los compuestos del carbono

Compuestos del carbono

- Tema 9 -

El carbono y sus enlaces

Sin embargo, el quimico aleman en 1828 Wöhter sintetizó en el laboratorio la urea, CO(NH2)2, un producto organico presente en orina, y lo hizo a partir de sustancias inorgánicas. Esto originó una amplia polémica,semejante a la actual acerca de la anipulacion de embriones o las modificaciones del ADN en celulas vivas. Siempre que se logra un nuevo avance en el conocimiento de la vida se origina un gran debate social. Pero la vieja creencia en e vitalismo ha desaparecido de la ciencia.​

> LA FUERZA VITAL Los químicos clasificaban los compustos en organicos e inorganicos. Se creía que los primeros, como azúcares,aceites..., solo podian producrise mediante una especie de fuerza vital exclusiva de los organismos vivos, y que, por tanto, no podian ser sintetizados en el laboratorio; los compuestos inorganicos, como el agua, las sales..., eran los componetes del mundo mineral y en ellos no intervenía esa fuerza vital.

Enlaces químicos del átomo de carbono

El átomo de carbono tiene una estructura interna con dos electrones en el primer nivel de energía y cuatro en segundo y ultimo. Está, por tanto, muy lejos de los 8 electrones de los gases nobles. Le faltan otros cuatro para completar esta capa de valencia. Por eso presenta una notable facilidad para unirse con otros átomos de carbono, o de otros elementos, con los que comparte pares de electronesy forma elaces covalentes. El átomo de carbono siempre tetravalente en los compuestos organicos. Dos átomos de carbono se pueden unir entre sí de diferente manera.​

>COMPARTIENDO UN PAR DE ELECTRONES Se forma un enlace simple. De este modo, cada átomo puede formas dos o tres enlaces con otros tantos átomos, iguales o diferentes, entonces forma un enlace sencillo.​

> COMPARTIENDO DOS PARES DE ELECTRONES Se forma un enlace doble. Entonces, cada átomo de carbono aún puede formar otros dos enlaces con otros dos tantos átomos.​

> COMPARTINDO TRES PRES DE ELECTRONES Así, se forma un enlace triple. A cada átomo solo le queda un electrón libre para formar un enlace con otro átomo, como el hidrógeno.​

La química del carbono

Los compuestos organicos constituyen la mayor parte de los materiales que nos rodean: maderas, papel, tejidos, plasticos, e.t.c.​

Solo el carbono tiene esta propiedad. El silicio es bastnte parecido quimicamente, y forma tambien molecula con largas cadenas. Actualmente se conoce unos 11 millones de compuestos por todos los demás elementos de la Tabla Periodica. ​

A lo largo del siglo XIX se fue comprobando que todas las sustancias organicas contenian, sin ecepsion, atomos de carbono, formados largas cadenas que pudeen ramificarse. En la actualidad, aunque se sigue utilizando el termino organico, las sustancias organicas reciben el nombre de compustos de carbono. Las moleculas que contienen carbono pueden llegar a ser mucho mas grandes y complejas que las del resto de los compuestos.​

Su abundancia y complejidad se deben a las propiedades quimicas del carbono. Los atomos de carbono pueden unirse unos con otros formando largas cadenas, que contituyen la estructura a la que se unen otros atomos, como H,N,O,S,P, etc.​

Hidrocarburos

Las cadenas pueden tener tambíen ramificaciones, así, un hidrocarburo de 4 carbonos puede tener la estructura del butano o la del metil-propano

Formación de cadenas

Estructura del Butano

Isomería

Los hidrocarburos son los compuestos orgánicos más sncillos . Están formados por cadenas de carbonos unidos por enlaces simples, dobles o triples. El resto de los enlaces que quedan libres en estas cadenas se saturan con átomos de hidrógeno. Cuando el carbono se une mediante cuatro enlaces simples, tiene una estructura tetraédrica. Debido a ella, las cadenas carbonadas tienen forma de zigzag, aunque nosotros las representemos linealmente.

Ambas moléculas son C4H10, pero son compuestos distintos, con diferentes temperaturas de fusión y ebullición. A esta propiedad la llamamos isomería, y decimos que estas dos moléculas son isómeros del butano.

Estructura del metil-propano

RECURSOS DE INTERÉS

-Alcanos- a medida que aumenta el tamaño de la molécula, las temperaturas de ebullición aumentan también: del metano al butano son gases: del pentano al hexadecano C16H34, Líquidos, y el resto, sólidos. Químicamente son muy estables. Responden a la fórmula general

Son insolubles en agua, pero solubles en disolventes orgánicos como el alcohol, el benceno , el éter y otros hidrocarburos. Son menos densos que el agua Arden combinándose con el oxígeno para formar dióxido de carbono y agua con un gran desprendimiento de calor por lo que se utilizan como combustibles:

-Alquenos- debido al doble enlace, presentan una mayor reactividad química. Algunos son muy útiles para fabricar polímeros. Responde a la fórmula general -Alquinos- Son los más reactivos. Responden a la fórmula general

CnH2n

Se clasifican en tres grandes grupos, dependiendo de los enlaces entre carbonos. Si solo hay enlaces simples, los llamamos saturados o alcanos. Si hay algún enlace múltiple, insaturados; algunos, si hay dobles enlaces ya alquinos, si hay triples.​

Nomenclatura

Alcoholes

- Concepto de función orgánica -

Se nombra añadiendo la terminacioón -ol al nombre del hidrocarburo. En cada átomo solo se sustituye un grupo de funcional alcohol, pero puede existir más de uno en la molécula. Se utilizan los prefijos di-, tri-, e.t.c.​

Los grupos funcionales son los enlaces, o grupos de átomos, que confieren a las moleculas propiedades químicas semejantes. ​

FÓRMULA

NOMBRE

OH-CH2-CH2-OH

Etanodiol

Son los compuestos que contienen el grupo funcional de -OH unido a un átomo de carbono.

OH-CH2-CH2-CH2-OH

1-3 Propanodiol

OH-CH2-CHOH-CHOH- CH3

1-2-3 Butanotriol

Alcoholes importantes

Propiedades

.Etanol. CH3- CH2OH Es un líquido incoloro de olor agradable y soluble en agua. La densidad depende de la concentración, conocida la densidad, se puede saber el contenido en alcohol de la mezcla. Es muy buen disolvente, por lo que se utiliza en la preparación de muchos productos Tiene propiedades antisépticas, por lo que se utiliza para lavar y desinfectar las heridas.

Las temperaturas de ebullición crecen a medida que aumenta el tamaño de la molécula: los cuatro primeros alcoholes son líquidos ligeros, solubles en agua y de olor suave; los siguientes del C5 al C11, son líquidos aceitosos insolubles en agua y olor agradable y el resto son sólidos, insolubles en agua y sin olor. Presentan, como el agua, carácter neutro, y se oxidan en contacto con el aire u otros agentes oxidantes para dar sustancias de carácter ácido. Arden fácilmente, formando dióxido de carbono y agua

-Metanol, CH3OH Es el alcohol más sencillo de todos y se le denomina también alcohol de madera. Es un líquido incoloro que provoca la ceguera e incluso la muerte si se ingiere o se aplica . Se utiliza como disolvente y como combustible, . Se obtiene, en la destilación de la madera, calentándola a unos a unos 400ºC sin oxígeno y dejando como residuo carbón vegetal.

-Alcohol desnaturalizado se le llama a la mezcla de etanol y metanol; se utiliza como combustible (alcohol de quemar) y como disolvente Se oxida por fermentación para formar ácido etanolito o acético. En el laboratorio lo podemos obtener por destilación de un vino común.

Ácidos importantes

- Metanoico, HCOOH-

También llamado ácido fórmico, por encontrarse en las hormigas y otros insectos, así como algunas plantas, como las ortigas. El dolor de una picadura de algunos insectos es debido al ácido que queda debajo de la piel.

- Etanoico, CH3-COOH-

También se le llama ácido acético y se puede encontrar en las frutas o en algunas esencias. Se puede obtener por fermentación de etanol del vino.Este proceso de fermentación se realiza por la acción de unas bacterias. Es un líquido incoloro, muy soluble en agua y de olor penetrante. Se utiliza como reactivo y disolvente en la fabricación de acetatos y otros productos, como fármacos...

Compuestos orgánicos de interés biológico

- Las proteínas -

- Los glúcidos -

Es el nombre genérico de distintos compuestos orgánicos formados por macromoléculas que contienen carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno como constituyentes principales. Están formadas por la unión de otros compuestos más sencillos, aminoácidos, que forman parte de todas las células animales y vegetales y del tejido de sostén, e intervienen en la regulación del metabolismo. Entre ellas podemos destacar: .La caseína de la leche se utiliza para fabricar queso y requesón, como complemento dietético para alimentos infantiles, pan, pastas o embutidos, y para obtener diversos productos, como plásticos, adhesivos, colas y pinturas. .El colágeno Presente en la piel, tendones y cartílagos. La queratina forma y da rigidez a las estructuras córneas. .La hemoglobina de la sangre se encarga del transporte del oxígeno a los tejidos. .La albúmina presente en la leche, la sangre y la clara de huevo

es el nombre genérico de un importante grupo de sustancias orgánicas, que son también conocidas como hidratos de carbono.Son compuestos de carbono, oxígeno e hidrógeno, estando estos dos últimos en la misma proporción que en el agua.Los glúcidos son la principal fuente de energía de los seres vivos y forman parte de la estructura de sostén y de reserva energética de animales y plantas, como los azúcares presentes en las frutas y sus polímeros; el almidón y la lignina y celulosa.La glucosa se produce en la fotosíntesis de las plantas por la unión del dióxido de carbono de la atmósfera y el agua con la aportación de la energía solar, de acuerdo con la siguiente reacción

Polímeros

Los polímeros son macromoléculas que se forman por la unión de una gran número de moléclas sencillas, llamadas monómeros, formando largas cadenas, a veces redes. El número de monómeros que forman un polímero, en principio, no tiene límite. En la naturaleza forman parte de los ssvv; es el caso de la celulosa o las proteínas.

EL POLICLORURO

EL POLIETILENO

Es un polímero de cloroteno H2C=CHCL, llamado en las industrias cloruro de vinilo, y s uno de los plásticos de más amplias utilización en todos los sectores de la industrias y de la vida cotidiana.​

El eteno, en las condiciones descritas, rompe uno de sus dos enlaces y los electrones libres formas pares con los de otras moléculas, produciendo largas cadenas de un compuestos con propiedades muy diferentes: el polietileno, que es un material muy ligero, sólido, incoloro y translúcido, graso al tacto y muy flexible.​

CÓMO SE PRODUCE LA POLIMERIZACIÓN

Las reacciones de polimerización son aquellos que se derivan de la rotura de los dobles o triples enlaces de los monómeros

Clasificación de los plásticos

Termoplásticos

Polímeros termoplásticos son aquellos que se funden con el calor y se vuelven a endureces con el frío. Sus características se mantienen aunque se modifique la temperatura, debido a sus débiles enlaces de unión, que se rompen cuando se calienta el plástico.

Termoestables

Polímeros termoestables son aquellos que no se reblandecen una vez que han sido modelados. Sus moléculas, están formadas por largas cadenas unidas entre sí por enlaces químicos fuertes, que no se rompen por un simple calentamiento. De esta manera, el material termoestable mantiene su forma una vez modelado.

Elastómeros

Los elastómeros, como su nombre indica, son elásticos y recuperan su forma primitiva cuando cesa la presión. Son elastómeros los globos, los guantes de látex, el caucho sintético, etc.

Plásticos. Contaminación y soluciones

Soluciones industriales: reciclaje

- Problemática de los plásticos -

La primera propuesta para combatir la contaminación por plásticos fue el reciclaje. Debemos colaborar colocando la basura de plásticos en el contenedor amarillo. De ahí, los plásticos pueden seguir distintos procesos.​

Los <<plásticos>> son hoy los materiales más utilizados en todos los órdenes de nuestras vida, hasta el punto de que algunos llaman a los siglos XX y XXI la <<Edad de los Plásticos>>, por similitud a la Edad de Piedra y la Edad de los Metales. En el año 1989, la producción mundial de plásticos superó a la producción de acero. Para 2010 la producción superará los 300 millones de toneladas al año. Esto se hace nuestras vidas más confortables, pero al tratarse de sustancias químicamente muy estables, apenas se deterioran con el paso del tiempo, y se está generando un grave problema de contaminación medioambiental.

Reciclaje primario

Incineración

Pirólisis

Un 85 % de los plásticos son termoplásticos, entre ellos se encuentran la mayoría de los que se utilizan como envases o embalajes, y existe la posibilidad de refundirlos a bajas tº y volverlos a modelas. si son recogidos de las basuras se pueden fabricar objetos de baja calidad

Este proceso de reciclaje es una reacción química en la que se rompen las largas cadenas de polímeros en algunos monómeros para fabricar nuevos polímeros y otros gases para quemar.

Es utilizar los plásticos como sustancias combustibles para recuperar la energía que continen y utilizarla en otros procesos. Tiene la desventaja de que se producen gases de efecto invernadero, como el CO2, y gases halogenados, muy tóxicos.

Soluciones industriales

Soluciones Químicas

Plásticos Biocombustibles

Polímeros biodegradables

Hoy se están investigando procedimientos para lograr que los plásticos puedan ser degradados por la naturaleza en menos tiempo. Para ello, se les añaden una serie de aditivos que acaban rompiendo sus largas moléculas.

Biopolímeros

Este nuevo y revolucionario tipo de polímero podría ser una maravilla, algo así como una sustancia con dos vidas. La materia prima son los aceites vegetales, los mismos que se utilizan para el biodiesel. Al transformar químicamente los aceites se logran los polímeros. Una vez han cumplido su función, se muelen y se ponen en agua empleada, donde unas bacterias mutantes los transforman en biodiesel. Estas bacterias se obtienen por manipulación genética. Se produciría muy poca contaminación en todo el proceso.

Es un nuevo tipo de polímeros que utilizan grandes moléculas de polímeros naturales, en lugar de obtenerse petróleo, su materia prima es el maíz, el trigo o la patata. Por tanto, cuando dejen de ser útiles y se les incinere, no habrá contaminación por C02, ya que será el mismo que las plantas. Actualmente se esta investigando para perfeccionarlos.

Trabajo realizado por:

Elena Gómez Ana Tomán