Guía de grado undécimo


COLEGIO CHUNIZA IED
GUIA DE QUIMICA GRADO UNDECIMO
QUIMICA ORGANICA: CONCEPTOS BASICOS
JORGE CHAVEZ.

INDICACIONES PARA REALIZAR EL TRABAJO VIRTUAL DE QUIMICA PARA LA JORNADA DE LA TARDE.

1.      La guía de trabajo para cada curso está en el blog del colegio Chuniza IED Jornada tarde.
2.      Copiar el concepto en el cuaderno.
3.      Desarrollar los ejercicios propuestos.
4.      Cada guía de trabajo esta diseñada para una semana de trabajo virtual.
5.      El correo electrónico de contacto para inquietudes y recepción de trabajos es: jorgechagon@gmail.com.
6.      El trabajo se recibe máximo a las 6 pm de la fecha estipulada.
7.      Se hará retroalimentación una semana después de la entrega.
EL CARBONO
El carbono (del latíncarbo, 'carbón') es un elemento químico con símbolo Cnúmero atómico 6 y masa atómica 12,01. Es un no metal y tetravalente, disponiendo de cuatro electrones para formar enlaces químicos covalentes. Tres isótopos del carbono se producen de forma natural, los estables 12C y 13C y el isótopo radiactivo 14C, que decae con una vida media de unos 5730 años.1​ El carbono es uno de los pocos elementos conocidos desde la antigüedad,2​ y es el pilar básico de la química orgánica. Está presente en la Tierra en estado de cuerpo simple (carbón y diamantes), de compuestos inorgánicos (CO2 y CaCO3) y de compuestos orgánicos (biomasapetróleo y gas natural). También se han sintetizado muchas nuevas estructuras basadas en el carbono: carbón activadonegro de humofibrasnanotubosfullerenos y grafeno.
El carbono es el 15.º elemento más abundante en la corteza terrestre,3​ y el cuarto elemento más abundante en el universo en masa después del hidrógeno, el helio y el oxígeno. La abundancia del carbono, su diversidad única de compuestos orgánicos y su inusual capacidad para formar polímeros a las temperaturas comúnmente encontradas en la Tierra, permite que este elemento sirva como componente común de toda la vida conocida. Es el segundo elemento más abundante en el cuerpo humano en masa (aproximadamente el 18,5%) después del oxígeno.4
Los átomos de carbono pueden unirse de diferentes maneras, denominadas alótropos del carbono, reflejo de las condiciones de formación. Los más conocidos que ocurren naturalmente son el grafito, el diamante y el carbono amorfo.5​ Las propiedades físicas del carbono varían ampliamente con la forma alotrópica. Por ejemplo, el grafito es opaco y negro, mientras que el diamante es altamente transparente. El grafito es lo suficientemente blando como para formar una raya en el papel (de ahí su nombre, del verbo griego "γράφειν" que significa 'escribir'), mientras que el diamante es el material natural más duro conocido. El grafito es un buen conductor eléctrico mientras que el diamante tiene una baja conductividad eléctrica. En condiciones normales, el diamante, los nanotubos de carbono y el grafeno tienen las conductividades térmicas más altas de todos los materiales conocidos. Todos los alótropos del carbono son sólidos en condiciones normales, siendo el grafito la forma termodinámicamente estable. Son químicamente resistentes y requieren altas temperaturas para reaccionar incluso con oxígeno.
El estado de oxidación más común del carbono en los compuestos inorgánicos es +4, mientras que +2 se encuentra en el monóxido de carbono y en complejos carbonilos de metales de transición. Las mayores fuentes de carbono inorgánico son las calizasdolomitas y dióxido de carbono, pero cantidades significativas se producen en depósitos orgánicos de carbónturbapetróleo y clatratos de metano. El carbono forma un gran número de compuestos, más que cualquier otro elemento, con casi diez millones de compuestos descritos hasta la fecha6​ (con 500.000 compuestos nuevos por año), siendo sin embargo ese número sólo una fracción del número de compuestos teóricamente posibles bajo condiciones estándar. Por esta razón, a menudo el carbono se ha descrito como el «rey de los elementos».7
La combustión del carbono en todas sus formas ha sido la base del desarrollo tecnológico desde tiempos prehistóricos. Los materiales basados en el carbono tienen aplicaciones en numerosas áreas de vanguardia tecnológica: materiales compuestosbaterías de iones de litiodescontaminación del aire y del aguaelectrodos para hornos de arco, en la síntesis de aluminio, etc.
Características
El carbono es un elemento notable por varias razones. Sus formas alotrópicas incluyen, una de las sustancias más blandas (el grafito) y una de las más duras (el diamante) y, desde el punto de vista económico, es de los materiales más baratos (carbón) y uno de los más caros (diamante). Más aún, presenta una gran afinidad para enlazarse químicamente con otros átomos pequeños, incluyendo otros átomos de carbono con los que puede formar largas cadenas, y su pequeño radio atómico le permite formar enlaces múltiples. Así, con el oxígeno forma el dióxido de carbono, vital para el crecimiento de las plantas (ver ciclo del carbono); con el hidrógeno forma numerosos compuestos denominados genéricamente hidrocarburos, esenciales para la industria y el transporte en la forma de combustibles fósiles; y combinado con oxígeno e hidrógeno forma gran variedad de compuestos como, por ejemplo, los ácidos grasos, esenciales para la vida, y los ésteres que dan sabor a las frutas; además es vector, a través del ciclo carbono-nitrógeno, de parte de la energía producida por el Sol.8
Estados alotrópicos

Estructura del grafito
Se conocen cinco formas alotrópicas del carbono, además del amorfo: grafitodiamantefullerenografeno y carbino.9
Una de las formas en las cuales se encuentra el carbono es el grafito, caracterizado por tener sus átomos "en los vértices de hexágonos que tapizan un plano",10​ es de color negro, opaco y blando, y es el material del cual está hecha la parte interior de los lápices de madera. El grafito tiene exactamente los mismos átomos del diamante, pero por estar dispuestos en diferente forma tienen distintas propiedades físicas y químicas. Los diamantes naturales se forman en lugares donde el carbono ha sido sometido a grandes presiones y altas temperaturas. Su estructura es tetraédrica, que da como resultado una red tridimensional y a diferencia del grafito tiene un grado de dureza alto: 10 Mohs. Los diamantes se pueden crear artificialmente, sometiendo el grafito a temperaturas y presiones muy altas. El precio del grafito es menor al de los diamantes naturales, pero si se han elaborado adecuadamente tienen la misma dureza, color y transparencia.
La forma amorfa es esencialmente grafito, pero no llega a adoptar una estructura cristalina macroscópica. Esta es la forma presente en la mayoría de los carbones y en el hollín.

Disposición geométrica de los orbitales híbridos sp2.
A presión normal, el carbono adopta la forma del grafito, en la que cada átomo está unido a otros tres en un plano compuesto de celdas hexagonales; este estado se puede describir como tres electrones de valencia en orbitales híbridos planos sp² y el cuarto en el orbital p.
Las dos formas de grafito conocidas alfa (hexagonal) y beta (romboédrica) tienen propiedades físicas idénticas. Los grafitos naturales contienen más del 30 % de la forma beta, mientras que el grafito sintético contiene únicamente la forma alfa. La forma alfa puede transformarse en beta mediante procedimientos mecánicos, y esta recristalizar en forma alfa al calentarse por encima de 1000 °C.

Estructura del diamante
Debido a la deslocalización de los electrones del orbital pi, el grafito es conductor de la electricidad, propiedad que permite su uso en procesos de electroerosión. El material es blando y las diferentes capas, a menudo separadas por átomos intercalados, se encuentran unidas por enlaces de Van de Waals, siendo relativamente fácil que unas deslicen respecto de otras, lo que le da utilidad como lubricante.

Disposición geométrica de los orbitales híbridos sp3.
A muy altas presiones, el carbono adopta la forma del diamante, en el cual cada átomo está unido a otros cuatro átomos de carbono, encontrándose los 4 electrones en orbitales sp³, como en los hidrocarburos. El diamante presenta la misma estructura cúbica que el silicio y el germanio y, gracias a la resistencia del enlace químico carbono-carbono, es, junto con el nitruro de boro, la sustancia más dura conocida. La transición a grafito a temperatura ambiente es tan lenta que es indetectable. Bajo ciertas condiciones, el carbono cristaliza como lonsdaleíta, una forma similar al diamante pero hexagonal.
El orbital híbrido sp1 que forma enlaces covalentes solo es de interés en química, manifestándose en algunos compuestos, como por ejemplo el acetileno.

Fullereno C60.
Los fullerenos fueron descubiertos hace 15 años10​ tienen una estructura similar al grafito, pero el empaquetamiento hexagonal se combina con pentágonos (y en ciertos casos, heptágonos), lo que curva los planos y permite la aparición de estructuras de forma esféricaelipsoidal o cilíndrica. El constituido por 60 átomos de carbono, que presenta una estructura tridimensional y geometría similar a un balón de fútbol, es especialmente estable. Los fullerenos en general, y los derivados del C60 en particular, son objeto de intensa investigación en química desde su descubrimiento a mediados de los 1980.
A esta familia pertenecen también los nanotubos de carbono, que pueden describirse como capas de grafito enrolladas en forma cilíndrica y rematadas en sus extremos por hemiesferas (fulerenos), y que constituyen uno de los primeros productos industriales de la nanotecnología.
Aplicaciones
El principal uso industrial del carbono es como un componente de hidrocarburos, especialmente los combustibles fósiles (petróleo y gas natural). Del primero se obtienen, por destilación en las refineríasgasolinasqueroseno y aceites, siendo además la materia prima empleada en la obtención de plásticos. El segundo se está imponiendo como fuente de energía por su combustión más limpia. Otros usos son:
·        El isótopo radiactivo carbono-14, descubierto el 27 de febrero de 1940, se usa en la datación radiométrica.
·        El grafito se combina con arcilla para fabricar las minas de los lápices. Además se utiliza como aditivo en lubricantes. Las pinturas anti-radar utilizadas en el camuflaje de vehículos y aviones militares están basadas igualmente en el grafito, intercalando otros compuestos químicos entre sus capas. Es negro y blando. Sus átomos están distribuidos en capas paralelas muy separadas entre sí. Se forma a menos presión que el diamante. Aunque parezca difícil de creer, un diamante y la mina de un lapicero tienen la misma composición química: carbono.
·        El diamante es transparente y muy duro. En su formación, cada átomo de carbono está unido de forma compacta a otros cuatro átomos. Se originan con temperaturas y presiones altas en el interior de la tierra. Se emplea para la construcción de joyas y como material de corte aprovechando su dureza.
·        Como elemento de aleación principal de los aceros.
·        En varillas de protección de reactores nucleares.
·        Las pastillas de carbón se emplean en medicina para absorber las toxinas del sistema digestivo y como remedio de la flatulencia.
·        El carbón activado se emplea en sistemas de filtrado y purificación de agua.
·        El carbón amorfo ("hollín") se añade a la goma para mejorar sus propiedades mecánicas. Además se emplea en la formación de electrodos (p. ej. de las baterías). Obtenido por sublimación del grafito, es fuente de los fullerenos que pueden ser extraídos con disolventes orgánicos.
·        Los fullerenos se emplean en medicina, se ha probado que un derivado soluble en agua del C60 inhibe a los virus de inmunodeficiencia humana VIH-1 y VIH-2.10
·        La fibra de carbono (obtenido generalmente por termólisis de fibras de poliacrilato) debido a que son de alta resistencia se añade a resinas de poliéster, obteniéndose los materiales denominados fibras de carbono, son empleadas para fabricar raquetas de tenis.
·        La fibra de carbono también se utiliza para la elaboración de bicicletas de gama alta, logrando un menor peso, mayor resistencia y mejor geometría.
·        Las propiedades químicas y estructurales de los fullerenos, en la forma de nanotubos, prometen usos futuros en el incipiente campo de la nanotecnología.

EJERCICIOS PROPUESTOS
Investigar las hibridaciones del carbono sp, sp2 y sp3, bien explicado y con dibujos de cada uno




No hay comentarios:

Publicar un comentario

NIVELACION QUIMCA GRADO ONCE SEGUNDO PERIODO noviembre 2021

  ACTIVIDAD DE NIVELACIÓN SEGUNDO PERIODO QUIMICA GRADO ONCE JT JORGE ENRIQUE CHÁVEZ G   1.       En un recipiente de volumen 2 L te...