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Quimica 2° · 2024
Libro de Química 2 BGU

Ministerio de Educación del Ecuador

99/210

Cadenas de carbono: lineales, ramificadas y cíclicas (catenación)

📄 ejercicios quimica 🎓 bachillerato · 2° BGU Ecuador 🇪🇨 EC 🗣 Español
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Respuesta rápida

  1. Cadenas lineales (n-butano), ramificadas (isobutano) y cíclicas (ciclohexano), como se muestran en los diagramas. 5.a: permite generar millones de compuestos orgánicos, base de la vida. 5.b: sí, silicio y germanio (grupo 14), pero con enlaces más débiles. 5.c: habría una multiplicación gigantesca de compuestos y una química mucho más difícil de estudiar y clasificar.
📚 exercise quimica ⭐⭐ Dificultad 2/5 ⏱ 5 min lectura

Solución — Página 99

Quimica 2° · 2024

4
Ejercicio 4

Representar gráficamente la propiedad del carbono de unirse consigo mismo en forma indeterminada, formando cadenas lineales, ramificadas y cíclicas.

  1. Cadenas lineales: los átomos de carbono se enlazan en una sola secuencia continua, sin ramificaciones; el número de enlaces simples es n-1 para n carbonos.
  2. Cadenas ramificadas: dos o más carbonos se unen a un mismo átomo de carbono, generando subcadenas (ramas). Por ejemplo, en el isobutano (\text{C}_{4}\text{H}_{10}) un carbono central está unido a tres grupos metilo.
  3. Cadenas cíclicas: la cadena se cierra sobre sí misma formando un anillo; el número de enlaces es igual al número de carbonos, n, por ejemplo ciclohexano (\text{C}_{6}\text{H}_{12}).

Cadenas lineales

graph LR
  A((C)) --- B((C)) --- C((C)) --- D((C))
  classDef carbono fill:#f9f,stroke:#333,stroke-width:2px
  class A,B,C,D carbono

Estructura con hidrógenos (n-butano, \text{CH}_{3}\text{CH}_{2}\text{CH}_{2}\text{CH}_{3}): \text{C}_{4}\text{H}_{10}.

Cadenas ramificadas

graph TD
  X((C)) --- Y((C))
  Y --- Z((C))
  X --- W((C))
  classDef carbono fill:#ffe6a7,stroke:#333,stroke-width:2px
  class X,Y,Z,W carbono

Estructura (isobutano o 2-metilpropano, \text{CH}_{3}\text{CH(CH}_{3}\text{)CH}_{3}): \text{C}_{4}\text{H}_{10}, mismo número de átomos que el n-butano pero distinto enlace, lo que da isómeros.

Cadenas cíclicas

graph LR
  P((C)) --- Q((C)) --- R((C)) --- S((C)) --- T((C)) --- U((C)) --- P
  classDef carbono fill:#cde6c6,stroke:#333,stroke-width:2px
  class P,Q,R,S,T,U carbono

Estructura (ciclohexano, anillo de seis carbonos): \text{C}_{6}\text{H}_{12}. Para n carbonos se necesitan 2n hidrógenos en un ciclo monocíclico saturado.

Respuesta

las tres figuras anteriores representan, respectivamente, cadenas lineales, ramificadas y cíclicas de carbono.

5
Ejercicio 5
a
Parte 5.a

¿Por qué es tan importante que el carbono cuente con la propiedad de unirse consigo mismo mediante enlaces simples, dobles o triples?

  1. El carbono tiene 4 electrones de valencia y puede formar hasta 4 enlaces covalentes, además de autounirse indefinidamente: es la catenación.
  2. Los enlaces \text{C--C} son muy estables (energía de enlace \approx 348\ \text{kJ/mol}) y no se hidrolizan fácilmente, lo que permite construir esqueletos grandes y resistentes.
  3. La existencia de enlaces simples (\text{C--C}), dobles (\text{C=C}) y triples (\text{C}\equiv\text{C}) genera una enorme variedad de estructuras: alcanos, alquenos, alquinos, cetonas, ácidos, alcoholes, azúcares, proteínas y ADN.
  4. Como cada carbono puede combinar con H, O, N, S, P y halógenos, la química orgánica supera los millones de compuestos conocidos, base de la vida y de la industria.
Respuesta

porque permite formar un número ilimitado de compuestos con propiedades diversas (hidrocarburos, azúcares, proteínas, ADN), que son la base de la materia viva y de la industria.

b
Parte 5.b

¿Existe algún otro elemento químico de la tabla periódica que cuente con esta propiedad?

  1. La catenación existe en otros elementos del grupo 14 (grupo IVA), especialmente silicio (Si), germanio (Ge), estaño (Sn) y plomo (Pb).
  2. Sin embargo, los enlaces \text{Si--Si} y \text{Ge--Ge} son más débiles (energía de enlace \text{Si--Si} \approx 226\ \text{kJ/mol}) y los hidruros correspondientes son menos estables que los hidrocarburos.
  3. También se da en menor medida en el azufre (polímeros S_8 y cadenas), en el boro (boranos) y en el fósforo (fósforo rojo, P_4).
  4. En síntesis: ningún elemento iguala al carbono en estabilidad de los enlaces propios y diversidad de compuestos.
Respuesta

sí; el silicio (grupo 14) y el germanio presentan catenación, pero los enlaces entre sus átomos son más débiles que los del carbono, por lo que su química es menos rica.

c
Parte 5.c

¿Qué pasaría si todos los elementos químicos tuvieran la propiedad de unirse consigo mismo mediante enlaces?

  1. Se formarían cadenas, anillos y redes de prácticamente todos los elementos, aumentando drásticamente el número de compuestos químicos posibles.
  2. La complejidad molecular sería enorme: materiales y sustancias con combinaciones inimaginables y con propiedades difíciles de predecir y clasificar.
  3. La química se volvería muy difícil de estudiar y la síntesis, la identificación y el control de sustancias resultaría mucho más complicado.
  4. Aunque la materia sería más rica, el orden periódico actual (que permite predecir propiedades por grupos y periodos) perdería parte de su utilidad predictiva.
Respuesta

se multiplicaría inmensamente la cantidad y diversidad de compuestos químicos, lo que enriquecería enormemente la química, pero la volvería mucho más difícil de estudiar, clasificar y aplicar.

Contenido de la página

Cadenas de carbono

4. Represento gráficamente la propiedad que tiene el carbono de unirse consigo mismo en forma indeterminada formando una serie de cadenas:

  • Cadenas lineales
  • Cadenas ramificadas
  • Cadenas cíclicas

5. Respondo

  • ¿Por qué es tan importante que el carbono cuente con la propiedad de unirse consigo mismo mediante enlaces simples, dobles o triples?
  • ¿Existe algún otro elemento químico de la tabla periódica que cuente con esta propiedad?
  • ¿Qué pasaría si todos los elementos químicos tuvieran la propiedad de unirse consigo mismo mediante enlaces?

Ejemplos resueltos

Escribe la fórmula molecular del ciclohexano y cuenta sus enlaces.

El ciclohexano tiene n=6 carbonos en un anillo cerrado. Cada carbono forma 2 enlaces con carbonos vecinos dentro del ciclo y 2 enlaces con hidrógenos. Enlaces de carbono: n=6; hidrógenos: 2n=12. Fórmula: \text{C}_{6}\text{H}_{12}.

Tabla

Tipo de cadena Estructura Enlaces C--C Ejemplo Fórmula
Lineal Secuencia continua de carbonos n-1 n-butano \text{CH}_{3}\text{CH}_{2}\text{CH}_{2}\text{CH}_{3}
Ramificada Al menos un carbono con ramas n-1 isobutano (2-metilpropano) (\text{CH}_{3})_{3}\text{CH}
Cíclica Cadena cerrada en anillo n ciclohexano \text{C}_{6}\text{H}_{12}

Diagramas (3)

graph LR
  A((C)) --- B((C)) --- C((C)) --- D((C))
  classDef carbono fill:#f9f,stroke:#333,stroke-width:2px
  class A,B,C,D carbono
graph TD
  X((C)) --- Y((C))
  Y --- Z((C))
  X --- W((C))
  classDef carbono fill:#ffe6a7,stroke:#333,stroke-width:2px
  class X,Y,Z,W carbono
graph LR
  P((C)) --- Q((C)) --- R((C)) --- S((C)) --- T((C)) --- U((C)) --- P
  classDef carbono fill:#cde6c6,stroke:#333,stroke-width:2px
  class P,Q,R,S,T,U carbono

Fórmulas y ecuaciones

n-1 enlaces simples en cadena abierta de n carbonos

2n hidrógenos en ciclo monocíclico saturado

n-1 \text{ enlaces simples para } n \text{ carbonos (cadena abierta)}

n \text{ enlaces simples para } n \text{ carbonos (ciclo monocíclico)}

\text{C}@@MATH_0@@\text{H}_{10} \quad (\text{n-butano e isobutano})

\text{C}@@MATH_0@@\text{H}_{12} \quad (\text{ciclohexano})

\text{C}@@MATH_0@@\text{H}_{8} \quad (\text{ciclobutano})

\text{E}@@MATH_0@@\text{C--C}} \approx 348\ \text{kJ/mol}; \quad \text{E}@@MATH_1@@\text{Si--Si}} \approx 226\ \text{kJ/mol}

Glosario (5)

Catenación
Capacidad de un elemento de unirse consigo mismo para formar cadenas estables de átomos; en el carbono es la máxima de la tabla periódica.
Cadena lineal
Secuencia continua de átomos de carbono en línea recta, sin ramificaciones.
Cadena ramificada
Cadena en la que al menos un carbono está unido a dos o más subcadenas (ramas).
Cadena cíclica
Cadena que se cierra sobre sí misma formando un anillo.
Isómeros
Compuestos con la misma fórmula molecular pero distinto enlace de los átomos; por ejemplo n-butano e isobutano, ambos C₄H₁₀.

Preguntas para practicar

¿Por qué es tan importante que el carbono cuente con la propiedad de unirse consigo mismo mediante enlaces simples, dobles o triples?

Porque el carbono forma enlaces muy estables entre átomos de carbono (catenación) y, además, puede enlazarse con hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y otros elementos. Con enlaces simples, dobles y triples se generan millones de compuestos distintos (hidrocarburos, azúcares, proteínas, lípidos, ADN), que son la base de la materia viva y de la industria química.

¿Existe algún otro elemento químico de la tabla periódica que cuente con esta propiedad?

Sí. El silicio y el germanio, del mismo grupo 14 que el carbono, también presentan catenación y forman cadenas; el azufre forma polímeros y el boro forma boranos. Sin embargo, los enlaces Si--Si (~226 kJ/mol) son mucho más débiles que los C--C (~348 kJ/mol), por lo que sus compuestos son menos estables y su química es menos rica que la del carbono.

¿Qué pasaría si todos los elementos químicos tuvieran la propiedad de unirse consigo mismo mediante enlaces?

Se multiplicaría drásticamente el número y la diversidad de compuestos químicos posibles, con materiales y sustancias de propiedades muy variadas. La química se volvería mucho más compleja: sería más difícil clasificar, sintetizar, identificar y controlar las sustancias, aunque la riqueza de la materia sería enorme y la química ganaría inmensas posibilidades.

Temas y conceptos clave

Catenación del carbonoCadenas linealesCadenas ramificadasCadenas cíclicasEnlaces simples, dobles y triplescatenacióncadena carbonadaisomería estructuralenlace covalenteanillohidrocarburos
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Figuras de la página (1)

Enunciado 4 con tres recuadros vacíos rotulados 'Cadenas lineales', 'Cadenas ramificadas' y 'Cadenas cíclicas', donde el estudiante debe dibujar los ejemplos de cada tipo de cadena de carbono.
Figura 1 image

Preguntas que la gente también hace

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📌 Antes de leer esto
  • • Estructura electrónica del carbono (2, 4)
  • • Enlace covalente simple, doble y triple
  • • Número de hidrógenos según las valencias (H = 1)
  • • Fórmulas moleculares de hidrocarburos básicos
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Nomenclatura y propiedades físicas de los alcanos, alquenos y alquinos (isomería)
📝 Transcripción de la página (texto seleccionable) 564 caracteres
  1. Represento gráficamente la propiedad que tiene el carbono de unirse consigo mismo en forma indeterminada formando una serie de cadenas:

Cadenas lineales Cadenas ramificadas Cadenas cíclicas

  1. Respondo

¿Por qué es tan importante que el Carbono cuente con la propiedad de unirse consigo mismo mediante enlaces simples, dobles o triples?

¿Existe algún otro elemento químico de la tabla periódica que cuente con esta propiedad?

¿Qué pasaría si todos los elementos químicos tendrían la propiedad de unirse consigo mismo mediante enlaces?

98 | Texto de Química

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