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lunes, 15 de octubre de 2012
domingo, 14 de octubre de 2012
UNIDAD 3 COMPUESTOS INORGÁNICOS Y ORGÁNICOS
3.7 COMPUESTOS INORGÁNICOS
DE IMPORTANCIA ECONÓMICA, SOCIAL Y AMBIENTAL.
En la actualidad se sabe que los compuestos orgánicos se
forman de manera natural mientras que uno inorgánico se forma de manera
ordinaria por la acción de varios fenómenos físicos y químicos: electrólisis,
fusión, etc. También podrían considerarse agentes de la creación de estas
sustancias a la energía solar, el agua, el oxígeno. Los enlaces que forman los
compuestos inorgánicos suelen ser iónicos o covalentes:
Ejemplos de compuestos inorgánicos:
Cada molécula de cloruro de sodio (NaCl) está compuesta por un átomo de sodio y otro cloro.
Cada molécula de agua (H2O) está compuesta por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno
Ejemplos de compuestos inorgánicos:
Cada molécula de cloruro de sodio (NaCl) está compuesta por un átomo de sodio y otro cloro.
Cada molécula de agua (H2O) está compuesta por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno
IMPACTO ECONÓMICO
El primer e importante hecho por el hombre estaba
compuesto inorgánico de nitrato de amonio para la fertilización
del suelo a través del proceso de Haber . Los compuestos inorgánicos se
sintetizan para su uso como catalizadores tales como vanadio (V) de óxido y de titanio (III)
cloruro , o como reactivos en la química orgánica , tales como hidruro
de litio y aluminio
El ácido sulfúrico es un compuesto
químico extremadamente
corrosivo cuya fórmula es H2SO4. Es el compuesto
químico que más se produce en
el mundo, por eso se utiliza como uno de los tantos medidores de la capacidad
industrial de los países. Una gran parte se emplea en la obtención de fertilizantes. También se usa para
la síntesis de otros ácidos y sulfatos y en la industria
petroquímica.
Ácido
Acético: Al ser derivado del petróleo se puede deducir que es un proceso un
poco caro
Acido fosfórico o ácido
ortofosfórico. Se obtiene mediante el
tratamiento de rocas de fosfato de calcio con ácidosulfúrico, filtrando
posteriormente el líquido resultante para extraer el sulfato de calcio. Entre otras aplicaciones, el ácido fosfórico se emplea
como ingrediente de bebidas no alcohólicas como por ejemplo de la Gaseosa (aditivo alimentario E-338); como
pegamento de prótesis dentales; como catalizador, en metales inoxidables y para
fosfatos que se utilizan como ablandadores de agua, fertilizantes y
detergentes. Muy utilizado en laboratorios químicos en la preparación de
disoluciones tampón o reguladoras del pH.
IMPACTO AMBIENTAL
Ácido
Acético: En lo ambiental: Al ser derivado del petróleo es algo no renovable
y también causa un grave daño ambiental sino se recicla el producto.
Acido
sulfúrico: El principal impacto ambiental del ácido sulfúrico es sobre
el pH del agua. El rango de pH acuoso que no es del todo letal para los peces
es de 5-9. Por debajo de un pH de 5.0 se produce una rápida disminución de las
especies de peces y de la biotaque los sustenta. El impacto ambiental
secundario del ácido sulfúrico está en que su presencia que incrementa la
toxicidad de otros contaminantes, tales como los sulfuros y los metales, a
través de su disolución.
IMPACTO SOCIAL
El Acido láctico: En medicina es
uno de los compuestos de solución láctica de
Ringer, que es una solución que se
inyecta introvenosamente a las personas cuando han sufrido una pérdida de sangre a causa de un traumatismo, cirugía o quemadura.
ÁCIDO MÁLICO: Se utiliza como aditivo alimentario
por su acción antibacteriana y su agradable aroma. También se emplea en
medicina, en la fabricación de ciertos laxantes y para tratar afecciones de
garganta.
3.8 Clasificación y propiedades de los compuestos orgánicos.
Los compuestos orgánicos
son sustancias químicas que contienen carbono, formando enlaces covalentes
carbono-carbono o carbono-hidrógeno. En muchos casos contienen oxígeno,
nitrógeno, azufre, fósforo, boro, halógenos y otros elementos. Estos compuestos
se denominan moléculas orgánicas. La mayoría de los compuestos orgánicos se
produce de forma artificial, aunque solo un conjunto todavía se extrae de forma
natural.
Las moléculas
orgánicas pueden ser de dos tipos:
·
Moléculas
orgánicas naturales: Son las sintetizadas por los seres vivos, y se llaman
biomoléculas, las cuales son estudiadas por la bioquímica.
·
Moléculas
orgánicas artificiales: Son sustancias que no existen en la naturaleza y han
sido fabricadas por el hombre como los plásticos.
La línea que divide
las moléculas orgánicas de las inorgánicas ha originado polémicas e
históricamente ha sido arbitraria, pero generalmente, los compuestos orgánicos
tienen carbono con enlaces de hidrógeno, y los compuestos inorgánicos, no. Así
el ácido carbónico es inorgánico, mientras que el ácido fórmico, el primer
ácido graso, es orgánico. El anhídrido carbónico y el monóxido de carbono, son
compuestos inorgánicos. Por lo tanto, todas las moléculas orgánicas contienen
carbono, pero no todas las moléculas que contienen carbono, son moléculas
orgánicas.
TIPOS DE COMPUESTOS ORGÁNICOS
El carbono es
singularmente adecuado para este papel central, por el hecho de que es el átomo
más liviano capaz de formar múltiples enlaces covalentes. A raíz de esta
capacidad, el carbono puede combinarse con otros átomos de carbono y con átomos
distintos para funcionales. Una característica general de todos los compuestos
orgánicos es que liberan energía cuando se oxidan.
En los organismos se
encuentran cuatro tipos diferentes de moléculas orgánicas en gran cantidad:
carbohidratos, todas estas moléculas contienen carbono, hidrógeno y oxígeno.
Además, las proteínas y azufre, y los nucleótidos, así como algunos lípidos,
contienen nitrógeno y fósforo.
Los carbohidratos son
la fuente primaria de energía química para los sistemas vivos. Los más simples
son los monosacáridos ("azúcares simples"). Los monosacáridos pueden
los carbohidratos, almacenan energía y son importantes componentes estructurales.
Incluyen las grasas y los aceites, los fosfolípidos, los glucolípidos, los
esfingolípidos, las ceras, y esteroides como el colesterol.
Las proteínas son
moléculas muy grandes compuestas de cadenas largas de aminoácidos, conocidas
como cadenas polipeptídicas. A partir de sólo veinte aminoácidos diferentes se
puede sintetizar una inmensa variedad de diferentes tipos de moléculas
proteínicas, cada una de las cuales cumple una función altamente específica en
los sistemas vivos.
Los nucleótidos son
moléculas complejas formadas por un grupo fosfato, un azúcar de cinco carbonos
y una base químicas dentro de los sistemas vivos. El principal portador de
energía en la mayoría de las reacciones químicas que ocurren dentro de las
células es un nucleótido que lleva tres fosfatos, el ATP.
3.9
HIDROCARBUROS
Los hidrocarburos son compuestos
de carbono e hidrógeno que, atendiendo a la naturaleza de los enlaces, pueden
clasificarse de la siguiente forma:
¦ Alifáticos ¦
¦ ¦ ¦ Alquenos
¦ ¦ Insaturados ¦
Hidrocarburos ¦ ¦ Alquinos
¦
¦ Aromáticos
HIDROCARBUROS
Pueden ser:
a) Acíclicos: Son hidrocarburos de cadenas carbonadas abiertas. Existen dos tipos de cadenas abiertas:
-Cadenas lineales: los átomos de carbono pueden escribirse en línea recta.
Ejemplo:
Ejemplo:
Ejemplo:
ALCANOS
El carbono se enlaza mediante
orbitales híbridos sp3 formando 4 enlaces simples en disposición
tetraédrica.
Nomenclatura
1.- Cadena más larga: metano, etano, propano, butano, pentano,...
2.- Las ramificaciones como radicales: metil(o), etil(o),...
3.- Se numera para obtener los números más bajos en las ramificaciones.
4.- Se escriben los radicales por orden alfabético y con los prefijos di-, tri-, ... si fuese necesario.
5.- Los hidrocarburos cíclicos anteponen el prefijo ciclo-
1.- Cadena más larga: metano, etano, propano, butano, pentano,...
2.- Las ramificaciones como radicales: metil(o), etil(o),...
3.- Se numera para obtener los números más bajos en las ramificaciones.
4.- Se escriben los radicales por orden alfabético y con los prefijos di-, tri-, ... si fuese necesario.
5.- Los hidrocarburos cíclicos anteponen el prefijo ciclo-
Propiedades
físicas
Las temperaturas de fusión y
ebullición aumentan con el número de carbonos y son mayores para los compuestos
lineales pues pueden compactarse mas aumentando las fuerzas intermoleculares.
Son menos densos que el agua y
solubles en disolventes apolares.
Propiedades
químicas
Son bastantes inertes debido a la
elevada estabilidad de los enlaces C-C y C-H y a su baja polaridad. No se ven
afectados por ácidos o bases fuertes ni por oxidantes como el permanganato. Sin
embargo la combustión es muy exotérmica aunque tiene una elevada energía de
activación.
Las reacciones más
características de los alcanos son las de sustitución:
CH4 + Cl2 ----> CH3Cl + HCl
También son importantes las
reacciones de isomerización:
AlCl3
CH3CH2CH2CH3 ------> CH3CH(CH3)2
Obtención de alcanos
La fuente más importante es el
petróleo y el uso principal la obtención de energía mediante combustión.
Algunas reacciones de síntesis a
pequeña escala son:
- Hidrogenación de alcanos:
- Hidrogenación de alcanos:
Ni
CH3CH=CHCH3 -----> CH3CH2CH2CH3
- Reducción de haluros de
alquilo:
Zn
2 CH3CH2CHCH3 ------>
2 CH3CH2CH2CH3 + ZnBr2
ALQUENOS
Los alquenos contienen enlaces
dobles C=C. El carbono del doble enlace tiene una hibridación sp2 y
estructura trigonal plana. El doble enlace consta de un enlace sigma y otro pi.
El enlace doble es una zona de mayor reactividad respecto a los alcanos. Los
dobles enlaces son más estables cuanto más sustituidos y la sustitución en
trans es más estable que la cis.
Nomenclatura
1.- Seleccionar la cadena principal: mayor número de dobles enlaces y más larga. Sufijo -eno.
2.- Numerar para obtener números menores en los dobles enlaces.
1.- Seleccionar la cadena principal: mayor número de dobles enlaces y más larga. Sufijo -eno.
2.- Numerar para obtener números menores en los dobles enlaces.
Propiedades físicas
Las temperaturas de fusión son
inferiores a las de los alcanos con igual número de carbonos puesto que, la
rigidez del doble enlace impide un empaquetamiento compacto.
Propiedades químicas
Las reacciones más
características de los alquenos son las de adición:
CH3-CH=CH-CH3 + XY ------> CH3-CHX-CHY-CH3
Entre ellas destacan la
hidrogenación, la halogenación, la hidrohalogenación y la hidratación. En estas
dos últimas se sigue la regla de Markovnikov y se forman los derivados más
sustituidos, debido a que el mecanismo transcurre mediante carbocationes y se
forma el carbocatión más estable que es el más sustituido.
Otra reacción importante es la
oxidación con MnO4- o OsO4 que en frío da
lugar a un diol y en caliente a la ruptura del doble enlace y a la formación de
dos ácidos.
Otra característica química
importante son las reacciones de polimerización. Mediante ellas se puede
obtener una gran variedad de plásticos como el polietileno, el poliestireno, el
teflón, el plexiglas, etc. La polimerización de dobles enlaces tiene lugar
mediante un mecanismo de radicales libres.
Obtención
de alquenos
Se basa en reacciones de
eliminación, inversas a las de adición:
CH3-CHX-CHY-CH3 ------> CH3CH=CHCH3
+ XY
Entre ellas destacan la
deshidrogenación, la deshalogenación, la deshidrohalogenación y la
deshidratación. Las deshidratación es un ejemplo interesante, el mecanismo
transcurre a traves de un carbocatión y esto hace que la reactividad de los
alcoholes sea mayor cuanto más sustituidos. En algunos casos se producen rearreglos
de carbonos para obtener el carbocatión más sustituido que es más estable. De
igual modo el alqueno que se produce es el más sustituido pues es el más
estable. Esto provoca en algunos casos la migración de un protón.
ALQUINOS
Se caracterizan por tener enlaces
triples. El carbono del enlace triple se enlaza mediante una hibridación sp que
da lugar a dos enlaces simples sigma formando 180 grados y dos enlaces pi. El
deslocalización de la carga en el triple enlace produce que los hidrógenos
unidos a el tengan un carácter ácido y puedan dar lugar a alquiluros. El
alquino más característico es el acetileno HCCH, arde con una llama muy
caliente (2800 oC) debido a que produce menos agua que absorbe menos
calor.
Sus propiedades físicas y
químicas son similares a las de los alquenos. Las reacciones más
características son las de adición.
Nomenclatura
1.- Se consideran como dobles enlaces al elegir la cadena principal.
2.- Se numera dando preferencia a los dobles enlaces.
1.- Se consideran como dobles enlaces al elegir la cadena principal.
2.- Se numera dando preferencia a los dobles enlaces.
3.10 Halogenuros
Un halogenuro o haluro, (derivado del nombre griego halos = sal), es un compuesto binario en el cual una parte
es un átomo halógeno y la otra es un elemento, catión o grupo funcional que es menos electronegativo que el halógeno.
Según el átomo halógeno que forma el haluro éste puede ser un fluoruro, cloruro, bromuro o yoduro, todos elementos del grupo VII en estado de
oxidación -1. Sus características químicas y físicas se suelen parecer para el cloruro hasta el yoduro siendo una excepción
el fluoruro.
Pueden ser formados directamente desde los elementos o a partir del ácido HX (X = F, Cl, Br, I)
correspondiente con una base. Todos los metales
del Grupo 1 forman haluros con
los halógenos, los cuáles son sólidos blancos. Un ion haluro un átomo
halógeno que posee una carga negativa, como el fluoruro (F-) o cloruro (Cl-).
Tales iones se encuentran presentes en todas las sales iónicas de haluro.
Los haluros metálicos son utilizados en
lámparas de descarga de alta intensidad, llamadas también lámparas
de haluro metálico,
como las que se utilizan actualmente en el alumbrado público. Estas son más
eficientes que las lámparas de vapor de mercurio, y producen un color de luz
más puro que el anaranjado producido por las lámparas
de vapor de sodio.
Los haluros de alquilo son compuestos orgánicos comunes del tipo R-X,
que contienen un grupo alquilo (R) enlazado
covalentemente a un halógeno (X).
Los halogenuros inorgánicos
Los halogenuros inorgánicos son sales que contienen los iones F-,
Cl-, Br- o I-. Con iones plata forman un precipitado (excepto el fluoruro,
que es soluble). La solubilidad de
la sal de plata decae con el peso del halogenuro. Al mismo tiempo aumenta el
color que va de blanco para el cloruro AgCl a amarillo en el AgI.
Los halogenuros orgánicos
Los halogenuros orgánicos cuentan con un halógeno en estado
de oxidación,unido directamente a un átomo de carbono. Según la naturaleza del
halógeno y del resto orgánico tienen una amplia variedad de aplicaciones y se
han desarrollado diversas formas de síntesis.
Los alcoholes son compuestos orgánicos formados a partir de los hidrocarburos mediante la sustitución de uno o más grupos hidroxilo por un número igual de átomos de hidrógeno. El término se hace también extensivo a diversos productos sustituidos que tienen carácter neutro y que contienen uno o más grupos alcoholes.
ALCOHOLES AMÍLICOS
Los alcoholes pentílicos se presentan en varias formas isoméricas, y de las ocho estructuras isoméricas posibles, tres de ellas tienen también formas ópticamente activas. De las formas estructurales, cuatro de ellas son alcoholes primarios — 1-pentanol (alcohol amílico), 2-metil-1-butanol, alcohol isopentílico (3-metil-1-butanol, alcohol isoamílico) y alcohol neopentílico (2,2-dimetil-1- propanol); tres son alcoholes secundarios— 2-pentanol, 3-pentanol y 3-metil-2-butanol; y el último es un alcohol terciario—el alcohol terc-pentílico (2-metil-2-butanol).
Los alcoholes se utilizan como productos químicos intermedios y disolventes en las industrias de textiles, colorantes, productos químicos, detergentes, perfumes, alimentos, bebidas, cosméticos, pinturas y barnices. Algunos compuestos se utilizan también en la desnaturalización del alcohol, en productos de limpieza, aceites y tintas de secado rápido, anticongelantes, agentes espumígenos y en la flotación de minerales.
ALCOHOLES
El grupo funcional es el -OH (hidroxilo). La fórmula general es R-OH.
El radical R procede de un hidrocarburo alifático. Puede ser radical alquilo, alquenilo o alquinilo. La fórmula general para un alcohol saturado con un solo grupo hidroxilo es CnH2n+1OH.
Pueden existir alcoholes con varios grupos hidroxilo: son los polialcoholes.
3.12. Éteres
Los
éteres se forman por condensación de dos alcoholes con pérdida de agua. Si los
dos alcoholes son iguales el éter es simple y si son distintos es mixto. Los
éteres simples se nombran anteponiendo la palabra éter seguida del
prefijo que indica cantidad de átomos de carbono con la terminación ílico.
Ejemplo: éter metílico, éter etílico.
Según IUPAC se nombran intercalando la palabra oxi entre los nombres de los hidrocarburos de los que provienen los alcoholes.
Ejemplo: dimetiléter, metiletil éter o etano-oxi-etano y metano-oxi-etano según IUPAC.
Tienen la siguiente fórmula: R--O---R donde R son radicales iguales o distintos. R puede ser alifático o aromático.
Reacción de formación:
CH3.OH + HO.CH3 ............... CH3...O....CH3 + H2O éter metílico, dimetiléter o metano-oxi-metano
Según IUPAC se nombran intercalando la palabra oxi entre los nombres de los hidrocarburos de los que provienen los alcoholes.
Ejemplo: dimetiléter, metiletil éter o etano-oxi-etano y metano-oxi-etano según IUPAC.
Tienen la siguiente fórmula: R--O---R donde R son radicales iguales o distintos. R puede ser alifático o aromático.
Reacción de formación:
CH3.OH + HO.CH3 ............... CH3...O....CH3 + H2O éter metílico, dimetiléter o metano-oxi-metano
Propiedades
Como los alcoholes son muy inflamables. Cuando se dejan en reposo en presencia de aire tienden a formar peróxidos explosivos.
Los agentes oxidantes los transforman en aldehídos.
Propiedades Físicas:
El primero de la serie (metano-oxi-metano) es gaseoso, los siguientes son líquidos de olor penetrante y agradable. Al formar puentes hidrógeno con el agua son más solubles que los alcanos respectivos. Tienen menor punto de ebullición que los alcoholes de los que provienen, similares al de los alcanos respectivos.
Como los alcoholes son muy inflamables. Cuando se dejan en reposo en presencia de aire tienden a formar peróxidos explosivos.
Los agentes oxidantes los transforman en aldehídos.
Propiedades Físicas:
El primero de la serie (metano-oxi-metano) es gaseoso, los siguientes son líquidos de olor penetrante y agradable. Al formar puentes hidrógeno con el agua son más solubles que los alcanos respectivos. Tienen menor punto de ebullición que los alcoholes de los que provienen, similares al de los alcanos respectivos.
Ø Son buenos disolventes de grasas y aceites y yodo.
Ø
Al evaporarse el éter etílico produce un frío intenso.
Usos
Son buenos disolventes, especialmente el éter etílico. Este éter se utilizó como anestésico durante mucho tiempo. Produce la inconsciencia mediante la depresión del sistema nervioso central, pero tiene efectos irritantes del sistema respiratorio y provoca naúseas y vómitos luego de la anestesia. El éter metilpropílico se prefiere como anestésico porque casi no tiene efectos secundarios.
Usos
Son buenos disolventes, especialmente el éter etílico. Este éter se utilizó como anestésico durante mucho tiempo. Produce la inconsciencia mediante la depresión del sistema nervioso central, pero tiene efectos irritantes del sistema respiratorio y provoca naúseas y vómitos luego de la anestesia. El éter metilpropílico se prefiere como anestésico porque casi no tiene efectos secundarios.
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