Fundamentos Esenciales de la Química Orgánica: Carbono, Hidrocarburos y Polímeros

Fundamentos de la Química Orgánica: El Carbono y sus Compuestos

El Átomo de Carbono y la Estructura Molecular

El carbono es la base de la química orgánica. Forma cuatro uniones covalentes y tiene la capacidad única de combinarse consigo mismo, formando cadenas carbonadas (abiertas o cerradas).

Conceptos Estructurales Clave

• Isomería: Es el fenómeno por el cual dos o más compuestos de carbono distintos presentan la misma fórmula molecular (cada uno de estos compuestos es un isómero).
• Cadena Carbonada: Es un conjunto de átomos unidos entre sí por enlace covalente (incluyendo H, O, N, S). La cadena principal puede tener ramificaciones.
• Clasificación del Carbono: Los átomos de carbono se clasifican según el número de otros átomos de carbono a los que están unidos: primarios, secundarios, terciarios o cuaternarios.
• Enlaces: Los enlaces entre átomos de carbono pueden ser sencillos, dobles o triples.

Representación de Moléculas

La fórmula estructural es la representación química que indica el modo en el cual están unidos los átomos en la molécula y cómo se disponen en el espacio.

• Fórmulas desarrolladas: Muestran explícitamente los enlaces entre todos los átomos.
• Fórmulas semidesarrolladas: Muestran los enlaces de carbono con otros átomos de menor interés, simplificando la estructura.

Grupos Funcionales y Series Homólogas

El grupo funcional es el grupo de átomos responsable del comportamiento químico característico de la molécula.

Una serie homóloga es un grupo de compuestos con el mismo grupo funcional, donde cada término difiere del anterior o posterior en un grupo metileno ($ ext{CH}_2$).

Clasificación y Nomenclatura de Compuestos Orgánicos

Hidrocarburos

Los hidrocarburos son compuestos formados exclusivamente por carbono (C) e hidrógeno (H). Se nombran usando un prefijo y un sufijo según el tipo de enlace presente.

La clasificación principal es:

1. Alcanos: Poseen solo enlaces sencillos. Fórmula general: $ ext{C}_n ext{H}_{2n+2}$. Sufijo: -ano.
2. Alquenos: Poseen al menos un enlace doble. Fórmula general: $ ext{C}_n ext{H}_{2n}$. Sufijo: -eno.
3. Alquinos: Poseen al menos un enlace triple. Sufijo: -ino.

Usos comunes: Insecticidas, colorantes, butano.

Compuestos Oxigenados y Derivados

• Alcoholes

  Contienen el grupo hidroxilo ($ ext{-OH}$). Se nombran con un prefijo seguido del sufijo -ol. Se utilizan como biocombustibles debido a su reacción exotérmica.

• Ácidos Carboxílicos

  Contienen el grupo carboxilo ($ ext{-COOH}$), el cual siempre se ubica en el extremo de la cadena. Se nombran con la palabra ácido + prefijo + sufijo -oico. (Ejemplos: mecanismo de defensa de plantas, vinagre, aspirina).

Fuentes Naturales de Hidrocarburos

Petróleo Crudo

El petróleo crudo es una sustancia negra, pegajosa, densa (similar al agua) y de olor fuerte. Se forma por la descomposición de materia viva y se encuentra en yacimientos subterráneos. De él se obtienen hidrocarburos y combustibles. Es un recurso que se agota y contamina. Se procesa en refinerías.

Gas Natural

Es una mezcla de gases (principalmente metano, hasta 90%) que se encuentra en bolsas subterráneas. Es un combustible limpio: no produce $ ext{SO}_2$ (evitando la lluvia ácida) y genera poco $ ext{CO}_2$ al quemarse. También se utiliza para obtener hidrógeno.

Macromoléculas y Polímeros

Macromoléculas Biológicas

Una macromolécula es una molécula de gran tamaño y muy elevada masa molecular. Se forman por la unión de moléculas más sencillas llamadas monómeros.

Ejemplos biológicos:

• Proteínas: Constituyen la mayor parte de la materia celular; tienen función estructural, enzimática y hormonal.
• Glúcidos (Carbohidratos): Compuestos formados por C, H y O (ej. almidón, celulosa).
• Ácidos Nucleicos: Esenciales para la síntesis de proteínas (ej. ADN - ácido desoxirribonucleico).

Polímeros Sintéticos y Polimerización

Un polímero sintético es una macromolécula artificial, siendo los plásticos los más importantes.

La polimerización es el proceso químico por el cual se unen muchos monómeros para formar un polímero. Existen dos mecanismos principales:

1. Polimerización por adición: Se unen monómeros que contienen doble enlace (ej. polietileno).
2. Polimerización por condensación: Se unen dos monómeros de naturaleza química distinta, formando, además del polímero, una molécula pequeña (ej. nailon).