Fundamentos de Química Orgánica: Hidrocarburos, Compuestos del Carbono y Reacciones

Diferencias Clave entre Compuestos Orgánicos e Inorgánicos

Compuestos Orgánicos

Se caracterizan por lo siguiente:

• Están compuestos principalmente por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno (CHON).
• Sus átomos se unen mediante enlaces covalentes.
• Generalmente no son solubles en solventes polares como el agua, pero sí en solventes no polares.
• Disueltos en agua, no conducen la energía eléctrica.
• Tienen bajos puntos de fusión y ebullición.
• Son poco estables al calor.
• Pueden formar estructuras moleculares complejas.
• La isomería es un fenómeno muy común.

Compuestos Inorgánicos

Presentan las siguientes características:

• Están compuestos por la mayoría de los elementos de la tabla periódica.
• El tipo de enlace predominante es el enlace iónico.
• Son solubles en solventes polares.
• Disueltos en agua, conducen la energía eléctrica.
• Tienen altos puntos de fusión y ebullición.
• Son muy estables.
• Sus reacciones son, por lo general, casi instantáneas.
• La isomería es muy rara en estos compuestos.

Propiedades Fundamentales del Carbono en Química Orgánica

Isomería

Fenómeno por el cual dos o más compuestos diferentes tienen la misma fórmula molecular pero diferente fórmula estructural.

Tetravalencia

Es la capacidad que tiene el átomo de carbono para formar cuatro enlaces covalentes, lo que le permite unirse a otros cuatro átomos.

Concatenación

Propiedad única del carbono que le permite unirse a otros átomos de carbono, formando cadenas carbonadas largas y estables.

Cadenas Carbonadas

Las cadenas formadas por átomos de carbono pueden clasificarse en:

• Abiertas y lineales: Los átomos de carbono se escriben en una secuencia continua.
• Abiertas y ramificadas: Existen cadenas secundarias de carbono unidas a la cadena principal.
• Cerradas o cíclicas: Los átomos de carbono forman un anillo o ciclo.

Hidrocarburos: Clasificación y Tipos

Los hidrocarburos son compuestos orgánicos formados únicamente por átomos de carbono e hidrógeno. Se clasifican de la siguiente manera:

• Alifáticos: No contienen anillos bencénicos.
  • Acíclicos (cadena abierta):
    • Saturados (Alcanos): Solo tienen enlaces simples.
    • Insaturados (Alquenos y Alquinos): Tienen enlaces dobles o triples.
  • Cíclicos (cadena cerrada): Forman anillos.
• Aromáticos: Contienen uno o más anillos bencénicos.

Fuentes de Hidrocarburos: Petróleo y Gas Natural

Petróleo

Es una mezcla homogénea de hidrocarburos (sólidos, líquidos y gaseosos), un combustible de origen fósil. Sus propiedades generales son:

• Color: Variable, desde verde hasta negro.
• Estado: Líquido viscoso.
• Densidad: Generalmente menos denso que el agua.
• Solubilidad: Insoluble en agua.

Principales Fracciones del Petróleo

Mediante la destilación fraccionada, el petróleo se separa en diferentes productos:

1. Gases: Gas licuado de petróleo (GLP).
2. Gasolina: Combustibles para automóviles.
3. Queroseno: Combustible para aviones y calefacción doméstica.
4. Aceites ligeros (Gasóleo): Combustible para motores diésel y hornos.
5. Aceites pesados: Lubricantes.
6. Vaselina: Base para cremas y productos farmacéuticos.
7. Alquitranes (Asfalto): Pavimentación de carreteras.

Gas Natural

Es una mezcla de hidrocarburos gaseosos, compuesta principalmente por un 70% de metano, 15% de propano y 10% de etano. Se utiliza principalmente para la calefacción y la generación de electricidad.

Métodos de Separación de Mezclas Líquidas

Destilación Fraccionada

Proceso que permite separar una mezcla homogénea compuesta por dos o más líquidos miscibles con diferentes puntos de ebullición.

Destilación Simple

Técnica utilizada para separar líquidos de una solución cuando sus puntos de ebullición son muy distintos.

Alcanos: Hidrocarburos Saturados

Los alcanos son hidrocarburos alifáticos acíclicos saturados. Su fórmula general es CnH2n+2. Presentan isomería de cadena y forman una serie homóloga.

Serie Homóloga

Es un conjunto de compuestos en el que los miembros consecutivos difieren en un grupo -CH2-. Comparten las mismas propiedades químicas, mientras que sus propiedades físicas varían de forma gradual y predecible.

Nomenclatura de Alcanos

Alcanos Lineales

Se nombran usando un prefijo que indica la cantidad de átomos de carbono (met-, et-, prop-, but-, pent-, hex-, hept-, oct-, non-, dec-) y el sufijo -ano.

Alcanos Ramificados

Se siguen los siguientes pasos:

1. Identificar la cadena principal: la cadena de carbonos más larga.
2. Nombrar la cadena principal como si fuera un alcano lineal.
3. Numerar la cadena principal empezando desde el extremo más cercano a las ramificaciones para darles los localizadores más bajos posibles.
4. Identificar y nombrar las ramificaciones (radicales alquilo), como metil (-CH3), etil (-CH2-CH3), propil (-CH2-CH2-CH3), etc.

Propiedades de los Alcanos

Propiedades Físicas

• Del C1 al C4 son gaseosos a temperatura ambiente.
• Del C5 al C16 son líquidos.
• Del C17 en adelante son sólidos.
• Se disuelven en solventes orgánicos no polares.
• Son hidrofóbicos (repelen el agua).
• Son menos densos que el agua.

Combustión de Alcanos

Es una reacción química de oxidación rápida que desprende energía en forma de luz y calor. Es un proceso exotérmico.

Combustión Completa

• Ocurre con una proporción de oxígeno suficiente.
• Forma dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O).
• Libera la máxima cantidad de calor (calor de combustión).
• Produce una llama azul, muy calorífica y poco luminosa.

Combustión Incompleta

• Ocurre con una proporción de oxígeno insuficiente.
• Forma monóxido de carbono (CO), carbono sólido (hollín, C) y agua (H2O).
• Libera una menor cantidad de calor.
• Produce una llama de color amarillo, menos calorífica y más luminosa.

Alquenos y Alquinos: Hidrocarburos Insaturados

Son hidrocarburos alifáticos acíclicos insaturados. Ambos presentan isomería de cadena y de posición (el doble o triple enlace cambia de posición en la cadena).

Alquenos

Contienen al menos un enlace doble carbono-carbono. Su nomenclatura tiene la terminación -eno. Su fórmula general es CnH2n.

Alquinos

Contienen al menos un enlace triple carbono-carbono. Su nomenclatura tiene la terminación -ino. Su fórmula general es CnH2n-2.