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• william Libre

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Tercera parte: tipos de enlaces moleculares

1. Mediante un modelo orbital molecular representa un compuesto orgánico que contenga en su molécula un enlace triple. Explica: a) ¿Qué tipo de hibridación adopta el carbono para formar dicha molécula? b) ¿Qué sucedería si el carbono no sufre hibridación? Solución: Un compuesto orgánico es, por ejemplo: El etino o acetileno es el alquino (hidrocarburos con triple enlace carbono-carbono) más sencillo. Su estructura de Lewis es: a) ¿Qué tipo de hibridación adopta el carbono para formar dicha molécula? Como el enlace triple carbono-carbono estará formado por:  

Un enlace de tipo σ entre un orbital híbrido sp de un carbono y un orbital híbrido sp del otro carbono, con solapamiento frontal. Dos enlaces de tipo π entre los orbitales py y pz de cada uno de los carbonos, con solapamiento lateral.

En conclusión, los orbitales híbridos sp se disponen de forma lineal, formando 180º entre sí. Además, los orbitales p sin hibridar quedan perpendiculares a los ejes de los híbridos. Así, la geometría del etino se podrá dibujar como:

b) ¿Qué sucedería si el carbono no sufre hibridación? Si el carbono no sufre hibridación este elemento no puede crear ningún enlace con ningún elemento, incluyéndolo. (La hibridación es una ley y ordenamiento de los electrones en el mismo orbital y hasta el último orbital, y permite ver la forma en que los electrones se ordenan para la formación de enlaces). 2. El átomo de carbono presenta una gran variedad de formas alotrópicas que tienen diversos usos. Consulta sobre cuatro formas alotrópicas. Luego, contesta las siguientes preguntas y registra la información en la tabla: a) ¿Qué aplicaciones tienen en la industria?

b) ¿Cuáles son las características de cada una de ellas? Formas Alotrópicas del Carbono

Diamante

Grafito

Grafeno

Fullereno

Aplicaciones Herramientas de corte, perforación de pozos petroleros, cortar todo tipo de piedras, semiconductores y elaboración de joyas. Lubricante, como aditivo para aceite de motores, en la fabricación de minas para lápices, electrodos, arandelas y rodamientos, Circuitos integrados, transistores, superbaterías eléctricas, Auriculares y altavoces, Pantallas táctiles flexibles y como agentes anticancerígenos Construcción de nanotecnologías, antioxidantes, en gafas de protección, agentes antivirales, entrega de medicamentos y de genes.

Características Alta dureza, alta resistencia a la corrosión, es incoloro, no conduce la electricidad, alto punto de fusión. Buen conductor de la corriente eléctrica, resistencia a elevadas temperaturas, alta resistencia a la corrosión. Baja densidad, extremadamente duro, muy flexible y elástico, transparente, radiación ionizante y se autorrepara. Fijación de antibióticos, Versatilidad para la obtención de nuevos compuestos, poco reactivo, único en disolverse, resistencia térmica y la superconductividad.

3. Los textiles siempre han tenido un papel importante en la vida del ser humano. Las fibras vegetales o artificiales se tiñen con el fin de obtener colores brillantes y variados. Hasta el siglo XIX, los colorantes eran de origen natural, pero luego comenzaron a sintetizarse en el laboratorio. La mayoría de los colorantes son derivados oxigenados y nitrogenados de los hidrocarburos. Explica: a) ¿En qué consiste la síntesis orgánica para la obtención de estas sustancias? Consiste en la acción conjunta de dos agrupaciones atómicas diferentes: el cromóforo y el auxocromo. El grupo cromóforo (del griego portador de color) es un grupo funcional tal como -C=C-, -N=N- (grupo azo) y anillos aromáticos con bastantes electrones en orbitales n y/o π que dan origen al color que observamos. b) ¿Por qué fue tan importante descubrir estos procesos en el laboratorio? Fue importante porque permitió la fabricación de sustancias necesarias para ser añadidas a otros productos manufacturados, o útiles para su consumo. c) ¿Qué otra utilidad tiene la síntesis orgánica? La síntesis orgánica ha sido de utilidad, aparte de la fabricación de colorantes, en:

a) La industria alimentaria para la fabricación de alimentos sintéticos (edulcorantes, café instantáneo);  b) En la industria farmacéutica con la síntesis de medicamentos e incluso hormonas sintéticas como la insulina; c) Fabricación de plásticos a partir de derivados de hidrocarburos; d) La obtención de reactivos para el uso en laboratorios. d) ¿En los procesos biológicos se dan reacciones de síntesis? Definitivamente sí. Cada reacción del metabolismo en el organismo vivo implica la síntesis de un compuesto necesario para la vida: síntesis de proteínas para formar tejidos estructurales, síntesis de hormonas, de neurotransmisores, o la obtención de moléculas de ATP a partir de glucosa y oxígeno como parte del proceso del ciclo de Krebs. 4. En la vida cotidiana, frecuentemente nos encontramos con manchas de grasa que son difíciles de quitar. Responde: a) ¿Cuál crees que es el disolvente apropiado para extraerla? El disolvente apropiado para quitar las manchas de grasas difíciles es el jabón. b) Si tuvieras que tratar una mancha de óxido de hierro, ¿qué sustancia emplearías? El disolvente que trata de quitar las manchas de óxido de hierro utilizaría agua oxigenada.

5. El Proyecto Genoma Humano fue lanzado en 1989 con la esperanza de diseñar el mapa de todos los genes humanos. Responde: a) Actualmente, ¿la ciencia ha logrado alcanzar este objetivo? Si, lo ha logrado, ya que el mismo se usa en la actualidad para prevenir y descifrar anomalías genéticas desde antes y después del nacimiento del ser vivo. b) ¿Qué beneficios aporta a la humanidad este descubrimiento? Ha garantizado una medicina predictiva – preventiva. Permitirá y potenciará el desarrollo de la genoterapia. Permitirá el diagnóstico prenatal y la localización de portadores de genes alterados. c) ¿Qué relación puedes establecer entre la química orgánica y el mapa del genoma humano? Tiene íntima relación en la síntesis de la molécula de ADN que se estudia en los laboratorios para poder generar el código genético., también porque estas replicaciones de DNA se pueden llevar a cabo con la ayuda de compuestos orgánicos.

6. La hibridación sp3 se presenta cuando un átomo de carbono forma enlaces con cuatro átomos monovalentes, por ejemplo, cuatro átomos de hidrógeno o de algún elemento del grupo de los halógenos como el cloro. Responde:

a) ¿Qué tipo de enlace se forma en la hibridación sp3? El tipo de enlace en la hibridación sp3 es enlace covalente simple, ya que estos enlaces se presentan cuando un átomo de carbono forma enlaces con cuatro átomos monovalentes. b) ¿Cómo sería la hibridación entre un átomo de carbono y cuatro átomos de cloro? Se presenta una hibridación de tipo tetragonal, tal como puede observarse en la figura 11. Los orbitales sp3 y los enlaces que de ellos resultan, así como los núcleos positivos de todos los átomos unidos al carbono están lo más lejos posible entre sí y para conseguir esto se ubican con ángulos de enlace de 109,5°.

c) ¿Se forman enlaces pi en esta clase de hibridación? No, solo hay enlaces σ , los cuales se dan por la superposición frontal de orbitales atómicos híbridos sp3 d) ¿Qué diferencias existen entre los enlaces pi y sigma? En el siguiente cuadro comparativo se detallan las características de cada tipo de enlace:

e) ¿Qué otros elementos, además del carbono, presentan hibridación? Además del carbono otros elementos que presentan hibridación son el silicio, el azufre, el oxígeno, el nitrógeno, entre otros.