II.
El átomo de carbono, los hidrocarburos,
otras moléculas orgánicas, su posible existencia en la Tierra primitiva y en
otros cuerpos celestes.
La teoría de la gran explosión como origen del Universo
concibe la formación del átomo de carbono en el interior de las estrellas
mediante la colisión de tres átomos de helio. La generación
del carbono y de los átomos más pesados se dio en el interior de las estrellas
antes de la formación de nuestro Sistema Solar.
Los elementos del 93
al 109, llamados transuránicos, han sido preparados artificialmente por el
hombre, mediante colisiones entre distintos átomos. Cuando la
colisión se efectúa entre átomos y neutrones se obtienen átomos con idéntico
número atómico, pero diferente peso molecular, a los que se les llama isótopos.
El hombre ha preparado
más de 1 900 isótopos de diferentes elementos, muchos de ellos radiactivos.
Cualquier elemento
natural o sintético es identificado por su número atómico Z. Cada elemento puede tener un
número variable de isótopos.
Los diferentes
isótopos (del griego, mismo lugar) de un elemento se llamarán, en general, de
la misma manera y ocuparán el mismo lugar en la tabla periódica de los
elementos, además de que tendrán idénticas propiedades químicas dado que su
configuración electrónica permanece estable.
El carbono, elemento
base de la vida, se encuentra en la corteza terrestre en una proporción de
0.03% y se encuentra también en los demás planetas de nuestro Sistema Solar
En la Tierra se le
encuentra: libre en forma de diamante o de grafito; combinado, formando parte
de diversas moléculas orgánicas; formando parte de sustancias inorgánicas
EL CARBONO EN ESTADO LIBRE
El diamante es un cuerpo duro y transparente en el que cada átomo de carbono se encuentra unido a otros cuatro, localizados en los vértices de un tetraedro. El grafito es otra forma alotrópica del carbono.
El diamante es un cuerpo duro y transparente en el que cada átomo de carbono se encuentra unido a otros cuatro, localizados en los vértices de un tetraedro. El grafito es otra forma alotrópica del carbono.
Alotropía es una
palabra griega que significa variedad. Debido a las diferencias que existen en
las uniones entre los átomos del diamante y los del otro alótropo del carbono,
el grafito, ambos tienen propiedades completamente diferentes. Como ambas sustancias están formadas tan sólo
por átomos de carbono, como antes veíamos, la diferencia en propiedades físicas
se debe al modo de unión entre sus átomos.
En el diamante, cada
átomo de carbono está rodeado por otros cuatro átomos acomodados en los
vértices de un tetraedro. En el grafito los átomos de carbono están fuertemente
unidos a tres átomos vecinos, formando capas de hexágonos.
El átomo de carbono, por tener cuatro electrones de valencia, tiende a
rodearse por cuatro átomos con los que comparte cuatro de sus electrones para
así completar su octeto, que es lo máximo que puede contener en su capa
exterior.
La Tierra tuvo en su primera época una atmósfera rica en hidrógeno, por
lo que el carbono reaccionó con él formando moléculas de hidrocarburos. Como el
hidrógeno contiene un solo electrón de valencia, cada átomo de carbono se une a
cuatro de hidrógeno formando metano (CH4).
En el metano, los cuatro átomos de hidrógeno se encuentran
acomodados en los vértices de un tetraedro.
Debido a que el
carbono tiene la propiedad de unirse entre sí formando cadenas lineales,
ramificadas o cíclicas, sus compuestos forman una serie muy grande de
sustancias con fórmulas precisas. Tendrán la fórmula CnH2n +2.
Los cuatro primeros
hidrocarburos lineales se llaman: metano (CH4), etano (C2H6),
propano (C3H8)
y butano (C4H10),
y son gases inflamables. Los siguientes tres: el pentano (C5H12), el
hexano (C6H14)
y el heptano (C7H16)
son líquidos inflamables con bajo punto de ebullición.
Las cuatro valencias
del átomo de carbono pueden también ser satisfechas de manera diferente: dos
átomos de carbono pueden unirse entre sí, usando no sólo una valencia, sino dos
y aun tres. En el primer caso tendremos las moléculas llamadas olefinas o
alquenos.
Estas moléculas son
muy útiles en química orgánica, ya que al existir la tendencia de los átomos de
carbono a quedar unidos entre sí por una sola valencia, quedan disponibles las
valencias extras para unirse a un hidrógeno u otros átomos, dando hidrocarburos
saturados, o hidrocarburos sustituidos.
Existe también la
posibilidad de que dos átomos de carbono unan tres de sus cuatro valencias,
formando así sustancias llamadas alquinos.
Los carburos
metálicos se forman por interacción entre el átomo de carbono y un óxido
metálico a elevadas temperaturas. Los metales alcalinos forman carburos que
pueden representarse como M2C2
y los alcalino-térreos forman carburos representados por MC2.
El metano es el
resultado de la unión de un átomo de carbono con cuatro hidrógenos, es un gas
volátil e inflamable que, por su alto contenido de calor, es un combustible
eficaz, es el principal componente del gas natural
EL METANO Y OTROS COMPUESTOS QUÍMICOS EN LOS CUERPOS CELESTES.
El metano formó parte
de la atmósfera primitiva de la Tierra, donde se generó por la acción reductora
del hidrógeno sobre el carbono. Era el gas predominante en la atmósfera
terrestre de aquel entonces.
Como el metano se
conserva en estado gaseoso, se encuentra en forma de gas en la atmósfera de
Júpiter, donde se transforma químicamente con la ayuda de la radiación
ultravioleta del Sol.
Saturno
Este planeta, que se distingue de los demás por su bello e impresionante
sistema de anillos, posee una atmósfera en la que predomina el hidrógeno,
aunque es rica también en metano, etano y amoniaco, el etano y el amoniaco se
encuentran en estado sólido, y el helio se condensa cayendo como lluvia sobre
la superficie del planeta.
Titán
Con este nombre se
conoce a la mayor luna de Saturno, un cuerpo celeste con tamaño comparable al
de la Tierra.
La atmósfera de este
cuerpo celeste está formada por 80% de nitrógeno y por sustancias orgánicas
como metano (CH4),
etano (CH3 — CH3),
acetileno (H — C
C—H) y
ácido cianhídrico (HC
N). El metano puede existir en sus tres estados: sólido, líquido y
gaseoso.
Urano
Es un gran planeta de
color verdoso, con 51 000 km de diámetro que circunda al Sol cada 84 años
terrestres. Se encuentra a una distancia del Sol de 2 868 600 000 km, cubierto de una capa de agua, amoniaco y metano (H20, NH3 y CH4).
Sobre este vasto océano existe una atmósfera de hidrógeno y de helio, con una
considerable cantidad de metano. La duración del día es
aproximadamente de 114 horas terrestres.
Neptuno.
Es un gigante verdoso con aproximadamente las mismas dimensiones y con
una composición química parecida.
COMPUESTOS OXIGENADOS DEL CARBONO
Ésta es una reacción
de oxidación en la que el hidrógeno se combina con el oxígeno del aire
produciendo su óxido, que es el agua. En esta reacción violenta se produce,
además, luz y calor.
Cuando prendemos fuego a un hidrocarburo líquido o mezcla de
hidrocarburos como la gasolina vemos que el líquido desaparece totalmente. Lo
que sucede en realidad es que, al combinarse con el oxígeno atmosférico, sus
átomos de carbono producen el gas bióxido de carbono, mientras que sus átomos
de hidrógeno forman vapor de agua, y ambos óxidos en que se transformó el
hidrocarburo ascienden a la atmósfera sin dejar huella del líquido combustible.
Cuando se sustituye
uno de los hidrógenos de un hidrocarburo por un grupo oxhidrilo (OH) se obtiene un nuevo grupo de
sustancias a las que se llama alcoholes.
Los alcoholes, cuyo
grupo característico es el oxhidrilo (OH),
poseen propiedades parecidas a las del agua (HOH), sobre todo en los de más bajo peso molecular. Son miscibles
con agua y tienen alto punto de ebullición, que con frecuencia es varios cientos
de grados, superior al del hidrocarburo del que derivan. Los
átomos de oxígeno de una molécula de alcohol atraen a los hidrógenos de una
segunda molécula de alcohol.
METANOL,
ALCOHOL METÍLICO O ALCOHOL DE MADERA
El alcohol metílico tiene un solo átomo de carbono,
es venenoso, puede provocar ceguera y aun la muerte. El
alcohol metílico se usa ampliamente como disolvente en química orgánica.
ALCOHOL ETÍLICO
Se produce en la
fermentación de líquidos azucarados. Es usado como disolvente para pinturas,
barnices, lacas y muchos otros materiales industriales. También se utiliza
ampliamente como desinfectante.
Conforme aumenta el
número de átomos de carbono en un alcohol sus propiedades se asemejan cada vez
más a las de un hidrocarburo.
No sólo existe la
posibilidad de inserción de un átomo de oxígeno entre un carbono y un hidrógeno
para dar un alcohol, sino que también existe la posibilidad de inserción de
oxígeno entre dos átomos de carbono, lográndose así la formación de las
sustancias llamadas éteres.
El éter etílico es
una sustancia líquida de bajo punto de ebullición, se emplea para extraer
sustancias que se encuentran disueltas o suspendidas en agua.
Los alcoholes se dividen en tres clases: primarios, secundarios y
terciarios. Los alcoholes primarios pierden por oxidación
dos átomos de hidrógeno dando un aldehído.
Preparación
de urotropina
La urotropina es una
sustancia sólida que se usa como desinfectante de las vías urinarias. Se
prepara mezclando formalina con una solución diluida de hidróxido de amonio. La mezcla se deja reposar por bastante tiempo y luego se
evapora calentando a 100°. La urotropina se depositará como un sólido de sabor
dulce.
El formaldehído forma
dos tipos de polímeros, uno de ellos es cuando los átomos de carbono de una
molécula se unen con los átomos de oxígeno de otra; el segundo tipo, cuando las
moléculas se unen por medio de los átomos de carbono.
Etanal
o acetaldehído
El etanal o acetaldehído es el producto de la oxidación suave del
etanol. Es un líquido que hierve a 20.2°,
incoloro y soluble en agua, al ser tratado con cloro produce
el aldehído dorado llamado cloral, que es materia prima para la preparación del
insecticida DDT.
Cuando el cloral se
hace reaccionar con clorobenceno en presencia de ácido sulfúrico, el producto
es la sustancia clorada DDT, cuyas propiedades insecticidas son ampliamente
conocidas.
