El carbono es un elemento muy importante en el planeta por que ayuda a la formación de muchos compuestos, y los demás elementos que nos rodean nos aportan esta característica.
El carbono se encuentra en la corteza terrestre de diferentes formas alotrópicas y formando compuestos en diversos minerales, en la atmósfera se encuentra como dióxido y monóxido de carbono.
El carbono tiene como característica que forma una gran variedad de compuestos que forma al juntarse con el hidrógeno, oxigeno, nitrógeno y más elementos, y estos son importantes en la composición de seres vivos, animales y vegetales, por esto se llaman compuestos orgánicos.
Debido a los derivados que puede extraer de esta mezcla compleja de compuestos de carbono se puede decir que el petróleo es una fuente para la obtención de compuestos orgánicos.
Propiedades del carbono
Las propiedades del carbono explican el como y porqué se logra formar una amplia gama de compuestos orgánicos que son base de la composición de los seres vivos: (naturales y vegetales)
En la tabla periódica, el carbono es el primer elemento de la familia IV A de los elementos representativos y es un no metal. Se une químicamente con otros elementos para formar compuestos inorgánicos, como carburos (CaC2), óxidos (CO2) y sales (Na2CO3); pero también forma una inmensa gama de compuestos orgánicos también llamados compuestos del carbono, los cuales forman parte de las estructuras de los organismos vegetales y animales, los que a su vez son la fuente principal de la alimentación humana.
A las diferencias estructurales de sustancias con el mismo tipo de átomos se les conoce como formas alotrópicas,, como por ejemplo el diamante y el grafito son dos de los alótropos naturales más abundantes del carbono
Los modelos que ayudan a explicar la estructura atómica del carbono son el modelo de Bohr y el modelo de puntos de Lewis
El metano es el compuesto más pequeño de los millones de compuestos que llegan a formarse cuando se combinan átomos carbono e hidrógeno.
Otras representaciones del metano son las siguientes:
Enlaces que puede formar el carbono
Enlaces covalentes que se pueden formar entre los átomos de C mediante la compartición de electrones, aunque también se muestran electrones sin pareja que pueden establecer otros enlaces.
¿Cómo se representan los enlaces?
En las estructuras desarrolladas de los diferentes compuestos orgánicos es común visualizar el par de electrones que se comparte como una línea que une los símbolos, como se muestra a continuación:
Hidrocarburos
Los átomos del carbono se enlazan químicamente formando cadenas lineales o ramificadas, van desde pocos átomos a miles, o anillos de todos los tamaños, por esto se considera al carbono único en la naturaleza, permite formar una gran cantidad de compuestos y a su propiedad se le llama concatenación.
Los átomos del carbono cuando se combinan con átomos de otros elementos siempre van a formar cuatro enlaces generalmente covalentes. Sus enlaces pueden ser simples, dobles o triples. .
En formulas desarrolladas de compuestos orgánicos los átomos de carbono tendrán cuatro enlaces representados por líneas variablemente, mientras que el hidrógeno al combinarse sólo se puede formar un enlace representado por una sola línea.
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Clasificación de hidrocarburos.
Hidrocarburos
Los hidrocarburos son las estructuras más simples de los compuestos orgánicos, son los hidrocarburos (HC) clasificados en alifáticos y aromáticos.
Alifáticos
Son HC de cadenas abiertas o cerradas y se clasifican en saturados e insaturados, van a ser saturados o insaturados dependiendo de la cantidad de átomos de hidrógeno y se determina por uniones del carbono-carbono, simples, dobles y triples, estos son los alcanos, alquenos y alquinos.
Formulas desarrolladas y semidesarrolladas de HC alifáticos.
Aromáticos
HC cíclicos con estructura básica del benceno C6H6. Representaciones del benceno.
Hidrocarburos saturados.
Son compuestos que tienen el máximo de átomos de hidrógeno en su estructura molecular, por eso son saturados (saturados de hidrógeno) estos compuestos están presentes en enlaces sencillos: C-C o C-H, también son llamados alcanos o parafinas. Hidrocarburo saturado:
Formula desarrollada y semidesarrollada de etano
Fórmula condensada C2H6
Hidrocarburos insaturados
Compuestos con al menos un enlace doble o triple entre átomos del carbono que los forman. Los átomos de hidrógeno que tienen los HC insaturados siempre será menos a la de los saturados con mismo número de átomos de Carbono.
Los HC se dividen en alquenos y alquinos.
Formulas desarrolladas y semidesarrolladas del Propino HC insaturados.
Fórmula condensada C2H4
Alcanos
Sólo presentan enlaces covalentes simples, pueden ser cadenas abiertas o cerradas, ramificadas o lineales.
Alquenos
Son HC con menos átomos de hidrógeno, que el alcano con el mismo número de carbonos, su estructura es de mínimo un enlace doble. También son llamados olefinas.
Alquinos
Son HC con su estructura de al menos un enlace triple. También llamados acetilenos.
HC lineales
La cadena lineal de los HC se aprecia en formulas semidesarrolladas
HC ramificados
En el HC la cadena con mayos número de átomos en la cadena principal y las cadenas adicionales son ramificaciones
Formula y nomenclatura de HC
Agrupa a los hidrógeno que se agrupan con los átomos de carbono con los que se entrelazan. Se hace con cada átomo de carbono.
Desarrollada
Agrupa a los hidrógeno que se agrupan con los átomos de carbono con los que se entrelazan. Se hace con cada átomo de carbono.
Semi desarrollada
. Se presentan todos los átomos de hidrógenos y carbonos, al igual que sus enlaces en una estructura plana.
De esqueleto
Líneas de zig-zag donde los vértices y extremos tienes átomos de carbono unidos con líneas sencillas, dobles o triples. Los hidrógenos no se representan.
De esferas y palos
Los átomos son esferas compactas uniéndose y formando un comportamiento espacial probable de átomos de carbono e hidrógeno.
Condensada
Se agrupan los átomos de carbono e hidrógeno
Nomenclatura de CH
El número de átomos de carbono que contienen las moléculas de los HC se relacionan con su nombre.
Compuestos del carbono
Ejemplo de compuesto del carbono.
La vitamina B1 tiene acción benéfica sobre el sistema nervioso y la actitud mental. Favorece el crecimiento y ayuda a la digestión de carbohidratos y lípidos, entre otras funciones. La estructura química de la vitamina B1 es la responsable de tales propiedades.
Otro ejemplo de estructura con carbono. Estructuras básicas de la macromolécula de ADN.
Isomería
Cuando el carbono se une con otros átomos de carbono, se producen varios compuestos. A partir de 4 átomos de carbono se producen 2 o más compuestos con el mismo número de átomos, tienen la misma formula molecular y condensada, pero distribución atómica diferente
Un ejemplo es butano: C4H10
A los compuestos con misma composición atómica, pero diferente forma estructural se le conoce como isómeros.
Es importante conocer la formula desarrollada o semi desarrollada para saber el tipo de compuesto, además de que la estructura ayudar a Explicar mejor las propiedades del isómero
Entre mayor número de átomos tenga el compuesto, hay más posibilidades de formar isómeros.
Clasificación de isómeros estructurales.
Relación entre la estructura de moléculas y las propiedades de compuestos.
Así como las formas alotrópicas del carbono (grafito, diamante, carbono amorfo, fullereno, nanotubos) presentan diferentes propiedades, los isómeros también presentan diferentes propiedades debido a su estructura. Esto lo puedes observar en el siguiente cuadro comparativo de los Isómeros C5H12, dónde puedes apreciar que al aumentar el número de ramificaciones en la estructura, el punto de ebullición disminuye y el estado físico cambia.
A partir del cuadro anterior podemos concluir que los isómeros del C5H12 presentan la misma composición, pero diferente estructura y que la estructura de los isómeros determina las propiedades físicas y químicas.
