El carbono y sus grupos funcionales


¿Qué es el carbono? Es un elemento químico no metálico que en estado natural es el constituyente básico de los seres vivos, el petróleo y los fósiles.

También se halla en el aire como dióxido de carbono. De forma elemental podemos encontrar el carbono como diamante, fullereno y grafito (formas alotrópicas). Las cuales son sustancias con propiedades inorgánicas comunes.

El carbono posee propiedades que le otorgan cualidades extraordinarias para la formación de millones de compuestos. La rama de la química que se dedica al estudio del carbono se llama química orgánica.

Propiedades del carbono

  • Capacidad para formar largas cadenas carbonadas estableciendo enlaces covalentes entres sus átomos.
  • El carbono es el único elemento que sufre los tres tipos de hibridación que hay: sp, sp2 y sp3 originando así, compuestos que presentan enlaces covalentes sencillos, dobles y triples.
  • Posee 4 electrones en su último nivel de energía, los cuales son responsables de los múltiples enlaces que puede formar.
  • Por lo general se encuentra en estado sólido a temperatura ambiente.
  • Adopta diferentes conformaciones alotrópicas.
  • Es el principal constituyente de la materia viva.

Estructura del átomo de carbono

Los átomos están formados por partículas subatómicas nucleares como el protón y el neutrón; y los electrones que se encuentran formando una corona electrónica alrededor del núcleo.

La mayor cantidad de masa se concentra en el núcleo, pero son los electrones quienes participan en la formación de enlaces durante las reacciones químicas.

Sin embargo, las propiedades químicas de cualquier elemento se establecen mediante el número de protones contenidos en el núcleo y el análogo número de electrones alrededor de éste.

En conclusión, conocer la cantidad de protones y la masa atómica de un elemento se vuelve indispensable para saber la interacción química que tendrá durante las reacciones que se dan bajo diferentes condiciones.

El carbono tiene:

  • Número atómico (Z) igual a 6 es decir posee 6 protones en su núcleo.
  • Tiene 6 electrones, en estado neutro, de los cuales, cuatro electrones están en su último nivel de energía (electrones de valencia).
  • La masa atómica (A) es igual a 12, en el carbono común, pero la cantidad de neutrones puede variar para dar origen a los isótopos del carbono.



GRUPOS FUNCIONALES

Las propiedades de los compuestos de carbono dependen del arreglo de sus cadenas y tipos de átomos a los que están unidos, esto es, a su estructura.

Un grupo funcional es un átomo o un arreglo de átomos que siempre reaccionan de una forma determinada; además, es la parte de la molécula responsable de su comportamiento químico ya que le confiere propiedades características. Muchos compuestos orgánicos contienen más de un grupo funcional.

Los alcanos, alquenos y alquinos poseen enlaces carbono – carbono simples, dobles o triples.

Se nombran como hidrocarburos alifáticos (alcanos, alquenos y alquinos) ya que están formados por átomos de H y C que no poseen cualidades aromáticas.

También se conocen con el nombre de hidrocarburos saturados o parafinas. La denominación de “saturados” se debe a que poseen la máxima cantidad de hidrógenos que una cadena carbonada puede permitir.

 

Un haloalcano, también conocido como halogenuro de alquilo, halogenoalcano o haluro de alquilo, es un compuesto químico derivado de un alcano por sustitución de uno o más átomos de hidrógeno por átomos de halógeno. La sustitución con flúor, cloro, bromo y yodo conduce a fluoroalcanos, cloroalcanos, bromoalcanos y yodoalcanos, respectivamente. Los compuestos mixtos también son posibles, y son aquellos en los cuales por sustitución de más de un hidrógeno se han sustituido dos o más halógenos diferentes. Los ejemplos más conocidos son los clorofluorocarburos (CFC) que son los principales responsables del agujero en la capa de ozono. Los haloalcanos son usados en la fabricación de dispositivos semiconductores, como refrigerantes, agentes espumantes, disolventes, propelentes en sprays, agentes extintores y reactivos químicos.

 

Los compuestos oxigenados son aquellos compuestos químicos que contienen (al menos) un átomo de oxígeno en uno o más de sus grupos funcionales.

Hay distintos tipos de compuestos oxigenados:

  • Los alcoholes.
  • Los aldehídos.
  • Las cetonas.
  • Los ésteres.
  • Los éteres.
  • Los ácidos carboxílicos.

 

Las aminas son compuestos orgánicos multifuncionales que derivan del amoníaco. Al igual que el amoníaco, las aminas son bases débiles y pueden neutralizar componentes ácidos y mantener el equilibrio del pH en una amplia variedad de productos y aplicaciones.

Las amidas son moléculas orgánicas con el grupo funcional amida. Este consiste en un grupo carbonilo (C=O) unido a un grupo amina (-NH2). Las amidas pueden ser primarias, secundarias o terciarias. Las amidas secundarias y terciarias se denominan amidas N-sustituidas.