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    APUNTES DE QUÍMICA APLICADA

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    QUÍMICA APLICADA QUÍMICA DEL CARBONO El carbono es el principal elemento que interviene en la química orgánica, es un elemento ampliamente distribuido en la naturaleza, aunque solo constituye el 0.027% de la corteza terrestre, o sea 0.09% en masa. GRAFITO.-

    • Sólido, suave, resbaladizo, tiene lustre metálico, conductor de la electricidad.

    • Formado en láminas paralelas de átomos de carbono que se mantienen unidas por las fuerzas de Lodón en capas hexagonales interconectadas entre sí.

    • Densidad: 2 gr/cm3. • Químicamente poco reactivo • Se puede preparar fibras de grafito ligeras. • Se produce piralizando lentamente fibras orgánicas a una temperatura

    entre 150°C a 300°C para grafitizarlas o sea en for ma amorfa a grafito. DIAMANTE

    • Es el material mas duro que se conoce, es sólido y transparente. • En el diamante los átomos de carbono forman redes covalentes, cada

    átomo está unido a otros cuatro en una estructura tridimensional. • Densidad: 3.51 gr/cm3 • A temperaturas altas (1x105 atm. Y 300°C) el grafito se convierte en

    diamante. Cada año se sintetizan 3x104 kg de diamante grado industrial que sirve para cortes en molienda y pulimentos.

    • Tiene propiedades alisotropicas. • No es un conductor de la electricidad. • Tiene mayor conductividad térmica (entre 4 veces la del cobre o la plata). • Tiene propiedades ópticas y acústicas en forma excepcional.

    BUCKMINSTERFULERENO En 1985 científicos volatizaron el grafito para producir una forma estable de molécula de carbono consistente en 60 átomos de carbono dispuestos en una forma esférica desigual parecida a un balón de fútbol. La molécula recibió el nombre de Buckminsterfulereno (“pelota de Bucky”) en honor a R. Buckminster Fuller.

    • Grafito • Diamante • Buckminsterfulereno

    Las tres formas de carbono elemental existentes en la naturaleza son: D

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    FORMAS MICROCRISTALINAS O AMORFAS DE GRAFITO HUMO NEGRO Se forma cuando se calientan hidrocarburos como el metano con una provisión muy limitada de oxigeno. CH4 (gas) + O2 (gas) C(gas) + 2H2O (vapor) Se usa como pigmento en tintas negras y en la manufactura de neumáticos para automóvil. CARBON VEGETAL Se forma secando la madera y quemando en aumento de aire y presenta una estructura abierta que le da una enorme superficie con unidad de masa. CARBON ACTIVADO Es una forma pulverizada que se limpia por calentamiento de vapor. Se usa en filtros para eliminar malos olores del aire e impurezas coloridas. EN FORMA COMBINADA

    • Existe principalmente en forma de carbonatos (CO3). • Como caliza (CaCO3). • Magnesia (MgCO3). • Como CO y CO2 en la atmósfera. • Carbón impuro en la hulla, antracita, lignito, turba y coque. • En el petróleo, gas natural, en organismos vivos animal y vegetal.

    PROPIEDADES FÍSICAS DEL CARBONO

    • Estructura cristalina: hexagonal • Estructura electrónica: [He] 2s2 2p2 • Pertenece a la familia IV A • No. Atómico z =6 • Masa atómica 12.011

    • # Oxidación 24 +± • Electronegatividad 2.5 • Punto de fusión 3727 °C • Punto de ebullición 4230 °C

    Carbono 12 Presenta una masa atómica de 12 y sirve como patrón de una unidad de masa

    atómica que se define como una masa exacta a igual a 12

    1 de la masa del

    carbono 12. El carbón es un sólido natural café oscuro o negro que se usa como combustible y se forma de plantas fósiles y esta constituido de carbono amorfo y carbono cristalino.

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    PROPIEDADES QUÍMICAS DEL CARBONO

    • Se une consigo mismo y con otros elementos particularmente la unión carbono-hidrogeno, sobre todo en la química orgánica con una unión covalente (No hay cesión de electrones, se comparten).

    • Tiene la capacidad de formar cadenas muy estables de átomos de carbono entre si con uniones simples, dobles o triples, por lo que se deriva la posibilidad de un enorme número de compuestos orgánicos.

    • Se combina con los metales dando Carburos.

    Por ejemplo: C + Ca CCa2 Carburo de Calcio

    • Con los halógenos solamente lo ataca el fluor.

    2F2 + C CF4 Fluoruro de carbono.

    El carbono se quema en el aire y al rojo descompone al vapor de agua a temperaturas elevadas y en presencia de poco oxigeno formando CO, pero cuando hay presencia de oxigeno da CO2 y simplemente a temperaturas bajas.

    • El CO es combustible y tiene un carácter muy reductor, muy tóxico. En presencia de pentoxido de yodo reduce al yodo hasta yodo metálico.

    2252 55 ICOCOOI +→+ Por medio del análisis espectral o bandas de absorción el CO es un poderoso agente de síntesis, es ideal como combustible y reductor industrial.

    � El CO2 no es un combustible, es asfixiante pero no tóxico; en solución acuosa es un disolvente del carbonato de calcio.

    En su forma sólida constituye la nieve carbónica que se usa en refrigerantes y se une en caliente al carbono dando Oxido Carbonico. Disuelto en agua da ácido carbónico:

    3222 COHOHCO  →←+

    MÉTODOS DE OBTENCIÓN

    � CO

    A) Calentando ácido oxálico o fornico con ácido sulfúrico como catalizador.

    COCOOHcat

    oxálicoácido

    OHC ++→ 22.422

    COOHHCOOH

    fornicoácido

    +→ 2

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    B) De la reducción del dióxido de carbono. COCCO 22 →+

    C) Haciendo pasar vapor de agua sobre carbono (Coque) al rojo dando la mezcla de agua.

    COHOHC Coque +→+ 22)(

    � CO2

    A) En la combustión del carbono y compuestos del carbono.

    22 COOC →+ ∆

    OHCOOHC gg 2)(2)(221)(66 367 +→+�

    *Siempre que se quema cualquier hidrocarburo se obtiene C02 + H20.

    B) De los carbonatos en presencia de un ácido.

    2223 COCaClHClCaCO

    calciodecarbonato

    +→+

    de la combustión: 23 COCaOCaCO +→ ∆

    C) En la combustión o descomposición de la glucosa (fermentación).

    2

    tan

    6126 252 COOHC OHHC

    ole

    +→∆

    COMPUESTOS CON NO METALES

    Los no metales reaccionan en forma diferente con el carbono por ejemplo al hacer pasar vapores de azufre sobre carbono al rojo se obtiene el disulfuro de carbono.

    2)()( CSSC vaporrojo →+ el disulfuro de carbono es tóxico y flamable.

    El tetracloruro de carbono que es un solvente de cuerpos grasos y no es flamable se obtiene al atacar metano (CH4) con vapores de cloro en presencia de rayos ultravioleta.

    HClCClClCH

    HClCClClClCHCl

    HClCHClClClClCH

    HClCHClClClClCH

    UV g

    UV

    UV

    UV

    44 42)(4

    43

    322

    23

    +→+

    +→−+

    +→−+

    +→−+

    Mecanismo de reacción

    H | H – C – H + Cl – Cl →UV CH3Cl + HCl | H

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    HIDROCARBUROS

    Los hidrocarburos son los derivados del carbono más sencillos. Resultan de la unión únicamente de átomos de carbono con átomos de hidrógeno y de átomos de carbono entre sí formando cadenas que pueden ser abiertas o cerradas y cuyos «eslabones» pueden estar unidos por enlaces simples o por enlaces múltiples.

    De acuerdo a sus esqueletos. � Cadena abierta. (átomos de carbono lineales) � Cadena cerrada. (cadena cíclica )

    o o

    o Compuestos saturados. Aquellos hidrocarburos que presentan únicamente enlaces simples reciben el nombre de hidrocarburos saturados (alcanos). Cuando se refiere a los compuestos saturados es con hidrógenos. ejemplo: butano

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