MARTES 13 DE MARZO DEL 2012
CARBONO: Propiedades físicas
PROPIEDADES DEL CARBONO
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 elemento 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 grados Kelvin o de -273,15 grados celsius o grados centígrados. El punto de ebullición del carbono es de grados Kelvin o de -273,15 grados celsius o grados centígrados.
PROPIEDADES ATÓMICAS DEL CARBONO
La masa atómica de un elemento está determinado por la masa total de neutrones y protones que se puede encontrar en un solo átomo perteneciente a este elemento. En cuanto a la posición donde encontrar el carbono dentro de la tabla periódica de los elementos, el carbono se encuentra en el grupo 14 y periodo 2. El carbono tiene una masa atómica de 12,0107 u. La configuración electrónica del carbono es [He]2s22p2. La configuración electrónica de los elementos, determina la forma el la cual los electrones están estructurados en los átomos de un elemento. El radio de Van der Waals del carbono es de 1,0 pm. El carbono tiene un total de 6 electrones cuya distribución es la siguiente: En la primera capa tiene 2 electrones y en la segunda tiene 4 electrones.
CARACTERÍSTICAS DEL CARBONO
*Carbono*
A continuación puedes ver una tabla donde se muestra las principales características que tiene el carbono.
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Símbolo químico
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C
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Número atómico
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6
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Grupo
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14
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Periodo
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2
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Aspecto
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negro (grafito) Incoloro (diamante)
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Bloque
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p
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Densidad
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2267 kg/m3
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Masa atómica
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12.0107 u
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Radio medio
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70 pm
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Radio atómico
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67
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Radio covalente
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77 pm
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Radio de van der Waals
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170 pm
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Configuración electrónica
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[He]2s22p2
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Electrones por capa
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2, 4
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Estados de oxidación
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4, 2
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Óxido
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ácido débil
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Estructura cristalina
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Hexagonal
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Estado
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Sólido
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Punto de fusión
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diamante: 3823 K Grafito: 3800 K K
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Punto de ebullición
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grafito: 5100 K K
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Calor de fusión
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grafito; sublima: 105 kJ/mol kJ/mol
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Electronegatividad
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2,55
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Calor específico
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710 J/(K·kg)
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Conductividad eléctrica
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61×103S/m
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Conductividad térmica
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129 W/(K·m)
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QUÍMICA DEL CARBONO
El carbono puede formar más compuestos que ningún otro elemento, debido a que los átomos de carbono tienen la capacidad de formar enlaces carbono-carbono en forma simple, doble y triple, y también pueden formar cadenas y estructuras cíclicas. La rama de la química que estudia los compuestos del carbono es la química orgánica.
DEFINICIÓN:
Los compuestos de carbono tienen una gran importancia por la capacidad que tienen de unirse entre sí y con átomos no metálicos como: hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo, azufre y en menor proporción con: flúor, cloro, bromo, yodo y otros muchos más. Los compuestos de carbono constituyen a la mayoría de los seres vivos por medio de compuestos orgánicos.
El carbono y sus compuestos se encuentran distribuidos ampliamente en la naturaleza. Se estima que el carbono constituye 0.032% de la corteza terrestre. El carbono libre se encuentra en grandes depósitos como hulla, forma amorfa del elemento con otros compuestos complejos de carbono-hidrógeno-nitrógeno. El carbono cristalino puro se halla como grafito y diamante.
PROPIEDADES DE LOS COMPUESTOS: INORGÁNICOS Y ORGÁNICOS
*COMPUESTOS DEL CARBONO*
IMPORTANCIA DE LOS COMPUESTOS DEL CARBONO
Los diferentes tipos de compuestos orgánicos se distinguen en función de los grupos funcionales que contienen. Un grupo funcional es un grupo de átomos responsable del comportamiento químico de la molécula que lo contiene como: alcoholes, éteres, aldehídos y cetonas, ácidos carboxílicos, aminas y amidas.
La base de los grupos funcionales, así como de los compuestos de carbono es, valga la redundancia, el elemento “C” carbono. Su importancia radica en que gracias a éste se pueden fabricar: medicamentos, colorantes, papel, tintas, pinturas, plásticos, la gasolina, neumáticos e intervienen también en la elaboración de alimentos y en la industria textil.
Cuando los elementos se combinan forman iones o moléculas por lo que las propiedades físicas de los compuestos iónicos como el cloruro de sodio NaCl o covalentes como la sacarosa C12H22O11 se relacionan con la forma en que están unidos los átomos de los elementos que los constituyen.
Los compuestos covalentes están formados por moléculas en las que los átomos se unen al compartir pares de electrones. A temperatura ambiente, los compuestos covalentes pueden ser sólidos como la sacarosa, líquidos como el etanol y gaseosos como el dióxido de carbono; además, tienden a ser insolubles en agua, aunque algunos son muy solubles.
Observa la siguiente tabla
Propiedad
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*Compuestos orgánicos*
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*Compuestos inorgánicos*
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Solubilidad en agua
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Generalmente son insolubles
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Generalmente son solubles
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Solubilidad en solventes orgánicos
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Generalmente son solubles
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Insolubles
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Temperatura de fusión
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Bajas o se carbonizan
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Altas
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Conductividad eléctrica
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Malos conductores
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Buenos conductores en solución acuosa
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Tipo de enlace
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Covalente
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Iónico
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Electrolito
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No
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Sí
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Inflamable
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Sí
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No
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HIDROCARBUROS: CLASIFICACIÓN
El término "hidrocarburo" se refiere a compuestos formados exclusivamente por átomos de carbono e hidrógeno a través de enlaces covalentes. Con base en su estructura, los hidrocarburos se dividen en dos clases principales: Alifáticos y Aromáticos. Los primeros subdividen en familias: Aleónos, Alquenos, Alquinos y sus análogos Cíclicos, también denominados Alicíclicos.
CLASIFICACIÓN GENERAL DE HIDROCARBUROS
Los hidrocarburos alifáticos en general están formados por cadenas abiertas de átomos de carbono (alcanos, alquenos o alquinos), o por estructuras cíclicas (hidrocarburos alicíclicos).
Originalmente muchos de los primeros hidrocarburos alifáticos que se estudiaron se obtuvieron a partir de ácidos grasos, por lo tanto se les asignó el nombre de alifáticos ( del griego aleiphatos = grasa).
Si cada átomo de carbono se encuentra unido a otros cuatro átomos de carbono y/o hidrógeno tenemos los hidrocarburos saturados o aleónos cuya fórmula general es CnH2n+2.
Fórmulas de algunos aléanos
CLASIFICACIÓN GENERAL DE HIDROCARBUROS
Los hidrocarburos alifáticos en general están formados por cadenas abiertas de átomos de carbono (alcanos, alquenos o alquinos), o por estructuras cíclicas (hidrocarburos alicíclicos).
Originalmente muchos de los primeros hidrocarburos alifáticos que se estudiaron se obtuvieron a partir de ácidos grasos, por lo tanto se les asignó el nombre de alifáticos ( del griego aleiphatos = grasa).
Si cada átomo de carbono se encuentra unido a otros cuatro átomos de carbono y/o hidrógeno tenemos los hidrocarburos saturados o aleónos cuya fórmula general es CnH2n+2.
Fórmulas de algunos aléanos:
Los hidrocarburos aromáticos por su parte constituyen un grupo especial de compuestos cíclicos que contienen en general anillos de seis miembros, en los cuales todos los átomos de carbono poseen hibridación sp2 y donde los electrones p que aporta cada átomo de carbono se encuentran deslocalizados sobre el plano del anillo, ocupando los orbitales de energía mas baja.
Alquenos y Alquinos:
*ALCANOS*
Los alcanos son una familia de compuestos que tienen la fórmula empírica general CnH2n+2. Inicialmente fueron llamados parafínicos (del Latín: poca reactividad) debido a su inercia química. También son conocidos como hidrocarburos saturados, debido a que en ellos, los átomos de carbono están saturados con el máximo número posible de átomos de hidrógeno.
Cuando forman cadenas lineales se denominan alcanos normales o n-alcanos.
La tabla 1 muestra algunos de los alcanos normales.
Esta nomenclatura usada para los alcanos es importante conocerla
porque se utiliza como base para nombrar el resto de los hidrocarburos
alifáticos.
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*ALQUINOS*
Bajo el término de alquinos se encuentran aquellos hidrocarburos alifáticos no saturados que tienen un enlace triple en la molécula. La fórmula empírica general de los alquinos es CH2H2n-2. Se conocen también como acetilenos, al ser el gas acetileno (HC≡CH), el mas simple de los alquinos.
La molécula del acetileno es lineal, igualmente son lineales aquellas moléculas producto de la sustitución, R-C≡C-R, por tal motivo la existencia de isómeros cis y trans no es posible. Un modelo de bolas y varillas de la molécula del acetileno puede verse en la figura 1. Figura 1
La molécula del acetileno es lineal, igualmente son lineales aquellas moléculas producto de la sustitución, R-C≡C-R, por tal motivo la existencia de isómeros cis y trans no es posible. Un modelo de bolas y varillas de la molécula del acetileno puede verse en la figura 1. Figura 1
*ALQUENOS*
El grupo de los alquenos u olefinas está formado por hidrocarburos de cadena abierta en los que existe un doble enlace entre dos átomos de carbono. La fórmula general del grupo es CnH2n, donde n es el número de átomos de carbono. Al igual que los alcanos, los miembros más bajos son gases, los compuestos intermedios son líquidos y los más altos son sólidos. Los compuestos del grupo de los alquenos son más reactivos químicamente que los compuestos saturados. Reaccionan fácilmente con sustancias como los halógenos, adicionando átomos de halógeno a los dobles enlaces. No se encuentran en los productos naturales, pero se obtienen en la destilación destructiva de sustancias naturales complejas, como el carbón, y en grandes cantidades en las refinerías de petróleo, especialmente en el proceso de craqueo. El primer miembro de la serie es el eteno, C2H4. Los dienos contienen dos dobles enlaces entre las parejas de átomos de carbono de la molécula. Están relacionados con los hidrocarburos complejos del caucho o hule natural y son importantes en la fabricación de caucho y plásticos sintéticos. Son miembros importantes de esta serie el butadieno, C4H6, y el isopreno, C5H8.
“MODELOS DE PLASTILINA DE ALGUNOS ALCANOS, ALQUENOS & ALQUINOS”
NOMBRES DE HIDROCARBUROS DEL 1-20 DE LOS ALCANOS
1. Metano
2. Etano
3. Propano
4. Butano
5. Pentano
6. Hexano
7. Heptano
8. Octano
9. Nonano
10. Decano
11. Undecano
12. Dodecano
13. Tridecano
14. Tetradecano
15. Pentadecano
16. Hexadecano
17. Heptadecano
18. Octadecano
19. Nonadecano
20. Eicosano
TETRAVALENCIA DEL CARBONO
Para que el átomo de carbono sea tetravalente, se promueve un electrón del orbital 2s al orbital 2p vacío. Aunque el carbono es tetravalente, la estructura de la molécula hace que los átomos de hidrógeno no sean equivalente.
LA TEORÍA DE LA HIBRIDACIÓN
Para hacer coincidir la teoría (configuración electrónica) y la realidad (estructura del metano CH4
), se estableció la Teoría de la Hibridación, que consideró que sí el compuesto más simple existente entre carbono e hidrógeno es CH4
, y los átomos de hidrógeno eran equivalentes, era necesario modificar lo establecido por la configuración electrónica y hacerlo coherente con la estructura real de la molécula.
La teoría de la hibridación propuso que en el caso del átomo de carbono, Para que fuera tetravalente y sus orbitales equivalentes, sería necesario combinar (hibridar) los orbitales atómicos 2s y los tres 2p, y de esa combinación obtener cuatro orbitales híbridos, 2sp3, con la misma energía, es decir equivalentes
. La formación de los orbitales híbridos garantiza que:
a) El átomo de carbono sea tetravalente.
b) Que los orbitales híbridos al tener la misma energía, la combinación del carbono con hidrógeno produzca átomos de hidrógeno químicamente equivalentes (iguales).
*ALÓTROPOS DEL CARBONO*
Los alótropos de carbono son materiales hechos de átomos de Carbono pero tienen estructuras químicas diferentes.
EL CARBÓN AMORFO
Es una de las formas más comunes de encontrar carbono. Los átomos adoptan una estructura irregular y desordenada que suele ser producto de la descomposición a través de los siglos de restos de seres vivos. Suele quemarse para producir energía, aunque también se utiliza como filtro, ya que su estructura interna le permite captar impurezas en su interior.
EL GRAFITO
Bajo determinadas condiciones, el carbono amorfo puede ordenarse en la que es la forma más estable a temperatura y presión ambiente: el grafito. El carbono se organiza en capas de anillos hexagonales unidas por unas interacciones débiles. Esta estructura hace que el material sea blando y lubricante y, además, gracias a la presencia de electrones des localizados, conductor de la corriente eléctrica.
EL DIAMANTE
Sometido a altas condiciones de presión el grafito puede pasar a formar uno de los materiales más preciados del mundo. Además de tener un alto valor como piedra preciosa para joyería, el diamante es el material más duro del mundo. Esto se debe a una organización cristalina perfecta de los átomos de carbono, en la que cada uno de ellos está conectado a otros cuatro por enlaces covalentes. Apretando con el puño un lápiz no conseguiremos un diamante, pero sí se fabrican en cámaras de presión diamantes artificiales a partir de grafito utilizados para fabricar herramientas de pulido y corte.
FULLERENOS Y NANOTUBOS.
Desde los años ochenta se han descubierto estructuras cerradas de unos pocos átomos de carbono con forma de esfera (fullerenos) o tubo (nanotubos). Los primeros reciben el nombre del famoso arquitecto Buckminster Fuller, arquitecto de cúpulas esféricas sorprendentemente similares a la estructura de este alótropo. Pueden tener una gran variedad de aplicaciones que van desde la catálisis de reacciones químicas a la creación de nuevos materiales superconductores.
GRAFENO
Si se consigue separar una única capa de las que forman el grafito (o, también, cortar y extender un nanotubo) se obtiene un material de un sólo átomo de espesor llamado grafeno. Sorprendentemente, a pesar de su aparente fragilidad, es un material 200 veces más resistente que el acero y con una conductividad eléctrica muy alta. Actualmente se está estudiando su aplicación en los circuitos electrónicos, que permitiría unas velocidades mayores que las de los chips actuales.
REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA:
Libro: Química II
Autores: Brian L. Meneal
Autores: Brian L. Meneal
Editorial: Limusa
Edición: Primera
Lugar y año de edición: México, D.F., 1993
Ubicación; S592.5 - B6318
Muy buen trabajo, muy completo
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