Ejercicio 4
Completo el cuadro y escribo las fórmulas de los compuestos isómeros (butano y metilpropano), junto con las semejanzas y diferencias entre ellos.
Parte 4.a
Fórmulas de los compuestos
- Butano: nombre IUPAC del alcano de 4 carbonos en cadena recta.
- Fórmula molecular: 4 átomos de C y 10 de H, es decir \mathrm{C_4H_{10}}.
- Fórmula estructural: \mathrm{CH_3\!-CH_2\!-CH_2\!-CH_3} (cadena lineal, sin ramificaciones).
- Metilpropano: cadena principal de 3 carbonos (propano) con un grupo metilo unido al carbono central.
- Fórmula molecular: también \mathrm{C_4H_{10}}.
- Fórmula estructural: \mathrm{CH_3\!-CH(CH_3)\!-CH_3} (cadena ramificada).
Parte 4.b
Semejanzas
- Poseen la misma fórmula molecular: \mathrm{C_4H_{10}}.
- Tienen el mismo número de átomos: 4 carbonos y 10 hidrógenos, es decir 14 átomos por molécula.
- Presentan la misma masa molar: 4(12{,}01) + 10(1{,}008) = 58{,}12 \text{g/mol}.
- Ambos son alcanos, hidrocarburos saturados, por lo que todos sus enlaces son simples (\mathrm{C\!-C} y \mathrm{C\!-H}).
- Su número de hidrógenos obedece a la fórmula general de los alcanos \mathrm{C_nH_{2n+2}} con n = 4: \mathrm{C_4H_{2(4)+2}} = \mathrm{C_4H_{10}}.
- Al ser isómeros estructurales, al quemarse en exceso de \mathrm{O_2} producen las mismas sustancias: \mathrm{CO_2} y \mathrm{H_2O}, y liberan cantidades semejantes de energía.
- Ambos son gases incoloros e inflamables a temperatura ambiente.
Parte 4.c
Diferencias
- Estructura: el butano tiene cadena lineal (n-butano); el metilpropano tiene cadena ramificada (isobutano).
- Enlace entre carbonos: en el butano todos los C están unidos en línea; en el metilpropano el carbono central está unido a tres grupos \mathrm{CH_3}.
- Nombre: «butano» (cadena de 4 C) frente a «metilpropano» (propano + metilo).
- Punto de ebullición: el butano hierve a -0{,}5 ^\circ\mathrm{C} y el metilpropano a -11{,}7 ^\circ\mathrm{C}, ya que la molécula más ramificada es más esférica, se empaca peor y experimenta menores fuerzas de van der Waals.
- Punto de fusión: butano -138 ^\circ\mathrm{C}; metilpropano -159{,}6 ^\circ\mathrm{C}.
- Densidad: butano 0{,}573 \text{g/cm}^3; metilpropano 0{,}551 \text{g/cm}^3 (menor al ser la molécula más compacta).
- Propiedades químicas: al tener ambientes químicos distintos, reaccionan a velocidades diferentes en reacciones de sustitución (por ejemplo, con \mathrm{Cl_2}).
Cuadro comparativo final
| Fórmulas | Semejanzas | Diferencias |
|---|---|---|
| Butano | ||
| Fórmula molecular: \mathrm{C_4H_{10}} | ||
| Fórmula estructural: \mathrm{CH_3CH_2CH_2CH_3} | Misma fórmula molecular \mathrm{C_4H_{10}} que el metilpropano; mismos átomos (4 C, 10 H); masa molar 58{,}12 \text{g/mol}; ambos son alcanos saturados (\mathrm{C_nH_{2n+2}} con n=4); gases inflamables; al arder producen \mathrm{CO_2} y \mathrm{H_2O} | Cadena de carbonos lineal, sin ramificación; cadena de 4 carbonos; nombre: butano; punto de ebullición -0{,}5 ^\circ\mathrm{C} (mayor); punto de fusión -138 ^\circ\mathrm{C}; densidad 0{,}573 \text{g/cm}^3 |
| Metilpropano | ||
| Fórmula molecular: \mathrm{C_4H_{10}} | ||
| Fórmula estructural: \mathrm{CH_3CH(CH_3)CH_3} | Misma fórmula molecular \mathrm{C_4H_{10}} que el butano; mismos átomos (4 C, 10 H); masa molar 58{,}12 \text{g/mol}; ambos son alcanos saturados (\mathrm{C_nH_{2n+2}} con n=4); gases inflamables; al arder producen \mathrm{CO_2} y \mathrm{H_2O} | Cadena ramificada: carbono central unido a tres grupos metilo; cadena principal de 3 carbonos; nombre: metilpropano (isobutano); punto de ebullición -11{,}7 ^\circ\mathrm{C} (menor); punto de fusión -159{,}6 ^\circ\mathrm{C}; densidad 0{,}551 \text{g/cm}^3 |
Respuesta
El butano (\mathrm{CH_3CH_2CH_2CH_3}) y el metilpropano (\mathrm{CH_3CH(CH_3)CH_3}) son isómeros estructurales: comparten la fórmula molecular \mathrm{C_4H_{10}}, la masa molar 58{,}12 \text{g/mol} y el carácter de alcanos saturados, pero difieren en la disposición de sus átomos (cadena recta vs. ramificada), lo que les otorga distinto nombre, punto de ebullición, densidad y reactividad.
