Fórmula química del carbono: estructura, propiedades, usos, ejemplos de preguntas

El estudio de las sustancias orgánicas que contienen enlaces covalentes entre los átomos de carbono y sus estructuras, características y reacciones se conoce como química orgánica . Su fórmula estructural está determinada por el estudio de la estructura. Se estudian parámetros físicos y químicos y se evalúa la reactividad química para comprender el comportamiento. La síntesis química de productos naturales, medicamentos y polímeros, así como el estudio de moléculas orgánicas individuales en el laboratorio y mediante investigación teórica (in silico), se incluyen en el estudio de las reacciones orgánicas.

Carbón

El grupo 14 de la tabla periódica contiene el elemento químico no metálico carbono (C). Aunque constituye solo alrededor del 0,025 por ciento de la corteza terrestre, el carbono no es particularmente abundante en la naturaleza, pero produce más compuestos que todos los demás elementos juntos. En 1961, se eligió el isótopo carbono-12 para asumir el papel del oxígeno como estándar de referencia para determinar los pesos atómicos de todos los demás elementos. El carbono-14, un isótopo radiactivo, se utiliza en la datación por radiocarbono y el radiomarcaje.

Estructura del Carbono

1. El núcleo del átomo, o número atómico, está formado por 6 protones.
2. Refiriéndose a la Tabla Periódica de Elementos Peso Atómico: (12.0107 g/mol)  
3. Símbolo atómico: C
4. El carbono se asigna al segundo período del cuarto grupo principal en la tabla periódica de elementos. De ello se deduce que dos capas de electrones, que contienen un total de seis electrones, rodean el centro del átomo de carbono. Esto demuestra que tiene cuatro electrones de valencia que pueden formar enlaces.

Propiedades del Carbono

Dado que el carbón vegetal tiene la superficie más grande de todas las sustancias que contienen carbono, también es la más reactiva. Otras formas más densas y menos reactivas incluyen el diamante, el grafito y el carbón.

La primera capa de electrones de carbono tiene dos electrones, mientras que la segunda contiene cuatro de los ocho espacios disponibles. El carbono tiene dos capas de electrones. Cuando los átomos forman enlaces, los electrones en su capa más externa se comparten. Dado que el carbono tiene cuatro espacios abiertos en su capa exterior, puede formar una forma de octeto al unirse con cuatro átomos adicionales.

El carbono crea patrones. Puede unirse a sí mismo para formar polímeros, que son strings largas extremadamente duraderas. Un átomo de carbono tiene la capacidad de construir strings largas con uno, dos o tres átomos de carbono creando hasta cuatro conexiones covalentes. Estas strings pueden ser continuas (directas) o ramificarse. Un anillo puede desarrollarse cuando los dos extremos de una string entran en contacto.

Propiedades físicas

Fase	Sólido (Grafito, Diamante)
Densidad	2.2670gcm –3
Punto de fusion	6422 ∘ F(3550 ∘ C)
Punto de ebullición	6872 ∘ F(3800 ∘ C)
Conductividad eléctrica	El grafito conduce fácilmente la electricidad mientras que el diamante no lo hace.
Número de isótopos	15
Isótopos más comunes	carbono-12 (6 protones, 6 neutrones y 6 electrones) y carbono-13 (6 protones, 7 neutrones y 6 electrones)

Propiedades químicas

Debido a su capacidad para unirse, los átomos de carbono se destacan entre todos los demás átomos que se encuentran en la naturaleza. Es la característica que le da a un átomo de carbono su capacidad especial para construir largas strings de átomos de carbono formando enlaces covalentes con otros átomos de carbono.

Crean enlaces tetravalentes, en los que un átomo de carbono se une a cuatro átomos de carbono adicionales. Tienen una estructura repetitiva porque esta estructura se puede repetir indefinidamente sin afectar la estabilidad de los enlaces o los compuestos creados.

Las strings pueden convertirse en ramas, que luego se convierten en sub-ramas, que luego se convierten en anillos, y así sucesivamente. Actualmente, hay dos categorías de compuestos de carbono, la primera de las cuales son moléculas alifáticas o de string abierta. 

• Reacción de combustión : La reacción de combustión es el proceso de quemar carbono o un compuesto de carbono en presencia de más oxígeno del necesario para producir calor y luz.

2C ₂ H ₆ +7O ₂ → 4CO ₂ +6H ₂ O+ energía

• Reacción de oxidación: El carbono es un poderoso agente reductor. Convierte los rusts que contienen metales en sus respectivos metales. El agua se convierte en hidrógeno y los sulfatos metálicos en sulfuros.

2MgO+C → CO2 ₊ 2Mg

• Reacción de adición: los alquenos y alquinos, que son moléculas orgánicas con numerosos enlaces (=, enlaces) y están insaturados, pasan por procesos adicionales para saturarse. La reacción del reactivo ocurre en los átomos de carbono con doble o triple enlace durante la adición del reactivo.                  

  

 Usos del Carbono

1. El carbono se diferencia de otros elementos porque puede formar strings firmemente unidas con átomos de hidrógeno entre ellos. La mayoría de estos hidrocarburos, que se cosechan naturalmente como combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural), se utilizan como combustibles. Una porción pequeña pero significativa sirve como materia prima para las industrias petroquímicas, que fabrican polímeros, textiles, pinturas, solventes y plásticos, entre otras cosas.
2. Los metales se funden usando coque hecho de carbón y carbón vegetal, dos formas de carbono impuro. En los sectores siderúrgico es muy significativo.
3. Lápices, escobillas de motores eléctricos y revestimientos de hornos emplean grafito. La purificación y la filtración se realizan con carbón activado. Tanto las campanas extractoras de cocina como los respiradores lo contienen.
4. Como material muy resistente y ligero, la fibra de carbono tiene una amplia gama de aplicaciones. Actualmente, se puede encontrar en raquetas de tenis, esquís, cañas de pescar, cohetes y aviones.
5. Las rocas se cortan y se perforan agujeros con diamantes industriales. Para superficies como hojas de afeitar, las películas de diamante se utilizan como protección.
6. Los avances de hardware en el sector de la electrónica y la nanotecnología, en general, han cambiado con el descubrimiento más reciente de nanotubos de carbono, otros fullerenos y láminas de grafeno del grosor de un átomo.

Ejemplos de preguntas

Pregunta 1: ¿Dónde se encuentra el carbono en la naturaleza?

Responder:

Los siguientes sumideros principales son donde se almacena el carbono en la Tierra: 

1. Moléculas orgánicas en organismos vivos y extintos que se encuentran en la biosfera; 
2. dirust de carbono en la atmósfera; 
3. Materia orgánica en suelos; 
4. Combustibles fósiles y depósitos de rocas sedimentarias como piedra caliza, dolomita y tiza; y 
5. Dirust de carbono atmosférico disuelto en los océanos y conchas de carbonato de calcio en organismos marinos.

Pregunta 2: ¿El Carbono está presente en nuestro cuerpo?

Responder:

Nuestros cuerpos contienen carbono, después de todo, después del oxígeno, es el segundo elemento más frecuente en el cuerpo humano. Nuestro cuerpo contiene carbono en un grado de 18,5 por ciento.

Pregunta 3: ¿Para qué se utiliza el carbono?

Responder:

El carbón, que se compone principalmente de carbono, se utiliza como combustible. Las puntas de los lápices, los crisoles de alta temperatura, las celdas secas, los electrodos y los lubricantes están hechos de grafito. Debido a su extrema dureza, los diamantes también se utilizan en el proceso de fabricación para cortar, taladrar, esmerilar y pulir.

Pregunta 4: ¿Por qué el carbono no forma enlaces iónicos?

Responder:

Podría recoger cuatro electrones, creando un anión C ^– _{4 .} Sin embargo, el núcleo de seis protones tendría problemas para retener 10 electrones o cuatro electrones adicionales. El catión AC ⁺ ₄ podría surgir si pierde cuatro electrones. Sin embargo, se necesitaría mucha energía para eliminar cuatro electrones, dejando un catión de carbono con seis protones en su núcleo y solo quedan dos electrones, lo que tampoco es una condición ideal. Por tanto, el carbono no forma ningún enlace iónico.

Pregunta 5: ¿Es el dirust de carbono tóxico para los humanos?

Responder:

Como gas, el CO ₂ no le hará daño porque no es tóxico. Es importante tener en cuenta que el dirust de carbono es un componente esencial del medio ambiente. El CO ₂ impulsa el sistema respiratorio humano. Nuestra salud solo se ve afectada cuando el porcentaje de CO ₂ aumenta después de un nivel particular.