La Estructura Atómica del Carbono

El carbono es un elemento químico con número atómico 6 y símbolo C. Es sólido a temperatura ambiente. La estructura atómica del carbono presenta 2 electrones en el primer nivel y 4 electrones en el segundo nivel, debido al salto del electrón desde el primer orbital del segundo nivel hasta el segundo orbital de dicho nivel. Dependiendo de las condiciones de formación, puede encontrarse en la naturaleza en distintas formas, por ejemplo, grafito o diamante.

Tipos de Enlaces

• Enlaces Sigma (σ): Se forman por la superposición frontal de los orbitales, ya sea de dos orbitales *p*, un orbital *1s* con un orbital *1p*, o la superposición de dos orbitales *s*. Estos enlaces dan lugar a un enlace simple.
• Enlaces Pi (π): Se forman por la superposición lateral de dos orbitales *p* en paralelo. Estos enlaces dan lugar a enlaces dobles o triples.

Hibridación del Carbono

La hibridación es un reordenamiento de los orbitales moleculares del carbono para lograr una mayor estabilidad. Existen tres tipos principales de hibridación en química orgánica:

• sp³: Ocurre cuando el carbono está unido a cuatro átomos, ya sean iguales o distintos. Por ejemplo, en el metano (CH₄), se forma por la superposición de un orbital *s* y tres orbitales *p*.
• sp²: Ocurre cuando el carbono está unido a tres átomos, ya sean iguales o distintos. Por ejemplo, en el eteno (CH₂=CH₂), se utiliza un orbital *s* y dos orbitales *p*. El ángulo de enlace es de aproximadamente 120º, y el enlace doble es de menor longitud que el simple.
• sp: Ocurre cuando el carbono está unido a dos átomos, ya sean iguales o distintos. Por ejemplo, en el etino (CH≡CH), se utiliza un orbital *s* y un orbital *p*.

Los enlaces más reactivos son los múltiples, siendo más inestables.

Tipos de Enlaces Intermoleculares

• Enlaces Iónicos: Se dan generalmente en compuestos inorgánicos, como el cloruro de sodio (NaCl). La electronegatividad, que es la capacidad de un núcleo para atraer electrones, juega un papel crucial. En los enlaces iónicos, los electrones se ceden al átomo de menor electronegatividad.
• Enlaces Covalentes: Se dan en compuestos orgánicos e inorgánicos, y se caracterizan por compartir electrones entre átomos de igual electronegatividad.
• Enlace Covalente Polar: Se comparten electrones con elementos de electronegatividad similar (efecto inductivo).

Elementos que Forman Parte de Compuestos Orgánicos

Los electrones no enlazantes no necesitan formar enlaces covalentes porque están en pares, pero sí entregan una cierta carga negativa a la molécula que contiene oxígeno. Por lo tanto, tienen una incidencia en las propiedades fisicoquímicas (halógenos).

Interacciones Moleculares

Existen dos tipos principales de interacciones:

• Puentes de Hidrógeno: Atracción molecular que existe entre los electrones no enlazantes del oxígeno y el hidrógeno de otra molécula contigua. Esta interacción se da en moléculas que contienen O-H, S-H o N-H. Los halógenos no forman puentes de hidrógeno. Cuando el poder de interacción es muy alto, la sustancia tiende a ser sólida o a aumentar su punto de ebullición.
• Fuerzas de Van der Waals: La presencia de electrones y protones provoca una atracción y repulsión que, aunque débiles y transitorias, mantienen unidas a las moléculas.

Las propiedades fisicoquímicas quedan determinadas por las fuerzas intermoleculares, el estado y la reactividad, siendo mayor cuando dominan los puentes de hidrógeno.

Clasificación de los Hidrocarburos

• Alifáticos: Alcanos, alquenos, alquinos y cíclicos.
• Aromáticos: Compuestos con benceno.
• Con grupo funcional: Alcoholes, aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos, éteres.

Alquenos, Alquinos, Cicloalcanos y Cicloalquinos

• Alquenos: Hidrocarburos de cadena abierta compuestos por carbono e hidrógeno, con al menos un enlace doble. El alqueno más pequeño tiene dos carbonos.
• Alquinos: Hidrocarburos de cadena abierta con uno o más triples enlaces carbono-carbono.
• Cicloalcanos: Hidrocarburos saturados con átomos de carbono unidos en forma de anillo mediante enlaces simples.
• Cicloalquinos: Hidrocarburos con cadenas cerradas y al menos un doble enlace covalente, como el ciclopropeno.

Benceno

• Benceno Distribuido: Se nombran según su posición (orto, meta, para) seguido de las sustituciones en orden alfabético, finalizando con la palabra»bencen».
• Benceno Polisustituido: Se indican los sustituyentes del hidrógeno con los números más bajos posibles, siguiendo la regla del orden alfabético.

Isomería

Los isómeros son compuestos con la misma fórmula molecular pero diferente estructura. Se clasifican en:

• Isómeros Estructurales:
  • De Esqueleto: Las cadenas carbonadas son diferentes, presentando distinto esqueleto o estructura.
  • De Posición: Los grupos funcionales o sustituyentes están unidos en diferentes posiciones.
  • Funcionales: Misma fórmula molecular pero diferente clasificación. Ejemplo: CH₃-CH=CH-CH₃.
• Isómeros Geométricos: Misma fórmula molecular pero distinta geometría espacial.
• Isómeros Ópticos: Moléculas que coinciden en todas sus propiedades excepto en su capacidad de desviar el plano de luz polarizada.

Características de los Compuestos Orgánicos

Propiedades Físicas

Incluyen puntos de ebullición, fusión, solubilidad, densidad e interacciones. A mayor peso molecular, aumentan los puntos de fusión y ebullición (alcanos).

Solubilidad

El agua es el solvente universal, pero no disuelve grasas ni hidrocarburos en general. Una sustancia disuelve a otra similar. Los hidrocarburos se disuelven entre ellos mismos, así como en hexano, éter de petróleo y éter de alcohol.

Reglas de Adición y Eliminación

• Regla de Markovnikov: En una adición electrofílica con un reactante asimétrico, la parte positiva del reactante se adiciona al carbono con más hidrógenos (enlace múltiple).
• Polimerización: Proceso químico por el cual los monómeros (compuestos de bajo peso molecular) se agrupan químicamente entre sí, dando lugar a un polímero de gran peso.
• Regla de Saytzeff: En las reacciones de eliminación, el hidrógeno lo cede el carbono que tenga menos hidrógenos.

Propiedades Fisicoquímicas de los Aromáticos

El benceno es un líquido incoloro, soluble en solventes apolares y semipolares como acetonas, éteres, entre otros. Es capaz de disolver sustancias como resinas y gomas. Su inhalación puede ocasionar malestares como vómitos, mareos, pérdida de conciencia, temblores e incluso la muerte.

Aminas

Las aminas son compuestos que contienen carbono, hidrógeno y nitrógeno, con el grupo funcional -NH₂. Tienen puntos de ebullición altos, pero menores que los alcoholes (-OH) y ácidos carboxílicos (-COOH). Se clasifican en primarias, secundarias o terciarias, dependiendo de la sustitución de uno, dos o tres hidrógenos por radicales alquilo.

Alcoholes

Los alcoholes forman puentes de hidrógeno, por lo que tienen puntos de ebullición más altos que otros compuestos orgánicos de peso molecular comparable. A mayor número de carbonos, mayor es el punto de ebullición, mientras haya puentes de hidrógeno. Son líquidos con mayor densidad que los éteres, pero no más densos que el agua. Son solubles en otros alcoholes, cetonas, acetonas, éteres y aldehídos. A mayor cantidad de grupos OH, menor es la solubilidad en grupos orgánicos. La solubilidad depende de los puentes de hidrógeno.

Pruebas de Identificación de Aldehídos y Cetonas

• Prueba de Tollens: Procedimiento de laboratorio para distinguir un aldehído de una cetona. Se mezcla un agente oxidante suave con el compuesto desconocido. Si se oxida, es un aldehído; si no hay reacción, es una cetona.
• Prueba de Fehling: Solución que se utiliza como reactivo para la determinación de azúcares reductores.

Biomoléculas

Las biomoléculas nos proporcionan la energía para vivir. Incluyen hidratos de carbono, lípidos y proteínas, pero no vitaminas y minerales.

• Monosacáridos: Una molécula forma el hidrato de carbono (fructosa, ribosa, galactosa).
• Disacáridos: Dos moléculas forman el hidrato de carbono.
• Polisacáridos: Uniones de glucosa (almidón, glucógeno).
• Lípidos: Grasas y aceites. Son cadenas hidrocarbonadas que contienen -COOH.
• Proteínas: Uniones de aminoácidos a través de enlaces peptídicos.

Clasificación de las Proteínas

• Primarias: Intervención lineal de aminoácidos con movimiento.
• Secundarias: Provienen de una estructura primaria en forma de hélice o lámina.
• Terciarias: Proteína secundaria en forma de hélice donde se rompe el puente disulfuro.