Sal: un cubo multifacético

La sal es uno de los minerales que más abunda en la Tierra. Su nomenclatura química, Cloruro de Sodio, se debe a sus dos iones componentes: cloro y sodio. La estructura de este compuesto, es un cristal con forma de cubo, en la que los átomos de cloro y sodio, dispuestos alternadamente, forman una red cúbica que se va repitiendo con la misma orientación en toda la sustancia, formando una red cristalina.

La sal no sólo sirve para sazonar. Sus iones son fundamentales para la transmisión de impulsos nerviosos, para los latidos del corazón, para la contracción muscular y para desencadenar una respuesta inmune. ¡La próxima vez que aliñen una ensalada, piensen en esto!

Nicolás Yutronic Sáez, QuímicoLicenciado en Química, Pontificia Universidad Católica de ChileDoctor en Ciencias Naturales, Universidad de Stuttgart, AlemaniaProfesor Asociado Facultad de Ciencias y Facultad de ArtesUniversidad de Chile


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La sal de mesa o cloruro de sodio, de fórmula química NaCl, es el compuesto iónico más común. Es un sólido blanco, cristalino y soluble en agua, constituido por dos iones: Na+ y Cl-. A pesar de tener 2 componentes, la sal es totalmente diferente a cada uno de ellos por separado: el sodio es un elemento metálico y el cloro es un gas diatómico tóxico; y ambos presentan una violenta reacción al contacto con el agua. Los iones Na+ y Cl-, sin embargo, no experimentan tales respuestas. Si agregamos cloruro de sodio al agua, no se produce otra cosa más que su disolución, hecho que también podemos apreciar al adicionarlo a nuestras comidas. El análisis de difracción de rayos X, muestra que el NaCl posee una estructura cristalina cúbica centrada en las caras, en la que los átomos de cloro y sodio se encuentran dispuestos en forma alternada. Este arreglo se repite con la misma orientación a lo largo de toda la sustancia, conformando una red que define un cubo de una longitud de 5,63 angstroms (Å) por lado. Para tener una idea, sólo 1 centímetro es igual a 100 millones de Å.Este entramado es también característico en la mayoría de los halogenuros alcalinos como el bromuro de potasio, KBr, que, lógicamente, debido al mayor tamaño del ión potasio, describe un cubo de aristas más largas: 6,59 Å. El número de iones de signo contrario que se encuentra alrededor, por lo tanto, es igual a seis. La forma del retículo cristalino, dependerá de la relación entre los radios de los iones positivos y negativos. Así, cuando el catión es muy grande, como es el caso del Cs+, éste podrá rodearse de más iones negativos (8) y, entonces, la estructura tendrá una forma de red cúbica, pero centrada no en sus caras, sino en su cuerpo.

El cloruro de sodio es una de las sustancias minerales que más abunda en nuestro planeta, de hecho, los océanos contienen un 2,8 % de este compuesto. Pero podemos encontrarlo aún más concentrado en algunas masas de agua como el Mar Muerto, con 17,5 %; el Gran Lago Salado de Utah, con 17,7 % y el Lago Elton en la ex Unión Soviética, con 20,8 %. La evaporación de agua de los mares interiores en edades geológicas pretéritas, ha dado origen a grandes depósitos de sales en diferentes lugares del mundo. En general, la mayor parte del NaCl se extrae de estos yacimientos mediante galerías, o bien, se introduce agua en el estrato salino para formar una solución condensada que se eleva a la superficie con ayuda de bombas. Al cristalizar la sal, las impurezas quedan en la disolución residual, lo que conocemos con el nombre de aguas madres. Componente indispensable de los alimentos, el cloruro sódico origina el ácido clorhídrico contenido en el jugo gástrico y es también un elemento integrante de la sangre. Cuando se disuelve en agua, la sal común se disocia en los iones sodio y cloruro, que juegan un papel central en la química y la biología. Su acción es fundamental para los latidos del corazón, la contracción muscular, para determinar el tamaño de muchas células y el desenlace de una respuesta inmune. En particular, las señales eléctricas que usa el cerebro para la comunicación entre neuronas, son originadas por movimientos de iones, principalmente de sodio, potasio, cloruro y calcio. En todas las células, existe una membrana que, al igual que una pared, separa lo que está adentro de lo que está afuera. Esto permite que el mismo ion tenga una concentración distinta en el medio extracelular y en el citoplasma, generando una diferencia de potencial eléctrico entre el interior y el exterior de la célula.Cuando un jugador de fútbol, por ejemplo, decide pegarle a la pelota, la información debe ser transmitida desde las neuronas del cerebro hasta los músculos del pie de una manera rápida y eficiente. La velocidad en que lo hace, es de alrededor de un metro por segundo. Una de las formas primordiales de transmitir una señal eléctrica al interior de una neurona es mediante las variaciones de potencial eléctrico que ocurren en el intercambio de iones de fuera y dentro de la célula. Pero ya que éstos son prácticamente incapaces de traspasar la membrana, que actúa como un aislante eléctrico, la naturaleza inventó los llamados canales iónicos, que son proteínas embebidas que tienen agujeros muy pequeños a través de los cuales pueden pasar los iones. Las serpientes, sin saber nada de esto, son capaces de fabricar venenos que bloquean estos canales, produciendo la muerte de su víctima. Tribus indígenas del Amazonas, como los Yagua y los Ashaninka en la selva peruana, aprendieron a extraer una de estas toxinas, denominada curare, para untarla en la punta de sus flechas y en los dardos de sus cerbatanas para cazar. Después de años de esfuerzo, el equipo de MacKinnon de la Universidad de Rockefeller, en Nueva York, ha conseguido por primera vez determinar, con alto grado de detalle, la estructura de un canal iónico. Mediante la técnica de rayos X, que otorga una resolución muy precisa de la posición de los átomos que componen una proteína, los investigadores trabajaron con un canal selectivo al ion potasio, es decir, que permite sólo el paso de ese catión. La importancia de esta segregación es ejemplificada en animales que presentan una mutación en dicha proteína. En el llamado "ratón tambaleante", un solo aminoácido, es decir, únicamente un “ladrillo” que compone las proteínas, es diferente del ratón normal en un canal de potasio. Este canal mutado, permite el pasaje de iones tanto de potasio como de sodio, en lugar de bloquear estos últimos, lo que es suficiente para generar numerosos problemas en una región del cerebro denominada cerebelo, que está involucrada en la coordinación motora. El canal descrito por el equipo de investigación de MacKinnon, tiene una estructura de cono, con la base mirando hacia afuera. Cuando el ion entra en él, pasa por una zona llamada vestíbulo, donde el potasio se quita las capas de moléculas de agua con las cuales suele vestirse todo ion en un medio acuoso. De este modo, puede ser reconocido mediante la interacción con los aminoácidos de la proteína. El canal de potasio está específicamente diseñado para poder distinguir al ion potasio del ion sodio. Este último es más chico y, como una llave demasiado pequeña en una gran cerradura, no puede abrir la puerta. El poro del canal mide alrededor de 3 Å, lo que significa que, para introducir una aguja de hilo de una décima de milímetro de diámetro, sería necesario poner juntas un millón de aberturas de este tamaño. Existen numerosas patologías humanas directamente relacionadas al mal funcionamiento de ciertos canales iónicos. Por ejemplo, mutaciones en canales de sodio, cloruro y potasio, inciden en la fibrosis quística, ciertas variantes de epilepsia en el lóbulo frontal, la hiperecplexia y el síndrome LQT en el corazón. Desde otro ángulo, muchos investigadores están estudiando activamente la forma de diseñar agentes farmacológicos "a medida", es decir, la construcción de una “llave” apropiada para la estructura de una determinada “cerradura”. Así, si uno pudiera conocer la estructura de los canales iónicos y las deformaciones responsables de su mal funcionamiento, sería eventualmente posible fabricar medicamentos capaces de bloquear o abrir estas puertas iónicas como método de tratamiento o prevención.