1. BLADIS FERNANDO DE LA PEÑA MANCERA
Q.F. Universidad del Atlántico.
Docente de Aula : Ciencias Naturales y Química
Aspirante a Especialista en Química Orgánica U. Del Atl.
2. La siguiente clase contiene escenas de
sexo ,violencia, torcidas de ojos,
manotazos, escupitajos. Se recomienda
estar acompañado del profesor:
BLADIS DE LA PEÑA MANCERA
Q.F.
3.
4. “Es como si el Creador nos ha dado servido un conjunto de
cosas o partes prefabricadas, listas para funcionar”
(Robert E. D. Clark, El Universo: ¿Planificado o Accidental?,
Londres, Paternóster Press, 1961, p. 98).
5. UNIDAD 1. Introducción a la Química Orgánica
Tema1. El Carbono.
1.1. Introducción.
1.2. Características.
1.3. Fuentes naturales de carbono.
1.2. Capacidad del enlace del carbono.
Desarrollo de competencias
6.
7. Tal vez la principal
característica del átomo de
carbono, como base para la
amplia gama de compuestos
orgánicos, es su capacidad
para formar enlaces estables
con otros átomos de carbono,
con lo cual es posible la
existencia de compuestos de
cadena largas de carbonos a
los que pueden además unirse
otros bioelementos.
Muy pocos elementos poseen
esta capacidad; el mas
destacado es el silicio, aunque
este elemento forma cadenas
cortas e inestables.
El silicio (Si) y el carbono
pertenecen al mismo grupo de
la tabla periódica, grupo IVA,
del que también forman parte
los elementos Ge, Sn y Pb.
8. DESARROLLO DE COMPETENCIAS.
Elabora una lista de las características
físicas y químicas de los elementos del grupo
IVA.
¿Qué similitudes puedes encontrar entre el
Carbono y el Silicio?
9. El carbono es un elemento
químico de número atómico 6 y
símbolo C. Es sólido a temperatura
ambiente. Dependiendo de las
condiciones de formación, puede
encontrarse en la naturaleza en
distintas formas alotrópicas, carbono
amorfo y cristalino en forma
de grafito o diamante respectivamente.
Es el pilar básico de la química
orgánica; se conocen cerca de 16
millones de compuestos de carbono,
aumentando este número en unos
500.000 compuestos por año, y forma
parte de todos los seres
vivos conocidos. Forma el 0,2 % de
la corteza terrestre.
10. El carbono es un elemento
ampliamente difundido en la
naturaleza, en la corteza
terrestre, se encuentra
principalmente en forma de
carbonatos de calcio o
magnesio. En la atmósfera lo
encontramos principalmente
como gas carbónico(CO₂) y
monóxido de carbono (CO).
El carbono se conoce desde la
antigüedad. Los egipcios
obtenían carbón de leña de
forma similar a la actual. El
término carbono procede del
latín carbo que significa
carbón de leña.
Se encuentra puro en la
naturaleza en tres variedades
alotrópicas: diamante, grafito
y carbono amorfo, que son
sólidos con puntos de fusión
sumamente altos.
11. El GRAFITO: la palabra
grafito procede del griego
graphein que significa escribir.
El grafito se encuentra muy
difundido en la naturaleza. Es
una sustancia blanda,
untuosa, de color negro
brillante.
Su estructura consiste en capas
planas de átomos organizados
en anillos hexagonales que se
unen débilmente unos a otros.
Las capas pueden deslizarse
horizontalmente con facilidad
al romperse los enlaces y
formarse otros nuevos.
Debido a ello el grafito se
utiliza como lubricante, como
aditivo para aceite de motores
y en la fabricación de minas
para lápices.
12. El DIAMANTE : Su nombre
proviene de la palabra latina
adamas cuyo significado es
invencible, pues , a diferencia
del grafito, el diamante es una
de las sustancias más duras
que se conoce.
Es incoloro. No conduce la
electricidad, es más denso que
el grafito (3,53 g/cm³) y tiene
el punto de fusión más elevado
que se conoce de un elemento
(cerca de 3.823 C).
Estas propiedades corresponden
a su estructura: una red de
átomos de carbono distribuidos
en forma de tetraedro,
separados de sus átomos
vecinos por sólo 1,54 Å ( en vez
de las separaciones de 1,42 Å
en el plano y 3,40 Å entre
planos del grafito.
13. LOS FULLERENOS: son
moléculas con forma de
balones de fútbol que
contienen alrededor de 60 a 70
átomos de carbono y que
poseen propiedades únicas que
permitirán la fabricación de
nuevos medicamentos y
materiales sofisticados.
14. LOS NANOTUBOS: como sus
nombre lo indica, son tubos
formados exclusivamente por
átomos de carbono y que
permitirán diseñar nano
máquinas gracias a los
avances de la nanotecnología.
Los nanotubos de carbono se
investigan para fabricar micro
cables para implantes
cerebrales.
15. CARBONO AMORFO:
Como su nombre lo indica, el carbono
amorfo es un tipo de carbono
deforme debido a la falta de la
estructura cristalina.
Si bien el carbono amorfo puede ser
fabricado artificialmente por el ser
humano, existe también carbono amorfo
natural como es el caso del HOLLÍN.
El carbono amorfo natural contiene
cristales microscópicos de grafito y en
ocasiones también de diamante. Si lo
vemos a simple vista, es decir a una
escala macroscópìca, veremos que el
carbono amorfo no posee una estructura
definida sino que consiste en un gran
cantidad de pequeño cristales
irregulares. De todas formas, si lo
miramos a lo que sería una escala
nanomacroscópica, veremos que está
compuesto por átomos de carbono
regulares.
16. Otras fuentes de
Carbono:
Son los combustibles fósiles,
como el carbón, el gas
natural y el petróleo,
originados a partir de
restos animales y vegetales
en un proceso que abarca
millones de años.
Dependiendo de la edad
geológica, el carbón se
encuentra como:
HULLA: posee de 70 a 90% de carbono
y llega a tener un 45% de materiales
volátiles.
De la hulla, por destilación en ausencia
de aire, se obtienen: gases amoniacales,
alquitrán y un 20% de coque
Destilando el alquitrán se separa una
gama enorme de productos que tienen
aplicación como disolventes, colorantes,
plásticos, explosivos y medicinas.
ANTRACITA: Material rico en
carbono(98%), posee de 5 a 6% de
materiales volátiles y una alta potencia
calorífica
17. DESARROLLO DE COMPETENCIAS
(interpretativa).
¿Qué aplicaciones tienen en la industria?
¿Cuáles son las características de cada una de
ellas?
El átomo de carbono presenta una gran variedad de formas
alotrópicas que tienen diversos usos. Consulta sobre cuatro
formas alotrópicas. Luego, contesta las siguientes preguntas y
registra la información en la tabla?
Formas alotrópicas
Del carbono
Aplicaciones Características
18. La configuración electrónica
del Carbono explica sus
elevadas posibilidades de
combinación consigo mismo y
con otros elementos, dando
lugar a una gran cantidad
de compuestos.
19. El carbono tiene un número
atómico (Z) igual a 6 y
presenta la siguiente
configuración electrónica en
estado basal o fundamental:
20. Es la distribución de los electrones en los
subniveles y orbitales de un átomo. La
configuración electrónica de los
elementos se rige según el diagrama de
Moeller: (ver esquema del frente):
Se muestran gráficamente la aplicación
de los números cuánticos y los principios
mencionados.
Los números del 1 al 7 indican el nivel
de energía y se pueden representar con
las letras mayúsculas K, L,M,N,O,P, Q;
Las letras minúsculas s, p, d y f
representan los subniveles y,
Los exponentes, el número máximo de
electrones que puede albergar cada
subnivel.
Así, 2 para s,
6 en p,
10 en d y,
14 en f
21. Regla del serrucho o de las
diagonales
Para llenar los orbitales correctamente,
siga la dirección de la flecha tal como
se muestra en la gráfica. Primero 1s,
luego 2s, después sube a 2p y baja 3s,
3p y baja a 4s. En este punto, el
siguiente nivel de energía más bajo no
es 4p, sino que sube a 3d para luego
bajar a 4p y 5s. Y así, sucesivamente.
Se le llama la regla del serrucho,
debido a la acción de subir y bajar del
modo descrito:
1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d,
5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p...
REGLA SERRUCHO o REGLA
DIAGONAL. También existe otra en al
cual ya están relacionados como por
ejemplo en la misma regla ya se pone
directo eso de : 1s2... así
sucesivamente.
22. DESARROLLO DE COMPETENCIAS(Argumenta).
¿porqué es importante conocer cómo están
distribuidos los electrones en la zona periférica
de un átomo?
R/: porque una gran parte de las propiedades
físicas y todas las propiedades químicas de un
elemento dependen de la corteza electrónica de los
átomos que la componen.
23. Para construir una especie de mapa,
que describa como están dispuestos
los electrones en la periferia del
núcleo atómico, deben tenerse en
cuenta los siguientes principios:
Principio de
ordenamiento:
Al ordenar los elementos de manera
creciente de números atómicos, cada
átomo de un elemento tendrá un
electrón más que el elemento que le
precede. Por ejemplo, cada átomo de
carbono (Z= 6) tendrá un electrón
más que cada átomo de boro (Z= 5)
Principio de Aufbau : es
complemento del anterior y establece
que el electrón que distingue a un
elemento del elemento se ubica en el
orbital atómico de menor energía
disponible ( s ó p)
24. Principio de exclusión de
Pauli.:
Un orbital no puede contener más de
dos electrones, y los espines de
dichos electrones deben tener
valores opuestos. Se representan
(↑↓).
Principio de máxima
multiplicidad de carga
(Regla de Hund):
Los electrones que pertenecen a un
mismo subnivel se disponen de
manera que exista el mayor número
posible de electrones desapareados
con el mismo valor de espín. Cuando
un orbital contiene únicamente un
electrón, se dice que ese electrón
está desapareado.
25. DESARROLLO DE COMPETENCIAS.
La estructura electrónica del arbono (Z= 6) se
expresa de la siguiente manera:
1s² 2s² 2p²
Con lo cual estamos indicando que:
En el nivel de energía 1, subnivel s, hay 2 electrones,
En el nivel 2, subnivel s, hay 2 electrones y
En el nivel 2, subnivel p, hay 2 electrones.
Así se tiene un total de 6 electrones que es igual a Z.
La configuración electrónica del C se puede expresar también esquemáticamente, como
sigue:
Observa que según la regla de Hund, en el subnivel p se coloca un electrón en cada
orbital (representados por cajas en este caso), y se denomina diagrama de orbitales.
26. DESARROLLO DE COMPETENCIAS.
La estructura electrónica y el diagrama de orbitales para el
Cloro(Z= 17) se
expresa de la siguiente manera:
1s² ……….?
Con lo cual estamos indicando que:
En el nivel de energía 1, subnivel s, hay _____ electrones,
En el nivel 2, subnivel s, hay _______electrones ,
En el nivel 2, subnivel p, hay _______electrones.
En el nivel 3, subnivel s, hay _______ electrones y,
En el nivel 3, subnivel p, hay _______electrones
Así se tiene un total de 17 electrones que es igual a Z.
La configuración electrónica del Cl se puede expresar también esquemáticamente,
como sigue:
27. DESARROLLO DE COMPETENCIAS.
Siguiendo el mismo procedimiento elabora la
configuración electrónica y el diagrama de
orbitales de los siguientes elementos:
Argón (Z=18)
Potasio (Z= 19
Calcio (Z= 20)
Hierro (Z= 26)
28. DESARROLLO DE COMPETENCIAS.
¿porqué el átomo de carbono puede formar
moléculas complejas?
¿porqué es difícil que una forma de vida
extraterrestre esté basada en átomos de silicio?
¿Cuáles son las propiedades químicas que hacen
tan especial el átomo de carbono?
29. Erwin Rudolf Josef Margarito
Alexander Schrödinger (conocido
sólo por su nombre artístico: Erwin
Shrödinger) es o fue un famoso
criminal austríaco nacionalizado
irlandés. Antes de ser enjuiciado
por las autoridades era modelo de
pasarelas y además, en sus ratos
libres, estudiaba Física. Para
costear los gastos de la universidad
cuidaba gatos y demás mascotas.
Practicó muchos experimentos
ilegales con gatos por lo cuál fue
enjuiciado y es recordado uno de
los científicos más retorcidos y
crueles de la Historia.
Luego de salir de prisión colaboraría en trabajos relativistas junto a Albert Einstein en unos años...
pero por cosas de la relatividad éstos serían siglos para Einstein, quién no soportaba su presencia
porque siempre le decía que no hacer. Además de tener una linda ecuación con su nombre con la
cuál ganó un premio Nobel, y la cual comenzaría un arduo estudio sobre los agujeros negros.
30. Vida y Obras
El experimento del gato de Schrödinger o paradoja de
Schrödinger es un experimento imaginario concebido
en 1935 por elfísico Erwin Schrödinger para exponer
una de las consecuencias menos intuitivas de
la mecánica cuántica.
Erwin Schrödinger plantea un sistema que se encuentra
formado por una caja cerrada y opaca que contiene un
gato en su interior, una botella de gas venenoso y un
dispositivo, el cual contiene una partícula radiactiva con
una probabilidad del 50% de desintegrarse en un tiempo
dado, de manera que si la partícula se desintegra, el
veneno se libera y el gato muere.
Al terminar el tiempo establecido, hay una probabilidad
del 50% de que el dispositivo se haya activado y el gato
esté muerto, y la misma probabilidad de que el
dispositivo no se haya activado y el gato esté vivo.
Según los principios de la mecánica cuántica, la
descripción correcta del sistema en ese momento
(su función de onda) será el resultado de
la superposición de los estados "vivo" y "muerto" (a su
vez descritos por su función de onda). Sin embargo,
una vez abramos la caja para comprobar el estado del
gato, éste estará vivo o muerto.
Ahí radica la paradoja. Mientras que en la descripción clásica del sistema el gato estará vivo o muerto
antes de que abramos la caja y comprobemos su estado, en la mecánica cuántica el sistema se encuentra
en una superposición de los estados posibles hasta que interviene el observador. El paso de una
superposición de estados a un estado definido se produce como consecuencia del proceso de medida, y
no puede predecirse el estado final del sistema: sólo la probabilidad de obtener cada resultado. La
naturaleza del proceso sigue siendo una incógnita, que ha dado lugar a distintas interpretaciones de
carácter especulativo.
31. En 1926 Erwin Rudolf Josef Margarito
Alexander Schrödinger (1887 – 1961)
describió el comportamiento del electrón en
un átomo de acuerdo con consideraciones
estadísticas, es decir, en términos
probabilísticos.
Schrödinger consideró que la trayectoria
definida del electrón, según Bhor, debe
sustituirse por la probabilidad de hallarlo en
una zona del espacio periférico al núcleo
atómico.
Esta probabilidad es también la densidad
electrónica o nube de carga electrónica, de
modo que las regiones donde existe una
probabilidad de encontrar al electrón, son las
zonas de alta densidad electrónica.
Las ecuaciones de schrödinger delimitan
regiones en el espacio, que corresponden,
más o menos a los orbitales establecidos por
Bhor, pero que designan las zonas en las
cuales la probabilidad de hallar un electrón,
en un momento dado, es muy alta.
Es decir,, no podemos decir donde estará
ese electrón en un momento t, sino cual es
la probabilidad de que dicha partícula se
encuentre en la zona observada en ese
momento
32. Los números cuánticos son
unos números asociados
a magnitudes físicas
conservadas en ciertos
sistemas cuánticos.Los
números cuánticos permiten
caracterizar los estados
estacionarios, es decir
los estados propios del
sistema.
En física atómica, los
números cuánticos son
valores numéricos discretos
que indican las
características de los
electrones en los átomos, esto
está basado en la teoría
atómica de Niels Bohr que es
el modelo atómico más
aceptado y utilizado en los
últimos tiempos por su
simplicidad.
33. Para describir las características de un electrón situado en un determinado
orbital, se necesita cuatro (4) Números Cuánticos, que se representan mediante
las letras n, l, mı y mṣ
I) El número cuántico principal (n) Este número cuántico está relacionado tanto con la
energía como con la distancia media entre el núcleo y el electrón, medida en niveles
energéticos, aunque la distancia media en unidades de longitud también crece
monótonamente con n. Los valores de este número, que corresponde al número del
nivel energético, varían teóricamente entre 1 e infinito, pero solo se conocen átomos
que tengan hasta 8 niveles energéticos en su estado fundamental (ya que el número
atómico y el número cuántico principal se relacionan mediante 2n2 = Z < 110.
34. II) El número cuántico azimutal o azimutal (l = 0,1,2,3,4,5,...,n-1), indica la forma de los orbitales
y el subnivel de energía en el que se encuentra el electrón.
Los posible valores de l dependen de n , de modo que, para cada valor de n, l puede tomar todos
los valores comprendidos entre 0 y (n-1)
Por ejemplo, si n = 4, el número l puede tomar los valores 0, 1, 2, y 3.
Se acostumbra a simbolizar con letras los valores numéricos que puede tomar el número cuántico l
:
l = 0: Subórbita "s" (forma circular) →s proviene de sharp (nítido) (*)
l = 1: Subórbita "p" (forma semicircular achatada) →p proviene de principal (*)
l = 2: Subórbita "d" (forma lobular, con anillo nodal) →d proviene de difuse (difuso) (*)
l = 3: Subórbita "f" (lobulares con nodos radiales) →f proviene de fundamental (*)
l = 4: Subórbita "g" (*)
l = 5: Subórbita "h" (*)
35. III) El número cuántico magnético (m, ml),
Define la orientación que pueden presentar los orbitales de un mismo subnivel en
relación con un campo magnético externo.
Para cada valor de l, mı puede tomar todos los valores enteros comprendidos entre -1 y +1.
Así. Si l = 2, los valores posibles de mı serían: -2, -1. 0. 1 y 2
36. IV) El número cuántico de espín (s, ms),
El espín (del inglés spin 'giro, girar') Indica el sentido de giro del campo magnético que produce
el electrón al girar sobre su eje. Toma valores 1/2 y -1/2.
Un orbital puede albergar como máximo dos electrones. Dichos electrones se diferencian entre sí
por el sentido de giro sobre su eje.
Cuando dos electrones ocupan el mismo orbital, sus sentidos de giro son opuestos. Como solo son
posibles dos sentidos de giro, el número cuántico ms
Puede tomar solamente dos valores, que son + ½ y -1/2, y que también se simboliza con flechas
contrarias ( .
Como el electrón es una partícula cargada se comporta como un pequeño imán, por lo cual se
dice que tiene un espín o giro
37. DESARROLLO DE COMPETENCIAS
El número cuántico secundario (l) determina la forma del
orbital, es decir, la región donde se mueve el electrón.
Por ejemplo, el orbital p presenta tres regiones: pᵪ, pᵪ, pᵪ:
a) Qué significa que una configuración electrónica termine
en 2p1?
b) Qué diferencias existe entre las regiones pᵪ, pᵪ, y pᵪ?
c) Por qué las regiones s y p son diferentes?
40. El carbono es capaz de formar macromoléculas de
compuestos
con átomos de hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y
fósforo, con los que forman compuestos muy
complejos, como las proteínas y los ácidos nuclèicos
que hacen posible la vida.
La capacidad de formar moléculas basadas
exclusivamente en átomos de carbono es un hecho
sorprendente de la química del carbono.
Aparte de los tradicionales y bien conocidos
grafito y diamante, en los últimos años se ha
incrementado la investigación en la síntesis de
alótropos como los fullerenos y nanotubos.
