El estudio del carbono es muy amplio, aquí se comenzará a revisar las principales propiedades del carbono que nos permitan explicar el cómo y el porqué logra formar la amplia gama de compuestos orgánicos que son la base de la composición de los seres vivos: animales y vegetales.
.En la tabla periódica, el carbono es el primer elemento de la familia IV A de los elementos representativos y es un no metal. Se une químicamente con otros elementos para formar compuestos inorgánicos, como carburos (CaC2), óxidos (CO2) y sales (Na2CO3); pero también forma una inmensa gama de compuestos orgánicos también llamados compuestos del carbono, los cuales forman parte de las estructuras de los organismos vegetales y animales, los que a su vez son la fuente principal de la alimentación humana.
ALOTROPOSAunque su apariencia y sus propiedades son completamente diferentes se trata de la misma sustancia, y es que se ha comprobado experimentalmente que tanto en el diamante como en el grafito se encuentran formados solamente por átomos de CARBONO; pero, ¿Qué establece estas diferencias? la respuesta la encontramos en la forma en que sus átomos se entrelazan y se distribuyen adquiriendo estructuras diferentes que establecen formas y características distintas.
El grafito tiene exactamente el mismo tipo de átomos que el diamante, pero por estar unidos y dispuestos en diferente forma, su textura, fuerza y color son diferentes; sin embargo, la descomposición del diamante es extremadamente lenta que sólo es apreciable a escala geológica. A los diferentes estructuras de sustancias con el mismo tipo de átomos se les conoce como formas alotrópicas, en este caso el diamante y el grafito son dos de los alótropos naturales más abundantes
del carbono.
Hay dos modelos que se complementan para explicar la estructura atómica del carbono. El Modelo de Bohr y el Modelo de puntos de Lewis que se muestran a continuación:
ENLACES
Compuesto más pequeño del carbono
El metano es el compuesto más pequeño de los millones de compuestos que llegan a formarse cuando se combinan átomos carbono e hidrógeno.
Enlaces que forma el carbono
Los enlaces covalentes se pueden formar entre los átomos de C mediante la compartición de electrones, aunque también hay electrones sin pareja que pueden establecer otros enlaces.
ESTRUCTURA DESARROLLADA
En las estructuras desarrolladas de los diferentes compuestos orgánicos es común visualizar el par de electrones que se comparte como una línea que une los símbolos,
EJERCICIO 1:
HIDROCARBUROS:
Los átomos de carbono se enlazan químicamente entre sí formando largas cadenas lineales o ramificadas, que van desde unos cuantos átomos hasta miles de ellos o bien anillos de todos los tamaños; debido a esta característica se considera al carbono, único en la naturaleza, lo que le permite formar una inimaginable cantidad de compuestos; a esta propiedad del carbono se conoce como concatenación.
Como se ha mencionado, los átomos de carbono al combinarse químicamente ya sea entre sí o con átomos de otros elementos siempre van a formar cuatro enlaces, generalmente covalentes. Los enlaces carbono-carbono pueden ser simples, dobles o triples.
En las fórmulas desarrolladas de los compuestos orgánicos los átomos de C invariablemente tendrán cuatro enlaces representados mediante líneas; por otro lado, el átomo de hidrógeno al combinarse químicamente sólo puede formar un enlace que se representa con una sola línea; lo anterior puede corroborarse con la siguiente representación:
EJERCICIO 2:
NOMENCLATURA:
Existen varias formas de representar las estructuras de los HC y cada una tiene sus propias reglas de construcción. Las más comunes son: la desarrollada, la semidesarrollada, de esqueleto, de esferas y palos, y condensada.
La estructura desarrollada de los HC muestra todos los enlaces que se establecen entre los átomos. La semidesarrollada simplifica la representación agrupando los átomos de hidrógeno de cada átomo de carbono
Desarrollada
Se representan todos los átomos de carbono e hidrógeno, así como sus enlaces, en una estructura plana.
Semidesarrollasa:
Se agrupan los hidrógenos al átomo de carbono con el que se encuentran enlazados, esto se hace con cada átomo de carbono para estructuras relativamente cortas.
De Esqueeto:
Consiste en trazar líneas en zig-zag, donde los vértices y los extremos representan átomos de carbono unidos mediante líneas sencillas, dobles o triples, y los hidrógenos no se representan.
De esferas y palos
En este modelo los átomos son esferas compactas que se unen mostrando el acomodamiento espacial más probable de los átomos de carbono e hidrógeno.
Condensada:
En ésta se agrupan todos los átomos de carbono e hidrógeno, Se puede ver la composición pero la estructura no.
C4H10
NOMENCLATURA DE HC:
El número de átomos de carbono que contienen las moléculas de los HC está relacionado con su nombre, de acuerdo a la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) se deben utilizar las raíces griegas para indicar el número de átomos que forman una cadena o una ramificación
Para nombrar un HC lineal de cadena abierta:
Se cuenta el número de átomos de carbono y se elige la raíz griega correspondiente. Se identifica el tipo de enlaces que hay; sencillo, doble o triple; para dar la terminación del nombre. Si hay enlace doble o triple, se enumeran los átomos de carbono asignándole la menor posición al enlace múltiple. Se nombra el HC empezando por la posición del enlace doble o triple y posteriormente se escribe el nombre de la cadena principal.
Para nombrar un HC de cadena abierta ramificada:
Se cuenta el número de átomos de carbono de la cadena más larga y, en su caso, que contenga el enlace doble o triple, se enumeran los átomos de carbono asignándole la menor posición al enlace múltiple para asignarle nombre a la cadena principal. Se identifican las ramificaciones y el número de átomos de carbono que las forman para asignarles nombre, se utilizan las mismas raíces griegas pero se les da terminación - il Se nombra la estructura enlistando las ramificaciones en orden alfabético indicando su posición, y posteriormente se nombra la cadena principal.
EJERCICIO 3:
COMPUESTOS DEL CARBONO:
El carbono puede formar una amplia gama de compuestos enlazándose con otros elementos además del hidrógeno; de esta forma es posible encontrarlo formando compuestos con oxígeno, con nitrógeno o con azufre, o bien, con diferentes elementos a la vez; un ejemplo de esto se presenta en la Vitamina B1:
Otro ejemplo de estructuras entre carbono y otros elementos son las siguientes imágenes que son las estructuras básicas de la macromolécula de ADN.
EJERCICIO 4:
ISOMERÍA:
El carbono al unirse a otros átomos de carbono produce una gran variedad de compuestos. A partir de 4 átomos de carbono podemos encontrar dos o más compuestos con la misma cantidad de átomos, en otras palabras, tienen la misma fórmula molecular o condensada, sin embargo, la distribución atómica de éstos es diferente, es decir, sus estructuras no son iguales.
Estos compuestos reciben el nombre de isómeros, que tienen la misma composición atómica pero diferente fórmula estructural, por esto es necesario conocer la fórmula desarrollada o semi desarrollada, para saber qué tipo de compuesto es y poderlo diferenciar del otro, además la estructura podrá ayudar a explicar mejor las propiedades de cada isómero.
Entre mayor sea el número de átomos en un compuesto, mayores son las posibilidades de formar diferentes isómeros,
ISOMERIA ESTRUCTURAL:
CADENA:
la que presentan las sustancias cuyas fórmulas difieren únicamente en la disposición de los átomos de carbono C5H12
DE POSICION:
la que presenta sustancias cuyas fórmulas estructurales difieren únicamente en la posición de su grupo funcional sobre el esqueleto de carbonos.
DEFUNCIÓN:
presenta sustancias con la misma fórmula molecular teniendo diferente grupo funcional, por ejemplo, C3H6O, puede corresponde a la molécula éter etil-metílico (función éter) o al 2 propanol (función alcohol).
EJERCICIO 5:
ESTRUCUTURA/PROPIEDAD:
ACTIVIDAD FINAL:
