EL ÁTOMO DE CARBONO Y SUS FORMULAS FUNDAMENTALES

REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACION

U.E.P. ANDRAGOGICO SAN CARLOS DE AUTRIA

SAN CARLOS – COJEDES

Prof. Integrante

María Linares Yerbinson Parra

C.I: 27.013.725

Trayecto III

San Carlos, Mayo del 2015

EL ÁTOMO DE CARBONO Y SUS FORMULAS FUNDAMENTALES

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.

El átomo de carbono constituye el elemento esencial de toda la química orgánica, y dado 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 tetra valencia.

ENLACES

Los cuatro enlaces del carbono se orientan simétricamente en el espacio de modo que considerando su núcleo situado en el centro de un tetraedro, los enlaces están dirigidos a lo largo de las líneas que unen dicho punto con cada uno de sus vértices. La formación de enlaces covalentes puede explicarse, recurriendo al modelo atómico de la mecánica cuántica, como debida a la superposición de orbitales o nubes electrónicas correspondientes a dos átomos iguales o diferentes. Así, en la molécula de metano CH4 (combustible gaseoso que constituye el principal componente del gas natural), los dos electrones internos del átomo de C, en su movimiento en torno al núcleo, dan lugar a una nube esférica que no participa en los fenómenos de enlace; es una nube pasiva. Sin embargo, los cuatro electrones externos de dicho átomo se mueven en el espacio formando una nube activa de cuatro lóbulos principales dirigidos hacia los vértices de un tetraedro y que pueden participar en la formación del enlace químico. Cuando las nubes electrónicas de los cuatro átomos de hidrógeno se acercan suficientemente al átomo de carbono, se superponen o solapan con los lóbulos componentes de su nube activa, dando lugar a esa situación favorable energéticamente que denominamos enlace.

Todos los enlaces C ð H en el metano tienen la misma longitud 1,06 Å (1 Å == 10-10 m) y forman entre, sí ángulos iguales de 109º. Tal situación define la geometría tetraédrica característica de los enlaces del carbono. La propiedad que presentan los átomos de carbono de unirse de forma muy estable no sólo con otros átomos, sino también entre sí a través de enlaces C ð C, abre una enorme cantidad de posibilidades en la formación de moléculas de las más diversas geometrías, en forma de cadenas lineales, cadenas cíclicas o incluso redes cúbicas. Éste es el secreto tanto de la diversidad de compuestos orgánicos como de su elevado número.

EL CARBONO Y SUS PROPIEDADES FUNDAMENTALES

Una de las propiedades de los elementos no metales como el carbono es por ejemplo que los elementos no metales son malos conductores del calor y la electricidad. El carbono, al igual que los demás elementos no metales, no tiene lustre. Debido a su fragilidad, los no metales como el carbono, no se pueden aplanar para formar láminas ni estirados para convertirse en hilos.

El estado del carbono en su forma natural es sólido (no magnético). El carbono es un elmento químico de aspecto negro (grafito) Incoloro (diamante) y pertenece al grupo de los no metales. El número atómico del carbono es 6. El símbolo químico del carbono es C. El punto de fusión del carbono es de diamante: 3823 KGrafito: 3800 K grados Kelvin o de -272,15 grados celsius o grados centígrados. El punto de ebullición del carbono es de grafito: 5100 K grados Kelvin o de -272,15 grados celsius o grados centígrados.

El carbono puede unirse consigo mismo formando polímeros, que son compuestos de elevado peso moleculas, constituyendo cadenas abiertas

El átomo de carbono se presenta como un sólido de color negro, a excepción del diamante y el grafito que son cristalinos.

La densidad del carbono es de 3.51 g/cc, se funde a 3527° C, hierve a 4200° C.

De igual manera constituye ciclos, o cadenas cerradas; forman figuras geométricas regulares

El ciclopropano y el ciclobutano son inestables.

Los más estables son el ciclo pentano y ciclo hexano

Tipos de carbonos de acuerdo a su posición

Primarios.- Si están en los extremos

Secundarios.- Si son intermedios y unidos a dos carbonos contiguos

Terciarios.- Si en su estructura se unen a tres carbonos contiguos

Cuaternarios.- Si saturan sus cuatro enlaces con cuatro carbonos contiguos

Se encuentra ubicada en la tabla periódica en el segundo periodo, su número atómico es 6 y su masa atómica es 12 Da (dalton), tiene cuatro electrones de valencia en su último nivel de energía los que determinan todas sus propiedades químicas.

Posee cuatro electrones desapareados en su capa de valencia, lo que le permite experimentar diferentes tipos de hibridación orbital al momento de enlazarse con otros átomos.

- Normalmente el carbono se une a otros átomos mediante enlace covalente que pór las diferentes hibridaciones pueden ser de tipo sencillo, doble o triple.

- Los enlaces que forma el carbono con otros elementos químicos (generalmente Hidrógeno, Oxígeno y Nitrógeno y él mismo incluido) son bastante estables y le permiten concatenarse, es decir, formar largas cadenas lineales o ramificadas que da lugar a la aparición de macromoléculas que son la base de la Química Orgánica y la Bioquímica.

- El carbono presenta varias formas alotrópicas: carbono amorfo (hulla), carbono cristalino (diamante), laminar (grafito) y globular (fulerenos).

CADENAS DE CARBONO

El enlace que se produce entre dos átomos de carbono es muy estable, y tiene la misma fuerza que entre un átomo de carbono y un átomo de hidrógeno. Esto quiere decir que se pueden formar largas cadenas de átomos de carbono, unidos unos a otros mediante enlaces simples, dobles o triples. Estas largas cadenas de carbono son la base de las moléculas biológicas.

Es el esqueleto de prácticamente todos los compuestos orgánicos y está formada por un conjunto de varios átomos de carbono, unidos entre sí mediante enlaces covalentes carbono-carbono y a la que se unen o agregan otros átomos como hidrógeno, oxígeno o nitrógeno, formando variadas estructuras, lo que origina infinidad de compuestos diferentes.

La facilidad del carbono para formar largas cadenas es casi específica de este elemento y es la razón del elevado número de compuestos de carbono conocidos, si lo comparamos con compuestos de otros átomos.2 Las cadenas carbonadas son bastante estables y no sufren variación en la mayoría de las reacciones orgánicas.

Las cadenas de átomos de carbono pueden ser lineales, con una única fila de átomos de carbono. Los átomos de carbono son entonces primarios, si están en un extremo de la cadena, o secundarios, si están en el interior. Las cadenas pueden ramificarse, en estas cadenas ramificadas un átomo de carbono puede unirse a otros tres átomos de carbono, y es ternario o a cuatro átomos de carbono, con lo que sería cuaternario.

Si los átomos de carbono se unen entre sí y a átomos de hidrógeno, se forman hidrocarburos. Pero si además aparecen átomos de oxígeno, nitrógeno, azufre o fósforo, aumenta la complejidad de las moléculas y lo que se conoce como grupos funcionales.

FORMULAS FUNDAMENTALES QUE FORMAN EL CARBONO

Fórmula desarrollada:

Fórmula semidesarrollada :

También se pueden invertir los átomos de C y de H para resaltar los enlaces carbono-carbono, como por ejemplo para el propano, C3H8 :

También se puede respetar la geometría de la molécula, respetando por ejemplo los ángulos de 120° de ciertas moléculas.

• El etano C2H6 :

• El etanol C2H6O :

• El ácido acético (o ácido etanoico) CH3-COOH) :

• El 2-metilpropano C4H10 :

...