CARBONO

   

El carbono tiene la capacidad única entre los elementos de compartir sus electrones con otros átomos de carbono. Este elemento puede compartir  sus electrones con uno, dos, tres
 o cuatro carbonos diferentes, y cada uno de estos a su vez comparte electrones con carbonos adicionales (está es una característica principal de este elemento, ya que otros no hacen eso a gran escala). 
El carbono también puede compartir electrones con hidrógeno, oxígeno, azufre, halógenos y otros elementos. 
El enlace covalente es el enlace característico de los compuestos orgánicos, debido a que el átomo de carbono no tiene tendencia a adquirir configuración de gas noble por ganancia o pérdida de electrones, ya que debería formar especies cargadas altamente  inestables.
También debemos mencionar que como el carbono se encuentra en el grupo IV A y tiene cuatro electrones de valencia, puede formar un total de cuatro enlaces para completar un octeto de electrones externos. Forma enlaces simples, dobles y triples. 

Enlace simple:  Es la manera más sencilla en la que el carbono comparte sus cuatro electrones. Uno de los ejemplos más simple para explicar este enlace es con el metano, en el que un átomo de carbono comparte cada uno de sus cuatro electrones exteriores con un átomo de hidrógeno, de modo que tanto el carbono como cada uno de los cuatro hidrógenos completan su última capa electrónica.  

 

Enlace doble:  Es aquel en el que dos átomos de carbono comparten dos pares de electrones y se forma una doble unión covalente.    

   ETILENO 

Enlace triple :  Es aquel en el que dos átomos de carbono comparten tres pares de electrones y se forma una unión covalente.   

La palabra alótropo sinifica ( de tipo diferente). Es la capacidad de un elemento de existir en más de un estado físico. Muchos elementos pueden aparecer naturalmente en más de una forma a temperatura ambiente. Los alótropos son por lo general diferentes debido a distintas formas de cristal.

Los átomos de carbono se pueden organizar de diferentes maneras y dar lugar a una gran variedad de formas estructurales llamadas alótropos, con propiedades físicas muy diferentes. 

Todos los alótropos son sólidos con punto de fusión sumamente altos e insolubles en todos los disolventes a temperaturas ordinarias.  

Existen 7 alótropos del carbono los cuales son: diamante, grafito, fuleneros, nanotubos del carbono, carbono vítreo, nanoespuma de carbono,  carbono amorfo.   

1.  1  Punto de fusión

2.  2  Punto de ebullición        

3.  3  Conductividad

4.    4Dureza                                     

5.   5 Estado físico

6.   6 Densidad                              

7 Solubilidad

Alótropos	1	2	3	4	5	6	7	Estructura	Usos
Grafito	3650° C (6602°F)		Muy buen conductor de la corriente eléctrica	1-2	Sólido (Blando)	2.09 a 2.23 g/cm3	Insoluble en agua		·         Se utiliza en los lápices. ·         Se emplea en ladrillos ·         Se utiliza en la fabricación de armas
Diamante			No conducen corriente eléctrica	10	Sólido (Es el mineral más duro)	3.5-3.53 g/cm3			·         Joyeria ·         Se utiliza para taladrar materiales
Fullerenos						1.65 g/cm3	Son solublesen disolventes como benceno, tolueno y cloroformo.
Nanotubos de carbono			Buenos conductores	Alta dureza		Densidad baja menor a la del aluminio			·         Se encuentran como un material potencial para su uso en un futuro “ascensor espacial” (cable de tierra-espacio) y otras aplicaciones aeroespaciales.

PROPIEDADES FÍSICAS: 

Las propiedades físicas de los compuestos orgánicos son: punto de fusión, punto de ebullición, densidad, indice de refracción, viscosidad. 

PROPIEDADES QUÍMICAS: 

SÍMBOLO: C

NÚMERO ATÓMICO: 6

VALENCIA: 2,+4,-4

CONFIGURACIÓN: 1s22s22p2

ELECTRONEGATIVIDAD: 2.5

Los compuestos inorgánicos presentan las siguientes propiedades son: 

• Están constituidos por combinaciones entre los elementos del sistema periódico. 
• Sus enlaces son iónicos.
• En solución, la mayoria se ionizan y conducen electricidad. 
• Resisten temperaturas elevadas 
• Generalmente, son solubles en agua 
• Por lo general, son sólidos de puntos de fusión elevados.  

Los compuestos inorgánicos comprenden básicamente: sales y ácidos minerales, metales, hidróxidos, óxidos metálicos y no metálicos. 

Los óxidos son compuestos binarios que se forman de una reacción de "Combinación" del oxígeno con otro elemento.

Bases o Hidróxidos : son compuestos ternarios que resultan de la combinación de algunos metales con agua o de un óxido básico con agua. 

Las bases o hidróxidos se caracterizan, entre otras cosas, por tener sabor amargo, ser jabonosos al tacto, cambiar el papel tornasol de rosado a azul, ser buenos conductores de la electricidad en soluciones acuosas y ser corrosivos.

Sales: son sustancias de estabilidad relativa; su actividad y solubilidad están condicionadas a los elementos que la integran. Se forman a partir de la reacción de un ácido y una base; ellas pueden reaccionar entre sí y dar origen a compuestos de mayor estabilidad.

Los compuestos orgánicos presentan las propiedades:    Contienen C, casi siempre H y con frecuencia O, N, S, P. Sus enlaces son covalentes  Pocas soluciones de sus compuestos se ionizan y conducen electricidad  La mayoria son combustibles.  Se descomponen facilmente con el calor  Generalmente son solubles en disolventes orgánicos Son gases, líquidos o sólidos de bajos puntos de fusión  Compuestos orgánicos: son sustancias en cuya composición básica está presente el elemento carbono, a excepción de los óxidos de carbono como CO, los cianuros y los carbonatos, los cuales son compuestos inorgánicos. Estos compuestos orgánicos contienen los elementos C, H, O, N, P, S y halógenos como Cl, I, F y Br. Se caracterizan porque son combustibles, es decir, arden con facilidad y al quemarse dejan un residuo negro de carbón.  Ejemplos de ellos son los “hidrocarburos y sus derivados”. Los hidrocarburos incluyen compuestos formados exclusivamente por C e H; es el caso de los alcanos, alquenos y alquinos y los hidrocarburos aromáticos; son insolubles en agua y solubles en solventes orgánicos.

Los hidrocarburos son compuestos orgánicos constituidos sólo por átomos de carbono e hidrógeno. Estos compuestos se encuentran en la naturaleza, en el petróleo y en el gas natural. 
Los hidrocarburos se clasifican en: ALIFÁTICOS Y AROMÁTICOS.  

ALIFÁTICOS:

Los alifáticos su cadena es abierta y pueden ser saturados ( alcanos o parafinas) o insaturados ( alquenos y alquinos).  

ALCANOS:

Los alcanos son los hidrocarburos má simples, ya que sólo contienen carbono e hidrógeno unidos por enlaces simples. En alcano más simple es el metano, en el que el carbono comparte un par de electrones con cuatro átomos de hidrógeno.El siguiente alcano es el etano (C2H6), y el tercero es el propano (C3H8).  
Los alcanos son no polares, ya que están formados sólo por carbono e hidrógeno, que tienen aproximadamente las mismas electronegatividades. Debido a esto, son insolubles en agua y tienen puntos de ebullición bajos. Los alcanos que contienen cuatro carbonos o menos, son gases, y aquellos con más de 18 son sólidos ( como la cera para velas); el resto son líquidos. Algunas características de los alcanos son: 

• No tienen olor ni color 
• Son extremadamente inflamables 
• Los más ligeros son volátiles 

Existen dos fuentes importantes de alcanos, el gas natural y el petróleo. El gas natural es principalmente metano con cantidades pequeñas de etano, propano y butano, en cambio, el petróleo contienen cientos de compuestos, la mayoría de los cuales son alcanos cílicos y de cadena abierta.

ALQUENOS: 

Los hidrocarburos insaturados son compuestos con dobles y simples enlaces, por consiguiente contienen menos hidrógenos que los alcanos saturados. 

Los alquenos son hidrocarburos que contienen un doble enlace. Los compuestos orgánicos con enlaces múltiples se dice que están insaturados. La fórmula general para un alqueno de cadena abierta con doble enlace es CnH2n. El alqueno más simple es el eteno. 
La mayoría de los alquenos producidos industrialmente se utilizan para hacer polímeros. 
Generalmente, son compuestos débilmente polares, su polaridad es ligeramente superior a la de los alcanos. 

ALQUINOS: 

Los alquinos son hidrocarburos que contienen un triple enlace. El alquino más simple es el etino. Los alquinos no se encuentran en la naturaleza, pero pueden prepararse sintéticamente. 
Las propiedades físicas de los alquinos están como en los alcanos y en los alquenos, en relación con su débil polaridad. Son insolubles en solventes polares y solubles en solventes poco o no polares. 

HIDROCARBUROS AROMÁTICOS: 

Los compuestos aromáticos derivan su nombre de su olor característico, agradable en algunos casos. Un compuesto aromático es un hidrocarburo cíclico con enlaces simples y dobles, alternado entre átomos adyacentes del carbono. El principal y más sencillo de estos hidrocarburos es el benceno. El benceno se ve como un alqueno cíclico con tres enlaces dobles. 
La serie aromática la forman el benceno. Pueden ser simplemente bencenos sustituidos por otros anillos. Por lo general, todos ellos poseen olores específicos intensos y en algunos casos desagradables.  
En cuanto a las propiedades físicas como punto de ebullición y punto de fusión, están dependen de los sustituyentes, el benceno tiene un p.e de 80°C y el p.f de 5°C, pero al introducir uno o dos grupos sustituyentes el p.e tiende a crecer regularmente y el p.f es irregular. 
Todos los compuestos aromáticos son líquidos y sólidos y algunos son tóxicos. 

 ENERGÍA DE ENLACE:  

Cuando se forma un enlace químico se desprende energía. Por lo contrario, si deseamos romper el enlace formado, debemos aportar externamente esa misma cantidad de energía. Así, se define la energía de enlace: como la energía liberada cuando se forma un mol de enlaces a partir de los átomos en estado gaseoso y fundamental. A estas energías de enlace se les llama también entalpías de enlace.

REFERENCIAS: 

LIBROS: 

Título: Introducción a la química 
Autor: Leo J. Malone 
Editorial: Limusa
País: México  
Páginas consultadas: 333 a la 346 

Título: Fundamentos de Química Orgánica 
Autor: Miguel Arturo Castellanos Tapias 
Editorial: McGraw-Hill Latinoamérica
País: México 
Páginas consultadas: 63 a la 105 

Título: Química Orgánica 
Autor: L. A. Tsvetkov 
Editorial: Mir Moscú 
Páginas consultadas: 22 a la 96 

PÁGINAS DE INTERNET: 

http://www.uaeh.edu.mx/docencia/P_Presentaciones/prepa3/quimica_organica_intro.pdf

http://portalacademico.cch.unam.mx/alumno/quimica2/u2/carbono_alimentos

http://www.cdlmadrid.org/cdl/archivospdf/ciencias/estructuras-carbono.pdf

http://www.quimitube.com/videos/parametros-moleculares-energia-de-enlace-longitud-de-enlace-y-angulo-de-enlace/

http://portalacademico.cch.unam.mx/materiales/al/cont/exp/qui/qui2/u2/carbono/docs/diamanteygrafito.pdf

Práctica: Propiedades de los compuestos del carbono

• Objetivo: Determinar experimentalmente algunas propiedades de los compuestos del carbono.  

• Hipótesis: Los compuestos inorgánicos son muy buenos conductores de electricidad mientras que los compuestos orgánicos no.

• Materiales:  Balanza, cuatro vasos de precipitado, 4 tubos de ensayo, gradilla, pinzas para tubo de ensayo, agitador, un vaso de precipitado, soporte niversal, mechero de Bunsen, detector de paso de corriente eléctrica, agua destilada, glucosa, ácido ascórbico, parafina y naftalina. 

• Procedimiento: 

1. Rotular los cuatro vasos de precipitados con el nombre de los compuestos (glucosa, ácido ascórbico, naftalina y parafina). Despues agregamos a cada uno 10 ml de agua destilada, pesar 0.25 g de cada compuesto, agitar durante un tiempo. 

  

2.- Con las disoluciones anteriores tendrás que determinar si conducen la corriente eléctrica por medio del detector. 

 

3.-  Rotular los cuatro tubos de ensayo con el nombre de los compuestos, pesar 0.25 g de cada uno y vertirlos en el tubo correspondiente. Colocar los tubos de ensayo dentro del vaso de precipitado, calentar a baño maría hasta ebullición.  

 

• Observaciones: En la parte de solubilidad en agua los compuestos que no se lograron disolver fueron la parafina y la naftalina, en cambio la glucosa y el ácido ascórbico si se disolvieron. En la parte de conductividad  todos los compuestos la conducen, menos la glucosa.En la última parte que es la de temperatura de fusión la glucosa y ácido ascórbico su nivel fue muy alto, mientras que la parafina y la naftalina fue muy bajo.  

• Conclusiones: 

Con está práctica nos dimos que los compuestos orgánicos son insolubles en agua, su temperatura de fusión es baja, son malos conductores eléctricos y su tipo de enlace es covalente. 

Los compuestos inorgánicos son solubles, su temperatura de fusión es alta, son buenos conductores eléctricos y su tipo de enlace es iónico. 

Práctica: Propiedades de los ácidos y las bases

• Objetivo: Identificar, experimentalmente, algunas características de los ácidos y las bases, que nos permitan conocer estas sustancias.  

• Hipótesis: Comprobar que con el extracto de col morada nos sirve como indicador, si al agregarle un ácido, cambia su coloración (rojo); o y si al agregarle una base su coloración cambia a (azul).

• Materiales: 

Balanza 
Gotero

4 vasos de precipitado 

12 tubos de ensayo 

Detector de conductividad eléctrica

Agua destilada 

Bicarbonato de sodio 

Vinagre blanco 

Jugo de limón 

Lejía 

Zinc (en polvo) 

Cáscara de huevo (molida) 

Jugo de col morada como indicador 

Papel pH

• Procedimiento: 

1. Numerar (del 1 al 4) los vasos de precipitado. Al vaso 1 agregarle 20 mL de agua destilada, 2g de bicarbonato de sodio y agita. Al vaso 2 agregarle 20 mL de agua destilada junto con 2 g  de lejía y agitar suavemente; al vaso 3 agregar 20 ml de vinagre, y por último al vaso 4 agregarle 20 ml de jugo de limón. 

 20 g de bicarbonato de sodio

 vaso 1

 vaso 2

 vaso 3

 vaso 4 

2.   Colocar el detector de conductividad eléctrica en cada vaso. 

 vaso 1

 vaso 2

 vaso 3

 vaso 4 

3.   En cuatro tubos de ensayo numerados del 1 al 4, agregarle 2ml de la disolución que corresponda; vertir en cada tubo 5 gotas de aceite, agitar y esperar. 

 agregando las gotas de aceite

4.- Numerar nuevamente 4 tubos de ensayo, agregarles 2 ml de la disolución que corresponda y colocar en cada una un poco de cáscara de huevo. 

 vaso 1

 vaso 2

 vaso 3

 vaso 4 

5.  En cuatro tubos de ensayo (numerados) agregar 2 ml de la disolución correspondiente, y en cada una colocar un poco de zinc en polvo. 

6.   En los vasos de precipitado (los vasos del paso 1), agregar 5ml de col morada. 

 

7.    Cortar el papel pH en 4 tiras.  Sumergir cada tira en cada uno de los vasos de precipitado, y observar que valor de pH contiene cada uno. 

 Valor de pH del vaso 1 

• Observaciones: 

En el paso 2 observamos que en los vasos 1 y 4 (donde colocamos agua junto con bicarbonato y jugo de limón) al colocar el detector de conductividad eléctrica prendió el foco, mientras que en el vaso 2 (agua destilada con lejía) prendió muy poquito; sin embargo en el vaso 3 (donde colocamos el vinagre) no prendió. 

En el paso 3 teníamos que observar si las disoluciones se disolvían con el aceite. En los vasos  1 y 3 no se lograron disolver, pero, en los vasos 2 y 4 si se disolvieron bien. 

En el paso 4 se tenia que observar una reacción de burbujeo al aplicar la cáscara de huevo a las disoluciones. En los vasos 3 y 4 (los cuales contienen vinagre y jugo de limón) si produjo el burbujeo, pero en los vasos 1 y 2 (agua con bicarbonato de sodio y agua con lejía) no se produjo nada. 

En el paso 6 teniamos que agregarle a las disoluciones el indicador (extracto de col morada) y observar si la disolución cambiaba de color. En los vasos 1 y 2 obtuvimos un color verde azulado, en el vaso 3 un rosa fuerte y en el vaso 4 un rosa claro. 

En el paso 7 teníamos que observar que valor de pH presentaban las disoluciones. En el vaso 1 presentaba un pH de 9, en el vaso 2 era pH 10, en los vasos 3 y 4 su pH era de 2. 

• Conclusiones: 

Con esta práctica pudimos comprobar dos cosas. 
Una de ellas es que el extracto de col morada (la cual utilizamos como indicador) nos sirvió para identificar ácidos y bases, ya que cuando le agregamos el indicador al ácido este cambio de color (a rojo o rosa); y cuando agregamos el indicador a la base cambio de color (azul). 
Otra cosa que comprobamos fue cuales son las principales que presentan los ácidos y las bases. 
Las propiedades de los ácidos son: conducen la corriente eléctrica, su pH es de 1 a 6.9, con el indicador cambia su color (rojo, rosa), reaccionan con la cáscara de huevo y no disuelven las grasas. 
Las propiedades de las bases son: conducen la corriente eléctrica, su pH es de 7.1 a 14, son resbalosas al tacto, con indicador cambia su color (azul), disuelven grasas. 
Tanto los ácidos como las bases tienen en común una característica la cual es que conducen corriente eléctrica.