Física y Química 4º ESO Química del Carbono página 1 de 7

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1 Física y Química 4º ESO Química del arbono página 1 de 7

2 Física y Química 4º ESO Química del arbono página 2 de 7 TETRAVALENIA DEL ARBONO El elemento químico carbono está situado en el grupo 14 del Sistema periódico. Tiene número atómico 6 y se presenta en tres formas isotópicas 12, 13 y 14 en proporciones 98,93%, 1,07% y el tercero en trazas (aproximadamente una parte por trillón) siendo este último radiactivo decayendo, por emisión β, hacia la formación de N 14. Este elemento por tanto tiene seis electrones por lo que su configuración electrónica será: [] = 1s 2 2s 2 2p 2 O Por tanto tiene cuatro electrones en la capa de valencia lo que significa que, al poder compartir cuatro electrones, va a formar cuatro enlaces covalentes uniéndose con otros elementos o con otros carbonos, con enlaces sencillos, dobles o triples... Esta es la explicación de la existencia de la gran cantidad de compuestos de carbono que hace que la rama de la Química que los estudia sea por si sola una parte de la misma conocida con el nombre de Química Orgánica. El carbono se encuentra en la naturaleza en distintos estados: arbón: Se trata de una roca sedimentaria, formada en la descomposición anaerobia de restos vegetales, con mayor o menor número de impurezas y se usa principalmente como combustible para la obtención de energía. Existen distintas variedades que se diferencian entre si por la riqueza en carbono y por su poder calorífico. De más valorada a menos antracita (90% y poder calorífico 34300KJ/kg), hulla (75 a 90% y poder calorífico 31000KJ/kg), lignito (65 a 75% y poder calorífico 27000KJ/kg) y turba (55 a 65% y poder calorífico 22000KJ/kg). Grafito: onstituido por carbono puro. Los átomos están enlazados entre si mediante enlaces covalentes en una estructura como la que se indica en el dibujo. Las láminas pueden deslizar unas sobre otras y quedar adheridas al papel, de ahí su nombre. ada carbono tiene un electrón en la última capa que no forma enlace con lo que resulta muy buen conductor de la corriente eléctrica. Diamante: Es carbono puro. ada carbono está unido por cuatro enlaces covalentes con otros tantos átomos de carbono. Al no quedar ningún electrón libre no conduce la corriente eléctrica. Debido a su gran estabilidad es extremadamente duro aunque es frágil. Su elevado índice de refracción le hace que la luz blanca se disperse en su interior y sufra un gran número de reflexiones internas con lo que resulta muy apreciado por sus variados brillos como piedra preciosa.

3 Física y Química 4º ESO Química del arbono página 3 de 7 Fulereno: Se han obtenido estas estructuras recientemente. Formadas por un número de átomos de carbono (60, 70 ) unidos entre si. Pueden resultar útiles para transportar en su interior ciertos compuestos que posteriormente serán liberados. Se detectan en el Universo, por ejemplo se encuentran como restos en la explosión de alguna estrella. Nanotubos de arbono: Se pueden visualizar por las estructuras resultantes al enrollar las láminas de grafito sobre si mismas. Según sea la forma en que se haga este arrollamiento las propiedades de los nanotubos serán diferentes. Dadas sus muy variadas propiedades son utilizados en la actualidad en multitud de aplicaciones por ejemplo en la fabricación de materiales para la práctica deportiva. Grafeno: Se trata de una estructura de un átomo de grosor, podemos considerarlo como lo que resultaría de separar una de las láminas que forman el grafito. Teniendo en cuenta sus propiedades podría tener gran cantidad de aplicaciones, por ejemplo para la fabricación de pantallas ultrafinas y dispositivos móviles. Además se encuentra en la atmósfera en estado gaseoso O 2 gaseoso y O también gaseoso y formando parte de mezclas de compuestos volátiles en el gas natural, en hidrocarburos líquidos en el petróleo y en otra gran cantidad de compuestos de tipo orgánico. IDROARBUROS Son compuestos formados por la combinación de carbono e hidrógeno. Pueden ser saturados cuando los enlaces carbono carbono son sencillos. Insaturados aquellos en los que alguno o algunos de los enlaces carbono carbono son dobles o triples. Para nombrar los hidrocarburos utilizamos prefijos que indican el número de átomos de carbono de lla cadena principal. Met (1) Et (2) Prop (3) But (4) Pent (5) ex (6) ept (7) Oct(8) Non(9) Dec(10) Undec (11) Dodec (12)... En los hidrocarburos saturados la terminación es ano. A continuación algunos ejemplos. Si existen cadenas ramificadas se elige como principal aquella que es más larga, caso de igualdad entre varias, aquella que tenga mas sustituyentes y a continuación se numera de forma que los sustituyentes tengan el conjunto de localizadores mas bajo posible. 4 Metano 3-3 Etano Propano Butano En los hidrocarburos insaturados con un doble enlace la terminación es eno En los hidrocarburos insaturados con un triple enlace la terminación es ino 2= 2 Eteno Además las cadenas pueden ser abiertas (lineales o ramificadas) y cerradas (también pueden presentar ramificaciones) Ejemplo: 3-metil-1-buteno 3- Propino uando la cadena se cierrra sobre si misma se forman los hidrocarburos cíclicos como 1,2-dimetilciclopentano Un ejemplo de hidrocarburo aromático es el benceno ( 6 6) Los hidrocarburos aromáticos tienen 4n+2 electrones que se distribuyen en enlaces sencillos y dobles alternados y sin una posición definida lo que se puede interpretar como una resonancia entre todas las posiciones posibles.

4 Física y Química 4º ESO Química del arbono página 4 de 7 Un grupo funcional es un átomo o conjunto de átomos unidos en determinada forma con la cadena carbonada de manera que le confieren determinadas propiedades químicas muy específicas del mismo. GRUPOS FUNIONALES QUE ONTIENEN OXÍGENO Alcoholes: El grupo funcional es ( ) que va unido a un carbono primario, secundario o terciario generando de esta forma alcoholes primarios secundarios o terciarios. Para nombrarlos se escribe el nombre del hidrocarburo de que proceden acabado en ol e indicando la posición del grupo funcional en la cadena principal. Metanol cuya fórmula es 3, también conocido como alcohol metílico o alcohol de quemar. Etanol 3-2 o alcohol etílico 1-Propanol: , 2-Propanol: (figura superior), no existe el 3-propanol puesto que sería 1-propanol. 1-Butanol: , 2-butanol: Por supuesto pueden existir alcoholes con dos o mas grupos en la cadena principal y para nombrarlos se usan los prefijos di, tri delante de la terminación ol. Ej: 1,2-Butanodiol Aldehidos: Presentan el grupo funcional O en que el carbono (primario) se une por enlace sencillo con un hidrógeno y por un enlace doble a un oxígeno. Para nombrarlos se añade la terminación al al nombre del hidrocarburo. Propanal: 3-2-O Puede haber también compuestos con dos aldehídos en los carbonos primarios de los extremos de la cadena -O etanodial. etonas: El grupo funcional es =O soportado por un carbono secundario. Se pueden nombrar acabando el nombre de la cadena principal en ona. Ejemplo: propanona 3-O- 3 En caso de existir posiciones equívocas se ha de indicar la del grupo funcional con un localizador que se elegirá considerando la mayor cercanía del mismo a la cabeza de la cadena. Ejemplo 2- pentanona 3-O ó 3-pentanona 3-2-O Éteres: el grupo funcional es el O unido por ambos enlaces con distintos radicales. Generalmente se nombran indicando el nombre de los radicales a los que va unido, por orden alfabético y se añade la terminación éter. Ejemplo: 3-O- 2-3 etilmetiléter. Ácidos: El grupo funcional es O que va sobre un carbono primario. Para nombrarlos se antepone la palabra ácido y se añade la terminación oico al nombre de la cadena principal. Ácido propanoico: 3-2-O Ac. butanodioico:o- 2-2-O

5 Física y Química 4º ESO Química del arbono página 5 de 7 Ésteres: Se sustituye el hidrógeno del grupo funcional del ácido por un radical. Para nombrarlo se elimina la palabra ácido del nombre del que procede y la terminación oico se cambia por oato a continuación se añade el nombre del radical que sustituye al hidrógeno. 3-OO- 3 etanoato de metilo (procede de sustituir el del 3-O por el radical 3). GRUPOS FUNIONALES QUE ONTIENEN NITRÓGENO Aminas: Se sustituye uno o más de los hidrógenos del amoniaco por radicales. Si se sustituye un solo hidrógeno, se trata de una amina primaria, se nombran escribiendo el nombre del radical acabado en amina. Ej: Metilamina uando se sustituyen dos, tenemos una amina secundaria. Para nombrarla ponemos N- radical1radical2 amina (orden alfabético). Ej: N-etilmetilamina Si se tratara de una terciaria, cuando se sustituyen por radicales los tres hidrógenos del amoniaco se nombra N,N-radical1radical2radical3 amina. Ej: N,N-etildimetilamina Amida primaria: En un ácido se sustituye el del grupo funcional por N 2. Para nombrarla se quita la palabra ácido y la terminación oico se sustituye por amida. Etanamida Propanamida Nitrilos: Se forman por la sustitución de un hidrógeno de un hidrocarburo por el grupo - N. Se nombran añadiendo la terminación nitrilo al nombre del hidrocarburo del que proceden incluyendo en la cuenta todos los carbonos. etanonitrilo propanonitrilo

6 Física y Química 4º ESO Química del arbono página 6 de 7 arbón EL ARBONO EN LA NATURALEZA omo ya hemos visto con anterioridad se trata de una roca sedimentaria, formada en la descomposición anaerobia de restos vegetales, con mayor o menor número de impurezas y se usa principalmente como combustible para la obtención de energía. Existen distintas variedades que se diferencian entre si por la riqueza en carbono y por su poder calorífico. De más valorada a menos antracita (90% y poder calorífico 34300KJ/kg), hulla (75 a 90% y poder calorífico 31000KJ/kg), lignito (65 a 75% y poder calorífico 27000KJ/kg) y turba (55 a 65% y poder calorífico 22000KJ/kg). Petróleo Se trata de una mezcla de hidrocarburos formada por la transformación de materia orgánica, generalmente algas y plancton que se acumularon en fondos marinos y de lagos. Allí sufrieron una transformación química que origina hidrocarburos líquidos y sólidos. Estos filtran a través de rocas y ascienden hasta algún lugar que no pueden atravesar. omo es lógico pensar no todos los petróleos son iguales puesto que su composición varía dependiendo de la forma y lugar en que se han originado. Gas natural Se trata de una mezcla de hidrocarburos en estado gaseoso que generalmente se encuentran en yacimientos de petróleo o de carbón. De los hidrocarburos gaseosos a que hemos aludido el mas abundante de todos es el metano aunque puede ser variable su composición dependiendo de las condiciones en que se haya originado.

7 Física y Química 4º ESO Química del arbono página 7 de 7 POLÍMEROS Un polímero es una macromolécula, generalmente de origen orgánico, que se forma por la repetición de una molécula menor que recibe el nombre de monómero. El PV (policloruro de vinilo se forma por la repetición de la molécula de cloruro de vinilo) ómo se forman La reacción por la que se forma un polímero a base de la unión de monómeros se llama polimerización (n) polimerización estireno poliestireno n es el grado de polimerización Polímeros naturales O O Un ejemplo de polímero natural sería el almidón cuyo monómero es la molécula de glucosa, otros ejemplos serían la lana, el algodón... Las proteinas están formadas por los aminoácidos. N 2 N 2 O El ADN también es un polímero natural que transmite la información genética y cuyos componentes son los ácidos nucleicos. Polímeros semiartificiales Resultan como consecuencia de la acción humana sobre los polímeros naturales. Ejemplos: Al actuar sobre la celulosa se puede obtener el celuloide, el celofán y el rayón o seda artificial. Polímeros sintéticos Son creados por el hombre. Algunos ejemplos de éstos son el PV (coruro de polivinilo), el nylon, los plásticos, el polietileno... cuyos usos y aplicaciones son mucho más variados que la propia variedad de productos existentes.