La química orgánica es la rama de la química que se ocupa de las reacciones, estructuras y propiedades (físicas y químicas) de los compuestos orgánicos que contienen átomos de carbono y enlaces covalentes (un enlace químico que implica compartir electrones entre átomos).
Cualquier grupo de compuestos químicos orgánicos formado únicamente por los átomos de carbono (C) e hidrógeno (H) se denomina hidrocarburo. Los átomos de carbono se unen para formar la estructura del compuesto y los átomos de hidrógeno se unen a él de múltiples maneras. El petróleo y el gas natural se componen principalmente de hidrocarburos. Se utilizan como combustibles y lubricantes, así como materias primas para plásticos, fibras, cauchos, disolventes, explosivos y productos químicos industriales.
Los hidrocarburos son abundantes en la naturaleza. Se encuentran en árboles y plantas, así como en combustibles fósiles, por ejemplo, en forma de carotenos, que son pigmentos que se encuentran en las zanahorias y las hojas verdes. Un polímero de hidrocarburo, una molécula en forma de string formada por numerosas unidades unidas entre sí, constituye más del 98 % del caucho crudo natural. Las formas y la química de los hidrocarburos individuales están determinadas principalmente por los tipos de enlaces químicos que conectan los átomos de sus moléculas constituyentes.
¿Qué son los Hidrocarburos?
Los hidrocarburos están formados por dos palabras hidro y carbono, en las que hidro representa elementos de hidrógeno y carbono representa elementos de carbono, por lo que los hidrocarburos se pueden definir fácilmente como compuestos que se forman solo a partir de moléculas de hidrógeno y carbono.
Los hidrocarburos pueden existir tanto en una string lineal como en estructuras circulares. Estos hidrocarburos se utilizan en un proceso diferente para fabricar nuevos materiales.
Los hidrocarburos se dividen en cuatro subcategorías: alcanos, alquenos, alquinos e hidrocarburos aromáticos. Los alcanos, alquenos, alquinos e hidrocarburos aromáticos tienen estructuras simples o moderadamente complejas. El estudio de los hidrocarburos puede revelar información sobre las características químicas y la fabricación de otros grupos funcionales.
C x H y es la fórmula molecular de estas sustancias. Los hidrocarburos se pueden encontrar tanto en plantas como en árboles. Los carotenos, por ejemplo, son un pigmento orgánico que se encuentra en las hojas verdes y las zanahorias. Los hidrocarburos están presentes en la naturaleza en diferentes formas, como los combustibles fósiles que consisten en petróleo crudo, petróleo, queroseno, gas licuado de petróleo (GLP), gas natural comprimido (GNC), etc. Todos contienen hidrocarburos. Esto significa que los hidrocarburos son una gran fuente de energía.
Propiedades de los Hidrocarburos:
- Los puntos de fusión y ebullición de las moléculas de hidrocarburos se ven afectados por el tamaño de las moléculas. Como resultado, a temperatura ambiente, ciertos hidrocarburos son gases mientras que otros son líquidos o sólidos.
- Se componen de fuertes enlaces carbono-hidrógeno.
- Las moléculas tienen fuertes fuerzas moleculares atractivas.
- La no polaridad se refiere a la ausencia de lados con carga opuesta en las moléculas de hidrocarburo. Como resultado, son compuestos polares y no se disuelven en agua. Los hidrocarburos, por otro lado, tienen una tendencia natural a rechazar el agua. Es por eso que la cera para pisos y otros productos relacionados los contienen.
Clasificación y Tipos de Hidrocarburos
Los hidrocarburos fueron clasificados anteriormente como alifáticos o aromáticos por científicos más antiguos. Las fuentes y características se utilizaron para clasificar los hidrocarburos. Como consecuencia, se descubrió que los hidrocarburos alifáticos se formaban por la degradación química de grasas o aceites, mientras que los hidrocarburos aromáticos incluían componentes formados por la degradación química de extractos de plantas. Sin embargo, ahora clasificamos los hidrocarburos en función de su estructura en lugar de su origen.
Hidrocarburos Saturados
Los hidrocarburos saturados se conocen como alcanos . Estos hidrocarburos contienen enlaces simples de carbono-carbono y carbono-hidrógeno. Estos hidrocarburos forman estructuras de string que son de naturaleza abierta. Estos hidrocarburos no contienen enlaces dobles o triples. Los hidrocarburos saturados se conocen como los hidrocarburos más simples. La fórmula general de los hidrocarburos saturados es C n H 2n+2 .
Propiedades físicas de los hidrocarburos saturados (alcanos)
- Los hidrocarburos saturados (alcanos) son de naturaleza incolora e iNodera.
- Los alcanos son moléculas no polares.
- Los primeros 4 miembros de los alcanos existen en la fase gaseosa. Los siguientes trece miembros del quinto al decimoséptimo existen en la fase líquida.
- Los alcanos que contienen más de 18 átomos de carbono son de naturaleza sólida.
- Las fuerzas intermoleculares de van der Waals existen en los alcanos. Los alcanos con fuerzas de van der Waals intermoleculares más fuertes tienen puntos de ebullición más altos.
- Por la misma razón que se indicó anteriormente, los puntos de fusión de los alcanos siguen una tendencia similar a los puntos de ebullición. Es decir, cuanto más grande es la molécula (en igualdad de condiciones), mayor es el punto de fusión.
Propiedades químicas de los hidrocarburos saturados (alcanos)
- Al calentarse, los alcanos reaccionan con el oxígeno y producen dirust de carbono y agua. Tomemos metano (CH 4 ) primer miembro de los alcanos y calentémoslo.
CH 4 (gas) + 2O 2 (gas) → CO 2 (gas) + 2H 2 O (líquido)
- Los átomos de hidrógeno pueden ser reemplazados por medios de flúor, cloro, bromo, yodo con grupo halógeno para formar nuevos compuestos, este proceso se conoce como Halogenación. El proceso de halogenación ocurre en presencia de la luz solar.
CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl (clorometano) + HCl
- Los alcanos de string lineal se calientan en presencia de un catalizador de platino durante los procesos de isomerización y reformación. La isomerización convierte los alcanos en isómeros de string ramificada. Los alcanos se reforman para convertirse en cicloalcanos o hidrocarburos aromáticos, emitiendo hidrógeno como subproducto. Ambos métodos aumentan el octanaje de la sustancia. El butano es el alcano más común que sufre isomerización, ya que produce una gran cantidad de alcanos ramificados con altos índices de octanaje.
Preparación de Hidrocarburos Saturados (Alcanos)
Los alcanos se pueden preparar por varios métodos, algunos de ellos se describen a continuación:
- De hidrocarburos no saturados
Los hidrocarburos insaturados son alquenos o alquinos, que se pueden convertir en alcanos mediante la adición de gas hidrógeno en presencia de un catalizador (como el níquel), este proceso de formación de alcanos se conoce como hidrogenación.
C 2 H 4 (Etano) + H 2 → C 2 H 6 (Etano)
- De haluros de alquilo
Los alcanos también se pueden preparar a partir de haluros de alquilo haciéndolos reaccionar con hidrógeno en presencia de zinc.
CH 3 Cl + H 2 Zn → CH 4 (Metano) + HCl
Hidrocarburos no saturados
Los hidrocarburos insaturados son moléculas orgánicas compuestas completamente por átomos de carbono e hidrógeno que tienen un enlace doble o triple entre dos átomos de carbono vecinos. Los alquenos son hidrocarburos que contienen al menos un doble enlace entre dos átomos de carbono adyacentes, mientras que los alquinos son hidrocarburos que contienen un triple enlace carbono-carbono. Los hidrocarburos saturados e insaturados tienen diferentes fórmulas químicas, como se muestra a continuación.
Los hidrocarburos no saturados son de dos tipos:
- alquenos
- alquinos
Alquenos: Los hidrocarburos insaturados contienen alquenos.. Los alquenos son compuestos formadores de aceite, por lo que se conocen como olefinas. Estos hidrocarburos contienen enlaces simples de carbono-carbono y carbono-hidrógeno junto con al menos un doble enlace. Estos hidrocarburos también forman estructuras de string que son de naturaleza abierta.
La fórmula general para los alquenos: C n H 2n
Propiedades físicas de los alquenos
- Los hidrocarburos insaturados (alquenos) son de naturaleza incolora e iNodera, excepto el eteno, que tiene un olor dulce.
- Los alquenos tienen olores más fuertes que sus alcanos comparables.
- Los alquenos son moléculas polares.
- El estado físico está determinado por la masa molecular: los alquenos más simples, como los correspondientes hidrocarburos saturados, son gases a temperatura ambiente.
- Los primeros 3 miembros de los alquenos existen en la fase gaseosa.
- Los siguientes catorce miembros del cuarto al decimoséptimo existen en la fase líquida.
- Los alquenos que contienen más de 14 átomos de carbono son de naturaleza sólida.
- Estos tienen altos puntos de fusión y ebullición.
Propiedades químicas de los alquenos
- Los alquenos tienen la propiedad de realizar reacciones de adición, por lo que agrega moléculas de hidrógeno para formar alcanos.
C 2 H 4 (Etano) + H 2 → C 2 H 6 (Etano)
- Los átomos de hidrógeno pueden ser reemplazados por medios de flúor, cloro, bromo con un grupo halógeno para formar nuevos compuestos, llamados dihaluros, excepto el yodo, ya que el yodo no muestra una reacción de adición.
C 2 H 4 (Eteno) + Br 2 → C 2 H 4 Br 2 (Dibromoetano)
Preparación de alquenos
Los alquenos se pueden preparar por varios métodos, algunos de ellos se describen a continuación:
- A partir de alquinos: Los hidrocarburos insaturados (alquenos), se pueden preparar a partir de alquinos añadiendo gas hidrógeno en presencia de un catalizador (como carbón paletizado), este catalizador también se conoce como Catalizador de Lindlar.
C 2 H 2 (Etino) + H 2 Pd/C → C 2 H 4 (Eteno)
- A partir de haluros de alquilo: Los alquenos también se pueden preparar a partir de haluros de alquilo calentándolos en presencia de potasa disuelta en alcohol para eliminar la molécula de halógeno de los haluros de alquilo.
C 2 H 5 Cl → C 2 H 4 (Eteno)
Alquinos: Los hidrocarburos insaturados también contienen alquinos. Estos hidrocarburos contienen enlaces simples de carbono-carbono y carbono-hidrógeno junto con al menos un enlace triple entre dos átomos de carbono. Estos hidrocarburos también forman estructuras de string que son de naturaleza abierta. El primer miembro de la serie de los alquinos es el etino, también conocido como acetileno.
La fórmula general para los alquinos: C n H 2n-2
Propiedades físicas de los alquinos
- Los hidrocarburos insaturados (alquinos) son de naturaleza incolora e iNodera, excepto el etino, que tiene olor.
- Los alquinos son moléculas polares.
- Los primeros 3 miembros de los alquinos existen en la fase gaseosa.
- Los siguientes ocho miembros del cuarto al undécimo existen en la fase líquida.
- Los alquinos que contienen más de 11 átomos de carbono son de naturaleza sólida.
Propiedades químicas de los alquinos
- Los alquinos también muestran reacciones de adición como los alquenos, ya que los alquinos tienen un triple enlace, por lo que tienden a agregar dos moléculas de hidrógeno, halógeno y haluros de hidrógeno para formar diferentes compuestos.
- Los alquinos no reaccionan con el agua.
- Los alquinos muestran polimerización significa que pueden formar moléculas de carbono de string larga.
Preparación de Alquinos
Los alquinos se pueden preparar por varios métodos, algunos de ellos se describen a continuación:
- A partir de carburo de calcio: los alquinos se pueden preparar agregando agua al carburo de calcio, lo que dará como resultado la formación de hidrrust de calcio y alquino, por ejemplo, etino.
CaC 2 + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + C 2 H 2 (Etino)
- A partir de dihaluros vecinales: los alquinos se pueden preparar a partir de dihaluros vecinales haciéndolos reaccionar con potasa alcohólica para eliminar una molécula de halógeno del dihaluro para formar un haluro de alquenilo que luego se puede reducir al alquino.
Hidrocarbonos aromáticos
La palabra aromático proviene de la palabra aroma que significa olor agradable por lo que los compuestos aromáticos tienen un olor agradable. Estos hidrocarburos también se conocen como arenos. La mayoría de los hidrocarburos aromáticos contienen anillos de benceno por lo que se conocen como bencenoides. Hay algunos hidrocarburos aromáticos que no contienen anillos de benceno, por lo que también se conocen como no bencenoides.
Propiedades Físicas de los Hidrocarburos Aromáticos
- Estos químicos son aromáticos (estabilidad adicional otorgada por resonancia)
- En estos compuestos, la relación entre átomos de carbono e hidrógeno es relativamente alta.
- Los hidrocarburos aromáticos existen en fase gaseosa y fase líquida.
- Los hidrocarburos aromáticos son de naturaleza incolora.
- Los hidrocarburos aromáticos son insolubles en agua.
Propiedades químicas de los hidrocarburos aromáticos
- Los hidrocarburos aromáticos pueden realizar reacciones de sustitución electrofílica.
- Bajo algunas condiciones, estos hidrocarburos también pueden mostrar reacciones de adición y oxidación.
- Cuando se queman hidrocarburos aromáticos, producen una llamarada amarilla y tiznada.
Preparación de Hidrocarburos Aromáticos
- Reducción de fenol: los hidrocarburos aromáticos dicen que el benceno se puede preparar reduciendo el fenol con polvo de zinc.
C 6 H 6 OH (fenol) + Zn → C 6 H 6 (benceno) + ZnO
- Descarboxilación de ácidos aromáticos: los hidrocarburos aromáticos dicen que el benceno se puede preparar calentando la sal de sodio del ácido benzoico.
C 6 H 6 COONa + NaOH CaO → C 6 H 6 (Benceno)+ Na 2 CO 3
Usos de los Hidrocarburos
- Los hidrocarburos se utilizan en pinturas como disolvente.
- Estos también se utilizan en las industrias de grasas y lubricantes.
- Diferentes tipos de drogas utilizan hidrocarburos para su preparación.
- Los hidrocarburos se utilizan en la síntesis de diferentes tipos de polímeros.
- Los combustibles consisten en hidrocarburos principales.
- El gas natural está compuesto principalmente de metano.
- El etano y el propano se transforman en gas de síntesis o en etileno y propileno.
Ejemplos de preguntas
Pregunta 1: ¿Por qué Metene no existe?
Responder:
El meteno no existe, ya que para que los alquenos se formen, debe haber un doble enlace carbono-carbono, por lo que se necesitan dos átomos de carbono y esta es la razón por la que no existe el meteno, que contiene solo un átomo de carbono.
Pregunta 2: ¿Qué es la regla de Huckel?
Responder:
Los compuestos aromáticos son compuestos que contienen un anillo de benceno, los anillos de benceno contienen electrones que deben seguir una regla llamada regla de Huckel. La presencia de (4n+2) electrones pi en el anillo es la regla de Huckel.
Pregunta 3: ¿Qué es la ozonolisis?
Responder:
La ozonólisis es el proceso de adición de moléculas de ozono al alqueno para formar ozonuro, este proceso es útil para investigar la ubicación del doble enlace en los alquenos.
Pregunta 4: ¿Qué es la pirólisis?
Responder:
La descomposición de alcanos superiores en alcanos inferiores por efecto del calor se llama pirólisis, otro nombre de pirólisis es craqueo.
Pregunta 5: ¿Por qué Methyne no existe?
Responder:
El metino no existe, ya que para que los alquinos se formen, debe haber un triple enlace carbono-carbono, por lo que se necesitan dos átomos de carbono y esta es la razón por la que el metino, que contiene solo un átomo de carbono, no existe.
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Artículo escrito por lastbitcoder y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA