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Química del carbono I - Contenido educativo

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Subido el 15 de abril de 2020 por Segismundo P.

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Buenos días, voy a empezar una nueva unidad que sería la unidad de química del carbono. 00:00:00

Corresponde con lo que tenéis en la unidad 3 de vuestro libro, ya sabéis que dejamos para el final la parte de química, 00:00:08

entonces está en el libro número 1. 00:00:14

Bueno, la química del carbono es una parte muy importante de la química porque el carbono forma muchísimos tipos de compuestos 00:00:18

y no son los que formen muchos tipos de compuestos, sino que además muchos de ellos son los responsables de la vida, 00:00:26

es decir, son los que están en los seres vivos. Por eso inicialmente la química del carbono también se la llamó química orgánica, 00:00:35

se pensaba que solo estaba en los seres orgánicos, los seres que tienen vida. 00:00:42

Posteriormente los químicos se dieron cuenta de que muchas de estas moléculas también se podían sintetizar, 00:00:47

pero inicialmente se pensaba que solamente se podían crear moléculas de la química del carbono o de la química orgánica por un ser vivo. 00:00:54

Por ejemplo, la urea, que es una sustancia que se crea en el ser vivo y que está dentro de los desechos del ser vivo, 00:01:03

fue la primera sustancia, el primer compuesto químico de la química orgánica que se sintetizó en un laboratorio. 00:01:13

A partir de ahí se abrió la puerta a sintetizar muchos otros tipos de compuestos. De hecho, ahora, por ejemplo, toda la industria de los plásticos, depende de la química del carbono, toda la industria de los hidrocarburos, todo lo que son combustibles basados en fósiles, como es el petróleo, está basado, y todos los derivados que hay del petróleo se basan en la química del carbono. 00:01:19

Todos los compuestos volátiles y aromáticos, como es la acetona, bueno, hay toda una industria y tiene una utilidad importantísima para el ser humano, pero aparte es que cuando vamos a la bioquímica y cuando estudiamos cómo reacciona nuestro cuerpo en las reacciones que mantienen las células vivas, 00:01:41

cómo se defiende de un virus, ahora que algo que estará tan, digamos, en el candelero, pues todo esto que es la bioquímica, que es, digamos, el punto donde la química y la biología confluyen, 00:02:01

depende totalmente de cómo es la química del carbono. Bueno, no suelto más rollo con esta introducción. Simplemente comentaros y recordaros que el carbono, 00:02:13

que es, digamos, el elemento estrella de esta química, está en el grupo 14, ¿vale? 00:02:21

Y dentro del grupo 14, os recuerdo que esto significa que en la capa de valencia tiene 4 electrones. 00:02:29

¿Qué implica que tenga 4 electrones en la capa de valencia? 00:02:36

Pues que su valencia, su numerosidad típico va a ser el 4, ¿de acuerdo? 00:02:40

¿De acuerdo? Fijaros que es muy ambivalente porque quiere tener 8 o la capa anterior completa, entonces puede ganar 4, puede perder 4, por eso el número de oxidación puede ser más 4, puede ser menos 4 y hay veces que funcionará teniendo los enlaces de distintas formas. 00:02:46

Vamos a ver cómo puede compartir un par de electrones, dos pares, tres pares, entonces, digamos, puede formar enlaces simples, enlaces dobles, acordaros, hasta ahora habíamos visto un enlace doble en el oxígeno, en la molécula de oxígeno tenía un enlace doble, pero el oxígeno tiene valencia 2, ¿vale? Pues el carbono puede formar enlaces simples, enlaces dobles y enlaces triples. 00:03:02

De todas formas, para todo lo que vamos a ver en esta unidad sobre los distintos compuestos del carbono, vamos a identificar el carbono con valencia 4 y eso es más o menos de cara a nuestro concepto de valencia, es decir, que tiene como cuatro brazos para unirse a otros elementos. 00:03:24

Por ejemplo, si lo unimos al hidrógeno, que tiene valencia 1, os recuerdo que el hidrógeno es como si tuviera un brazo, pues nos quedaría algo de este tipo. 00:03:41

Un carbono unido a cuatro hidrógenos. Esto es lo que conocemos hasta ahora como CH4, que es el metano. 00:03:53

Ya veremos más adelante a qué tipo de compuestos del carbono corresponde el metano. 00:04:04

Entonces hemos dicho que un carbono puede tener enlaces simples, como estos que vemos aquí en el metano, puede tener enlaces dobles, ¿vale? Entonces si tiene enlaces dobles, aquí ya hemos gastado dos de los cuatro enlaces que tiene, nos quedan otros dos disponibles para cada uno de los carbonos, que en principio vamos a combinarlos con hidrógenos. 00:04:11

Todos los que son hidrógenos y carbonos son los que conocemos como hidrocarburos. 00:04:30

Aquí tenemos otro compuesto en el que el carbono tiene un enlace doble. 00:04:35

Y por último, si tuviéramos un enlace triple, veis que ya he gastado tres de los posibles enlaces que tiene, 00:04:39

nos quedaría uno disponible a cada lado y sería un compuesto de este tipo. 00:04:46

En esta primera parte, en esta instrucción, sabes que el carbono puede tener enlaces simples, dobles y triples. 00:04:51

Más cosas interesantes del carbono. 00:05:10

Ya fijaros que el hecho de poder tener tres tipos de enlace hace que haya muchísimos compuestos en los que el carbono toma parte. 00:05:14

Pero además es que el carbono puede formar cadenas. Con este tipo de enlaces que tiene puede formar cadenas. 00:05:23

Y estas cadenas pueden ser de tres tipos. Las cadenas de carbono vamos a llamar cadenas carbonadas. 00:05:32

Estas cadenas pueden ser lineales o abiertas. Este es el primer tipo de cadenas que podemos encontrar en el carbono. 00:05:46

Cuando son lineales o abiertas, van a ser del tipo de lo que os voy a dibujar aquí. 00:05:54

Por supuesto, cada carbono, como tiene tres, y esto lo completaríamos con hidrógenos, 00:06:01

eso sería un elemento, perdón, un compuesto con una cadena lineal o abierta. 00:06:08

Bien, otro tipo de cadenas que puede formar el carbono, vamos allá, 00:06:17

Bueno, serían cíclicas o cerradas. Cuando son cíclicas, pues lo que van a formar es una imagen de un, como si fuera un polígono, ¿vale? 00:06:24

Puede ser el más sencillo, para tener un polígono necesitamos al menos tres lados, con dos lados no podemos hacer un polígono. 00:06:40

Entonces, el más sencillo sería un triángulo, ¿vale? Sería algo de este tipo. 00:06:46

Cada uno tiene dos enlaces, pues nos quedaría para otros dos en cada uno de ellos, ¿vale? 00:06:50

Y en estos podemos, igual que antes, añadir más hidrógenos, ¿vale? 00:06:55

Poder formar estructura de pentágono, por ejemplo, ¿vale? 00:07:01

Puede ser diferentes tipos de polígonos, ¿vale? 00:07:07

Aquí igualmente tendríamos que completarlo con más hidrógenos. 00:07:10

No voy a dibujarlos ahora todos ellos, ¿de acuerdo? 00:07:14

Estos serían estructuras cíclicas o cerradas. 00:07:17

Y pueden tener ramificaciones, con ramificaciones. 00:07:19

Y con ramificaciones podemos tener cadenas de este tipo. Por aquí seguir carbonos hacia abajo o por aquí seguir hacia arriba y tenemos distintas ramas. Por supuesto, cada uno los habría que completar hasta tener cuatro enlaces y si son con el hidrógeno, pues los completaríamos añadiendo hidrógenos, que igualmente que antes no lo voy a completar aquí. 00:07:23

Vale, hasta ahora hemos visto el carbono uniéndose al hidrógeno, pero el carbono en la química orgánica o en la química del carbono se puede unir a muchos elementos, pero lo más típico van a ser el hidrógeno, que hemos visto ya cómo se unía, el nitrógeno y el oxígeno. 00:08:01

Os recuerdo, el hidrógeno tenía valencia 1, el nitrógeno tiene valencia 3 y el oxígeno valencia 2. 00:08:19

Con el hidrógeno, pues ya hemos visto antes claramente, si el carbono tiene 4 enlaces, pues va a formar algo de este tipo. 00:08:28

Con el nitrógeno, pues va a formar cadenas de este tipo. 00:08:37

Imaginaos, puede ser con hidrógeno y con nitrógeno, con ambos. 00:08:43

Imaginaos que tengamos algo así. 00:08:47

Esto sería una molécula típica en la que entra en juego el nitrógeno, ¿de acuerdo? 00:08:49

Y con el oxígeno puede estar o bien en mitad de una cadena, por ejemplo algo de este tipo, ¿vale? 00:08:57

Como el oxígeno tiene dos, pues sería una estructura más o menos así. 00:09:07

Aquí podemos completar con hidrógenos o puede ser algo así también. 00:09:13

El oxígeno aquí y aquí un hidrógeno. 00:09:17

Tenemos distintas opciones 00:09:19

Puede haber incluso que el oxígeno utilice dos enlaces con el carbono 00:09:23

Y quede el otro para un hidrógeno 00:09:27

Bueno, hay distintas opciones de cadenas de este tipo 00:09:29

O, fijaros, todavía más oxígeno así 00:09:35

Esto sería un ácido 00:09:39

Tenemos distintos tipos de cadenas que puede ir formando el carbono 00:09:40

Esto nos daría una idea un poco de la estructura de la molécula 00:09:45

Más cosas interesantes que podemos ver en esta primera lección sobre la química del carbono. 00:09:51

Pues lo que son los halótropos. 00:09:57

Los halótropos son sustancias que están todas hechas con el mismo elemento, en este caso con un único elemento, 00:09:59

en este caso vamos a considerar el carbono, un único elemento, por ejemplo el carbono, 00:10:13

pero con distinta forma, o en la que se encuentran ordenados de forma diferente. 00:10:21

En cada compuesto el orden es diferente. 00:10:27

Así tenemos, por ejemplo, el diamante. 00:10:42

El diamante tiene una estructura como de red, con varios tetraedros unidos entre ellos, 00:10:45

donde forma una estructura que es muy dura, por eso el diamante es uno de los compuestos más duros que hay. 00:10:52

Es un cristal. 00:10:59

El grafito también es carbono puro. El grafito es lo que tenéis en la mina de los lápices. Y el grafito tiene estructuras hexagonales como en capas. Entonces las uniones entre cada hexágono son muy duras, pero entre una capa y la otra las uniones son muy blandas. 00:11:00

Entonces estas uniones que hay entre una capa y otra que son muy blandas, por eso hace que cuando tú, digamos, frotas la mina de lápiz contra un papel, pues deja una marca porque una de las capas se está separando y queda, digamos, depositada y pegada al papel por uniones electrostáticas. 00:11:20

Fijaros que tanto el diamante como el grafito están hechos de carbono puro y duro 00:11:38

El carbono, sabéis que en inglés es carbon, mientras que en inglés el carbón es coal 00:11:44

Pero la estructura del carbón es más tipo un grafito 00:11:50

El grafito de hecho es un tipo de carbón, por eso carbono, carbon 00:11:55

Y hay otras formas descubiertas más recientemente como es por ejemplo el fullereno 00:11:59

El bullereno tiene forma como de balón de fútbol, ¿vale? Se llama así por el apellido del químico que lo descubrió. Hay nanotubos de carbono, hay el carbino, ¿vale? Son compuestos que tienen mucho interés industrialmente hablando porque son compuestos muy ligeros, es decir, que pesan muy poco y son muy muy resistentes. 00:12:05

Entonces, por ejemplo, el grafeno abre todo un campo de aplicaciones en la industria de materiales nuevos que tienen que ser muy resistentes pero que pesen muy poquito. 00:12:32

Pensad, por ejemplo, toda la aeronáutica, además para reducir consumos, que sea más eficiente. 00:12:45

Los nanotubos de carbono, por ejemplo, cada vez se utilizan más y se piensan en utilizarlos, por ejemplo, en medicina. 00:12:54

Hay moléculas tipo el fuyereno, se puede utilizar también en medicina para transportar, por ejemplo, hay algunos estudios sobre utilizar moléculas de este tipo para que transporten moléculas de colesterol que se acumulan en las arterias y poder limpiar las arterias que empiezan a estar. 00:13:02

Bueno, hay muchos estudios y muchas investigaciones donde todo esto se lleva a la práctica. 00:13:18

a ver, porque tengáis una imagen un poco más clara 00:13:23

de una molécula, por ejemplo, de cómo es la estructura 00:13:30

cristalina del diamante y del grafito, aquí lo tenéis directamente 00:13:34

en la web, veis como la estructura del diamante 00:13:38

es puramente, hay un montón de uniones entre ellos, es como una red 00:13:42

de uniones en tres dimensiones, por eso el diamante es tan duro 00:13:46

Sin embargo, el grafito, si veis aquí abajo en esta otra imagen, veis claramente cómo están las distintas capas. 00:13:51

Y por eso se puede, digamos, desprender tan fácilmente. 00:13:58

Luego tenemos, por ejemplo, la imagen del fullereno. 00:14:06

A ver si quiere cargar la página esta. 00:14:10

Sí, aquí está. 00:14:12

Veis que son pentágonos y hexágonos. 00:14:13

Es justamente la misma estructura que tiene un balón de fútbol de cuero que ha estado cosido, ¿vale? 00:14:16

Los tradicionales ahora los hacen con más formas, pero fijaros que en la naturaleza ya, de forma natural, existe este tipo de molécula. 00:14:21

El fuyereno, este que es el más típico, es el del carbono con 60 átomos. Esta molécula lleva 60 átomos de carbono. 00:14:30

Bueno, Richard Backmister Fuller fue un arquitecto que utilizó esta estructura ya en algunas de sus, digamos, de sus edificios o de sus estructuras que diseñó. 00:14:40

Por último, en esta primera parte de introducción, porque ya lo siguiente que pasaremos es a la formulación, me gustaría comentaros que hay distintos tipos de formas de escribir las fórmulas en química orgánica o en química del carbono. 00:14:53

Lo primero que tenemos es la forma molecular. Por ejemplo, si escribimos un C4H10, aquí estamos dando información de que tenemos 4 átomos de carbono y 10 átomos de hidrógeno. 00:15:12

¿Vale? Podemos escribirlo de forma desarrollada. Lo que hacemos de forma desarrollada, lo que estamos haciendo es dibujar los cuatro átomos de carbono, que en este caso ya os digo que es el que tiene enlaces simples todos, y añadimos los hidrógenos. 00:15:30

¿Vale? Fijaros que es lo mismo, pero aquí ya tenemos una idea de cómo es estructuralmente hablando la molécula, ¿vale? Tenemos una idea más clara. 00:15:50

Aunque tengamos una idea clara, sí os adelanto ya que existen, para una misma fórmula molecular pueden existir distintas formas desarrolladas, ¿vale? 00:16:05

Cuando para una fórmula molecular hay distintas, más de una, ¿vale? 00:16:16

Esos se llaman isómeros, ¿vale? Esos son isómeros. 00:16:22

Cuando tenemos distintas formas desarrolladas de una misma forma molecular. 00:16:27

Y finalmente podemos usar una también que es, bueno, hay más que veréis más adelante en cursos superiores, 00:16:32

pero en este momento lo que vamos a ver este año es la semidesarrollada. 00:16:38

La semidesarrollada, para no tener que estar dibujando tantas líneas, 00:16:41

Lo que hacemos, todo este bloque de aquí sería un C con tres hidrógenos, sería un CH3, este bloque aquí sería CH2, CH2 y nuevamente CH3, ¿vale? 00:16:45

Esta va a ser una de las que vamos a usar más típicamente cuando hagamos, digamos, escribamos las ecuaciones con formulación, sobre todo para diferenciar los distintos isómeros, ¿de acuerdo? 00:17:00

Y bueno, pues esto es en principio lo que os quiero contar en este primer vídeo. Continuaremos más adelante con la parte de formulación en un segundo vídeo, ¿de acuerdo? Pues nada, esto es todo por ahora. Hasta pronto. Os veo en el siguiente vídeo. 00:17:12

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