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La química del carbono

Olga Espada Jiménez

Created on December 27, 2023

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LA QUÍMICA DEL CARBONO

OLGA ESPADA JIMÉNEZ Y ADRIAN ROTARU

Índice:

  1. ¿Qué características tiene el átomo de carbono?
  2. ¿Cómo son los enlaces carbono-carbono?
  3. ¿Cómo son las fórmulas en la química del carbono?
  4. ¿Qué propiedades presentan los compuestos del carbono?
  5. ¿Qué son y cómo se clasifican los hidrocarburos?
  6. ¿Cuáles son los compuestos oxigenados y qué propiedades presetan?
  7. ¿Qué son los compuestos nitrogenados? Las aminas.
  8. Conclusión
  9. Webgrafía
  1. ¿Qué características tiene el átomo de carbono?
CARACTERÍSTICAS GENERALES

-La vida en la Tierra es posible gracias a la química del carbono, debido a su facilidad para formar cadenas y anillos que pueden incluir a los demás elementos.

-Su configuación electrónica es: 1s2 2s2 2p2. Es decir, tiene 4 electrones de valencia y le faltan 4 electrones para completar el nivel.

-Puede completar el nivel electrónico 2 juntandose a otros 4 átomos con enlaces covalentes estables.

MODELOS MOLECULARES EN LA QUÍMICA DEL CARBONO
  • Metano: está compuesto por 4 enlaces covalentes simples, en los cuales cada uno significa que se comparten 2 electrones, y tiene forma tetraédrica
  • Clorometano: contiene 4 enlaces simples, 3 con átomos de hidrógeno y 1 con un átomo de cloro
  • Etano: formado por un enlace simple entre 2 átomos de carbono y estos a su vez unidos a 3 hidrógenos cada uno mediante enlaces simples, que buscan estar muy alejados del carbono contrario.
  • Etanol: igual estructura que el etano, pero un hidrógeno ha sido sustituido por el grupo -OH, en el que el oxígeno forma 2 enlaces simples: uno con el hidrógeno y otro con el carbono.

2. ¿Cómo son los enlaces carbono-carbono?

Aunque el carbono se puede unir a otros elementos mediante enlaces covalentes, principalmente se unen átomos del mismo, dando lugar a cadenas carbonadas, las cuales constituyen el esqueleto de los compuestos del carbono. Dos átomos de carbono se pueden unir entre sí a través de enlaces simples, dobles o triples; dependiendo de si comparten uno, dos o tres pares de electrones

>Vídeo explicativo de los tipos de enlace carbono-carbono.

¿Qué diferencia hay entre una cadena saturada y una insaturada?

Cadena saturada: contiene unicamente enlaces simples de carbono-carbono. Cadena insaturada: contiene, por lo menos, un enlace carbono-carbono doble o triple.

3. ¿Cómo son las fórmulas en la química del carbono?

Una fórmula química es una expresión simplificada de la molécula de un átomo. Existen cuatro formas de representar estas fórmulas:

1. Fórmula molecular Indica clase y número de átomos de cada elemento que constituye la molécula, pero no da información de como están unidos los átomos entre sí.

2. Fórmula semidesarrollada Solo se tiene en cuenta los enlaces entre los átomos de carbono. Los demás átomos se agrupan en su carbono correspondido.

3. Fórmula molecular desarrollada o fórmula estructural Indica el número y la clase de átomos, y también la manera en la que están unidos. Sin embargo, no informa sobre la distribución tridimensional de estos.

4. Fórmula geométrica Se define como la representación tridimensional de la molécula en el plano.

¿POR QUÉ CIERTOS COMPUESTOS DEL CARBONO TIENEN PROPIEDADES SIMILARES? GRUPO FUNCINAL Y SERIE HOMÓLOGA

Un grupo funcional es un átomo o un grupo de ellos que son responsables del comportamiento químico de la molécula. Por ejemplo, todos los alcoholes comparten el grupo funcional -OH, por lo tanto todos los alcoholes tienen las mismas propiedades físicas y químicas, o muy parecidas.

Hidrocarburos
Funciones oxigenadas

Una serie homóloga es un grupo de compuestos químicos con el mismo grupo funcional, pero cadenas de diferente número de átomos de carbono.

Funciones nitrogenadas

¿CÓMO SE NOMBRAN Y SE FORMULAN LOS COMPUESTOS DEL CARBONO?

Para empezar, hay que conocer algunos prefijos y sufijos que necesitaremos:

Para formularlos y nombrarlos hay que seguir una serie de normas y pasos:

5. Si hay un enlace doble o triple o otro grupo funcional se numera la cadena principal (paso 2) de forma que nos lo encontremos lo antes posible, y se sigue el resto de proceso igual. 6. Si se encuentra un sustituyente repetido, con fin de abreviar, se deben escribir los números de la cadena que les corresponde juntos, separados por una coma y añadiendo un prefijo (di, tri, tetra...) que nos indique la cantidad de veces que se repite el sustituyente.

  1. Localizar la cadena más larga de carbonos que no esté interrumpida. A esta la llamaremos cadena principal. (No tiene por qué ser siempre horizontal o vertical)
  2. Se enumeran los carbonos de la cadena principal, empezando por el extremo en el que antes te vayas a encontrar a un grupo funcional externo a la cadena principal.
  3. Se nombran los sustituyentes utilizando los prefijos necesarios y poniendo delante el número que le ha tocado en la cadena al enumerarlos (siempre el menor posible), seguido todo de un guión y todos los sustituyentes separados por comas.
  4. Al final nombramos la cadena principal, empezando por el número de átomos de carbono que la forman, poniendo su sufijo y al final se añade el sufijo según el enlace más importante.
VÍDEO EXPLICATIVO:

4. ¿Qué propiedades presentan los compuestos de carbono?

Algunas de las características principales son:

  • Los compuestos del carbono se forman con muy pocos elementos. Los más frecuentes son C, H, O y N, aunque también pueden formarse con Cl, Br, I, S y P.
  • Las reacciones químicas en las que participan son muy lentas. Arden en atmósfera de oxígeno, produciendo CO2 y H2O. En esta reacción se produce mucha energía, por lo que algunos compuestos son emplados como combustibles.
  • Muchos de ellos son poco estables frente al calor, y se descomponen al calentarlos.

LA SOLUBILIDAD DE LOS COMPUESTOS DE CARBONO.

Para clasificar los compuestos de carbono segú su facilidad o no para disolverse en agua u otros disolventes apolares, se analiza la presencia de grupos polares o apolares en sus moléculas.

5. ¿Qué son y cómo se clasifican los hidrocarburos?

Los hidrocarburos son aquellos compuestos formados únicamente por carbono e hidrógeno. Se clasifican en alcanos, alquenos y alquinos.

ALCANOS
ALQUINOS
ALQUENOS
  • Los átomos de carbono están unidos solamente mediante enlaces simples.
  • Son hidrcarburos de cadena carbonada saturada.
  • Su grupo funcional es C-C.
  • Existe por lo menos un enlace triple entre carbonos contiguos.
  • Hidrocarburos de cadena insaturada.
  • Su grupo funcional es C C.
  • Existe, como mínimo, un doble enlace entre dos carbonos contiguos.
  • Son hidrocarburos de cadena carbonada insaturada.
  • Su grupo funcional es C=C.

6. ¿Cúales son los compuestos oxigenados y qué propiedades presentan?

Son compuestos que contienen en sus moléculas oxígeno, carbono e hidrógeno. Algunos ejemplos son: alcoholes, aldehídos, cetonas, etc.

Alcoholes

Aldehídos y cetonas

Ácidos carboxílicos

7. ¿Qué son los compuestos nitrogenados? Las aminas

Las aminas son compuestos en los que los hidrógenos del amoniaco se sustituyen por cadenas carbonadas. Su grupo funcional es el grupo amino (NH2).

Propiedades:

NOMENCLATURA:

Las aminas primarias se nombran poniendo el sufijo -amina al nombre del radical que está unido con el grupo amino. Las aminas secundarias y terciarias se nombran colocando el sufijo -amina detras del nombre del radical de mayor prioridad, y el resto de radicales se nombra por orden alfabético y poniendo delante N-, para indicar que están unidos al nitrógeno del grupo amino.

Las aminas primarias y secundarias forman enlaces de hidrógeno, debido a esto, sus puntos de fusión y ebullición son intermedios entre los de los alcoholes e hidrocarburos de igual número de átomos de carbono. Son más solubles en agua que los alcoholes de igual número de átomos de carbono.

8. Conclusión

Desde nuestro punto de vista, el trabajo ha supuesto un tanto difícil de realizar, ya que los contenidos tratados en el tema son nuevos y complejos para nosotros, por lo que hemos tenido que informarnos a través de videos explicativos, como los adjuntos a la presentación. Pero por otra parte, hemos disfrutado de usar esta nueva herramienta para realizar presentaciones porque nos ha parecido entretenido elaborar los interactivos, entre otras cosas, y al fin y al cabo el tema nos ha parecido interesante a pesar de su complejidad.

9. WEBGRAFÍA

INFORMACIÓN: Libro FyQ 4ºESO, editorial GENIOX; Youtube; Wikipedia; Pinterest;

https://es.dreamstime.com/representaci%C3%B3n-d-de-%C3%A1tomo-carbono-renderizado-objeto-tridimensional-ilustraci%C3%B3n-aislada-image204907356

https://es.pngtree.com/freebackground/3d-rendering-of-co-molecule-with-oxygen-and-carbon-atoms_4839359.html

https://www.google.com/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fwww.freepik.es%2Ffotos-premium%2Fch4-metano-formula-quimica-estructura-quimica-3d-ilustracion-3d_42412237.htm&psig=AOvVaw2LXun90AvCHns2EPlVhbUz&ust=1704730959766000&source=images&cd=vfe&opi=89978449&ved=0CBEQjRxqFwoTCJjM2PbXy4MDFQAAAAAdAAAAABAD

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https://www.google.com/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fstock.adobe.com%2Fes%2Fimages%2Fetano-3d-estructura-molecular-quimica-compuesto-organico-aislado-sobre-fondo-transparente-hidrocarburos-alcanos%2F556434528&psig=AOvVaw2V45cslwZvGJM3B3SD5cPl&ust=1704731499064000&source=images&cd=vfe&opi=89978449&ved=0CBEQjRxqFwoTCODfkfXZy4MDFQAAAAAdAAAAABAD

https://www.google.com/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fsoluquisa.es%2Fcarbono-elemento-base-en-la-quimica-de-la-vida%2F&psig=AOvVaw07IyK_dRIhQvuCLydiINeR&ust=1704730361931000&source=images&cd=vfe&opi=89978449&ved=0CBEQjRxqFwoTCKiAs9TVy4MDFQAAAAAdAAAAABAD

https://www.google.com/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fwww.freepik.es%2Ffotos-premium%2Fmolecula-alcohol-etanol_26848038.htm&psig=AOvVaw28xagAXh1BJzHePsThXTmz&ust=1704731869761000&source=images&cd=vfe&opi=89978449&ved=0CBEQjRxqFwoTCKic3aPby4MDFQAAAAAdAAAAABAD

https://www.google.com/url?sa=i&url=http%3A%2F%2Fmariadoloresbio.blogspot.com%2F2011%2F08%2Fenlaces-carbono-carbono.html&psig=AOvVaw1BPJ3E6LBLkbgoFyX3unbU&ust=1704732043371000&source=images&cd=vfe&opi=89978449&ved=0CBEQjRxqFwoTCOiBz_fby4MDFQAAAAAdAAAAABAD

https://www.google.com/imgres?imgurl=https%3A%2F%2Fbachilleratoenlinea.com%2Feducar%2Ffile.php%2F49%2Fdoble_enlace.JPG&tbnid=hasAYtvAtEPrSM&vet=12ahUKEwja4tWc3MuDAxVGcaQEHTlNAWUQMygLegQIARBn..i&imgrefurl=https%3A%2F%2Fbachilleratoenlinea.com%2Feducar%2Fmod%2Flesson%2Fview.php%3Fid%3D4735%26pageid%3D2298%26startlastseen%3Dno&docid=W2n7a64ZP18wRM&w=254&h=147&q=enlace%20doble%20carbono&ved=2ahUKEwja4tWc3MuDAxVGcaQEHTlNAWUQMygLegQIARBn

https://www.google.com/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fmonicajimenezc.weebly.com%2Fquimica.html&psig=AOvVaw08ijlWheTzxchrRgMW0kia&ust=1704732221237000&source=images&cd=vfe&opi=89978449&ved=0CBEQjRxqFwoTCPDwoNLcy4MDFQAAAAAdAAAAABAD

https://www.google.com/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fwww.quimicaorganica.org%2Falcanos%2F61-tipos-de-hidrocarburos.html&psig=AOvVaw1WrquLvpjiPPgQXAPq3zed&ust=1704733046831000&source=images&cd=vfe&opi=89978449&ved=0CBEQjRxqFwoTCOD_tuHfy4MDFQAAAAAdAAAAABAL

https://www.lifeder.com/enlace-covalente-doble/

https://www.lifeder.com/enlace-covalente-triple/

https://e1.portalacademico.cch.unam.mx/alumno/quimica2/u2/carbono_alimentos/hidrocarburos

https://www.pngwing.com/es/free-png-tiqyj

https://www.alamy.es/imagenes/estructura-quimica-butano.html?sortBy=relevant

https://ciencia-villa.blogspot.com/2012/05/formulas-quimicas.html

https://www.shutterstock.com/es/search/c4h10

https://i.pinimg.com/564x/de/19/b1/de19b13d53af90eaa824b1d286b5aa60.jpg

Son los alcoholes, los aldehídos, las cetonas, los ácidos carboxílicos y los ésteres.

Ésteres
Cetonas
Alcoholes
Aldehidos
Ácidos carboxílicos
PROPIEDADES
NOMENCLATURA

Se nombran numerando la cadena desde el extremo más cercano al enlace doble. La posición del doble enlace se indica poniendo detrás del nombre el número del carbono que esté unido primero al doble enlace y seguida de esto, la terminación -eno.

Son menos densos que el agua. El más sencillo es el eteno o etileno, usdo enn fabricación de polímeros (polietileno, PVC..)

VÍDEO EXPLICATIVO

En el siguiente enlace hay un vídeo explicando los alquenos.

Si hay ramificaciones, se toma como cadena principal la más larga. Los sustituyentes se nombran como los alcanos. Si hay más de 2 dobles enlaces, se nombran anteponiendo los prefjos di-, tri-... a la terminación -eno.

PROPIEDADES
NOMENCLATURA

Son insolubles en agua y solubles en disolventes organicos. Son menos densas que el agua.El más sencillo es el etino o acetileno, gas incoloro que al arder genera una llama luminosa. Se emplea en el soplete oxiacetilénico, para soldar y cortar metales.

Se nombran igual que los alquenos, solo que cambiando la terminación -eno por -ino.

VÍDEO EXPLICATIVO

En el siguiente vídeo se explica cómo nombrar los alquinos,

Los compuestos del carbono que pertenecen a la misma serie y poseen el mismo grupo funcional tienen propiedades físicas y químicas semejantes.

Por ejemplo, las propiedades del eteno, el propeno y el but-1-eno (los tres son alquenos) son muy parecidas: Los tres se encuentran en el estado gaseoso en condiciones normales de p y T (propiedad física) y los tres dan un alcohol al añadirles agua (propiedad química).

NOmenclatura

Se denominan añadiendo la palabra ácido al principio y la terminación -oico al nombre del hidrocarburo del que derivan

PROPIEDADES

Los que tienen bajo número de átomos de carbono son líquidos, y los que tienen más de ocho son sólidos. Los puntos de fusión y ebullición aumentan a medida que lo hace el número de átomos de carbono.

A parte de estas cuatro fórmulas, existen también otros tipos, como pueden ser la condensada y la esqueletal o de líneas y ángulos.Aunque no estén explicadas en la presentación, en el siguiente vídeo sobre los tipos de fórmulas químicas se habla un poco sobre ellas.

NOMENCLATURA

PROPIEDADES
Aldehídos

Estos compuestos son polares, y entre sus moléculas hay algunos enlaces de hidrógeno. Sus puntos de fusión y ebullición son más elevados que los de otros compuestos no polares del mismo número de átomos de carbono, pero sus puntos de ebullición son más bajos que los de los alcoholes de mismos átomos de carbono. Son solubles en disolventes polares y apolares, y los que tienen pocos carbonos también en agua.

El grupo carbonilo está situado en los extremos de la cadena. Para nombrarlos se sustituye la terminación -o de los hidrocarburos por -al y la cadena se numera empezando por el extremo que contiene el grupo carbonilo. Si la molécula tiene dos grupos aldehídos se utiliza el sufijo -dial. El grupo carbonilo está en el interior de la cadena. Para nombrarlas es igual que en los aldehídos, pero su terminación es -ona, y la posición del grupo carbonilo se indica con un número localizador. Se numera para que el número localizador sea el más bajo posible.

Cetonas

Es el caso de los Alcanos (Parafinas), los Alquenos (Olefinas) y los Alquinos (Acetilenos).

Alquinos

__

Alquenos
Alcanos
Enlace triple C≡C

Se crea cuando dos átomos de carbono comparten tres pares de electrones, los cuales estarán unidos por un enlace covalente triple. Como cada carbono esta compartiendo tres electrones, a cada uno le queda un solo electrón para formar otros enlaces.

Enlace doble C=C

Se forma cuando dos átomos de carbono comparten entre sí dos pares de electrones, los cuales se van a unir mediante un enlace covalente doble.Como cada átomo de carbono ha compartido dos electrones, aún les quedan dos electrones a cada uno para formar más enlaces.

PROPIEDADES
NOMENCLATURA

Los alcanos son menos solubles que el agua e insolubles en ella, pero si solubles en disolventes apolares (benceo o gasolina). Según sus puntos de fusión y ebullición, los 4 primeros son gases a temperatura ambiente y presión normal, del pentano al heptano son líquidos, y los últimos son sólidos.

Se nombran con el prefijo que indica el número de átomos de carbono de la molécula, después se añade el prefijo -ano (propio de enlaces sencillos). Si pierde un H, pasa a ser un grupo radical alquino, y se sustituye la terminación por el prefijo -ilo o -il.

VÍDEO EXPLICATIVO

Para que este tipo de hidrocarburos quede más claro, el siguiente vídeo lo explica todo con más detalle.

Nomenclatura

Propiedades

Se compone de un prefijo que indica el número de átomos de carbono de la cadena principal, y de la terminación -ol. La posición del grupo funcional se indica mediante un número localizador.

Tienen puntos de fusión y ebullición más altos que los hidrocarburos con el mismo número de átomos de carbono, debido a que el enlace del grupo -OH está polarizado, el hidrógeno tiene carga parcial positiva y el oxígeno negativa. La solubilidad de los alcoholes disminuye al aumentar su masa molecular. Son solubles en agua y también pueden serlo en disolventes apolares.

En una cadena carbonada el grupo -OH puede estar unido a un carbono primario, secundario o terciario.

Algunos ejemplos son las aminas, las amidas y los nitrilos.

NITRILO
AMIDA
AMINA

Prefijo según el Nº de átomos de carbono de la cadena:

Sufijo según el enlace principal:

  1. Met-
  2. Et-
  3. Prop-
  4. But-
  5. Pent-

6. Hex-7. Hept- 8. Oct- 9. Non- 10. Dec-

-ano -eno -ino -ol -al -ona -oico -oato -amina

C - C C = C C≡C C-OH HC=O C = O COOH COO NH2

AlcanosAlquenos Alquinos Alcoholes Aldehídos Cetonas Ácidos Ésteres Aminas

El resto de grupos funcionales que no pertenecen a la cadena principal se llaman sustituyentes, y siempre llevarán el sufijo -il.

Enlace simple C-C

Se forma cuando dos átomos de carbono comparten un solo par de electrones mediante un enlace covalente simple. Al compartir un par de electrones, a cada átomo de carbono le quedan disponibles tres electrones, con los cuales puede formar otros enlaces.