine), que son los más primitivos vertebrados vivientes. Las fibras nerviosas en estos animales no están, sin embargo, cubiertas por una vaina de grasa aislante (la vaina de mielina), la que se encuentra en todos los vertebrados superiores. Esto significa que la conducción nerviosa es lenta y las complejas estructuras de coordinación, que encontramos en las formas superiores, son imposibles en estos vertebrados inferiores.

   La parte frontal del cerebro está relacionada con el olfato -el sentido olfatorio-. Desde el órgano olfatorio corren nervios dentro de la pared engrosada del cerebro que se agranda para formar los lóbulos olfatorios o hemisferios cerebrales. Aparentemente, el olfato es la única función de esta zona en las lampreas. Detrás de los hemisferios está el tálamo, que completa el cerebro anterior. El tálamo recibe algunos nervios sensoriales y lleva en su cara inferior el cuerpo pituitario (una importante glándula). El ojo pineal  surge del lado dorsal y alcanza la superficie de la cabeza. En la lamprea es sensible a la luz pero muy reducido en los vertebrados superiores.

   El cerebro medio, detrás del tálamo, se ocupa del sentido de la vista. Sus paredes se expanden para formar los lóbulos ópticos. Desde la región del cerebro medio van fibras nerviosas hacia los nervios motores de la médula espinal y, a través de éstos, el animal es capaz de actuar de acuerdo con las señales recibidas desde los ojos. Por lo tanto, este sistema puede ser designado como un centro de asociación elemental o centro de inteligencia.

Cerebros de vertebrados vistos desde arriba. Los cerebros están dispuestos de manera tal que la unión del cerebro anterior con el cerebro medio, queda sobre la linea roja. El cerebro anterior está coloreado de amarillo y, en rojo y verde, se representa el cerebro medio y posterior respectivamente.

Los cerebros de un caballo (izquierda) y un hombre (derecha) en una vista desde arriba y ligeramente posterior. Esto, junto con el sombreado de las partes subyacentes a los hemisferios cerebrales, muestra las posiciones y proporciones de los cerebros anterior,  medio y posterior. Nótese la extensión hacia atrás de los hemisferios en el hombre.

El cerebro posterior consiste en el cerebelo y la médula oblongada. El primero está relacionado con la regulación del equilibrio y el movimiento: no está bien desarrollado en las lampreas que pasan gran parte de su tiempo adheridas a la roca o a otros peces, por medio de una gran ventosa bucal (aparato succionador), rodeada de papilas blandas. La médula oblongada se continúa directamente con la médula espinal. Está relacionada con los sistemas del gusto y el oído y también con los movimientos de bombeo de las branquias. El sistema sensorial de presión de la linea lateral también tiene su centro en la médula. El gran tamaño de la médula de las lampreas se debe a la importancia del aparato succionador. Están conectadas por un gran nervio. El gusto y el oído no están bien desarrollados. El techo del cerebro está bien irrigado por vasos sanguíneos (plexo coroideo).

   La médula espinal es de color gris uniforme, con los cuerpos ded las células nerviosas situadas cerca del canal central. Se establecen conexiones con otras células por fuera de esta sustancia gris en lo que corresponde a la sustancia blanca de los vertebrados superiores. Las raíces de los nervios espinales no se unen justo afuera de la médula espinal, como ocurre en otros vertebrados. Estos nervios espinales se proyectan como sistema nervioso periférico actúa en gran parte de la misma manera que el de los invertebrados, enviando y recibiendo impulsos (señales) a y desde el sistema nervioso central.

   A medida que se vayan examinando los sistemas nerviosos de otros vertebrados, se vera que los tamaños relativos de los principales centros, varían de acuerdo con los hábitos del animal y de los sentidos de los cuales más se vale. Los centros de asociación que han sido vistos comenzando en el cerebro medio de la lamprea, se desarrollan más en los vertebrados superiores, hasta encontrar en el hombre pautas complejas de aprendizaje, razonamiento y memoria.

   Los hemisferios cerebrales de los peces están relacionados casi enteramente con el sentido del olfato. El piso de esta región está desarrollado, pero el techo se mantiene delgado y no tiene nervios. El piso recibe nervios de los órganos olfatorios, y en los tiburones -que se valen del olfato para obtener sus presas- los hemisferios cerebrales son grandes. En el salmón (y en la mayoría de los otros peces óseos) que utiliza la vista para obtener su alimento, los hemisferios cerebrales están reducidos en su crecimiento por los grandes lóbulos ópticos. El cerebro medio recibe nervios de otros órganos y regiones, además de los ojos, y es capaz de "adicionar" las señales redcibidas y actuar en consecuencia. Hay además aquí un centro de asociación más altamente organizado. Los peces son, en general, animales activos, y el cerebelo está agrandado para poder controlar eficientemente el movimiento y el equilibrio del animal. La médula no es, generalmente, una región significativa, pero en peces como la carpa, que encuentran la comida por el gusto, la región gustatoria se encuentra agrandada hasta alcanzar casi el tamaño mismo de los lóbulos ópticos.  

   El cerebro de los anfibios no difiere mayormente del típico cerebro de los peces, excepto en que los hemisferios cerebrales están "techados" con tejido nervioso. El sentido del olfato es la función principal de esta región, aunque una cantidad de nervios de otros sistemas sensoriales (por ejemplo la vista) llegan a la parte posterior de los hemisferios y el sistema motor de la médula espinal así puede verse que el cerebro anterior aumenta su importancia. Sin embargo, en los anfibios, el cerebro medio es -todavía- la región más importante. Además del sentido de la vista, se entiende con las señales nerviosas de la mayoría de las otras regiones del cuerpo y envía señales a otras partes del cerebro y la médula espinal. De esta manera, la conducta de un anfibio está dominada por los centros del cerebro medio.

   Los reptiles modernos muestran un gran desarrollo de las partes basales del cerebro anterior. Hay un gran número de conexiones nerviosas entre el tálamo y los hemisferios. Los últimos son más grandes que los lóbulos opticos, mostrando la creciente importancia del primero. Las partes del tálamo son muy gruesas y allí terminan gran parte de las vías ópticas que concluyen también en el cerebro medio. El cerebro de las aves es similar al de los reptiles, excepto en que la parte olfatoria del cerebro anterior es muy pequeña; el olfato carece de importancia en las aves. Los hemisferios cerebrales son relativamente grandes y todo el cerebro está más bien comprimido en sentido anterioposterior , pero la pauta general es clara.  El cerebro medio y los lóbulos ópticos están bien desarrollados y tienen muchas conexiones nerviosas con el hemisferio cerebral y los sistemas motores,  ya que la vista desempeña un papel muy importante en la vida de las aves. Como puede esperarse, el cerebelo está altamente desarrollado para controlar el equilibrio y la posición durante el vuelo de las aves. Gran parte de este desarrollo ha sido posible, indudablemente, por la constante alta temperatura mantenida por las aves. Lo mismo puede decirse respecto a los mamíferos. El cerebro de los mamíferos está completamente dominado por los hemisferios cerebrales. El techo se ha desarrollado enormemente y proyectado hacia afuera formando la  corteza cerebral, la que en el hombre se desarrolla en una serie de pliegues y casi cubre el resto del cerebro. La corteza está formada por millones de células. Cuánto más plegada sea la superficie, mayor cantidad de células puede contener. Estas células constituyen la "la sustancia gris". Sus axones que constituyen los tractos o vías en el cerebro, forman la sustancia blanca, debajo de la corteza. La sustancia blanca de la médula espinal está también formada por axones nerviosos, rodeando la sustancia gris central (a la inversa que en el encéfalo). En el mamífero la mayoría de las funciones nerviosas están a cargo de la corteza cerebral. El cerebelo, sin embargo, permanece grande y activo  y el tálamo está agrandado porque allí es donde los nervios de los sistemas sensoriales y motores se articulan y pasan a y desde la corteza, donde los mensajes son "clasificados", "almacenados" (esto es, recordados) para actuar de acuerdo con ellos cuando sea necesario. Ambas conductas, la instintiva y la aprendida, de los mamíferos, están controladas por la corteza. Cada región de esta última controla ciertos aspectos de la conducta, como la vista, memoria y el habla en el hombre, etcétera. La remoción de cualquier parte de la corteza puede producir cambios definitivos en el carácter o la conducta.