Propiedades y Compuestos del Carbono: Fundamentos de Química Orgánica

El Carbono

Propiedades Físicas

El carbono es insoluble en agua, no tiene olor ni sabor, no se funde, sino que se evapora o sublima a temperaturas muy elevadas (arriba de 3500 ºC). Su densidad varía dependiendo del estado en que se encuentre.

Algunas de sus formas cristalinas son:

• El diamante: sustancia de gran dureza.
• El grafito: sustancia maleable.

Algunas de sus formas combinadas son: hulla, petróleo, carbón vegetal, carbón mineral, etc.

Propiedades Químicas

Podemos señalar como una propiedad del carbono su inactividad a temperatura ambiente; otra propiedad importante es su capacidad como agente reductor.

Compuestos Importantes del Carbono

El carbono forma dos óxidos muy conocidos que son el dióxido de carbono y el monóxido de carbono.

Dióxido de Carbono (CO₂)

Preparación de CO₂

El CO₂ se produce en la respiración, en la combustión, en la fermentación, en la descomposición orgánica, por calentamiento de un carbonato y por la acción de ácidos diluidos sobre los carbonatos.

Propiedades del CO₂

El dióxido de carbono (CO₂) alcanza apenas un 0.03% del volumen del aire; sin embargo, su importancia es enorme.

El CO₂ es un gas más denso que el aire, no tiene color, pero tiene sabor y olor pungente. Puede licuarse a temperatura ambiente si se aumenta la presión hasta 70 atmósferas. Si el CO₂ líquido se deja evaporar rápidamente, la absorción de calor causada por esta evaporación rápida enfría parte del CO₂ restante y lo solidifica. Este CO₂ sólido se conoce como hielo seco.

El CO₂ no es combustible ni comburente, es soluble en agua fría y, al disolverse, parte de él reacciona con el agua y forma un ácido débil e inestable llamado ácido carbónico (H₂CO₃), que solo existe en esa forma “disuelto en agua”.

Usos del CO₂

Además de su uso natural en el proceso de fotosíntesis, el CO₂ tiene muchos usos industriales:

• En la fabricación de soda.
• En su forma sólida (hielo seco) se usa como refrigerante, principalmente en el transporte de frutas, vegetales y helados.
• En los extintores de fuego.

Monóxido de Carbono (CO)

Preparación de CO

Se obtiene por reducción del CO₂ con carbón a alta temperatura, vapor de agua sobre hulla bien caliente (la mezcla de CO e H₂ se conoce como gas de agua) y por descomposición del ácido fórmico.

Propiedades del CO

El CO es menos denso que el aire, poco soluble en agua y sin olor, lo que aumenta su peligrosidad. Es un buen agente reductor, ya que se une rápidamente con el oxígeno a altas temperaturas.

El CO no es un componente normal del aire, pero fácilmente puede contaminarlo. Es componente de algunos combustibles y puede escapar de las tuberías; también se forma en los motores de un auto estacionado con sus vidrios cerrados. El CO es muy venenoso. El aire en ciudades con mucho tránsito de automóviles contiene cantidades relativamente altas de CO. Un pequeño porcentaje de este gas en el aire (0.1%) produce náuseas y dolor de cabeza. Con una concentración de 0.1%, el resultado es casi siempre fatal en pocos minutos.

Su efecto venenoso se debe a que se combina con la hemoglobina de la sangre y esta no puede entonces combinarse con el oxígeno, lo que provoca que la persona perezca por falta de oxígeno (asfixia química). El compuesto formado por el CO con la hemoglobina es muy estable y esto agrava el problema. Transfusiones de sangre administradas rápidamente pueden salvar al paciente de envenenamiento por CO.

Usos del CO

Se usa como reductor, como combustible en la fabricación del alcohol metílico y en la fabricación de otros óxidos menos conocidos como el subóxido de carbono (C₃O₂).

Otros Compuestos del Carbono

• H₂CO₃: Ácido carbónico.
• NaHCO₃: Bicarbonato de sodio.
• Ca(HCO₃)₂: Bicarbonato de calcio.

Vocabulario de Química Orgánica

1. Alcanos: Hidrocarburos que tienen solo enlaces sencillos entre átomos de carbono.
2. Alcoholes: Clase de compuestos orgánicos que contienen el grupo hidroxilo (-OH) unido a un átomo de carbono.
3. Aldehídos: Clase de compuestos orgánicos que contienen un grupo carbonilo (C=O) unido al menos a un átomo de hidrógeno.
4. Alquenos: Hidrocarburos que tienen enlaces dobles carbono-carbono (C=C).
5. Alquinos: Hidrocarburos que tienen enlaces triples carbono-carbono (C≡C).
6. Amidas: Compuestos orgánicos en los que un carbono que contiene el grupo carbonilo se une a un átomo de nitrógeno.
7. Aminas: Clase de compuestos orgánicos que tienen un átomo de nitrógeno unido a uno o más átomos de carbono.
8. Ésteres: Clase de compuestos orgánicos que contienen un grupo -COO- con un átomo de oxígeno unido a un carbono.
9. Compuestos Aromáticos: Compuestos que tienen la estructura anillada del benceno.
10. Esterificación: Formación de un éster a partir de un ácido carboxílico y un alcohol con la eliminación de una molécula de agua en presencia de un catalizador ácido.
11. Éteres: Clase de compuestos orgánicos que contienen un átomo de oxígeno unido a dos átomos de carbono.
12. Fenol: Compuesto orgánico que tiene un grupo -OH unido a un anillo de benceno.
13. Hidrocarburos: Compuestos orgánicos que consisten solo de carbono e hidrógeno.
14. Cetonas: Clase de compuestos orgánicos en los que un grupo carbonilo se une a dos átomos de carbono.
15. Ácidos Carboxílicos: Clase de compuestos orgánicos que contienen el grupo funcional -COOH.
16. Grupo Funcional: Grupo de átomos que determina las propiedades físicas y químicas, y el nombre de una clase de compuestos orgánicos.
17. Hidrogenación: Adición de hidrógeno (H₂) al enlace doble de alquenos o alquinos para producir alcanos.
18. Isómeros: Compuestos orgánicos en los que fórmulas moleculares idénticas tienen diferentes distribuciones de átomos.
19. Monómero: Pequeña molécula orgánica que se repite muchas veces en un polímero.
20. Alcano Ramificado: Hidrocarburo que tiene un hidrocarburo sustituyente unido a la cadena principal.
21. Polímero: Molécula muy larga compuesta de muchas pequeñas unidades estructurales repetitivas que son idénticas.
22. Ramificación: Grupo carbono o halógeno unido a la cadena de carbono principal.
23. Sustituyente: Grupos de átomos, como un grupo alquilo o halógeno, unido a la cadena principal o anillo de átomos de carbono.
24. Hidrocarburos Insaturados: Compuestos de carbono e hidrógeno en los que la cadena de carbono contiene al menos un enlace doble carbono-carbono (alqueno) o triple (alquino).
25. Alcohol Primario: Alcohol que tiene un grupo alquilo unido al átomo de carbono del alcohol.
26. Alcohol Secundario: Alcohol que tiene dos grupos alquilo unidos al átomo de carbono con el grupo -OH.
27. Alcohol Terciario: Alcohol que tiene tres grupos alquilo unidos al átomo de carbono con el -OH.
28. Benceno: Anillo de seis átomos de carbono, cada uno de los cuales se une a un átomo de hidrógeno (C₆H₆).
29. Combustión: Reacción química en la que un alcano o alcohol reacciona con oxígeno para producir CO₂, H₂O y energía.
30. Compuestos Orgánicos: Compuestos hechos de carbono que por lo general tienen enlaces covalentes, moléculas no polares, puntos de fusión y ebullición bajos, son insolubles en agua e inflamables.