MODULO I

QUIMICA1.1 DEFINICION DE QUIMICA

DEL EGIPCIO KEME (TIERRA).

Es la ciencia que apela al método científico para crear conocimiento. Sus hallazgos nacen a partir de la observación, los experimentos y la cuantificación de los resultados.Estudia los fenómenos químicos, entendiéndose por tales, las modificaciones que sufren los cuerpos en su naturaleza o modo de ser. Se diferencian los fenómenos químicos de los físicos, pues en estos últimos no hay variación en la materia.

También es una disciplina cuyo objeto de estudio es la descripción de las propiedades de las sustancias y los intercambios de materia que se establecen entre ellas, denominados reacciones químicas.Siendo tan amplio el espectro de fenómenos estudiados por la Química, esta ciencia se ha dividido en diferentes ramas: Química general, Química inorgánica, Química orgánica y Química analítica.

Química general:

Se dedica al estudio de los principios básicos acerca de la constitución, propiedades y transformaciones de las sustancias, además de estudiar las leyes generales de la Química.

Química inorgánica:

Aborda el estudio de los diversos elementos y compuestos que con ellos se forman, con excepción del carbono y sus compuestos.

Química orgánica:

Estudia, sobre todo, a los compuestos que contienen carbono, ya sean producidos por los seres vivos o sintetizados en el laboratorio.

Química analítica:

Investiga la composición de las sustancias y se subdivide en dos áreas principales: el análisis cualitativo y el cuantitativo. El cualitativo identifica los componentes desconocidos existentes en una sustancia, y el cuantitativo indica las cantidades relativas de dichos componentes.

1.2 IMPORTANCIA DE LA QUIMICA EN LA VIDA DEL SER HUMANO

Los seres humanos estamos compuestos por elementos químicos básicos como el carbono (C), el hidrogeno (H), el oxígeno (O), el nitrógeno (N) y en pocas cantidades el calcio (CA),fosforo (P), azufre , (S), potasio (K), sodio (NA), y magnesio (MG), además estamos en contacto con muchos sucesos que tienen relación con la química , por ejemplo, en nuestro hogar cuando cocinamos empleamos todo un laboratorio en el

que se combinan y emplean muchas sustancias químicas, así como aparatos que para funcionar requieren energía como la eléctrica, utilizamos insecticidas, saborizantes, cloros, detergentes, medicamentos, vacunas, sueros que están formados por sustancias químicas.En la naturaleza la química también nos rodea, por ejemplo: el aire que nos permite funciones como la fotosíntesis, el agua potable, el agua destilada, las aguas minerales, el petróleo, los minerales, los metales, fuentes energéticas como la hidráulica, química nuclear, solar, mecánica, eólica, etc.

No cabe duda que la Medicina ha sido uno de los territorios que más se ha beneficiado con los descubrimientos de la Química. Baste señalar los medicamentos que se preparan siguiendo una formula, el tratamiento del cáncer mediante la aplicación de radiaciones, el diseño de nuevos métodos de diagnósticos para el tratamiento de enfermedades, etc.

1.3 FENÓMENOS QUÍMICOS COTIDIANOS

Los fuegos artificiales son un conjunto de energía química que se libera por la mezcla de varias sustancias y estas hacen que veamos la maravilla de luces que se disparan. Refresco o medicamento efervescente

La descomposición de los alimentos, Louis Pasteur, químico y biólogo se dedicó a estos estudios y definió este proceso como las transformaciones químicas que sufre la materia orgánica, provocada por la acción de microrganismos, como bacterias, levaduras y hongos.Comparar el modo primitivo de vida con el actual podrá concluir que hay una serie de objetos producidos por el hombre que a la vez que satisfacen una necesidad, hacen tu vida más cómoda. Por ejemplo si te duele la cabeza ya no tienes que ir con un brujo a que te hagan una limpia, puede ser suficiente que tomes unas simples pastillitas para que desaparezca.

1.4 LA RELACION ENTRE LA QUIMICA Y OTRAS DISCIPLINAS CIENTIFICAS.

Puesto que el objeto de su estudio son las moléculas y todo está hecho de ellas, podemos pensar que la química estudia todo, y por lo tanto, es la ciencia que proporciona todas las comodidades de nuestra vida diaria.

A. Química y matemáticas.- las matemáticas constituyen una herramienta esencial en la cuantificación de los fenómenos químicos (desde la estequiometria de las reacciones hasta el cálculo de los tiempos de vida media de los elementos radiactivos)

B. Física. Dando origen a la "fisicoquímica" que es la disciplina que estudia fenómenos como los cambios de fase en la materia, termodinámica y cinética de reacciones químicas, química coloidal, electroquímica, etc.

C. Biología. Dando origen a la bioquímica que es la disciplina que estudia los fenómenos ocurridos en los seres vivos a nivel molecular. Desde la composición de la materia viviente hasta los complejos procesos metabólicos que se presentan en todo ser vivo.

D. Astrología. Lo que se conoce como astro química y que es simplemente la extensión de los métodos de análisis químicos a los fenómenos y cuerpos celestes (análisis espectral de elementos en las estrellas y galaxias lejanas)

E. Geología.- dando origen a la geoquímica, que estudia la composición de las capas que componen el planeta tierra.

F. Arqueología: para descifrar datos e interrogantes como la antigüedad de piezas arqueológicas. La exactitud se logra por medio de métodos químicos como el del carbono 14.

G. Medicina: como auxiliar de la biología y la química, esta ciencia se ha desarrollado grandemente ya que con esta se logra el control de ciertos desequilibrios de los organismos de los seres vivos.

ELEMENTO QUIMICO

1- ¿Qué es un elemento químico?

Un elemento químico es la sustancia formada por átomos que poseen la misma cantidad de protones y electrones y que no pueden ser descompuestas en otras sustancias más simples.

Algunos ejemplos de elementos son el oxígeno (O2). El numero dos quiere decir que este elemento está formado por dos átomos de oxígeno. Estos átomos estan unidos entre si por un enlace químico.

Los elementos químicos se representan con los símbolos químicos de los átomos constitutivos. Cada elemento presenta propiedades físicas y químicas específicas.

La mayoría de los elementos son sólidos, 11 son gases y solo 2 son líquidos.

COMPUESTO QUIMICO

1- ¿Qué es un compuesto químico?

Un compuesto es la sustancia que resulta de la unión de dos o más elementos químicos, combinados en cantidades exactas y fijas a través de enlaces químicos.Todas las moleculas de un compuesto tienen la misma combinación de elementos. Por ejemplo el agua (H2 O), todas la moléculas de agua tienen los mismos 3 átomos  (2 átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno).

 Las propiedades de los compuestos son distintas a las de los elementos que los forman. Cada compuesto tiene un nombre y una fórmula. Esta fórmula indica cuántos átomos de cada elemento tiene el compuesto.Por ejemplo la fórmula del agua es H2O, el "2" que está después de la H nos indica que cada molécula de agua tiene  2 átomos de hidrógeno.  La "O" representa al oxígeno, el que no tenga ningún numero después, nos dice que cada molécula de agua tiene solo un átomo de oxígeno. Dos compuestos pueden estar formados por los mismos elementos pero dependiendo de la proporción en que se encuentren combinados pueden tener propiedades químicas y físicas bien diferentes.La fórmula de los químicos describen los compuestos usando los símbolos químicos de los átomos enlazados. El orden de estos en los compuestos inorgánicos va desde el más electronegativo a la derecha. Por ejemplo en el NaCl, el cloro que es más electronegativo que el sodio va en la parte derecha. Para los compuestos orgánicos existen otras varias reglas.Los elementos de un compuesto no se pueden dividir o separar por procesos físicos (decantación, filtración, destilación, etcétera), sino sólo mediante procesos químicos.

- El número de compuestos químicos conocidos sobrepasa con facilidad los 6 millones y constantemente se están fabricando miles de nuevos compuestos.

- Los compuestos tienen diferentes propiedades físicas y químicas que las de sus elementos constituyentes. Éste es uno de los criterios principales que sirven para distinguir un compuesto de una mezcla, son generalmente similares a las propiedades de sus constituyentes, o están relacionadas. Una mezcla tiene una composición variable, un compuesto tiene una composición fija. Una mezcla es una unión física de sustancias, un compuesto es una unión de elementos mediante una reacción química.

2- Propiedades físicas de un compuestoLas propiedades físicas de un compuesto dependen principalmente del tipo de enlaces que mantienen unidos a los átomos de una molécula. Éstos pueden indicar el tipo de estructura y predecir sus propiedades físicas. A continuación se darán a conocer los tipos de enlaces que influencian las propiedades de los compuestos químicos. - En un enlace covalente, uno o más electrones (frecuentemente un par de electrones) son llevados al espacio entre los dos núcleos atómicos. Ahí, los electrones negativamente cargados son atraídos a las cargas positivas de ambos núcleos, en vez de

sólo su propio núcleo. Esto vence a la repulsión entre los dos núcleos positivamente cargados de los dos átomos, y esta atracción tan grande mantiene a los dos núcleos en una configuración de equilibrio relativamente fija, aunque aún vibrarán en la posición de equilibrio. En resumen, el enlace covalente involucra la compartición de electrones en los que los núcleos positivamente cargados de dos o más átomos atraen simultáneamente a los electrones negativamente cargados que están siendo compartidos. En un enlace covalente polar, uno o más electrones son compartidos inequitativamente entre dos núcleos. En un enlace iónico, el electrón de enlace no es compartido, sino que es transferido. En este tipo de enlace, el orbital atómico más externo de un átomo tiene un lugar libre que permite la adición de uno o más electrones. Estos electrones recientemente agregados ocupan potencialmente un estado de menor energía (más cerca al núcleo debido a la alta carga nuclear efectiva) de lo que experimentan en un tipo diferente de átomo. En consecuencia, un núcleo ofrece una posición de más fuerte unión a un electrón de lo que lo hace el otro núcleo. Esta transferencia ocasiona que un átomo asuma una carga neta positiva, y que el otro asuma una carga neta negativa. Entonces, el enlace resulta de la atracción electrostática entre los átomos, y los átomos se constituyen en (iones) de carga positiva o negativa.  2.1- Comportamiento de los compuestos químicos con base en sus propiedades físicas. - Punto de Fusión:En un sólido cristalino las partículas que actúan como unidades estructurales, iones o moléculas se hallan ordenadas de algún modo muy regulares y simétricas; hay un arreglo geométrico que se repite a través de todo el cristal. La Fusión es el cambio del arreglo ordenado de las partículas en el retículo cristalino a uno más desordenado que caracteriza a los líquidos. La fusión se produce cuando se alcanza una temperatura a la cual la energía térmica de las partículas es suficientemente grande como para vencer enlaces que las mantienen en sus lugares. - Punto de ebullición:Aunque en un líquido las partículas tienen un arreglo menos regular y mayor libertad de movimiento que en un cristal, cada una de ellas es atraída por muchas otras. La ebullición implica la separación de moléculas individuales, o pares de iones con carga opuesta, del seno del líquido. Esto sucede, cuando se alcanza una temperatura suficiente para que la energía térmica de las partículas supere las fuerzas de cohesión que las mantienen unidas en la fase líquida.Las moléculas que presentan enlaces de hidrógeno entre sí tienen un punto de fusión y ebullición más elevado que los que no lo presentan y tienen el mismo peso molecular. Esto es debido a que hay que emplear energía adicional para romper las uniones moleculares. - Solubilidad: Cuando se disuelve un sólido o un líquido, las unidades estructurales (iones o moléculas) se separan unas de otras y el espacio entre ellas pasa a ser ocupado por moléculas del solvente. Sólo el agua y otros solventes muy polares son capaces de disolver, apreciablemente compuestos iónicos al formar los enlaces ión dipolo, que en

conjunto aportan suficiente energía para romper las fuerzas interiónicas en el cristal. En la solución cada ión está rodeado por muchas moléculas del solvente, por lo que se dice que está solvatado (o hidratado si el solvente es agua)Los compuestos no polares o débilmente polares se disuelven en solventes no polares o apenas polares, ejemplo el metano se disuelve en tetracloruro de carbono (CCl4) pero no en agua.Los compuestos orgánicos que forman puentes de hidrógeno son solubles en agua, entre ellos tenemos: los alcoholes, fenoles y ácidos carboxílicosque presentan un grupo (OH). También los aldehídos y cetonas forman puente de hidrógeno con el agua al igual que los éteres debido a la presencia del átomo de oxígeno (O=, -O-) - Densidad:Está relacionada con la dimensión de la molécula, la polaridad y el puente de hidrógeno. Los éteres por ejemplo, poseen un átomo de oxígeno (-O-) y una polaridad que tiende a acercar más las moléculas unas a otras, esto los hace más densos que los hidrocarburos correspondientes. - Viscosidad:Es una medida de la dificultad con la cual se deslizan las moléculas unas sobre otras. La viscosidad aumenta con la longitud de la cadena molecular hasta llegar al estado sólido. Para los miembros de una misma serie homóloga, las constantes físicas aumentan a medida que las moléculas alcanzan mayores dimensiones. - Acidez:La propiedad química característica de los ácidos carboxílicos, es la acidez. Según Bronsted – Lowry, son ácidos porque cada grupo carboxilo tiene la capacidad de donar un protón en un intercambio ácido-base, debido al grupo OH presente. En una solución acuosa de un ácido carboxílico cualquiera, el agua actúa como aceptor de protones, es decir como una base, estableciéndose un equilibrio entre el ácido orgánico, agua, ión carboxilato y el ión hidronio.

MezclasAl hablar de una mezcla diremos que es la unión de dos o más sustancias o compuestos, en la que cada una mantiene sus propiedades; y luego pueden separarse fácilmente por acción mecánica, obteniéndose las sustancias primarias sin ninguna alteración. Para ilustrar este concepto te invitamos a realizar el siguiente experimento Materiales: Una hoja de papel Un imán Una cucharada de tierra seca Un cuarto de cucharada de limallas de hierro. Procedimiento: Coloca sobre la hoja de papel la tierra uniendo con las limallas de hierro (esto es la mezcla), siendo la tierra y las limallas las sustancias o componentes primarios; extiende la mezcla sobre la mitad de la hoja, por debajo del papel pasa el imán hacia la mitad que no contiene mezcla (el paso del imán es una acción mecánica) lo que observarás es que las limallas son atraídas por el imán, separándose éstas de la tierra, obteniendo nuevamente, sin alteración alguna, las dos sustancias primarias.

Características de las mezclasPara que se pueda llevar a cabo una mezcla es necesario que se cumplan ciertas características: Que las sustancias que intervengan no pierdan sus propiedades.

Ejemplo: al mezclar, en un vaso con agua, una cucharada de sal, el agua sigue siendo líquida y la sal no perdió su sabor salado. La cantidad de sustancias que forman una mezcla puede ser variable.Ejemplo: Si al vaso de agua se le agrega una o tres cucharadas de sal. Cuando se unen las sustancias para formar la mezcla no hay desprendimiento niabsorción de energía eléctrica, calorífica o luminosa.Ejemplo: al mezclar el agua con la sal no hay desprendimiento de electricidad, calor o luz. Las sustancias que intervienen pueden separarse por acciones mecánicas o físicas.Ejemplo: mediante la evaporación del agua por la acción del calor, podemos volver a obtener la sal.

Combinaciones

Combinación es la unión de dos o más componentes que forman una nueva sustancia, en la cual es imposible identificar las características que tiene los componentes y no se pueden separar usando procedimientos físicos o mecánicos sencillos. En las combinaciones las sustancias o componentes que intervienen deben ir en cantidades exactas. Ejemplo: Al combinarse varios compuestos químicos en cantidades exactas para fabricar las medicinas. Otros ejemplos de combinaciones. Al quemar una madera intervienen tanto el aire como el fuego y se producen sustancias diferentes como son el humo y el carbón en que queda convertida la madera. Ya no podemos obtener la madera que por acción del fuego se convirtió en otro elemento, (carbón). Al dejar un objeto de metal en contacto

con agua o humedad en este se forma óxido. Otros ejemplos de combinaciones son: el agua, el aire, la leche, la sal.Características de las combinaciones.Las sustancias que intervienen pierden sus propiedades. Ej. Luego de quemar un papel; ya no podemos volver a obtener el papel, este se ha convertido en humo y ceniza. La cantidad de sustancias que intervienen en las combinaciones es exacta. Ejemplo: la combinación del aire es : Nitrógeno (N) = 78.08%, Oxígeno (O2 ) =20.95, Gases raros = 0.97% Las sustancias que intervienen no pueden separarse por acciones mecánicas o físicas sencillas. Ejemplo: Una tableta de aspirina no se puede separar en sus compuestos.

MATERIA Y SU ESTRUCTURA

La materia consiste de partículas extremadamente pequeñas agrupadas juntas para formar el átomo. Hay unas 90 ocurrencias naturales de estas agrupaciones de partículas llamadas elementos. Estos elementos fueron agrupados en la tabla periódica de los elementos en secuencia de acuerdo a sus números atómicos y peso atómico. Hay además 23 elementos hechos por el hombre que no ocurren en la naturaleza, por lo que al final son unos 113 elementos conocidos hasta la fecha. Estos elementos no pueden cambiarse por procesos químicos. Ellos solo pueden ser cambiados por reacción nuclear o atómica, sin embargo pueden ser combinados para producir el incontable número de compuestos con los que tropezamos día a día.

MODULO II

ATOMO

Definimos átomo como la partícula más pequeña en que un elemento puede ser dividido sin perder sus propiedades químicas. Aunque el origen de la palabra átomo proviene del griego, que significa indivisible, los átomos están formados por partículas aún más pequeñas, las partículas subatómicas.

ESTRUCTURA DEL ATOMO

Generalmente, estas partículas subatómicas con las que están formados los átomos son tres: los electrones, los protones y los neutrones. Lo que diferencia a un átomo de otro es la relación que se establecen entre ellas.

Los electrones tienen una carga negativa y son las partículas subatómicas más livianas que tienen los átomos. La carga de los protones es positiva y pesan unas 1.836 veces más que los electrones. Los únicos que no tienen carga eléctrica son los neutrones que pesan aproximadamente lo mismo que los protones.

Los protones y neutrones se encuentran agrupados en el centro del átomo formado el núcleo atómico del átomo. Por este motivo también se les llama nucleones. Los electrones aparecen orbitando alrededor del núcleo del átomo.

De este modo, la parte central del átomo, el núcleo atómico, tiene una carga positiva en la que se concentra casi toda su masa, mientras que en el escorzo a, alrededor del núcleo atómico, hay un cierto número de electrones, cargados negativamente. La carga total del núcleo atómico (positiva) es igual a la carga negativa de los electrones, de modo que la carga eléctrica total del átomo sea neutra.

Esta descripción de los electrones orbitando alrededor del núcleo atómico corresponde al sencillomodelo de Bohr. Según la mecánica cuántica cada partícula tiene una función de onda que ocupa todo el espacio y los electrones no se encuentran localizados en órbitas aunque la probabilidad de presencia sea más alta a una cierta distancia del núcleo.

1- Teorías atómicas

  Vamos a ver ahora un resumen de las distintas teorías y modelos atómicos que han ido surgiendo con el tiempo.

 

1.1- Teoría atómica de DALTON  (1766  -1844)

- La materia está formada por pequeñas partículas indivisibles (átomos).- Existen distintas clases de átomos que se distinguen por su masa y sus

propiedades.- Las sustancias que tienen todos sus átomos iguales se llaman elementos.- Los átomos de los elementos distintos se pueden unir en cantidad fija con otros

para formar compuestos.- Las partículas formadas por varios átomos se llaman moléculas.

 

1.2-  Modelo atómico de THOMPSON (1856  -1940)

- El átomo está formado por una esfera con carga positiva en cuyo interior están los electrones en número suficiente para neutralizar su carga.

 

1.3-  Modelo atómico de RUTHERFORD (1871 -1937)

- -La mayor parte de la masa del átomo y toda su carga positiva están en la zona central minúscula llamada núcleo.

- En torno al núcleo y a grandes distancias de él están los electrones girando a su alrededor.

- El número de cargas +  es el mismo que el de -, de manera que el átomo es neutro. 

 ERRORES: Las cargas en movimiento emiten energía, luego los electrones caerían al núcleo, cosa que no  ocurre. Los electrones al poder girar a cualquier distancia podrán tener cualquier energía, cosa que  también es falsa . No habla de los neutrones, lo cual es lógico ya que no se habían descubierto aún. 

 

1.4- Modelo atómico de Niels Bohr (1885 -1962)  Corrigió los errores de Rutherford.

El físico danés Niels Bohr  propuso en 1913 un nuevo modelo atómico que indicaba lo siguiente:

- El átomo consta de una parte central (núcleo) en la que se halla la carga + y la casi totalidad de su masa y los electrones se mueven a su alrededor en órbitas circulares situadas en diferentes niveles

- A cada nivel le corresponde una energía que será mayor cuanto más alejada del núcleo esté 

- La distancia de las órbitas al núcleo, así como su energía, no pueden tomar valores arbitrarios, sino solo unos definidos.

- Cada nivel admite un número máximo de electrones que es igual a  2n 2  donde n designa el nivel de energía ( 1 , 2 , 3, … ) 

 

ERRORES: Supone que todas las órbitas son circulares y esto es falso. Para sus cálculos supone que los electrones tienen una masa infinitamente menor que la de los  protones cuando solo es 1 830 veces menor.   Supone que el núcleo es estático cuando se mueve alrededor de su centro de gravedad. 

 

1.5-  Modelo atómico de orbitales (SCHRÖEDINGER y HEISEMBERG)      

- -El electrón se comporta como una onda y como un corpúsculo (dualidad onda - corpúsculo)

- No es posible predecir la trayectoria del electrón ( principio de incertidumbre de Heisemberg). Hay que abandonar la idea de órbita y hablar de orbitales que son las zonas donde es más probable encontrar al electrón.

- En cada orbital no puede haber más de dos electrones.- Hay varias clases de orbitales que se diferencian en su forma y orientación ( s , p

, d , f )- En cada nivel hay un número determinado de orbitales.

TABLA PERIODICA

La tabla periódica a secas o la tabla periódica de los elementos, como también se la denomina, es un cuadro que clasifica, organiza y distribuye los diferentes elementos químicos existentes, siendo entonces su misión primaria el ordenamiento a partir de la agrupación de los elementos que la integran. En la actualidad esta tabla ostenta una especial presencia a la hora de acercar los conocimientos sobre química, dado que el estudio de la misma forma parte de los programas de estudios secundarios en el área de la química.

El químico ruso Dmitri Ivánovich Mendeléyev está considerado como su hacedor, aunque, el químico alemán Julius Lothar von Meyer, contemporáneo y rival de Mendeléyev también fue determinante en este sentido creando una tabla ordenada a partir de las propiedades físicas de los átomos. Posteriormente, el químico suizo Alfred Werner propuso la versión actual de la tabla que presenta algunas modificaciones con respecto a la de Mendeléyev.

Es imposible no relacionar la aparición de la tabla periódica a varias cuestiones que se fueron desarrollando en los campos de la física y de la química como ser:

el descubrimiento de los elementos (cobre, oro, plomo, plata, carbono, hierro, estaño, azufre, mercurio, arsénico, estaño, entre otros), el estudio de las propiedades que compartían estos elementos y su procedente clasificación, el concepto de masa atómica, que es la masa total de protones y neutrones presente en un solo átomo cuando este no se halla en movimiento y las relaciones que se establecían entre la masa atómica y las propiedades de los elementos.

Nomenclatura química

Todos ellos tienen el ion H+1; y las bases tienen propiedades características de este grupo

En un sentido amplio, nomenclatura química son las reglas y regulaciones que rigen la designación (la identificación o el nombre) de las sustancias químicas.

Como punto inicial para su estudio es necesario distinguir primero entre compuestos orgánicos e inorgánicos.

Los compuestos orgánicos son los que contienen carbono, comúnmente enlazado con hidrógeno, oxígeno, boro, nitrógeno, azufre y algunos halógenos. El resto de los compuestos se clasifican como compuestos inorgánicos. Éstos se nombran según las reglas establecidas por la IUPAC.

Nomenclatura en química inorgánica

Los compuestos inorgánicos se clasifican según la función química que contengan y por el número de elementos químicos que los forman, con reglas de nomenclatura particulares para cada grupo.

Una función química es la tendencia de una sustancia a reaccionar de manera semejante en presencia de otra. Por ejemplo, los compuestos ácidos tienen propiedades característica de la función ácido, debido a que bido al ion OH-1 presente en estas moléculas

Debemos recordar aquí que las principales funciones químicas son: óxidos, bases, ácidos y sales.

Ver: Compuestos inorgánicos

Actualmente se aceptan tres sistemas o subsistemas de nomenclatura, estos son:

el sistema de nomenclatura estequiométrica o sistemático, el sistema de nomenclatura funcional o clásico o tradicional y el sistema de nomenclatura Stock.

Estos tres sistemas nombran a casi todos los compuestos inorgánicos, siendo la nomenclatura tradicional la más extensa.

Algunas reglas para la nomenclatura inorgánica

Se escribe siempre en primer lugar el símbolo del elemento o radical menos electronegativo (menor capacidad de atraer electrones) y a continuación el del elemento

o radical más electronegativo (mayor capacidad de atraer electrones). Pero se nombran en orden inverso a este orden.

Por ejemplo, CrBr3 = tribromuro de cromo; CO = monóxido de carbono

Se intercambian las valencias de los elementos o los radicales, colocándolas en forma de subíndices. Estos subíndices se simplifican, si se puede, teniendo en cuenta que deben ser números enteros y que el 1 no se escribe.

En los ejemplos anteriores: CrBr3

El cromo está actuando con valencia 3 (Cr+3) y el bromo lo hace con valencia –1 (Br1) (el cromo puede tener valencia 2,3,4,5,6 y el bromo puede tener valencia +1, –1, 3, 5,7)

La fórmula sería Cr+3 Br–1, intercambiamos las valencias pero poniendo su número como subíndice y queda CrBr3 (sería Cr1, pero el uno no se escribe).

La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) recomienda el uso de la nomenclatura sistemática, la más extendida, y la de Stock o funcional, utilizada sobre todo para nombrar óxidos, hidruros y hidróxidos.

En la nomenclatura sistemática de los óxidos la palabra genérica óxido va precedida de los prefijos griegos mono-, di-, tri-, tetra-, penta-, hexa- o hepta-, según el número de oxígenos que existan; a continuación se indica, de la misma forma, la proporción del segundo elemento.

Por ejemplo, N2O5, pentaóxido de dinitrógeno (5 átomos de oxígeno y 2 átomos de nitrógeno).

En algunas ocasiones se puede prescindir del prefijo mono- (CaO, óxido de calcio).

En la nomenclatura de Stock no se utilizan prefijos. Los óxidos se nombran con la palabra óxido seguida del nombre del otro elemento y su valencia entre paréntesis; siguiendo con el ejemplo: N2O5, sería óxido de nitrógeno (V). Si el elemento que se combina con el oxígeno tiene valencia única, no es necesario indicarla; así, Li2O es óxido de litio (de la misma fórmula deducimos que la valencia del litio es 1 y la del oxígeno 2).

En los hidruros metálicos el hidrógeno actúa con valencia –1 y se nombran con la palabra genérica hidruro seguida del nombre del metal. El número de átomos de hidrógeno se indica mediante prefijos numerales; por ejemplo, AuH3, trihidruro de oro.

En la nomenclatura funcional se nombran con la palabra hidruro seguida del nombre del metal y su valencia correspondiente, salvo que la valencia sea única [AuH3, hidruro de oro (III)].

En los hidruros no metálicos el hidrógeno actúa con valencia +1 y los no metales con sus respectivas valencias negativas; se nombran añadiendo el sufijo -uro al no metal. Por ejemplo, HCl, cloruro de hidrógeno.

Los hidróxidos se nombran con la palabra hidróxido seguida del nombre del metal, indicando con prefijos numerales sus proporciones; por ejemplo, Mg(OH)2, dihidróxido de magnesio.

En la nomenclatura de Stock no se utilizan los prefijos: al nombre del metal se le añade su valencia, aunque ésta se omite cuando es única; por ejemplo, Mg(OH)2, hidróxido de magnesio.

En la nomenclatura sistemática, los ácidos oxoácidos se nombran como compuestos binarios en los que el constituyente negativo (anión) es poliatómico; se utiliza el sufijo -ato para el anión y se especifica la valencia del elemento central mediante números romanos entre paréntesis, seguida de la palabra hidrógeno; por ejemplo, HClO, oxoclorato (I) de hidrógeno. Para estos ácidos, la IUPAC admite la nomenclatura tradicional (HClO, ácido hipocloroso).

Nomenclatura en química orgánica

El sistema para nombrar actualmente los compuestos orgánicos, conocido como sistema IUPAC, se basa en una serie de reglas muy sencillas que permiten nombrar cualquier compuesto orgánico a partir de su fórmula desarrollada, o viceversa. Esta es la nomenclatura sistemática. Además existe la nomenclatura vulgar, que era el nombre por el que se conocían inicialmente muchas moléculas orgánicas (como por ejemplo ácido acético, formaldehído, estireno, colesterol, etcétera), y que hoy día está aceptada.

El nombre sistemático está formado por un prefijo, que indica el número de átomos de carbono que contiene la molécula, y un sufijo, que indica la clase de compuesto orgánico de que se trata.

Algunos de los prefijos más utilizados son:

Átomos de C Prefijo

1 Met-

2 Et-

3 Prop-

4 But-

5 Pent-

6 Hex-

7 Hept-

8 Oct-

9 Non-

10 Dec-

 

Ahora veremos cómo se nombran las distintas familias de compuestos orgánicos.

En aquellos casos en los que se conozca el nombre vulgar, se incluirá al lado del nombre sistemático.

Hidrocarburos

Son aquellos compuestos orgánicos que contienen únicamente carbono (C) e hidrógeno (H) en su molécula.

Existen dos grupos principales de hidrocarburos, los alifáticos y los aromáticos, cada uno de los cuales se subdividen a su vez en varias clases de compuestos:

• Alifáticos: Dentro de este grupo están los alcanos, alquenos, alquinos y cicloalcanos

• Aromáticos: Existen dos clases de compuestos, los monocíclicos o mononucleares, que contienen sólo un núcleo bencénico y los policíclicos o polinucleares que contienen dos o más núcleos bencénicos.

Alcanos. Responden a la fórmula general CnH2n+2. Son hidrocarburos acíclicos (no tienen ciclos en su cadena) saturados (tienen el máximo número de hidrógenos posible).

- Alcanos de cadena lineal. Se nombran utilizando uno de los prefijos de la tabla anterior seguida del sufijo--ano.

Ejemplos:

CH4metano

C2H6 

etano

C3H8

propano

C4H10

butano

C5H12

pentano

C6H14

hexano

 

Alcanos de cadena ramificada. Para nombrar estos compuestos hay que seguir los siguientes pasos:

Buscar la cadena hidrocarbonada más larga y ésta constituye el hidrocarburo principal, que nombra al compuesto y que llevará la terminación -ano si es un alcano. Si hay más de una cadena con la misma longitud se elige como principal aquella que tiene mayor número de cadenas laterales.

Se numeran los átomos de carbono empezando por el extremo más próximo a un carbono con sustituyentes (radicales) y éstos se nombran anteponiéndoles un número localizador que indica su posición en la cadena, seguido de un guión.

Si existen dos sustituyentes en el mismo átomo de carbono, se repite el número separado por una coma. Cuando hay dos o más sustituyentes diferentes en el compuesto se nombran por orden alfabético. Por ejemplo 4,5-dietil-2,2,7-trimetildecano.

Para ver más sobre alcanos, ir a Nomenclatura y numeración de cadenas.

Alquenos y alquinos

Para nombrar los alquenos o los alquinos se toma como cadena principal la más larga que contenga el doble o triple enlace y se termina en -eno o -ino; su posición se indica con el número localizador más bajo posible y tiene preferencia sobre las cadenas laterales al numerar los carbonos.

Otros compuestos

Los alcoholes se nombran añadiendo la terminación -ol al hidrocarburo e indicando con el localizador más bajo posible la posición que ocupa el grupo -OH.

En los aldehídos se sustituye la terminación -o de los hidrocarburos por -al y la cadena se comienza a numerar por el extremo que lleva el grupo carbonilo (C=O).

Las cetonas se nombran cambiando la terminación -o del hidrocarburo por -ona, y la posición del grupo carbonilo se indica con un localizador.

En los ácidos carboxílicos se antepone la palabra ácido a la del hidrocarburo del que proceden, en el que la terminación -o se sustituye por -oico.

Las aminas se nombran añadiendo al nombre del radical el sufijo -amina. Si un mismo radical está repetido dos o tres veces se le anteponen los prefijos di- o tri-. Si la amina lleva radicales diferentes se nombran por orden alfabético.

Las amidas cambian la terminación -oico del ácido por el sufijo -amida.

Los nitrilos se pueden considerar derivados del cianuro de hidrógeno, H-CN, al sustituir el átomo de hidrógeno por radicales alquilo. Se nombran añadiendo el sufijo -nitrilo al nombre de la cadena principal.

MODULO III

ENLACES QUÍMICOS

  Un enlace químico corresponde a la fuerza que une o enlaza a dos átomos, sean estos iguales o distintos. Los enlaces se pueden clasificar en tres grupos principales: enlaces iónicos, enlaces covalentes y enlaces dativos. Los enlaces se producen como resultado de los movimientos de los electrones de los átomos, sin importar el tipo de enlace que se forme. Pero no cualquier elecrtrón, puede formar un enlace, sino solamente los electrones del último nivel energético (más externo). A estos electrones se les llama electrones de valencia. En este capítulo analizaremos las características de cada tipo de enlace, como también veremos diferentes maneras de representarlos en el papel. Partiremos definiendo lo que es un enlace iónico.

Enlace iónico : Un enlace iónico se puede definir como la fuerza que une a dos átomos a través de una cesión electrónica. Una cesión electrónica se da cuando un elemento electropositivo se une con un elemento electronegativo. Mientras mayor sea la diferencia de electronegatividad entre los elementos, más fuerte sera el enlace iónico. Se empieza a considerarque dos átomos están unidos a través de un enlace iónico cuando sudiferencia de electronegatividad es superior a 1.7. Un ejemplo de un compuesto unido a través de enlace iónico se muestra en la Imágen 27, mientras que en la Imágen 28 se ve algunas maneras de escribir compuestos unidos mediante este tipo de enlace.

Imágen 27: Vista 3D de la Molécula de NaCl (sal de mesa).

Na = Gris; Cl = Verde

Imágen 28: Formas de escribir una molécula que está unida mediante un enlace Iónico.

Enlace Covalente : El enlace covalente es la fuerza que une dos átomos mediante la compartición de un electrón por átomo. Dentro de este tipo de enlace podemos encontrar dos tipos: el enlace covalente polar y el enlace covalente apolar. El primer sub-tipo corresponde a todos aquellos compuestos en donde la diferencia de electronegatividad de los átomos que lo componen va desde 0 hasta 1.7 (sin considerar el 0). Los compuestos que son polares se caracterizan por ser asimétricos, tener un momento dipolar (el momento dipolar es un factor que indica hacia donde se concentra la mayor densidad electrónica) distinto a 0, son soiubles en agua y otros solventes polares, entre otras características. Dos ejemplos se ven en la Imágen 29 (a) y en la Imágen 29 (b), respectivamente. Por su parte, los compuestos que se forman por medio de enlaces covalentes apolares, no presentan momento dipolar, la diferencia de electronegativodad es igual a 0, son simétricos, son solubles en solventes apolares (como el hexano), entre otras cosas. La diferencia de electronegatividad cero se da cuando dos átomos iguales se unen entre sí, como por ejemplo la molécula de Nitrógeno o la molécula de Cloro (ver Imágen 30 (a) e Imágen 30 (b) respectivamente).

Imágen 29: Densidades electrónicas en los siguientes compuestos polares: a) formaldehído (o metanal); b) 1,2-difluoretano. El color blanco indica una escacez de electrones, de ahi vienen respectivamente el color violeta, azul, verde y rojo (el cual indica mayor densidad electrónica).

                        (a)                          (b)

Imágen 30: Densidades electrónicas en a) la molécula de Nitrógeno; b) la molécula de Cloro. El color blanco denota una escacez electrónica mientras que lo más violeta indica una zona más rica en electrones.

                          (a)                           (b)

En la Imágen 31 se puede ver formas de escribir un enlace covalente. La imágen superior corresponde a lo que se llama estructuras de Kekulé, mientras que la inferior se denomina estructuras de Lewis. Se profundizará algo más esto cuando veamos ácido-base.

Imágen 31: Formas de dibujar un enlace covalente en el papel.

Enlace Covalente Coordinado o Dativo : Si bien se clasifica también como enlace covalente, algunos químicos difieren de llamarlo así debido a que, como se dijo anteriormente, en un enlace covalente, los dos átomos que forman dicho enlace aportan un electrón cada uno, es por eso que se le coloca por separado. Este tipo de enlace se caracteriza porque el par electrónico del enlace es entregado por un sólo átomo, el cual debe poseer a lo menos un par de electrones libres sin enlazar (Como el Oxígeno, Nitrógeno o Cloro, por ejemplo). Otra característica importante es que el átomo que acepta el par electrónico debe estar carente de electrones (como el ión hidrógeno [más conocido como protón], el Aluminio, entre otros). Este tipo

de enlace es muy importante para el capítulo de ácidos-bases (que se verá a continuación) debido a que una teoría ácido-base indica que un ácido es aquella sustancia química que es capaz de aceptar un par electrónico y una base una sustancia capaz de compartirlos. También los enlaces dativos sirven para poder comprender de mejor manera la disolución de sustancias (tema que se verá más adelante). En la Imágen 32 (a) y en la Imágen 32 (b) se pueden ver dos ejemplos de sustancias con un enlace dativo.

Imágen 32: Sustancias que contienen un enlace dativo (encerrado en el círculo naranja): a) ión hidronio; b) ión tetracloruro de Aluminio.

                         (a)                          (b)

En la Imágen 33 se ven tres formas de escribir un enlace dativo, en este caso se usó de ejemplo el ión hidronio. Por lo general se suele utilizar la estructura de Kekulé normal (superior), aunque muchos prefieren usar esa especie de estructura de Kekulé modificada (centro), ya que denota la presencia de un enlace con carácter distinto (en la imágen superior se podría pensar que los 3 enlaces son de la misma naturaleza). La estructura de Lewis (inferior) es poco usual, aún así es muy útil para ver comportamientos de solubilidad o ácido-base.

Imágen 33: Formas de escribir un enlace covalente coordinado en el papel.

Con esto terminamos lo relacionado a enlaces químicos y tenemos las herramientas suficientes para empezar a comprender mejor como funciona una reaccion ácido-base. Pero antes de eso, es necesario tener claro lo que es una disolución y cuales son sus unidades de medición.

VALENCIAS

los átomos se mantienen juntos en las moléculas o en las redes atómicas porque están unidos. Es lo que se conoce como enlace químico.El número de enlaces que un átomo puede tener formar con otros átomos  no es cualquiera y además es una característica de cada elemento. Se conoce como valencia.Algunos elementos tienen una sola valencia, por ejemplo la del Hidrógeno es 1 y la del oxígeno 2. Otros actúan con diversas valencias , por ejemplo el Carbono puede actuar con valencia 2 y 4.El concepto de valencia química tiene que ver con el número de electrones que tiene el átomo en la última capa y de cuantos le faltan o le sobran   para adquirir una estructura estable.En algunas tablas periódicas se indican las valencias de todos los elementos, De todos modos es necesario familiarizarse con las utilizadas por los elementos más comunes.

METALESNO METALES

HIDRÓGENO

  FORMULAS DE LOS ELEMENTOS

Los elementos son sustancias formadas por átomos que son todos iguales. Pueden existir:

 Átomos individuales: Son los gases nobles. Su fórmula es su símbolo. Ejemplos: Helio (He), neón (Ne), argón (Ar).

Moléculas: formadas por no metales. La mayoría son moléculas diatómicas (Hidrógeno ( H2) , Nitrógeno ( N2), oxígeno ( O2) ,...). Pero también las hay con diferente número de átomos ( ozono (O3), fósforo ( P4), azufre (S8),...

Redes atómicas: de gran número de átomos. Se escriben con su símbolo atómico. Así actúan todos los metales (Li, Na, K, Mg, Fe, Au, Cu,...) y algunos no metales como el carbono (C) o el silicio (Si).

  FORMULAS DE LOS COMPUESTOS BINARIOS

Un compuesto binario es el que esta formado por sólo dos elementos.

Existen elementos con valencia positiva y otros con valencia negativa (ello es debido a que no todos los átomos atraen con la misma fuerza a los electrones). Cuando dos átomos se unen el que atrae a los electrones con más fuerza tiene valencia negativa y el que menos la tiene positiva.

El compuesto formado ha de tener carga neutra, por lo que han de compensarse las cargas negativas con las positivas. Para ello hay que jugar con el número de átomos de cada tipo hasta conseguirlo.

molécula de oxígeno

pìla de hidrógeno

coche de hidrógeno

FUNCIONES QUÍMICAS INORGÁNICAS:

Una función química es una familia de compuestos con propiedades químicas semejantes. Las funciones químicas inorgánicas son cinco: óxidos, hidróxidos, ácidos, hidruros y sales.

El grupo funcional es el átomo o grupo de átomos que identifica a cada función química. Por ejemplo, el grupo OH es el grupo funcional de los hidróxidos.

NaOH Hidróxido de sodio

Ca(OH)2 Hidróxido de calcio

Reglas para asignar números de oxidación:

Al formular los compuestos tendremos en cuenta:

Todos los elementos no combinados tienen número de oxidación cero. El oxígeno actúa con número de oxidación -2 en casi todos sus compuestos. Son

excepción los peróxidos, en los cuales es donde actúa con -1. El número de oxidación del hidrógeno es +1, excepto en los hidruros metálicos, donde

en los cuales e trabaja con -1. En toda molécula, la suma algebraica de los números de oxidación afectados por los

subíndices correspondientes debe ser cero. Un ion poliatómico está formado por varios elementos. La carga neta es la suma

algebraica del número de oxidación de los elementos que lo forman, afectados por sus respectivos subíndices.

Función Óxido

Los óxidos son compuestos que resultan de la combinación del oxígeno con cualquier otro elemento. El oxígeno se combina fácilmente con la mayoría de los elementos de la tabla periódica. Agrupamos, entonces, a los óxidos en dos grandes categorías: óxidos básicos y óxidos ácidos, diferentes en cuanto a origen y características.

Concepto:

Los óxidos básicos se forman cuando el elemento que se combina con oxígeno es un metal.

Metal + Oxígeno = Óxido básico

2Ca + O2           =           2CaO

Como su nombre lo indica, los óxidos básicos sometidos a la acción del agua producirán compuestos de carácter básico o alcalino.

Formulación:

Para escribir directamente la fórmula:

Escribimos los símbolos del metal y del oxígeno. Intercambiamos los números de oxidación sin el signo y lo escribimos como subíndices.

Si es posible, simplificamos.

Nomenclatura:

Concepto:

Los óxidos ácidos resultan de combinar con oxígeno un no metal. Los óxidos no metálicos son gaseosos y al disolverse con el agua forman ácidos.

No metal + oxígeno = óxido ácido

C +     O2      = CO2

Formulación:

La fórmula del óxido no metálico se escribe como la de un óxido metálico. Escribimos los símbolos del no metal y del oxígeno. Intercambiamos números de oxidación sin signos y los escribimos como subíndices. Si son pares, se simplifican.

Nomenclatura:

Para nombrarlos se antepone el nombre común anhídrido al nombre del no metal. Para diferenciar varios óxidos del mismo no metal, se usan los prefijos hipo- inferior e hiper- superior y los sufijos -oso e -ico, como se muestra:

concepto:

Los hidróxidos, también llamados bases o alcális, se producen cuando los óxidos báscios o metálicos reaccionan con agua. Su grupo funcional es el radical oxidrilo o hidroxilo OH.

Óxido básico + agua = hidróxido

Na2O   +    H2O     = 2NaOH

Los hidróxidos son fácilmente identificables:

Viran el color del papel tornasol de rojo a azul, y la fenolftaleína de incolora a rojo grosella.

Tienen sabor amargo, como el jabón o el champú. Pero como regla ¡no pruebes las sustancias químicas!

Formulación:

Para escribir las fórmulas de los hidróxidos procedemos de la siguiente manera:

Escribimos el símbolo del metal seguido del radical oxidrilo OH. Intercambiamos los números de oxidación y los escribimos como subíndices. El número

de oxidación del radical oxidrilo es -1. El radical oxidrilo se escribe entre paréntesis solo si requiere subíndices.

Nomenclatura:

Los hidróxidos se nombran con ese nombre genérico seguido por el nombre del metal correspondiente.

Si el metal tiene dos posibles estados de oxidación, sus hidróxidos terminan en -oso e -ico, respectivamente:

Pb(OH)2 Hidróxido plumboso

Pb(OH)4 Hidróxido plúmbico

Los ácidos son compuestos químicos que tienen al ion hidrógeno H* como grupo funcional. Las características que nos permiten reconocerlos son:

Viran a rojo el papel tornasol azul. Tiene sabor agrio. Puedes experimentarlo con limón o vinagre nunca con ácidos de

laboratorio. Tienen olor penetrante e irritan la piel y mucosas. En soluciones acuosas, se disocian liberando iones hidrógeno (H*) o protones.

Existen dos clases de ácidos inórgánicos: Los ácidos oxácidos, que contienen oxígeno; y los ácidos hidrácidos, que no contienen oxígeno. 

Concepto:  

Los ácidos oxácidos resultan de la combinación de un óxido ácido o anhídrido con agua.

Óxido Ácido + Agua = Ácido Oxácido

SO3 + H2O = H2SO4

Formulación:

Para escribir la ecuación de formación de un ácido oxácido, partimos del óxido respectivo. Luego simplificamos los subíndices del producto para obtener la fórmula final del ácido acompañada del coeficiente que balancea la ecuación (¡exactamente como extraer múltiplo común!).

Cl2O + H2O = H2Cl2O2 = 2HClO

Nomeclatura:

Para nombrar los ácidos, de nuevo debemos tener en cuenta el número de oxidación del no metal. En la nomenclatura tradicional, el ácido se llama como el anhídrido que lo originó. Solo varía el nombre genérico de anhídrido a ácido, y se mantienen los prefijos y sufijos correspondientes.

HClO Ácido hipocloroso

Concepto:  

Los hidrácidos son ácidos no oxigenados porque no provienen de óxidos. Están formados por los metales de los grupos VI A o VII A de la tabla periódica e hidrógeno. Se presentan disacoiados en soluciones acuosas.

                                                                       H2O

No Metal + Hidrógeno   =   Ácido Hidrácido

S          +            H2        =              H2S(ac)

Formulación:

Para escribir su fórmula, escribe el símbolo del hidrógeno y el del no metal con número de oxidación negativo; -1 para los del grupo VII A, y -2 si pertenece al grupo VIII A. Intercambia los números de oxidación, sin signos. La abreviatura (ac) indica que el ácido permanece disociado en solución acuosa.

Nomenclatura:

Toman el nombre genérico ácido, seguido del nombre del no metal terminado en el sufijo -hídrico.

HCL Ácido clorhídrico

HBr Ácido bromhídrico

Las sales son compuestos iónicos sólidos y cristalinos a temperatura ambiente. Abundan en la tierra y en los océanos. Algunas son fundamentales para la vida.

Según el ácido que las originó, las sales pueden ser oxisales o sales haloideas. Algunos ejemplos del uso de las sales en el día a día: la sal común cloruro de sodio, adereza y preserva los

alimentos. El mármol carbonato de calcio cristalino. La piedra caliza, las conchas de los moluscos, las perlas y el sarro de la tetera son básicamente la misma sal oxisal.

Concepto:

Las Sales Oxisales se forman al reaccionar una base o hidróxido con un ácido oxácido.

Hidróxido + Ácido Oxácido = Sal Oxisal + Agua

KOH   +   HNO3          =       KNO3   +   H2O

Nomenclatura:

El nombre del anión proviene del ácido que lo origina, pero se cambian los sufijos según las siguientes reglas:

-oso por -ito

-ico por -ato

Ejemplo:

Ácido nitroso + hidróxido de potasio = nitrito de potasio

HNO2          +             KOH                    =          KNO2      +    H2O

Si, además el metal tiene dos estados de oxidación, su nombre termina en -oso e -ico, como en el hidróxido que originó la sal.

Ejemplo:

Ácido sulfúrico + hidróxido cúprico = sulfato cúprico

H2SO4     +           Cu(OH)2           = CuSO4    +   2H2O

Disociación iónica de las sales:

Concepto:  

Las sales haloideas se forman al neutralizar un ácido hidrácido con un hidróxido.

Hidróxido + Ácido Hidrácido = Sal Haloidea + Agua

NaOH +            HCl           = NaCl         +   H2O

Nomeclatura:

El anión se nombra cambiando el sufijo -hídrico del ácido del cual provienen por -uro. Si el metal tuviera dos estados de oxidación, termina en los sufijos -oso e -ico.

PbS = Sulfuro plumboso

PbS2 = Sulfuro plúmbico

MODULO IV

FUNCIONES QUIMICAS

Entendido ya lo que son los grupos funcionales, veremos cuáles son las principales funciones químicas (definidas por los grupos funcionales).

Recordemos:

Cada grupo funcional determina las propiedades químicas de las sustancias que los poseen; es decir, determina su función química.

Entonces, se llama función química a las propiedades comunes que caracterizan a un grupo de sustancias que tienen estructura semejante; es decir, que poseen un determinado grupo funcional.

Existen funciones en la química inorgánica y en la química orgánica y para comprender el término función podemos hacer una analogía con el concepto de familia.

En una familia hay rasgos característicos que identifican a sus miembros, de la misma manera se podría afirmar que en las sustancias, tanto orgánicas como inorgánicas, existen agrupaciones de átomos, o  grupo funcional, que debido a sus características comunes poseen un comportamiento típico.

Si nos referimos a las funciones en química inorgánica, se pueden distinguir cinco grandes familias, las cuales poseen ramificaciones filiales y que se organizan de la siguiente manera:

1.- Óxidos: (Ácidos, Básicos, Neutros, Peròxidos y Superóxidos).

2.- Hidróxidos.

3.- Ácidos: (Hidrácidos y Oxácidos).

4.- Sales: (Haloideas y Oxisales (Neutras, Ácidas, Básicas y Dobles)).

5.- Hidruros: Metálicos y no Metálicos.

En tanto las funciones de la química orgánica son muchas más, destacándose entre todas la función hidrocarburo, porque de ella se desprenden todas las demás.

En química orgánica, dependiendo de si el grupo funcional característico posee átomos de oxígeno, de nitrógeno o es algún halógeno, la función química será oxigenada, nitrogenada o halogenada.

Las funciones químicas más importantes son:

Oxigenadas Nitrogenadas Halogenadas

Alcoholes Aminas Derivados halogenados

Éteres Amidas  

Aldehídos Nitrilos  

Cetonas    

Acido carboxílico    

Esteres    

Alcoholes

Cualquier compuesto orgánico que mediante un enlace sencillo incluya el grupo funcional –OH (hidroxilo) en su estructura molecular pertenece a la función química alcoholes.

Igual como la mayoría de los compuestos orgánicos, un alcohol puede contener más de un grupo –OH en su molécula.

En la figura siguiente tenemos dos alcoholes, formados por la sustitución de un átomo de hidrógeno por un –OH en las moléculas deetano y de propano, para formar etanol y propanol, respectivamente.

 

Los alcoholes más simples se nombran manteniendo el nombre del alcano de origen, cambiando solo la última letra por la terminación “ol”: metano hace metanol; etano, hace etanol; propano hace propanol; butano hace butanol, etc.

El metanol  (CH3 – OH) es un líquido incoloro, de olor agradable, menos denso que el agua, muy tóxico, que puede producir ceguera si se ingiere un solo trago o puede producir la muerte en dosis mayores. Conocido también como el alcohol de la madera pues antiguamente se

obtenía por la destilación de ese material. Se emplea como disolvente de pinturas y barnices, como anticongelante o como combustible en autos de carrera.

El alcohol etílico, también tóxico, aunque en menor grado que el metano, es el componente de los licores, y puede obtenerse por fermentación de frutas.

El nombre que recibe depende del origen de los azúcares fermentados: se llama ron, si procede del azúicar de caña; brandy, si es de la uva; tequila si se obtiene de agave; whisky si se destila de cebada o vodka si procede del centeno.

En la industria, el etanol se emplea como disolvente de grasas y resinas; en la vida doméstica se usa como antiséptico bajo la foirma de alcohol desnaturalizado (mezclado con sustancias que lo hacemn no ingerible).

Otro alcohol de uso frecuente en el hogar  es el 2-propanol o isopropanol.

2-propanol o isopropanol

 

Este producto orgánico se suele untar sobre la piel de un enfermo para “bajar la fiebre”; el calor del cuerpo humano produce la rápida evaporación de este alcohol y con ello baja la temperatura.

En la industria se le emplea como disolvente en la preparación de cremas y perfumes debido a que es muy soluble en agua. 

Éteres

Se llaman éteres los compuestos formados por dos radicales unidos entre sí, mediante  enlaces sencillos, a un átomo de oxígeno (O). El grupo funcional es R – O – R (alcoxi). Los radicales ( R ) que se unen al oxígeno pueden ser iguales o diferentes.

Para nombrarlos, se antepone la palabra éter al nombre de los radicales; si éstos son iguales se menciona el radical anteponiendo el prefijo “di” y agregando la terminación “ico”; si los radicales son diferentes se nombra en primer lugar el de cadena más corta más el nombre del otro al que se le añade la misma terminación “ico”.

Algunos ejemplos de éteres son:

CH3 – CH2 – O – CH2 – CH3                 éter  dimetílico (los dos radicales son iguales)

CH3 - O – CH2 - CH3                             éter metiletílico  (radicales distintos)

CH3 – CH2 – O – CH2 – CH2 - CH3            éter propílico

El éter más conocido es el éter dietílico, que es un líquido muy volátil y un combustible poderoso, conocido porque sirve para “adormecer”. Desde mediados del siglo XIX se usó como anestésico por su fácil aplicación y porque no altera el pulso cardíaco

En la industria su uso más común es como solvente. Algunos son característicos por sus olores.   Y se encuentran en las frutas siendo responsables de sus aromas. El olor del plátano, por ejemplo, se debe al éter metil pentílico.

Diversos éteres se emplean en la industria de los desodorantes y los jabones.

Aldehídos y cetonas

Son dos tipos de compuestos que en su molécula contienen al grupo funcional carbonilo (>C=O, un átomo de oxígeno unido a uno de carbono por medio de un enlace doble). Como ya dijimos anteriormente, si el grupo funcional es terminal (está al final de la cadena) se llaman aldehídos y se llamarán cetonas si el grupo funcional –C=O está unido a un átomo intermedio dentro de la cadena.

Debemos notar que apara los aldehídos, el grupo funcional incluye también al átomo de hidrógeno, por lo que el grupo queda como–CH=O.

Aldehído es una palabra compuesta que significa alcohol deshidrogenado, y para nombrar estos compuestos se cambia la terminación “ol” del alcohol por “al” que identifica a los aldehídos. Las cetonas, en cambio cambian la “ol” del alcohol por la terminación “ona” de la cetona.

El más común de los aldehídos es el metanal, conocido como formol, aldehído fórmico o formaldehído. Es un gas incoloro de olor penetrante y soluble en agua, en alcohol y en éter. Sus usos más comunes son para la conservación de órganos o partes anatómicas. También se usa como desinfectante. En la industria se usa para fabricar resinas, colorantes, germicidas y fertilizantes. Aldehídos de origen vegetal se añaden a ciertos productos para agregarles olor y sabor.

Otro aldehído es el propanal, que  consta de tres carbonos y un grupo funcional carbonilo. El carbono del aldehído está unido aloxígeno por un doble enlace. Está también unido a un hidrógeno.

Importante:

Recuerde que en los aldehídos y las cetonas el enlace entre un carbono y el oxígeno es doble, por lo tanto disminuye el número de hidrógenos necesarios.

Metanal,

formaldehído Aldehído metílico Aldehído fórmico

PropanolAldehído propílico

Propanona

 

3-Pentanona

 

Ejemplos de aldehídos y cetonas.

La cetona más importante es la propanona o dimetil cetona, conocida como acetona y se emplea para disolver barnices y lacas. La acetona es un líquido incoloro, inflamable, soluble en agua y de olor penetrante.

 

Ácidos carboxílicos

Compuestos orgánicos que en su molécula contienen el grupo funcional –COOH  (un grupo con enlace =O y un grupo con enlace –OH, unidos al mismo átomo de carbono) son llamados ácidos carboxílicos o ácidos orgánicos. Estos compuestos se forman cuando el hidrógeno de un grupo aldehído es reemplazado por un grupo –OH, como vemos en las siguientes fórmulas estructurales, donde el metanal se convierte en ácido metanoico y el propanal se convierte en ácido propanoico:

          Metanal                  Ácido metanoico

       Propanal                  Ácido propanoico

Generación de ácidos a partir de aldehídos.

Para nombrar estos compuestos se antepone la palabra “ácido” seguida del nombre del alcano del que proviene y se añade la terminación “ico”.

Muchos de los ácidos carboxílicos, en especial aquellos que tienen entre cuatro y veinte átomos de carbono (siempre un número par) se encuentran en las grasas vegetales y animales y son llamados  ácidos grasos saturados.

Ácidos carboxílicos con menos de cuatro átomos de carbono son líquidos y solubles en agua.

 

Aminas y amidas

Las aminas son compuestos orgánicos derivados del amoniaco (NH3). Se forman cuando uno, dos o los tres átomos de hidrógeno se sustituyen por radicales, como vemos en la figura siguiente:

Amoníaco

 

Metilamina

 

Dimetilamina

 

Trimetilamina

Aminas formadas por sustitución de hidrógenos (H) del amoníaco (NH3) por radicales (CH3).

Para nombrar las aminas se nombran los radicales, empezando por el más simple y agregando al final la terminación “amina”. En la figura de abajo, algunos ejemplos:

Metiletilamina

 

Metildietilamina

 

Trietilamina

Fórmulas semidesarrolladas y el nombre de algunas aminas.

Respecto a las amidas,  son compuestos que incluyen los grupos funcionales de aminas y ácidos carboxílicos, como podemos ver en la figura siguiente:

Ácido etanoico               Metilamina                        N – metiletanamida

Amidas, compuestos derivados de la combinación de aminas y ácidos carboxílicos.

 

En todas las proteínas, tanto animales como vegetales, el grupo amida se encuentra repetido miles de veces en forma de cadenas, y también en algunas macromoléculas como el nylon.

QUIMICA ORGANICA

La química orgánica es una rama de la química en la que se estudian los compuestos del carbono y sus reacciones.

Existe una amplia gama de sustancias (medicamentos, vitaminas, plásticos, fibras sintéticas y naturales, hidratos de carbono, proteínas y grasas) formadas por moléculas orgánicas.

Los químicos orgánicos determinan la estructura de las moléculas orgánicas, estudian sus reacciones y desarrollan procedimientos para sintetizar compuestos orgánicos.

Esta rama de la química ha afectado profundamente la vida desde el siglo XX: ha perfeccionado los materiales naturales y ha sintetizado sustancias naturales y artificiales que, a su vez, han mejorado la salud, han aumentado el bienestar y han favorecido la utilidad de casi todos los productos actuales.

Materiales orgánicos son todos aquellos que poseen en su estructura química el elemento carbono, por lo tanto entran en su categoría todos los seres vivos, los hidrocarburos, y en especial el petróleo y sus derivados, etc.

La aparición de la química orgánica se asocia a menudo al descubrimiento, en 1828, por el químico alemán Friedrich Wöhler, de que la sustancia inorgánica cianato de amonio podía convertirse en urea, una sustancia orgánica que se encuentra en la orina de muchos animales. Antes de este descubrimiento, los químicos creían que para sintetizar sustancias orgánicas era necesaria la intervención de lo que llamaban 'la fuerza vital' es decir, los organismos vivos.

 

El experimento de Wöhler rompió la barrera entre sustancias orgánicas e inorgánicas. Los químicos modernos consideran compuestos orgánicos a aquellos que contienen carbono y otros elementos (que pueden ser uno o más), siendo los más comunes: hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, azufre y los halógenos. En la actualidad, a la química orgánica se la llama también química del carbono. (Ver: Grupos funcionales).

Importancia de la química orgánica

A pesar de su aparición tardía en la historia de la química, la química de los compuestos del carbono es en la actualidad la rama de las ciencias químicas que crece con mayor rapidez. La variedad de productos derivados del carbono puede resultar prácticamente ilimitada debido a las propiedades singulares de dicho átomo y, por tanto, constituye una fuente potencial de nuevos materiales con propiedades especiales, de medicamentos y productos sanitarios, de colorantes, de combustibles, etc.

Algunos de estos ejemplos son considerados a continuación.

La materia viviente es, en parte, materia constituida por derivados del carbono. Las transformaciones que sufren los seres vivos, y que observamos a simple vista, se corresponden, desde un punto de vista submicroscópico o molecular, con cambios o reacciones químicas de las sustancias biológicas. Azúcares, grasas, proteínas, hormonas, ácidos nucleicos, son algunos ejemplos de sustancias, todas ellas compuestos del carbono, de cuya síntesis y degradación en el interior de los organismos vivos se ocupa la bioquímica.

Medicamentos

El mundo de los medicamentos ha constituido en el pasado y constituye en la actualidad una parte importante de la investigación y el desarrollo de productos derivados del carbono. Su importancia en orden a mejorar la esperanza de vida de los seres humanos y sus condiciones sanitarias hace de esta área del conocimiento científico una herramienta imprescindible para la medicina. Pero, ¿por qué los medicamentos son, por lo general, compuestos orgánicos? ¿Cuál es el origen de este hecho?

Los fármacos actúan en el organismo a nivel molecular y es precisamente el acoplamiento entre la molécula del fármaco y el receptor biológico, es decir, el sitio de la célula o del microorganismo sobre el cual aquél actúa, el último responsable de su acción curativa. Pero para que ese acoplamiento sea posible ambos agentes, fármaco y receptor, tienen que presentar una cierta complementariedad tal y como sucede con una cerradura y su correspondiente llave.

Los receptores biológicos suelen ser moléculas de gran tamaño y por este motivo son las cadenas carbonadas de los compuestos orgánicos las que pueden poseer una estructura geométrica que mejor se adapte a la porción clave del receptor; tal hecho, junto con la presencia de grupos funcionales con acciones químicas definidas, son responsables de la abundancia de sustancias orgánicas entre los productos farmacéuticos.

Polímeros orgánicos

Los polímeros orgánicos son compuestos formados por la unión de dos o más unidades moleculares carbonadas idénticas que reciben el nombre de monómeros. La unión de dos monómeros da lugar a un dímero, la de tres a un trímero, etc.

Los polímeros pueden llegar a contener cientos o incluso miles de monómeros, constituyendo moléculas gigantes o macromoléculas.

Existen en la naturaleza diferentes sustancias que desde un punto de vista molecular son polímeros, tales como el caucho o las proteínas; pero en el terreno de las aplicaciones los más importantes son los polímeros artificiales. Su síntesis en los laboratorios de química orgánica ha dado lugar a la producción de diferentes generaciones de nuevos materiales que conocemos bajo el nombre genérico de plásticos.

La sustitución de átomos de hidrógeno de su cadena hidrocarbonada por otros átomos o grupos atómicos ha diversificado las propiedades de los plásticos; la investigación en el terreno de los polímeros artificiales ha dado como resultado su amplia implantación en nuestra sociedad, sustituyendo a materiales tradicionales en una amplia gama que va desde las fibras textiles a los sólidos resistentes.

Usos de compuestos orgánicos

Alcanos: pueden ser utilizados como “marcadores” para estimar la ingestión, digestibilidad y composición de la dieta para herbívoros.

Alquenos: el Halotano (2bromo-2cloro-1,1,1-trifluoroetano) es utilizado como anestésico volátil halogenado en medicina.

Alquinos: el gas acetileno es incoloro, inodoro - el olor que a veces se percibe cuando se lo prepara a partir del carburo de calcio se debe al desprendimiento de gases provenientes de impurezas de fósforo presente en el carburo de calcio. Su uso más antiguo han sido como gas para iluminación, a tal punto que ciudades enteras han sido alumbradas con acetileno, Nueva York, por ejemplo. Se utilizaban picos especiales para producir una adecuada mezcla de acetileno y aire, obteniéndose una llama blanca muy intensa.

Alcoholes: se utiliza experimentalmente el alconafta como combustibles de vehículos como combustibles alternativos.

Cetonas y Aldehídos: se caracterizan ambos por tener el grupo carbonilo por lo cual se les suele denominar como compuestos carbonílicos. Estos compuestos tienen una amplia aplicación tanto como reactivos y disolventes así como su empleo en la fabricación de telas, perfumes, plásticos y medicinas. En la naturaleza se encuentran ampliamente distribuidos como proteínas, carbohidratos y ácidos nucleicos tanto en el reino animal como vegetal.

Acidos: El ácido sulfúrico (H2SO4) se utiliza en producción de fertilizantes, para la producción de ésteres, ácido fosfórico, ácido acético, ácido cítrico y otros diversos productos químicos, en la industria de explosivos, industria farmacéutica, como agente químico en análisis, refinación de petróleo, sistemas de tratamientos de agua (como purificador), industria de plásticos y fibras, limpieza de materiales, etc.

Aminas: se utilizan como base en la fabricación de plaguicidas agrícolas.

Amidas: se usan principalmente como agentes espumantes y espesantes en la industria cosmética.

Esteres: La familia de los ésteres es muy variada y encuentra un amplio uso en cosmética. Los más importantes son ésteres de ácidos carboxílicos de cadena saturada formados por reacción con óxido de etileno, sorbitol, glicerina, etc...

Éteres: El más importante de los éteres simétricos es el dietil éter, el disolvente empleado comúnmente en la extracción y preparación de los reactivos de Grignard.

CARBONO

Descripción

Nombre Carbono

Número atómico 6

Valencia 2,+4,-4

Configuración electrónica 1s22s22p2

Masa atómica (g/mol) 12,01115

Densidad (g/ml) 2,26

Punto de ebullición (ºC) 4830

Punto de fusión (ºC)   3727

Descubridor Los antiguos

 

Carbono, de símbolo C, es un elemento crucial para la existencia de los organismos vivos, y que tiene muchas aplicaciones industriales importantes. Su número atómico es 6; y pertenece al grupo 14 (o IV A) del sistema periódico.

Propiedades

Las propiedades físicas y químicas del carbono dependen de la estructura cristalina del elemento.

Un gran número de metales se combinan con el elemento a temperaturas elevadas para formar carburos.

Con el oxígeno forma tres compuestos gaseosos: monóxido de carbono, CO, dióxido de carbono, CO2, y subóxido de carbono, C3O2.

Los dos primeros son los más importantes desde el punto de vista industrial.

El carbono es un elemento único en la química porque forma un número de compuestos mayor que la suma total de todos los otros elementos combinados.

El grupo más grande de estos compuestos es el constituido por carbono e hidrógeno. Se estima que se conoce un mínimo de 1.000.000 de compuestos orgánicos y este número crece rápidamente cada año. Aunque la clasificación no es rigurosa, el carbono forma otra serie de compuestos considerados como inorgánicos, en un número mucho menor al de los orgánicos.

Las tres formas de carbono elemental existentes en la naturaleza (diamante, grafito y carbono amorfo) son sólidos con puntos de fusión extremadamente altos, e insolubles en todos los disolventes a temperaturas ordinarias. Las propiedades físicas de las tres formas difieren considerablemente a causa de las diferencias en su estructura cristalina.

En el diamante, el material más duro que se conoce, cada átomo está unido a otros cuatro en una estructura tridimensional, mientras que el grafito consiste en láminas débilmente unidas de átomos dispuestos en hexágonos.

El carbono químicamente puro se prepara por descomposición térmica del azúcar (sacarosa) en ausencia de aire.

El carbono tiene la capacidad única de enlazarse con otros átomos de carbono para formar compuestos en cadena y cíclicos muy complejos. Esta propiedad conduce a un número casi

infinito de compuestos de carbono, siendo los más comunes los que contienen carbono e hidrógeno.

Sus primeros compuestos fueron identificados a principios del siglo XIX en la materia viva, y, debido a eso, el estudio de los compuestos de carbono se denominó química orgánica.

A temperaturas normales, el carbono se caracteriza por su baja reactividad. A altas temperaturas, reacciona directamente con la mayoría de los metales formando carburos, y con el oxígeno formando monóxido de carbono (CO) y dióxido de carbono (CO2).

Átomo de carbono.

Pieza de carbono.

El carbono en forma de coque se utiliza para eliminar el oxígeno de las menas que contienen óxidos de metales, obteniendo así el metal puro. El carbono forma también compuestos con la mayoría de los elementos no metálicos, aunque algunos de esos compuestos, como el tetracloruro de carbono (CCl4), han de ser obtenidos indirectamente.

Estado natural

El carbono es un elemento ampliamente distribuido en la naturaleza, aunque sólo constituye un 0,025% de la corteza terrestre, donde existe principalmente en forma de carbonatos.

Varios minerales, como caliza, dolomita, yeso y mármol, tienen carbonatos.

Todas las plantas y animales vivos están formados de compuestos orgánicos complejos en donde el carbono está combinado con hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y otros elementos.

Los vestigios de plantas y animales vivos forman depósitos: de petróleo, asfalto y betún. Los depósitos de gas natural contienen compuestos formados por carbono e hidrógeno.

El elemento libre tiene muchos usos, que incluyen desde las aplicaciones ornamentales del diamante en joyería hasta el pigmento de negro de humo en llantas de automóvil y tintas de imprenta.

Otra forma del carbono, el grafito, se utiliza para crisoles de alta temperatura, electrodos de celda seca y de arco de luz, como puntillas de lápiz y como lubricante. El carbón vegetal, una forma amorfa del carbono, se utiliza como absorbente de gases y agente decolorante.

Los compuestos de carbono tienen muchos usos.

El dióxido de carbono se utiliza en la carbonatación de bebidas, en extintores de fuego y, en estado sólido, como enfriador (hielo seco). El monóxido de carbono se utiliza como agente reductor en muchos procesos metalúrgicos. El tetracloruro de carbono y el disulfuro de carbono son disolventes industriales importantes. El freón se utiliza en aparatos de refrigeración. El carburo de calcio se emplea para preparar acetileno; es útil para soldar y cortar metales, así como para preparar otros compuestos orgánicos. Otros carburos metálicos tienen usos importantes como refractarios y como cortadores de metal.

El dióxido de carbono es un componente importante de la atmósfera y la principal fuente de carbono que se incorpora a la materia viva. Por medio de la fotosíntesis, los vegetales convierten el dióxido de carbono en compuestos orgánicos de carbono, que posteriormente son consumidos por otros organismos.

El carbono amorfo se encuentra con distintos grados de pureza en el carbón de leña, el carbón, el coque, el negro de carbono y el negro de humo.

El negro de humo, al que a veces se denomina de forma incorrecta negro de carbono, se obtiene quemando hidrocarburos líquidos como el queroseno, con una cantidad de aire insuficiente, produciendo una llama humeante. El humo u hollín se recoge en una cámara separada. Durante mucho tiempo se utilizó el negro de humo como pigmento negro en tintas y pinturas, pero ha sido sustituido por el negro de carbono, que está compuesto por partículas más finas.

El negro de carbono, llamado también negro de gas, se obtiene por la combustión incompleta del gas natural y se utiliza sobre todo como agente de relleno y de refuerzo en el caucho o hule.

En 1985, los científicos volatilizaron el grafito para producir una forma estable de molécula de carbono consistente en 60 átomos de carbono dispuestos en una forma esférica desigual

Diamante.

parecida a un balón de fútbol. La molécula recibió el nombre de buckminsterfulereno ('pelota de Bucky' para acortar) en honor a R. Buckminster Fuller, el inventor de la cúpula geodésica. La molécula podría ser común en el polvo interestelar.

Aplicaciones científicas

El isótopo del carbono más común es el carbono 12; en 1961 se eligió este isótopo para sustituir al isótopo oxígeno 16 como medida patrón para las masas atómicas, y se le asignó la masa atómica 12.

Los isótopos carbono 13 y carbono 14 se usan como trazadores (consultar  Trazador isotópico) en la investigación bioquímica. El carbono 14 se utiliza también en la técnica llamada método del carbono 14,  que permite estimar la edad de los fósiles y otras materias orgánicas. Este isótopo es producido continuamente en la atmósfera por los rayos cósmicos, y se incorpora a toda la materia viva.

Como el carbono 14 se desintegra con un periodo de semidesintegración de 5.760 años, la proporción entre el carbono 14 y el carbono 12 en un espécimen dado, proporciona una medida de su edad aproximada.

Configuración electrónica

El átomo de carbono constituye el elemento esencial de toda la química orgánica, y debido a que las propiedades químicas de elementos y compuestos son consecuencia de las características electrónicas de sus átomos y de sus moléculas, es necesario considerar la configuración electrónica del átomo de carbono para poder comprender su singular comportamiento químico.

Se trata del elemento de número atómico Z = 6. Por tal motivo su configuración electrónica en el estado fundamental o no excitado es 1s2 2s2 2p2. La existencia de cuatro electrones en la última capa sugiere la posibilidad bien de ganar otros cuatro convirtiéndose en el ion C4- cuya configuración electrónica coincide con la del gas noble Ne, bien de perderlos pasando a ion C4+ de configuración electrónica idéntica a la del He.

En realidad una pérdida o ganancia de un número tan elevado de electrones indica una dosis de energía elevada, y el átomo de carbono opta por compartir sus cuatro electrones externos con otros átomos mediante enlaces covalentes. Esa cuádruple posibilidad de enlace que presenta el átomo de carbono se denomina tetravalencia.

El carbono frente al silicio

Cabe preguntarse si la situación del carbono es singular o si por el contrario algún otro elemento participa de sus mismas propiedades. Observando el sistema periódico se advierte que el silicio está situado en el mismo grupo justo debajo del carbono y con idéntica configuración electrónica externa.

¿Por qué razón la vida se ha desarrollado sobre los compuestos del carbono y no sobre los del silicio? ¿Por qué los derivados del silicio son tan poco numerosos frente a los del carbono?

 La existencia en el silicio de ocho electrones internos adicionales respecto del carbono hace que los electrones externos o de valencia responsables del enlace químico estén más alejados del núcleo y, por tanto, atraídos por él más débilmente. Ello se traduce en que la fuerza de los enlaces del silicio es comparativamente menor; particularmente lo es el enlace Si-Si, lo que le convierte en más reactivo, es decir, menos estable químicamente.

No obstante, el silicio cristaliza formando una red tridimensional semejante a la del diamante, y sus derivados constituyen el 87 % de la composición de la corteza terrestre. Su combinación con el oxígeno origina la sílice o cuarzo (SiO2). El carácter francamente polar de esta unión da lugar a estructuras reticulares o redes cristalinas que por sus propiedades se parecen enormemente a las de los sólidos iónicos.

La química de compuestos del carbono

El átomo de carbono, debido a su configuración electrónica, presenta una importante capacidad de combinación. Los átomos de carbono pueden unirse entre sí formando estructuras complejas y enlazarse a átomos o grupos de átomos que confieren a las moléculas resultantes propiedades específicas.

La enorme diversidad en los compuestos del carbono hace de su estudio químico una importante área del conocimiento puro y aplicado de la ciencia actual.

Durante mucho tiempo la materia constitutiva de los seres vivos estuvo rodeada de no pocas incógnitas. Frente a la materia mineral presentaba, entre otras, una característica singular, su capacidad de combustión. Parecía como si los únicos productos capaces de arder hubieran de proceder de la materia viviente.

En los albores de la química como ciencia se advirtió, además, que si bien la materia procedente de organismos vivos podía degradarse en materia mineral por combustión u otros procesos químicos, no era posible de ninguna manera llevar a cabo en el laboratorio el proceso inverso.

Argumentos de este estilo llevaron a Berzelius, a comienzos del siglo XIX, a sugerir la existencia de dos tipos de materia en la naturaleza, la materia orgánica o materia propia de los seres vivos, y la materia inorgánica.

Para justificar las diferencias entre ambas se admitió que la materia orgánica poseía una composición especial y que su formación era debida a la intervención de una influencia singular o «fuerza vital» exclusiva de los seres vivos y cuya manipulación no era posible en el laboratorio.

La crisis de este planteamiento, denominado vitalismo, llevó consigo el rápido desarrollo de la química de la materia orgánica en los laboratorios, al margen de esa supuesta «fuerza vital».

En la actualidad, superada ya la vieja clasificación de Berzelius, se denomina química orgánica a la química de los derivados del carbono e incluye el estudio de los compuestos en los que dicho elemento constituye una parte esencial, aunque muchos de ellos no tengan relación alguna con la materia viviente.

HIDROCARBUROS: ASPECTOS ESTRUCTURALES

La geometría de sus moléculas.

Los hidrocarburos son los derivados del carbono más sencillos. Resultan de la unión únicamente de átomos de carbono con átomos de hidrógeno y de átomos de carbono entre sí formando cadenas que pueden ser abiertas o cerradas y cuyos «eslabones» pueden estar unidos por enlaces simples o por enlaces múltiples. Aquellos hidrocarburos que presentan únicamente enlaces simples reciben el nombre de hidrocarburos saturados (alcanos).

El representante más sencillo de los hidrocarburos saturados es el metano CH 4; no obstante, el etano C2H6 da una mejor idea de las características de este tipo de hidrocarburos.

Etano (un enlace carbono-carbono). 

 

La molécula de etano está compuesta por dos átomos de carbono y seis átomos de hidrógeno que se unen entre sí mediante enlaces covalentes sencillos. Desde un punto de vista puramente geométrico se puede representar la molécula de etano mediante dos tetraedros contiguos y opuestos por uno de sus vértices, en donde los dos átomos de carbono ocupan los centros de los respectivos tetraedros, y los de hidrógeno los vértices libres.

Los hidrocarburos no saturados se caracterizan, desde el punto de vista de su estructura molecular, por la presencia de enlaces dobles (alquenos) o triples (alquinos). La molécula de eteno o etileno está formada por dos átomos de carbono unidos por un enlace doble; mediante sus otros dos enlaces restantes cada átomo de carbono se une a otros tantos átomos de hidrógeno.

Efectos del Carbono sobre la salud

El carbono elemental es de una toxicidad muy baja. Los datos presentados aquí de peligros para la salud están basados en la exposición al negro de carbono, no carbono elemental. La inhalación continuada de negro de carbón puede resultar en daños temporales o permanentes a los pulmones y el corazón. 

Se ha encontrado pneumoconiosis en trabajadores relacionados con la producción de negro de carbón. También se ha dado parte de afecciones cutáneas tales como inflamación de los folículos pilosos, y lesiones de la mucosa bucal debidos a la exposición cutánea.

Carcinogenicidad: El negro de carbón ha sido incluido en la lista de la Agencia Internacional de Investigación del Cáncer  (AIIC) dentro del grupo 3 (agente no clasificable con respecto a su carcinogenicidad en humanos).

Efectos ambientales del Carbono

No se tiene constancia de que el carbono tenga efectos negativos sobre el medio ambiente.

FUNCIONES QUÍMICAS ORGÁNICAS

También conocidos como  GRUPOS FUNCIONALES ORGÁNICOS son átomos o grupos de átomos que presentan propiedades comunes a todos los compuestos que la integran. El resto de la molécula, diferente al grupo funcional, se llama radical, representado con R, R', R''. 

En otras palabras un grupo funcional es un átomo o grupo de átomos que le confieren

Eteno, dos carbonos con enlace doble.

características físicas y químicas a un compuesto que lo diferencia de los otros.

Normalmente la parte activa del compuesto es el grupo funcional, el cual permite distinguir cualidades comunes a ellos, mientras que los radicales son la parte inactiva de la sustancia.

FUNCIONES QUIMCAS ORGÁNICAS EN ORDEN DE PRIORIDAD

NOMBRE GRUPO prefijos    sufijos

1 Ácido carboxilicoÁcido ...............oico

2  Anhídrido anhidrido........oico

3 Haluro de ácido Haluro de ........oico

4  Éster ......oato de alquilo

5 Amida .....amida

6  Nitrilo  ....nitrilo

7 Aldehído .....al

8Cetona ....... ona

9 Alcohol

.....ol

10 Mercaptano .....tiol

11 Amina ....amina

12Éter  ....éter (oxi)

13Alquinos

...ino

14Alquenos

....eno

15 Alcanos ....ano