ESTRUCTURA MOLECULAR

ÁTOMOS

¿QUÉ ES LA QUÍMICA ORGÁNICA?.

SU RELACIÓN CON EL ÁTOMO DE CARBONO

A COMIENZOS DEL SIGLO XIX, BERZELIUS (1807) CLASIFICA LOS COMPUESTOS EN DOS GRANDES TIPOS:

- INORGÁNICOS

- ORGÁNICOS

PARA BERZELIUS, LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS ERAN SINTETIZADOS POR  SERES VIVOS. LA PRODUCCIÓN DE COMPUESTOS ORGÁNICOS EXIGÍA LA INTERVENCIÓN DE UNA FUERZA VITAL QUE NO ESTABA PRESENTE EN EL MUNDO INORGÁNICO

EN 1828, FRIEDRICH WOLHER ROMPE LA DISTINCIÓN ENTRE COMPUESTOS INORGÁNICOS Y ORGÁNICOS, AL SINTETIZAR UREA (ORGÁNICO) A PARTIR DE CIANATO DE AMONIO (INORGÁNICO).
EN 1861 AUGUST KEKULE DEFINE LA QUÍMICA ORGÁNICA COMO LA QUÍMICA DE LOS COMPUESTOS DEL CARBONO.

EN LA ACTUALIDAD SEGUIMOS ENTENDIENDO LA QUÍMICA ORGÁNICA COMO AQUELLA QUE ESTUDIA LOS COMPUESTOS DEL CARBONO.

SIN EMBARGO, HAY COMPUESTOS DEL CARBONO CUYO ESTUDIO QUEDA FUERA DE LA QUÍMICA ORGÁNICA (CO2, CARBONATOS, CIANUROS, ...)

EN GENERAL, LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS CONTIENEN CARBONO Y UNOS POCOS ELEMENTOS: HIDRÓGENO, OXÍGENO, NITRÓGENO, HALÓGENOS, AZUFRE, FÓSFORO. EL MÁS IMPORTANTE, CON DIFERENCIA, DESPUÉS DEL CARBONO ES EL HIDRÓGENO.

AUNQUE PUEDA SORPRENDER, EL NÚMERO DE COMPUESTOS ORGÁNICOS CONOCIDOS ES MUCHO MAYOR (VARIOS MILLONES) QUE EL DE COMPUESTOS INORGÁNICOS (VARIOS CIENTOS DE MILES). LA QUÍMICA ORGÁNICA NOS PERMITE SINTETIZAR PLÁSTICOS, INSECTICIDAS, MEDICAMENTOS, COMBUSTIBLES, FIBRAS TEXTILES, ..., ES DECIR, LA MAYORÍA DE SUSTANCIAS DE ALTO CONSUMO.

CARACTERÍSTICAS DEL ÁTOMO DE CARBONO

Grupo TP
14 
Punto Fusión
Sublima a 3825°C, 4098 K 
Periodo TP
Punto Ebullición
Sublima a 3825°C, 4098 K 
Bloque TP
Densidad (g cm−3)
3,513 (diamante); 2,2 (grafito) 
Número Atómico
Masa atómica relativa
12.011  
Estado a 20°C
Sólido 
Isótopos
12C, 13C, 14C 
Configuración electrónica
[He] 2s22p2 
CAS number
7440-44-0 

ELECTRONEGATIVIDAD INTERMEDIA (2,5)

LE PERMITE FORMAR ENLACES COVALENTES CON METALES Y NO METALES

POSIBILIDAD DE UNIRSE CON OTROS ÁTOMOS DE CARBONO

LE PERMITE FORMAR CADENAS

TRES POSIBLES CONFIGURACIONES ELECTRÓNICAS

LE PERMITE FORMAR ENLACES SENCILLOS, DOBLES O TRIPLES

PRESENTA ALOTROPÍA

ACTUALMENTE CONOCEMOS LAS SIGUIENTES FORMAS ALOTRÓPICAS DEL CARBONO.

AMORFO, GRAFITO, DIAMANTE, GRAFENO Y FULLERENO

TIENE ISÓTOPOS

DOS SON ESTABLES (12C y 13C). EL 14C ES RADIACTIVO (5715 AÑOS DE VIDA MEDIA)

MUCHOS ESTADOS DE OXIDACIÓN

-4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4

CON LA SIGUIENTE SIMULACIÓN PODRÁ ENSAYAR LA CONSTRUCCIÓN DE ISÓTOPOS.

EN QUÍMICA ORGÁNICA SON ESPECIALMENTE INTERESANTES LOS DEL CARBONO

 

 

 

ESTRUCTURA DE LA CUBIERTA ELECTRÓNICA. ORBITALES

Los electrones de la cubierta electrónica ocupan orbitales.

Los orbitales son las regiones del espacio en las que existe probabilidad de encontrar el electrón. Debemos abandonar la ideas de órbitas de Bohr y asumir esta visión mecanocuántica de Schrodinger.

 

LA SIGUIENTE SIMULACIÓN DE PHET NOS PERMITE COMPARAR LOS DIFERENTES MODELOS DEL ÁTOMO DE HIDRÓGENO PROPUESTOS A LO LARGO DE LOS SIGLOS XIX Y XX, ADEMÁS PODREMOS VER CÓMO INTERACCIONAN CADA UNO DE ELLOS CON LA LUZ.

(REQUIERE JAVA)

 

 

PARA ANALIZAR CON MÁS DETALLE LOS ORBITALES DEL HIDRÓGENO SE PUEDE USAR LA SIGUIENTE SIMULACIÓN (REQUIERE JAVA)

ORBITALES DEL HIDRÓGENO

(Paul Falstad)

Los electrones en los orbitales vienen descritos por 4 números cuánticos. Tres de ellos describen el orbital:

n (principal), l (secundario), m (magnético).

El cuarto número cuántico -número cuántico de espín (s)- diferencia entre los dos electrones que pueden ocupar el mismo orbital.

Número Cuántico

Rango de valores

Describe

Principal, n

1, 2, 3, ....

Nivel energético

Secundario, l,

Desde 0 hasta n-1

Forma del orbital

Magnético, m

Desde - l hasta + l

Orientación espacial

Espín, s

± 1/2

Espín del electrón

Orbitales del nivel n=3

Hay tres principios que guían el llenado de orbitales por los electrones:

Principio de construcción (Aufbau):

En su estado fundamental la distribución electrónica de un elemento se construye a partir del inmediato anterior, adicionándole un electrón de modo que le confiera la máxima estabilidad (menor energía)

Principio de exclusión de Pauli:

En un determinado sistema cuántico (átomo o molécula) no pueden existir dos electrones con los cuatro números cuánticos idénticos

Por tanto, en un orbital sólo caben dos electrones que compartirían tres números cuánticos y se diferenciarían en el número cuántico de spin (s)

Regla de la máxima multiplicidad de Hund:

Cuando una serie de orbitales de igual energía (p, d , f) se están llenando con electrones, éstos permanecerán desapareados mientras sea posible, manteniendo los espines paralelos

La aplicación de estos principios permite establecer la distribución de electrones en la cubierta del átomo. Es lo que llamamos configuración electrónica

EL ESPECTRO DE FOTOEMISIÓN DE ELECTRONES NOS PERMITE DETERMINAR LA ENERGÍAS DE IONIZACIÓN DE LOS DIFERENTES ELECTRONES DE UN ÁTOMO

CON LA SIGUIENTE SIMULACIÓN PODRÁ COMPARAR SUS VALORES EN LOS ÁTOMOS MÁS IMPORTANTES DE LA QUÍMICA ORGÁNICA