Introducción: Tema 1 — Compuestos orgánicos

Los compuestos orgánicos son sustancias formadas principalmente por átomos de carbono unidos entre sí y, casi siempre, a hidrógeno; también pueden contener oxígeno, nitrógeno, azufre, halógenos y otros elementos. El carbono es singular porque forma cuatro enlaces covalentes (\text{valencia} = 4) y se encadena a sí mismo indefinidamente, lo que da origen a millones de moléculas: hidrocarburos, alcoholes, ácidos carboxílicos, ésteres, aminas, entre otros.

Preguntas de «Saberes previos» (respuestas orientativas)

P1. ¿Con qué elementos químicos de la tabla periódica el carbono puede combinarse?

1. El carbono tiene configuración 1s^2 2s^2 2p^2, es decir, 4 electrones de valencia.
2. Para alcanzar la configuración de gas noble (octeto) forma enlaces covalentes, compartiendo 4 electrones.
3. Se combina con casi todos los elementos: H, O, N, S, P, halógenos (F, Cl, Br, I), Si, metales en compuestos organometálicos, etc.
4. Los enlaces más habituales son \text{C–H}, \text{C–C}, \text{C–O}, \text{C–N} y \text{C–X}.

Respuesta: Con prácticamente todos los elementos de la tabla periódica, especialmente con H, O, N, S y los halógenos.

P2. ¿Existen distintos grados de complejidad en las cadenas de carbono? ¿Tiene implicaciones?

1. Los átomos de carbono se enlazan entre sí formando cadenas: lineales, ramificadas y cíclicas.
2. Pueden ser simples, como el metano \text{CH}_4, o muy extensas, como el polietileno [-\text{CH}_2-\text{CH}_2-]_n.
3. También existen enlaces simples, dobles (\text{C=C}) y triples (\text{C} \equiv \text{C}).
4. La complejidad modifica las propiedades físicas (punto de ebullición, solubilidad) y químicas (reactividad, polaridad) del compuesto.

Respuesta: Sí; la longitud, ramificación y tipo de enlace determinan propiedades y reactividad, lo que explica la enorme variedad de materia orgánica.

P3. ¿Qué es una fórmula molecular?

1. Es la expresión que indica el número real de átomos de cada elemento en una molécula.
2. Se escribe con símbolos químicos y subíndices: \text{C}_2\text{H}_6\text{O}.
3. Los subíndices se reducen a su mínima expresión entera (se dice fórmula empírica o mínima cuando corresponde).
4. Ejemplos: \text{CH}_4 (metano), \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 (glucosa), \text{H}_2\text{O}.

Respuesta: Es la expresión que da el número de átomos de cada elemento presentes en una molécula, por ejemplo \text{C}_2\text{H}_6\text{O}.

P4. ¿Cada compuesto tiene su propia fórmula molecular o pueden compartir fórmulas?

1. Varios compuestos sí pueden compartir la misma fórmula molecular.
2. Esto ocurre cuando los átomos se organizan distinto: los isómeros.
3. Ejemplo: la fórmula \text{C}_2\text{H}_6\text{O} corresponde tanto al etanol \text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH} como al dimetil éter \text{CH}_3\text{OCH}_3.
4. Aunque tienen la misma composición, sus propiedades físicas y químicas son distintas.

Respuesta: No; comparten fórmula los isómeros, porque la fórmula molecular no indica la estructura de los enlaces.

P5. ¿Por qué el petróleo es importante para el Ecuador y es materia prima industrial?

1. Ecuador es un país productor de petróleo desde 1972 (bloque Litoral), y el petróleo es uno de sus principales productos de exportación.
2. Constituye una fuente relevante de ingresos fiscales y divisas para el Estado.
3. Es una materia prima: mediante destilación fraccionada se separan gasolina, queroseno, diésel, naftas y lubricantes.
4. Los hidrocarburos obtenidos se transforman en plásticos, fibras, caucho, fertilizantes, medicamentos y solventes.

Respuesta: Es un recurso estratégico y una materia prima porque de él se obtiene energía y miles de derivados que abastecen a la industria y al comercio.

P6. ¿Por qué el metano preocupa a los científicos?

1. El metano, \text{CH}_4, es un hidrocarburo del gas natural y también de la digestión anaeróbia (ganadería, vertederos) y de la descomposición de hielos.
2. Es un gas de efecto invernadero: absorbe radiación infrarroja reemitida por la superficie terrestre.
3. Su poder de calentamiento es mucho mayor que el del \text{CO}_2: cerca de 28 veces la fuerza de calentamiento sobre 100 años.
4. Por eso, el aumento de sus concentraciones intensifica el cambio climático global.

Respuesta: El \text{CH}_4 retiene calor atmosférico con gran eficacia; su creciente emisión provoca un calentamiento global más acelerado.

P7. ¿Qué combustible usan los motores a combustión y de dónde proviene la gasolina?

1. La mayoría de los motores de vehículos funcionan con combustibles derivados del petróleo: gasolina, diésel y gas licuado (GLP).
2. La gasolina es la fracción ligera (aproximadamente de C_5 a C_{10}) de la destilación fraccionada del crudo.
3. En el motor, los hidrocarburos reaccionan con el oxígeno: 2\,\text{C}_8\text{H}_{18} + 25\,\text{O}_2 \rightarrow 16\,\text{CO}_2 + 18\,\text{H}_2\text{O}.
4. La energía liberada en esa combustión exotérmica se transforma en trabajo mecánico.

Respuesta: Son hidrocarburos líquidos y gaseosos del petróleo; la gasolina proviene de la fracción ligera de la destilación del crudo.

Cierre del Tema

El estudio de los compuestos orgánicos exige comprender la estructura de los enlaces del carbono, el lenguaje de las fórmulas moleculares y la relación entre estructura y propiedades. En las páginas siguientes se analizarán la clasificación de los hidrocarburos, sus fórmulas, nomenclatura y aplicaciones.

Respuesta: Los saberes previos conectan la química del carbono con la economía, la industria y el medio ambiente del Ecuador.