Síntesis y Ejercicios de Propiedades del Carbono

Propiedades del Carbono

Ubicación en la Tabla Periódica

En la tabla periódica, el carbono es el primer elemento de la familia IV A de los elementos representativos y es un no metal. Se une químicamente con otros elementos para formar compuestos inorgánicos, como carburos (CaC2), óxidos (CO2) y sales (Na2CO3).

Alótropos

 Tanto en el diamante como en el grafito se encuentran formados solamente por átomos de CARBONO.

A las diferentes estructuras de sustancias con el mismo tipo de átomos se les conoce como formas alotrópicas, en este caso el diamante y el grafito son dos de los alótropos naturales más abundantes del carbono.

Estructura Atómica

Enlaces

El metano es el compuesto más pequeño cuando se combinan átomos carbono e hidrógeno..

Cada enlace covalente se forma con un par de electrones, uno de cada átomo que se une.

Ejercicio 1

Pregunta 2

Pregunta 3

Hidrocarburos

Los átomos de carbono se enlazan químicamente entre sí formando largas cadenas lineales o ramificadas, que van desde unos cuantos átomos hasta miles de ellos. El carbono tiene una inimaginable cantidad de compuestos, a esta propiedad se le conoce como concatenación.

Los enlaces carbono-carbono pueden ser simples, dobles o triples.

En las fórmulas desarrolladas de los compuestos orgánicos los átomos de C invariablemente tendrán cuatro enlaces representados mediante líneas; por otro lado, el átomo de hidrógeno al combinarse químicamente sólo puede formar un enlace que se representa con una sola línea.

Hidrocarburos Alifáticos 

Son HC de cadenas abiertas o cerradas y se clasifican en saturados e insaturados dependiendo de la cantidad  de átomos de hidrógeno y está determinado por las uniones carbono-carbono, simples, dobles y triples llamados alcanos, alquenos y alquinos respectivamente. 

Aromáticos

Son HC cíclicos que contienen la estructura básica del benceno, C6H6 Las siguientes son distintas representaciones del benceno.

Hidrocarburos Saturados

Los HC saturados son aquellos compuestos que tienen el máximo de átomos de hidrógeno en su estructura molecular, es decir están saturados de hidrógeno, estos compuestos solamente presentan enlaces sencillos:  C-C  ó  C-H, los HC saturados también son llamados Alcanos o parafinas.

Hidrocarburos Insaturados

Los HC insaturados son aquellos compuestos que tienen al menos un enlace doble o triple entre los átomos de carbono que los forman; debido a que los átomos de carbono al unirse entre sí con enlaces múltiples agotan las posibilidades de enlazarse con el hidrógeno. La cantidad de átomos de hidrógeno que tienen los HC insaturados es siempre menor a la de los saturados de igual número de átomos de C.

Alcanos

Son aquellos HC que sólo presentan enlaces covalentes simples, pueden ser cadenas abiertas o cerradas, ramificadas o lineales.

Alquenos

Son HC que en su composición tienen menos átomos de hidrógeno que el alcano del mismo número de carbonos, y en su estructura se encuentra por lo menos un enlace doble, también son llamados olefinas.

Alquinos

Son HC que en su estructura se encuentra por lo menos un enlace triple, también son llamados acetilénicos.

Hidrocarburos Lineales

Si un HC está constituido por una sola cadena de átomos de carbono, ya sea abierta o cíclica, se clasifica como lineal. 

Hidrocarburos Ramificados

En el HC ramificado, la cadena de mayor número de átomos de carbono es considerada como la cadena principal y las cadenas adicionales se consideran ramificaciones. En un hidrocarburo cíclico toda cadena adicional a éste se considera una ramificación. 

Ejercicio 2

Formulas y Nomenclaturas de HC

Desarrollada: Se representan todos los átomos de carbono e hidrógeno, así como sus enlaces, en una estructura plana.

Semidesarrollada: Se agrupan los hidrógenos al átomo de carbono con el que se encuentran enlazados, esto se hace con cada átomo de carbono para estructuras relativamente cortas.

De Esqueleto:  Consiste en trazar líneas en zig-zag, donde los vértices y los extremos representan átomos de carbono unidos mediante líneas sencillas, dobles o triples, y  los hidrógenos no se representan.

De esferas y Palos: En este modelo los átomos son esferas compactas que se unen mostrando el acomodamiento espacial más probable de los átomos de carbono e hidrógeno.

Condensada: En ésta se agrupan todos los átomos de carbono e hidrógeno, es útil para ver la composición pero no la estructura.

Para nombrar un HC lineal de cadena abierta:

-Se cuenta el número de átomos de carbono y se elige la raíz griega correspondiente.

-Se identifica el tipo de enlaces que hay; sencillo, doble o triple; para dar la terminación del nombre.

-Si hay enlace doble o triple, se enumeran los átomos de carbono asignándole la menor posición al enlace múltiple.

-Se nombra el HC empezando por la posición del enlace doble o triple y posteriormente se escribe el nombre de la cadena principal.

Para nombrar un HC de cadena abierta ramificada:

-Se cuenta el número de átomos de carbono de la cadena más larga y, en su caso, que contenga el enlace doble o triple, se enumeran los átomos de carbono asignándole la menor posición al enlace múltiple para asignarle nombre a la cadena principal.

-Se identifican las ramificaciones y el número de átomos de carbono que las forman para asignarles nombre, se utilizan las mismas raíces griegas pero se les da terminación - il

-Se nombra la estructura enlistando las ramificaciones en orden alfabético indicando su posición, y posteriormente se nombra la cadena principal.

Ejercicio 3

Compuestos del Carbono

El carbono puede formar una amplia gama de compuestos enlazándose con otros elementos además del hidrógeno; de esta forma es posible encontrarlo formando compuestos con oxígeno, con nitrógeno o con azufre, o bien, con diferentes elementos a la vez.

Ejercicio 4

Isometría

El carbono al unirse a otros átomos de carbono produce una gran variedad de compuestos. A partir de 4 átomos de carbono podemos encontrar dos o más compuestos con la misma cantidad de átomos, en otras palabras, tienen la misma fórmula molecular o condensada, sin embargo, la distribución atómica de éstos es diferente, es decir, sus estructuras no son iguales.

Así como las formas alotrópicas del carbono (grafito, diamante, carbono amorfo, fullereno, nanotubos) presentan diferentes propiedades, los isómeros también presentan diferentes propiedades debido a su estructura.

Ejercico 5

Estructura y Propiedad.

Actividad Final

Referencias

Libros

Dingrando, L. et al. (2002). Química, Materia y Cambio. Colombia: McGraw- Hill.

García, J. y Ortega, F. (2004). Periodicidad Química. México: Trillas.

Espriella, A. (2011). Química Orgánica Básica. Un acercamiento a la estructura en el nivel nanoscópico para explicar lo macroscópico. México: Universidad Autónoma de México, UAM.

Lewis, M. y Waller, G. (1995). Química Razonada. México: Trillas.

Morrison, R. y Boyd, R. (1998). Química orgánica. México: Ed. Addison Wesley Longman.

---

Internet

Textos científicos (s/f). Modelo de Repulsión de los Pares de Electrones de la Capa de Valencia. Recuperado de  http://www.textoscientificos.com/quimica/inorganica/vserp (abril, 2012).

---

Videos

El carbono (s/f). Recuperado de http://www.youtube.com/watch?v=365Iq9EYNE0&feature=related (abril, 2012).

Enlace carbono-carbono (s/f) Recuperado de  http://www.youtube.com/watch?v=YQ3k_NgvrxI&feature=related (abril, 2012).

---

Imágenes

Carbón. Recuperado de
http://www.marilolopezgarrido.com/wp-content/uploads/2011/06/Carbon.jpg (abril, 2012)

Carbono amorfo. Recuperado de http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/90/Amorphous_Carbon.png/220px-Amorphous_Carbon.png

Diamante y grafito. Recuperado de http://3.bp.blogspot.com/-PGf5rzOBpaw/Tp5HJjJwugI/AAAAAAAAAOQ/FLkxz6Dj0Rc/s1600/diamante%2Bcarbon.jpg  (abril, 2012).

Metil-propano. Recuperado de
https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEhwiL_H-9j9h27PiKLZGUs2OptQCCObSoGIhL5bNEpTXWcFSsHEvp4qp67S4dxZCQCQ1H5M-Rr06AOuDDYMmeNNzrP9o9BMInrNnrliuVdSEhZcKOsxqr0lOXyR1vbBH1lTd6mQoggCtHQ/s400/metilpropano.jpg

Metoxienato. Recuperado de http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/96/Methoxyethane-3D-balls.png/220px-Methoxyethane-3D-balls.png

Nanotubo. Recuperado de
http://www.ecuadorciencia.org/images/nanotecnologia/nanotubo-carbono2.jpg

N-butano. Recuperado de  http://wikienergia.com/~edp/images/thumb/3/31/MoleculaNButano.jpg/300px-MoleculaNButano.jpg

1-propanol. Recuperado de
http://www.tennoji-h.oku.ed.jp/tennoji/oka/2004/1-propanol-b.gif

2-propanol. Recuperado de
http://www.tennoji-h.oku.ed.jp/tennoji/oka/2004/2-propanol-b.gif

¿Qué es el Pan?

Objetivo:
Identificar nutrientes en las diferentes muestras de pan.

Información Bibliográfica:
Pan dulce:
Hipótesis:
Se identificaran sales, glúcidos, lípidos etc, en distintas cantidades de proporción debido a que se trata de dos distintos tipos de pan (dulce y salado).
Materiales:

1 Gradilla
6 Tubos de ensaye
1 mechero de alcohol
Pinzas para tubo de ensaye
Balanza
3 pipetas
Cristalizador
Agua destilada
Molibdato de amonio al 16%
Nitrato de plata 0.1 N
Ácido nítrico concentrado
Cloruro de bario 1 N
Reactivo de Fehlin A y B
Nitrato de amonio 1 N
Lugol
NaOh al 40 %
Hidróxido de amonio
Sulfato de cobre

Procedimiento:

PARTE A

1. Coloca en un tubo de ensaye un trozo de miga de pan.

2. Con las pinzas calienta en el tubo de ensaye en la llama del 

mechero,  anota tus observaciones.

FOSFATOS

1. Introducir un trozo de miga en otro tubo de ensaye

2. Añade agua destilada suficiente hasta que sobre salga del nivel de la miga.

3. Agitar el tubo de ensaye y añadir gota a gota una solución de cloruro de bario 1N. 

1. Poner  en un tubo de ensaye 1 mL de disolución de molibdato de amonio al 15%.

2. Añadir  0.5 mL de HNO3 concentrado y 0.5 mL de agua destilada, agitar, esta mezcla constituye el reactivo específico del fósforo.

3. Poner en otro tubo de ensaye un trozo de la miga de pan

4. Añadir agua destilada hasta rebasar el nivel del pan (arriba de 2 cm).

5. Añadir 5 gotas de la disolución de nitrato de amonio y posteriormente 1 mL del reactivo de fósforo preparado anteriormente.

6. Colocar el tubo a un baño maría

PARTE C

Análisis de Glúcidos 

1. Poner en un tubo de ensaye 1 mL de reactivo de Fehling A y añadir 1 mL de Fehling B 

2. Introducir un trozo de miga de pan en el tubo y llevarlo al baño maría. 

Se observará la reducción del reactivo, debido a la maltosa y glucosa presentes en el pan, formadas por la fermentación del almidón de la harina llevada a cabo por la levadura.

Análisis:
Parte A
Desprendió un olor un tanto desagradable.

Parte B
En ambas muestra de pan se identificaron cloruros.
En el pan salado se identificaron fosfatos mientras que en el pan dulce no.

Parte C
Se quemo más a prisa el pan dulce que el pan salado.
Conclusiones:
Ambas muestras de pan contenían diferentes cantidades de Fosfatos y Cloruros.

Fermentación Láctica

Objetivo: 
Determinar las características de una fermentación Láctica.
Información Bibliográfica:

La acidez de la leche fermentada se debe al ácido láctico que se forma por la transformación de los azúcares de la leche (lactosa). 

Este mismo tipo de fermentación es el que sufre la col en la preparación del sauerkraut, que tanto se consume en Europa.

Durante el proceso se agrega carbonato de calcio para formar lactato de calcio, que precipita y se elimina por filtración.

Con lo cual el proceso continúa, ya que el ácido láctico, de no ser eliminado a medida que se forma, al alcanzar una concentración del 1% inactiva la bacteria.

El lactato de calcio se trata con ácido sulfúrico, que libera el ácido láctico y el sulfato de calcio insoluble que se separa por filtración. El filtrado se concentra hasta un contenido del 50% de ácido láctico. Así, las fermentaciones pueden ser provocadas por muy diversos microorganismos, por lo que las transformaciones pueden seguir distintos caminos y, por lo tanto, obtenerse diferentes productos, tales como ácido butírico, butanol, acetona, isopropanol, ácido propiónico y muchos otros más.

Hipótesis:
Existirá la presencia de ácido láctico en la muestra realizada de queso debido a que ste lo protegera contra la acción de otros organismos dañinos, así como también estarán presentes las proteínas, los lípidos y algunos otros nutrientes.


Diseño Experimental:
Materiales:

Un vaso de precipitado de 1000 mL
Una bureta de 250 mL
Un mechero bunsen
Dos vasos de precipitados, uno de 250 mL y otro de 50 mL
Soporte Universal
Un cuchillo
Manta
Probeta de 100 mL
Un litro de leche entera
Disolución de cloruro de calcio al 50 %
Agua destilada
Cloruro de Sodio
Cuajo líquido
Disolución 0.1 M de NaOH
Indicador Universal
Papel pH


Procedimiento:

Formación de Queso

1. Vacía 500 mL de  leche en el vaso de precipitados de 1000 mL y calienta a 37 oC durante 5 minutos.
2. Toma 10 mL de la disolución preparada de cloruro de calcio y agrégaselo a la leche, continúa agitando.

3. Agrega de 5 a 7 gotas de cuajo líquido, agita. Suspende el calentamiento.

4. Deja reposar por espacio de media hora.

5. En la superficie del queso formado coloca una cuchara pequeña de madera y si no se hunde indica que ya está listo.

6. Corta la cuajada en trozos aproximadamente de 1 cm2.

7. Coloca la manta sobre un vaso y pasa el queso a la manta para que escurra el suero.

8. Una vez separado el suero del queso, agrégale un poco de cloruro de sodio y mezcla bien.

9.  Finalmente pásalo a un recipiente previamente humedecido, espera a que deje de escurrir y estará listo.

10. Toma una porción para realizar el análisis cualitativo de componentes.

Preparación:
 Para preparar la disolución de cloruro de calcio, pesa 2.5 gr. de cloruro de calcio y agrégalo en un tubo de ensayo que contenga 2.5 mL de agua destilada, agita.

Esta disolución agrégasela a 100 mL de agua destilada.

Si utilizas cuajo de res lícualo y agrega 25 mL del cuajo molido en 100 mL de agua destilada.

Análisis del Suero
1. Introduce un papel pH al suero y anota su valor. ¿qué tipo de sustancia es?

2. Toma 10 mL del suero y vacíalo en un vaso de precipitados de 50 mL, agrégale unas gotas de indicador universal.

3. Coloca una bureta en un soporte universal y llénala de una disolución 0.1 M de NaOH.

4. Procede a titular el suero, agregando gota a gota la disolución valorada de NaOH sobre los 10 mL del suero, conforme agregues la disolución de hidróxido de sodio agita cuidadosamente el vaso
con el suero para homogenizarla.

5. En el momento en que la disolución cambie de color a verde, se habrá neutralizado.

6. Anota la cantidad de disolución de hidróxido de sodio que agregaste al vaso

7. Realiza los cálculos necesarios para conocer la concentración del ácido que contiene el suero.

Reconocimiento de Glúcidos 
1. Mezcla en un tubo de ensaye 1 mL de solución de Fehling A con 1 mL de Solución de Fehling B. (Reactivo de Fehling)

2. En otro tubo de ensaye pon 1 ml de suero y añade 1 ml de reactivo de Fehling, agita para mezclar y calienta el tubo a baño maría.

Proteínas Solubles

1. En un tubo de ensaye agrega 1 mL de hidróxido de sodio al 40% y añade unas 5 gotas de solución de sulfato de cobre 0.01 M y agita. Aparece un color azul.

2. En otro tubo de ensaye pon 1 mL de suero. Vierte sobre de él, el  contenido del tubo anterior y agita para que se mezcle.

Reconocimiento de la Naturaleza proteica de la Caseína.
Recoge con una espátula la porción del queso que separaste (caseína), ponlo en un papel filtro seco, con el mismo papel presiona el sólido hasta que quede bien seco.

Reacción Xantoproteica
1. Coloca en un tubo de ensaye una pequeña porción de la caseína lavada y seca, agrégale unas gotas de ácido nítrico y calienta a baño maría por espacio de unos segundos.

2. Agrega un mL de hidróxido de amonio.

Reacción Biuret
1. Agrega en un tubo de ensaye una porción de caseína y añádele 1 mL de hidróxido de sodio al 40 % y agita para que se disuelva.

2. Agrega unas gotas de sulfato de cobre 0.01 M. El color violáceo indicará la presencia proteica.


Análisis:

El queso que se obtuvo permaneció por un largo tiempo líquido, se tuvo que esperar algunas horas para que comenzará a formarse el queso.
El número que marco el suero en la prueba de pH fue 6.
No se sufrieron cambios con el reactivo Fehling ni con las proteínas.
Cuando se trabajo con la caseína después de agregar ácido nitrico y amoniaco su tonalidad se torno amarillenta.

Conclusión:
El cloruro de calcio que se agrego a la leche servio para mejorar y estabilizar la capacidad de la leche para formar un coagulo con el cuajo.

Enzimas en la Saliva

Objetivo: Identificar la temperatura y los enzimas como factores que afectan la rapidez de las reacciones químicas.

Información Bibliográfica:

Hidrólisis de Polisacáridos 

La amilasa salival o tialina es la única enzima que hidroliza (desintegra) el almidón.

Hipótesis:

Cuando la mezcla de saliva - almidón se hidrolize completamente se formara una sustancia incolora debido a que la saliva cataliza la ruptura de uniones entre las moléculas de  glucosa que constituyen el almidón.

Materiales:

Fécula de maíz o almidón soluble o una solución al 1% de almidóns

Tintura de Yodo (de farmacia)

Vasos de precipitado de 100 ml

Vaso de precipitado de 250 ml

Tubos de ensayo

Gotero

Cronometro

Pizeta con agua destilada

Agitador de vidrio

Probeta graduada de 10 mL

Procedimiento:

Solución de Almidón

1.- En un vaso de precipitado hacer una pasta con 4 g de fécula de maíz y de 10 a 20 ml de agua fría. Hervir aproximadamente 1/4 litro de agua , verter la pasta sobre el agua hirviendo y revolver para obtener una suspensión levemente opaca. Enfriar la solución. 

Solución de Yodo:

1._ En un vaso de precipitado de 250 mL mezcla  10 gotas de tintura de yodo en 100 mL de agua destilada.

2._ Prepara 10 tubos de ensayo con la disolución  con 5 ml de tintura de yodo preparada en el paso 2.

3._  Un voluntario de tu equipo debe juntar un poco de saliva en un vaso y agregar 5 mL de agua destilada y mezclar.

4._Agrega una solución diluida de saliva 10 mL de la suspensión de almidón, mezcla y toma tiempo, a partir de ese momento.

5._Con intervalos de un minuto toma 3 gotas de la mezcla de almidón con saliva  y colócalas en uno de los vasitos con solución tintura de yodo; mezcla y observa.

6._ Repite el procedimiento dejado trascurrir un minuto entre los ensayos, hasta que no se observe la formación de color azul-violaceo  al agregar la mezcla de saliva-almidón sobre la solución de yodo ( al principio dará color azul intenso, después rojo y al final incoloro; está es la señal de que todo el almidón se ha hidrolizado).

7._ Determina el tiempo que debe trascurrir para la enzima de degrade totalmente el almidón.

8._Registra todas las observaciones y cambios de color.

9._ Efecto de la temperatura. Repetir el proceso desde el paso cuatro hasta el siete, pero colocando la mezcla saliva - almidón en baño de agua con hielo y comparar con otro experimento que se haga con la mezcla colocada en un baño maría para calentarla.

Análisis: 

La mezcla de almidón con saliva tuvo dos cambios de color hasta llegar a un color transparente o incoloro, al agregar el yodo se obtuvo un color azul, paso a un colo violeta para finalmente llegar a una sustancia incolora.

Conclusión: 

El proceso de hidrolización de la mezcla de saliva - almidón fue rápido, pasando por dos cambios de color, de azul a violeta, hasta que la sustancia se hizo incolora en un tiempo aproximado de 6 minutos.

REFERENCIAS:

ANTONIO RICO GALICIA
ROSA ELBA PEREZ ORTA
QUÍMICA SEGUNDO CURSO PARA ESTUDIANTES DE BACHILLERATO
UNAM DELEGACIÓN COYOACÁN 2009
PÁG. 184-187