Tema 1: Compuestos orgánicos

¿Con qué elementos químicos de la tabla periódica puede combinarse el carbono? ¿Existen grados de complejidad en las cadenas de carbono y qué implicación tiene esa complejidad?

1. El carbono es tetravalente (tiene 4 electrones de valencia en su nivel más externo), por lo que puede formar 4 enlaces en una misma molécula.
2. Se combina sobre todo con H, O, N, S, halógenos (F, Cl, Br, I) y P; con el hidrógeno da los hidrocarburos (alcanos, alquenos, alquinos, aromáticos), con el oxígeno alcoholes, aldehídos, cetonas y ácidos carboxílicos, y con el nitrógeno aminas y amidas.
3. Los átomos de carbono se enlazan entre sí (autorreferencia del enlace C–C), generando cadenas lineales (etano: \text{C}_2\text{H}_6), ramificadas (isobutano: \text{C}_4\text{H}_{10}) y cíclicas (benceno: \text{C}_6\text{H}_6), además de tener distintos tipos de enlace simple, doble y triple.
4. Al aumentar el número de átomos de carbono y cambiar la disposición, cambian las propiedades físicas y químicas: por eso existen millones de compuestos orgánicos (más de 20 millones conocidos) y por eso surgen los isómeros, moléculas con la misma fórmula molecular pero distinta estructura y, por tanto, propiedades distintas.

¿Qué es una fórmula molecular? ¿Cada compuesto tiene una fórmula propia o pueden compartir varios compuestos la misma fórmula?

1. Una fórmula molecular es la representación simbólica que indica el tipo y el número de átomos de cada elemento presentes en una molécula.
2. Ejemplo: el agua es \text{H}_2\text{O} (dos átomos de H y uno de O) y el metano es \text{CH}_4 (un átomo de C y cuatro de H).
3. Varios compuestos pueden compartir la misma fórmula molecular cuando la diferencia está en la disposición de los átomos: son los isómeros.
4. Caso clásico: 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); el primero es líquido a temperatura ambiente y miscible con el agua, el segundo es un gas inflamable.

¿Por qué el petróleo es un recurso importante para el Ecuador y por qué se considera materia prima de la industria?

1. El petróleo es un hidrocarburo, es decir, un compuesto orgánico formado por átomos de carbono e hidrógeno, con trazas de azufre, nitrógeno y oxígeno.
2. Es el principal recurso exportado por el Ecuador y una de las fuentes más importantes de ingresos fiscales, empleo y divisas.
3. Al someterlo a destilación fraccionada, se separan en distintos rangos de temperatura las fracciones: gas licuado, gasolina, queroseno, diésel, fuel oil y asfalto.
4. Es materia prima industrial porque de él se obtienen combustibles y también plásticos, fertilizantes, textiles, cauchos, fármacos y detergentes; sin petróleo, la industria química moderna carecería de materiales esenciales.

¿Qué sabes del metano y los gases de efecto invernadero? ¿Por qué su producción preocupa a los científicos?

1. El metano (\text{CH}_4) es el hidrocarburo más simple y el principal componente del gas natural.
2. Es un gas de efecto invernadero: absorbe la radiación infrarroja emitida por la Tierra y la devuelve, elevando la temperatura media del planeta.
3. Su poder de calentamiento es mucho mayor que el del dióxido de carbono: se estima entre 28 y 80 veces más potente que \text{CO}_2 a lo largo de 20 a 100 años.
4. Sus fuentes son la ganadería (digestión ruminal), los rellenos sanitarios, los arrozales inundados y las fugas en la extracción de petróleo y gas; además, su quema incompleta genera \text{CO}_2.

¿Qué combustible utilizan la mayoría de los motores a combustión y de dónde proviene la gasolina?

1. La mayoría de los motores de combustión interna (automóviles, motocicletas, camiones) utilizan gasolina o diésel, derivados del petróleo.
2. La gasolina es una mezcla de hidrocarburos (alcanos y cicloalcanos) con 5 a 12 átomos de carbono por molécula.
3. Proviene del petróleo crudo: en una torre de destilación fraccionada el crudo se calienta y cada fracción se evapora en un rango de temperatura distinto.
4. En un motor, la gasolina reacciona con el oxígeno del aire liberando energía: \text{C}_8\text{H}_{18} + \frac{25}{2}\,\text{O}_2 \rightarrow 8\,\text{CO}_2 + 9\,\text{H}_2\text{O}.