El enlace covalente en los compuestos orgánicos
Introducción
¡Hola, que alegría encontrarte nuevamente en este espacio formativo!
Te comento que estás por concluir el curso y es muy gratificante saber que has llegado hasta este punto, te pido que continúes y no desistas ya que falta poco. Por lo tanto, te brindo la bienvenida a la clase 13 del curso.
En la sesión anterior mencionamos los 3 tipos de enlace químico que existen, iónico, covalente y metálico, estas interacciones entre átomos son las que permiten la formación de compuestos. En esta sesión abordaremos con una mayor profundidad lo que es el enlace covalente y su importancia en los compuestos orgánicos. Te invito a repasar los conceptos básicos aprendidos de este tipo de enlace de la sesión anterior.
La química orgánica es la ciencia que estudia a los compuestos de carbono, el cual es un elemento que tiene la particularidad de formar cadenas con otros átomos de carbono, los cuales se enlazan a su vez con átomo de hidrógeno principalmente, aunque también podemos encontrar con frecuencia al oxígeno, nitrógeno, azufre, halógenos y al fósforo.
Los compuestos orgánicos son muy diversos, ya que existen muchos más compuestos orgánicos que inorgánicos. Los podemos encontrar en medicinas, combustibles, productos de limpieza, higiene personal, explosivos, materiales como plásticos, entre muchos otros. Un tipo muy importante de moléculas orgánicas son las moléculas biológicas o biomoléculas, las cuales cumplen las funciones necesarias para sostener la vida en todas las células.
Sin otro en particular, te invito a comenzar la clase.
Desarrollo del tema
Como recordarás, un enlace covalente se da entre dos o más átomos no metálicos, los cuales comparten sus electrones de valencia para así completar su octeto en la mayoría de los casos. Esta compartición de electrones ocurre por el traslape de los orbitales con electrones desapareados.
Estructuras de Lewis
Muchas veces para representar la estructura química de estas moléculas, se dibujan las estructuras de Lewis. En estas se indican con puntos alrededor de cada símbolo químico los electrones de la capa de valencia. Cuando se forma un enlace se puede dibujar una línea que une a los dos elementos y se deben indicar los electrones no enlazados.
Consulta el siguiente video para aprender a dibujar estructuras de Lewis para los compuestos covalentes:
Muchas de las moléculas covalentes pueden presentar dobles o triples enlaces, en los cuales se comparten 2 o 3 pares de electrones, respectivamente de forma que los átomos completen sus octetos.
Nota. Izquierda, molécula de dióxido de carbono CO2 el carbono tiene un doble enlace para cada oxígeno. A la derecha, la molécula de Nitrógeno N2 tiene un enlace covalente triple entre los dos átomos.
Polaridad del enlace covalente
Recordarás de clases pasadas que existen átomos de elementos que atraen con mayor fuerza a los electrones, esta característica se conoce como la electronegatividad. Debido a esto, en una molécula covalente uno de los átomos puede atraer a los electrones con mayor fuerza hacia él formando cargas parciales positivas y negativas en la molécula. A este fenómeno se le conoce como polaridad.
A mayor diferencia en los valores de electronegatividad de los átomos enlazados. A la polaridad de la molécula será mayor. Esta diferencia de electronegatividad puede indicar si se trata de un enlace covalente no polar, covalente polar, o enlace iónico, bajo las siguientes consideraciones:
Nota. En amarillo están los no metales, en azul los metales, el Flúor tiene el valor más alto en la escala.
Por ejemplo, en la molécula del cloruro de hidrógeno HCl la diferencia de electronegatividad es entre cloro y el hidrógeno nos indican que esta molécula es covalente polar.
Da clic en los siguientes enlaces para acceder al simulador, en este podrás construir moléculas. En el simulador introductorio podrás ver la geometría de las moléculas dependiendo del enlace covalente que indiques, sí es sencillo, doble o triple, además te permitirá observar la geometría de moléculas reales y los ángulos de enlace que hay entre los átomos. En el segundo simulador podrás construir las moléculas que se te piden uniendo los átomos necesarios. Te recomiendo explorar todas las opciones y experimentar en cada una de ellas.
Compuestos orgánicos
Como ya ha sido mencionado, la química orgánica se encarga de estudiar los compuestos de carbono, de los cuales se conocen cerca de 24 millones, a comparación de los cerca de 600,000 compuestos inorgánicos conocidos. Anteriormente se pensaba que estos compuestos orgánicos únicamente se originan de los organismos vivos, de otras sustancias orgánicas, pero después se descubrió que estos pueden ser sintetizados a partir de compuestos inorgánicos, además de que es posible sintetizar compuestos orgánicos que no están presentes en los organismos vivos.
Sólo algunos pocos compuestos con carbono no son considerados orgánicos, por ejemplo, el dióxido de carbono CO2, el monóxido de carbono CO, los compuestos con el Ion carbonato CO3-2, el ion bicarbonato HCO3– y el ion cianuro CN–, ya que su comportamiento es semejante al de los compuestos inorgánicos.
Propiedades generales
- En general la mayoría de los compuestos orgánicos tienen puntos de fusión bajos.
- Muchos son gaseosos como el butano que utilizamos en la estufa para cocinar, algunos son líquidos. como el alcohol etílico que utilizamos para limpiar manos y superficies, y sólidos como las ceras.
- Muchos son insolubles en agua, pero solubles en otros compuestos orgánicos,
- La mayoría son menos densos que el agua, por lo que flotan cuando se intentan disolver
- Muchos de estos compuestos son altamente inflamables, por ejemplo, el alcohol etílico o la gasolina, que incluso puede llegar a ser explosiva.
- Todas ellas presentan enlaces covalentes.
- Las sustancias orgánicas solubles en agua no son electrolíticas, es decir, no conducen la electricidad.
El primer tipo de compuestos orgánicos que vamos a analizar se conocen como hidrocarburos, moléculas orgánicas que contienen sólo C e H en su estructura.
Alcanos
El metano CH4 es el compuesto más sencillo de los alcanos, las cuales son hidrocarburos saturados, es decir, compuestos con enlaces sencillos entre los átomos de carbono. La geometría de esta molécula es tetraédrica con un ángulo de enlace de 109.5°
El siguiente compuesto en la serie de los alcanos es el etano, que contiene 2 átomos de carbono C2H6. Seguido del propano C3H8 con 3 carbonos y el butano C4H10 con 4 carbonos.
Como puedes ver la cadena se puede hacer más larga al agregar más átomos de carbono. A partir de una cadena de 5 carbonos, se utilizan prefijos griegos o latinos para indicar la cantidad de átomos de la cadena, además, al final se agrega la terminación -ano, al tratarse de alcanos.
| Prefijo | Número de carbonos |
|---|---|
| Met- | 1 |
| Et- | 2 |
| Prop- | 3 |
| But- | 4 |
| Pent- | 5 |
| Hex- | 6 |
| Hept- | 7 |
| Oct- | 8 |
| Non- | 9 |
| Dec- | 10 |
Nota: Existen cadenas más largas de 10 átomos de carbono.
Alquenos y alquinos
Los alquenos y los alquinos son considerados hidrocarburos insaturados, los alquenos tienen al menos un doble enlace entre 2 átomos de carbono y los alquinos al menos un triple enlace. El alqueno más simple es el etileno (eteno) con fórmula C2H, el alquino más simple es el acetileno (etino) de fórmula C2H2.
El etileno se emplea en la producción de polietileno, uno de los plásticos más usados para diferentes productos. El acetileno es utilizado en sopletes para el corte y soldadura de metales.
Compuestos aromáticos
Los compuestos aromáticos son un tipo de hidrocarburos que incluyen al benceno, con estructuras afines a él. El benceno es un arreglo de 6 carbonos en forma cíclica con dobles enlaces alternados entre ellos, los cuales pueden alternarse en la siguiente posición, a este fenómeno se le conoce como resonancia y le otorga propiedades químicas muy diferentes al resto de los compuestos orgánicos anteriormente mencionados, llamados también alifáticos (alcanos, alquenos y alquinos).
Nota. También puede representarse como un hexágono con un círculo al centro.
Grupos funcionales
Como ya vimos, los compuestos orgánicos se conforman de cadenas de carbono, pero además de carbono pueden incluir átomos o grupos de átomos enlazados que les otorgan propiedades químicas distintas, estos son los grupos funcionales, los cuales incluyen a los alcoholes, aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos, ésteres, aminas y amidas.
Accede al siguiente enlace para aprender algunos tipos de grupos funcionales y sus características, es muy importante que sepas identificar cada uno de ellos, para que posteriormente podamos analizar a las moléculas biológicas, un amplio tipo de moléculas orgánicas necesarias para la vida.
Conclusión
En resumen, el enlace covalente es una de las uniones químicas más fuertes, los compuestos que posee este tipo de enlace forman moléculas y se dan entre átomos no metálicos. Debido a esto, los compuestos covalentes tienen propiedades muy distintas y variadas a comparación de los compuestos iónicos.
Un tipo de compuestos covalentes muy importante son los compuestos orgánicos, compuestos cuya estructura contiene al carbono e hidrógeno principalmente, pero que también puede tener otros elementos como el oxígeno, nitrógeno, azufre, halógenos y fósforo.
Dentro de los compuestos orgánicos podemos encontrar a los hidrocarburos, los cuales en su estructura contienen únicamente carbono e hidrógeno. Dentro de estos hidrocarburos tenemos a los alcanos los cuales son hidrocarburos saturados y se caracterizan porque en su estructura únicamente tienen enlaces sencillos entre los átomos de carbono. Por otro lado, tenemos a los hidrocarburos insaturados, como los alquenos que al menos tienen un doble enlace entre dos átomos de carbono en su estructura, y a los alquinos que poseen al menos un triple enlace.
Finalmente, aprendimos algunos de los grupos funcionales más importantes qué son los alcoholes, aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos, ésteres, aminas y amidas. Estos grupos funcionales se encuentran en muchos compuestos orgánicos y cada uno posee características físicas y químicas particulares. Es muy importante que aprendas a identificar cada uno de estos.
¡Has llegado al final de la última clase del curso, muchas felicidades! Ha sido un gozo compartir contigo este trayecto formativo. Deseo que el curso haya cumplido tus expectativas y encuentres satisfacción en los temas abordados, así como con tu desempeño y compromiso. Para concluir de forma correcta, te invito a realizar la tarea asignada y mandarla como corresponde. Espero encontrarte nuevamente, ¡hasta pronto!
Fuentes de información
- Timberlake, K. C. (2013). Química general, orgánica y biológica. Estructuras de la vida Educación media superior. (4ª ed.). Pearson Educación. ISBN: 978-607-32-2034-7
- Burns, R. A. FUNDAMENTOS DE QUÍMICA. [VitalSource Bookshelf]. Recuperado de https://bookshelf.vitalsource.com/#/books/9786073206839/