Qué es la química orgánica?

Transcripción

1 Nivel: 2.º Medio Subsector: Ciencias químicas Unidad temática: Qué es la química orgánica? La química orgánica es una ciencia cuyo objetivo es el estudio de los compuestos que contienen el elemento carbono como unidad estructural fundamental. Estos compuestos orgánicos contienen además hidrógeno, átomos de otros elementos como oxígeno, nitrógeno, halógenos, azufre y algunos metales. Seguramente, es lógico preguntarse por qué existe toda una ciencia sólo para un átomo. Resulta que el átomo de carbono es capaz de formar una variedad tan amplia de compuestos, cada uno con estructuras y propiedades muy diversas, que fue necesario estudiar las propiedades de este elemento y sus compuestos. Por otra parte, este elemento es capaz de combinarse con otros elementos, y también consigo mismo, y formar largas cadenas de carbono mediante enlaces covalentes simples, dobles y triples. Cómo se unen estos átomos? Recuerda que la estructura interna de los átomos indica que tienen orbitales atómicos (s, p, d, f) que son regiones en el espacio donde es más probable encontrar electrones. Cada uno de estos orbitales tiene una forma definida. La unión de orbitales atómicos origina orbitales moleculares, lo que permite que los átomos se unan o enlacen. En esta te proponemos estudiar la geometría que forma el átomo de carbono, la disposición de los enlaces que forma a partir de su estructura atómica. También te proponemos acercarte al tema de la nomenclatura en química orgánica. 1

2 Actividades I. El átomo de carbono El carbono es un elemento químico no metal, de número atómico 6, y másico 12. Su configuración electrónica es: 1s 2 2s 2 p 1 xp 1 yp 0 z De esta forma el carbono tiene, en su estado fundamental, dos electrones desapareados. Con esto, este átomo puede unirse a dos elementos y compartir un par electrónico. Sin embargo, el átomo de carbono se une a cuatro elementos (diferentes o iguales) compartiendo un par de electrones con cada uno de ellos. 1. Cómo ocurre esto? Imagina una forma para que el átomo de carbono pueda compartir cuatro electrones y no dos. Cómo debe ser su configuración electrónica? Este proceso se conoce como hibridación, proceso en el que el átomo adopta una configuración electrónica externa con cuatro electrones desapareados. Existen tres tipos de hibridaciones para el átomo de carbono: sp 3, sp 2 y sp. 2. Cómo son estas tres hibridaciones del átomo de carbono? Investiga cuáles son las características de estas hibridaciones. Algunas de estas características son: - Hibridación sp 3 : Existe cuando el átomo de carbono está unido a otros cuatro átomos. Por ejemplo: la molécula de metano CH 4. - Hibridación sp 2 : En este tipo de enlace se comparten dos pares de electrones con un mismo elemento. Es decir: el carbono forma un enlace doble con un elemento. - Hibridación sp: En este caso se comparten tres pares de electrones con un mismo elemento, se forma un enlace triple con el mismo átomo de carbono. Concentrémonos en la estructura del CH 4. Los cuatro enlaces entre carbono hidrógeno son enlaces covalentes simples y por lo tanto se 2

3 comparte un par de electrones en cada enlace. Este carbono tiene hibridación sp 3. Recuerda que los electrones son cargas negativas y como tales se repelen. Con esto, los enlaces se ubican lo más alejados entre sí. 3. Con este antecedente: Cómo se ubicarán estos cuatro pares (ocho electrones) para continuar unidos al átomo de carbono e hidrógeno y a la vez estar lo más alejados? Propón estructuras que unan al carbono con los cuatro átomos de hidrógeno cumpliendo tales características. 4. Luego, busca la estructura de esta molécula y dibújala. II. Nomenclatura Son tantos los compuestos orgánicos que, antes de iniciar su estudio es indispensable poder clasificarlos y asignarles un nombre a todos y cada uno de estos compuestos. Todos los compuestos que estén formados por carbono e hidrógeno se llaman hidrocarburos. Los hidrocarburos se pueden presentar en: - Cadenas abiertas como: - Alcanos - Alquenos - Alquinos - Compuestos cíclicos que tienen dobles enlaces conjugados. El siguiente es un esquema que permite comprender todas las subdivisiones y los tipos de compuestos orgánicos. 3

4 Hidrocarburos Aromáticos Alifáticos Acíclicos Cíclicos Saturados Insaturados Insaturados Saturado s Alcanos Alquenos Alquinos Cicloalcanos Cicloalquenos Cicloalquino Cada uno de estos compuestos se nombra de una forma particular. Busca cuáles son las reglas de nomenclatura orgánica. Esta información se encuentra disponible en la ficha temática n.º 14, disponible en el portal educarchile.cl. También puedes acceder a ella buscando en tu libro de clases o internet. Luego de repasar esta información: 1. Nombra los siguientes compuestos: a. CH 4 b. CH 3 -CH 3 c. CH 3 -CH 2 -CH 3 d. CH 2 =CH 2 j. k. e. CH 2 =CH-CH 3 f. CH 3 -CH=CH-CH 2 -CH 3 g. CH CH h. CH C CH 3 l. m. i. 4

5 n. o. Los compuestos orgánicos los podemos encontrar en la mayoría de las cosas que nos rodean, tales como los plásticos, neumáticos y derivados del petróleo, entre muchos otros. Por otra parte: algunos nutrientes o cremas que usamos para el cuerpo, e incluso la pasta de dientes y el champú tienen compuestos orgánicos. 5