OBJETIVOS
•
Motivar al
estudiante para el estudio de la química orgánica mediante la presentación de
una explicación y vídeos de la naturaleza del carbono y los compuestos orgánicos.
•
Explicar la
tetravalencia del carbono como fundamento de la estructura de los compuestos
orgánicos.
EL CARBONO Y SUS COMPUESTOS
El carbono y sus compuestos son las estructuras básicas y fundamental para la vida. Estos se presentan en la atmósfera, en la vida vegetal y animal, en la materia orgánica no viva, en los combustibles fósiles, en las rocas, y también están disuelto en los océanos.
EL CARBONO
Una de las principales características del átomo de carbono, como base para la amplia gama de compuestos orgánicos, es su capacidad para formar diferentes tipos de enlaces con otros átomos de carbono, con lo cual es posible la existencia de compuestos de cadenas largas de carbonos a los que pueden además unirse otros bioelementos.
Se encuentra puro en la naturaleza en tres variedades alotrópicas: diamante, grafito y carbono amorfo, que son sólidos con puntos de fusión sumamente altos e insolubles en todos los disolventes a temperaturas ordinarias. Las propiedades físicas de las tres formas
difieren ampliamente a causa de los cambios en la estructura cristalina.
CAPACIDAD DE ENLACE DEL CARBONO
La configuración electrónica del carbono explica sus elevadas posibilidades de combinación consigo mismo y con otros elementos, dando lugar a una gran cantidad de compuestos.
Configuración electrónica
El carbono tiene un número atómico igual a 6 y presenta la siguiente configuración electrónica en estado basal o fundamental:
- 1s²
2s² 2px¹ 2py¹ 2pz (estado basal).
La cual se puede representar gráficamente como sigue:
Es decir, tiene completo el primer nivel de energía, mientras que en el segundo nivel, posee cuatro electrones: dos en el orbital 2s, que está completo y dos más ubicados en los orbitales 2px y 2py, de modo que el orbital 2pz está vacío. De acuerdo con esta distribución
electrónica, el carbono debe compartir los cuatro electrones externos, en enlaces covalentes, para adquirir la configuración de gas noble. Esto puede lograrse si se une con cuatro átomos monovalentes (por ejemplo de hidrógeno), o con dos átomos divalentes (como el oxígeno). Sin embargo, recordemos que dos de estos electrones de valencia pertenecen al orbital 2s, mientras que los otros dos están ubicados en los orbitales 2px y 2py, respectivamente. Esto supone que los cuatro enlaces resultantes deben ser diferentes. Sin embargo, se sabe que son simétricos. La explicación de esto se basa en la teoría de la hibridación de orbitales.
En el átomo de carbono presenta tres tipos de hibridadción que son: hibridación tetraedral, hibridación trigonal e hibridadción digonal.
Tetravalencia
El átomo de carbono, para cumplir con la ley del octeto, puede ganar, perder o compartir sus cuatro electrones para alcanzar así la configuración electrónica de un gas noble. En la mayoría de los compuestos actúa como elemento electronegativo. Al formar compuestos con el oxígeno, hidrógeno, nitrógeno, y carbono lo hace por covalencia, es decir que comparte los electrones.
Aplicaciones
El principal uso industrial del carbono es
como componente de hidrocarburos, especialmente los combustibles fósiles (petróleo y gas natural). Del primero se obtienen, por destilación en las refinerías, gasolinas, keroseno y aceites, siendo además la materia prima empleada en
la obtención de plásticos. El segundo se está imponiendo como fuente de energía por su combustión más limpia. Otros usos
son:
El
isótopo carbono-14, descubierto el 27 de febrero de 1940, se usa en la datación adiométrica.
El grafito se combina con arcilla para fabricar las minas de los lápices. Además se utiliza como aditivo en
lubricantes. Las pinturas anti-radar utilizadas en el camuflaje de vehículos y
aviones militares están basadas igualmente en el grafito, intercalando otros
compuestos químicos entre sus capas. Es negro y blando. Sus átomos están
distribuidos en capas paralelas muy separadas entre sí. Se forma a menos
presión que el diamante. Aunque parezca difícil de creer, un diamante y la mina
de un lapicero tienen la misma composición química: carbono.
· Como
elemento de aleación principal de los aceros.
· En
varillas de protección de reactores nucleares.
· Las
pastillas de carbón se emplean en medicina para absorber
las toxinas del sistema digestivo y como remedio de la flatulencia.
· El
carbón activado se emplea en sistemas de filtrado y purificación de agua.
· Las fibras de carbón
(obtenido generalmente por termólisis de fibras de poliacrilato) se añaden a
resinas de poliéster, donde mejoran mucho la resistencia mecánica sin aumentar
el peso, obteniéndose los materiales denominados fibras de carbono.
· Las
propiedades químicas y estructurales de los fullerenos, en la forma de nanotubos,
prometen usos futuros en el incipiente campo de la nanotecnología.
RESPONDE:
- ¿En qué consiste la hibridación del carbono?
- ¿Cómo se alcanza el estado excitado del carbono?
- ¿Cómo se explica la tetravalencia del átomo de carbono?
- ¿Cómo se forman los enlaces sigma que forma el carbono con otros átomos?
- ¿Cómo se origina el enlace pi en los compuestos orgánicos con hibridación sp²?
- ¿Cómo se forma el doble y el triple enlace de los alquenos y alquinos?
- ¿A que se le llama insaturaciones y que nombre reciben las sustancias insaturadas de doble y triple enlace?
- ¿Por qué se le llamó inicialmente química orgánica?
- ¿Cómo se origina el enlace sencillo, doble y triple entre los carbonos?
- ¿Qué importancia tiene la tetravalencia del carbono?
- Explica los 4 beneficios 4 problemas que se hayan originado de los compuestos del carbono.
- ¿A qué se deben tantas formas del carbono en la naturaleza?
