martes, 25 de octubre de 2011

ALCANOS

Los alcanos son hidrocarburos, es decir que tienen solo átomos de carbono e hidrógeno. La fórmula general para alcanos alifáticos (de cadena lineal) es CnH2n+2, y para cicloalcanos es CnH2n. También reciben el nombre de hidrocarburos saturados.
Los alcanos son compuestos formados solo por átomos de carbono e hidrógeno, no presentan funcionalización alguna, es decir, sin la presencia de grupos funcionales como el carbonilo (-CO), carboxilo (-COOH), amida (-CON=), etc. La relación C/H es de CnH2n+2 siendo n el número de átomos de carbono de la molécula, (como se verá después esto es válido para alcanos de cadena lineal y cadena ramificada pero no para alcanos cíclicos). Esto hace que su reactividad sea muy reducida en comparación con otros compuestos orgánicos, y es la causa de su nombre no sistemático: parafinas (del latín, poca afinidad). Todos los enlaces dentro de las moléculas de alcano son de tipo simple o sigma, es decir, covalentes por compartición de un par de electrones en un orbital s.
Donde cada línea representa un enlace covalente. El alcano más sencillo es el metano con un solo átomo de carbono. Otros alcanos conocidos son el etano, propano y el butano con dos, tres y cuatro átomos de carbono respectivamente. A partir de cinco carbonos, los nombres se derivan de numerales griegos: pentano, hexano, heptano...

Longitudes de enlace y ángulos de enlace

Una molécula de alcano tiene solo enlaces simples C – H y C – C. Los primeros resultan del traslape de un orbital sp3 del átomo de carbono con el orbital 1s de un átomo de hidrógeno; los últimos del traslape de dos orbitales sp3 en átomos de carbono diferentes. La longitud de enlace es de 1,09×10−10 m para un enlace C – H y 1,54×10−10 m para un enlace C – C.
La disposición espacial de los enlaces es similar a la de cuatro orbitales sp3; están dispuestos tetraédricamente, con un ángulo de 109,47° entre ellos. La fórmula estructural que representa a los enlaces como si estuvieran en ángulos rectos unos con otros, aunque común y útil, no corresponde con la realidad.

Reacciones con oxígeno

Todos los alcanos reaccionan con oxígeno en una reacción de combustión, si bien se torna más difícil de inflamar al aumentar el número de átomos de carbono. La ecuación general para la combustión completa es:
CnH2n+2 + (1,5n+0,5)O2 → (n+1)H2O + nCO2
En ausencia de oxígeno suficiente, puede formarse monóxido de carbono o inclusive negro de humo, como se muestra a continuación:
CnH(2n+2) + ½ nO2 → (n+1)H2 + nCO
por ejemplo metano:
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
CH4 + O2 → CO + 2H2O
El cambio de entalpía estándar de combustión, ΔcHo, para los alcanos se incrementa aproximadamente en 650 kJ/mol por cada grupo CH2 en una serie homóloga. Los alcanos de cadena ramificada tienen menores valores de ΔcHo que los alcanos de cadena lineal del mismo número de átomos de carbono, por lo que pueden ser vistos como algo más estables.

 Reacciones con halógenos

Los alcanos reaccionan con halógenos en la denominada reacción de halogenación radicalaria. Los átomos de hidrógeno del alcano son reemplazados progresivamente por átomos de halógeno. Los radicales libres son las especies que participan en la reacción, que generalmente conduce a una mezcla de productos. La reacción es altamente exotérmica, y puede resultar en una explosión.
Estas reacciones son una importante ruta industrial para los hidrocarburos halogenados.
Los experimentos han mostrado que toda halogenación produce una mezcla de todos los isómeros posibles, indicando que todos los átomos de hidrógeno son susceptibles de reaccionar. Sin embargo, la mezcla producida no es una mezcla estadística: los átomos de hidrógeno secundarios y terciarios son reemplazados preferentemente debido a la mayor estabilidad de los radicales secundarios y terciarios.

 Cracking

El cracking rompe moléculas grandes en unidades más pequeñas, Esta operación puede realizarse con un método térmico o un método catalítico. El proceso de cracking térmico sigue un mecanismo de reacción homolítico con formación de radicales libres. El proceso de cracking catalítico involucra la presencia de un catalizador ácido (generalmente ácidos sólidos como silica-alúmina y zeolitas), que promueven la heterólisis (ruptura asimétrica) de los enlaces, produciendo pares de iones de cargas opuestas, generalmente un carbocatión y el anión hidruro, que es muy inestable. Los radicales libres de alquilo y los carbocationes son altamente inestables, y sufren procesos de reordenamiento de la cadena, y la escisión del enlace C-C en la posición beta, además de transferencias de hidrógeno o hidruro intramolecular y extramolecular. En ambos tipos de procesos, los reactivos intermediarios (radicales, iones) se regeneran permanentemente, por lo que proceden por un mecanismo de autopropagación en cadena. Eventualmente, la cadena de reacciones termina en una recombinación de iones o radicales.

lunes, 24 de octubre de 2011

HOMÓLISIS Y HETERÓLISIS

HOMOLISIS
Ruptura de un enlace químico en el que cada átomo participante del enlace retiene un electrón del par que constituía la unión formándose 2 radicales libres.
La energía necesaria para llevar a cabo la ruptura se conoce como "energía de disociación homolítica de enlace" y puede ser aportada, por ejemplo, por medio de radiación ultravioleta. Ej:
\ H_{3}C-CH_{3} + Energía \longrightarrow H_{3}C \cdot + \cdot CH_{3}
Otros tipos de ruptura de enlace, como la heterólisis, implican que una de las especies formadas retiene los dos electrones que formaban parte de la unión, quedando con una carga eléctrica neta negativa mientras la otra especie queda con una carga positiva.

HETEROLISIS
En química, heterólisis o ruptura heterolítica (del Greek τερος, heteros, "diferente," y λυσις, lusis, "ruptura") es la apertura de un enlace químico de una molécula neutral que genera un catión y un anión. En este proceso, los dos electrones que constituyen el enlace son asignados al mismo fragmento.
 A:B \longrightarrow A^{+} + B^-
La energía involucrada en este proceso se denomina energía de disociación heterolítica de enlace. La apertura del enlace también es posible por un proceso denominado homólisis. En la heterólisis, se requiere energía adicional para separar el par iónico. Un solvente ionizante ayuda a reducir esta energía.

POLARIDAD DEL ENLACE COVALENTE Y SU EFECTO SOBRE LAS PROPIEDADES FISICAS


Cuando un mismo átomo aporta el par de electrones, se dice que el enlace covalente es polarizado. Aunque las propiedades de enlace covalente polarizado son parecidas a las de un enlace covalente normal (dado que todos los electrones son iguales, sin importar su origen), la distinción es útil para hacer un seguimiento de los electrones de valencia y asignar cargas formales. Una base dispone de un par electrónico para compartir y un ácido acepta compartir el par electrónico para formar un enlace covalente coordinado.
Se produce en elementos iguales, es decir, con una misma electronegatividad por lo que su resultado es 0. Un átomo no completa la regla del octeto.
Características del enlace covalente polar
  • Enlace sencillo: se comparten 2 electrones de la capa de valencia. Ej: F-F
  • Enlace doble: se comparten cuatro electrones, en dos pares, de la capa de valencia. Ej: O=O
  • Enlace triple: se comparten 6 electrones en 3 pares de electrones de la capa de valencia. Ej: NΞN
  • Enlace cuádruple: es la unión de 8 electrones en 4 pares de la capa de valencia. Ej: CC
  • Enlace quíntuple: es la unión de 10 electrones en 5 pares de la capa de valencia
En general cuando un átomo comparte los dos electrones para uno solo se llama enlace covalente dativo y se suele representar con una flecha (→)
PROPIEDADES FISICAS
Punto de Fusión:
En un sólido cristalino las partículas que actúan como unidades estructurales, iones o moléculas se hallan ordenada de algún modo muy regular y simétrica; hay un arreglo geométrico que se repite a través de todo el cristal. La Fusión es el cambio del arreglo ordenado de las partículas en el retículo cristalino a uno más desordenado que caracteriza a los líquidos. La fusión se produce cuando se alcanza una temperatura a la cual la energía térmica de las partículas es suficientemente grande como para vencer enlaces que las mantienen en sus lugares.
Punto de ebullición:
Aunque en un líquido las partículas tienen un arreglo menos regular y mayor libertad de movimiento que en un cristal, cada una de ellas es atraída por muchas otras. La ebullición implica la separación de moléculas individuales, o pares de iones con carga opuesta, del seno del líquido. Esto sucede, cuando se alcanza una temperatura suficiente para que la energía térmica de las partículas supere las fuerzas de cohesión que las mantienen unidas en la fase líquida.
Los compuestos polares presentan puntos de fusión y ebullición más altos que los no polares de peso molecular semejante, debido a que las fuerzas intermoleculares son más fáciles de vencer que las fuerzas interiónicas.
Las moléculas que presentan enlaces de hidrógeno entre sí tienen un punto de fusión y ebullición más elevado que los que no lo presentan y tienen el mismo peso molecular. Esto es debido a que hay que emplear energía adicional para romper las uniones moleculares.
Solubilidad: Cuando se disuelve un sólido o un líquido, las unidades estructurales (iones o moléculas) se separan unas de otras y el espacio entre ellas pasa a ser ocupado por moléculas del solvente. Sólo el agua y otros solventes muy polares son capaces de disolver, apreciablemente compuestos iónicos al formar los enlaces ión dipolo, que en conjunto aportan suficiente energía para romper las fuerzas interiónicas en el cristal. En la solución cada ión está rodeado por muchas moléculas del solvente, por lo que se dice que está solvatado (o hidratado si el solvente es agua)
Los compuestos no polares o débilmente polares se disuelven en solventes no polares o apenas polares, ejemplo el metano se disuelve en tetracloruro de carbono (CCl4) pero no en agua.

Los compuestos orgánicos que forman puentes de hidrógeno son solubles en agua, entre ellos tenemos: los alcoholes, fenoles y ácidos carboxílicos que presentan un grupo (OH). También los aldehídos y cetonas forman puente de hidrógeno con el agua al igual que los éteres debido a la presencia del átomo de oxígeno (O=, -O-)
Las aminas primarias y secundarias  forman puente de hidrógeno entre sí y con el agua debido a la presencia del grupo amino (-NH2), las aminas terciarias por no tener hidrógeno unido a nitrógeno no forman puente de hidrógeno entre sí, pero si lo forman con el agua; por esta razón casi todos los compuestos son solubles en agua.
Los compuestos que contienen –O- u –OH serán solubles si la razón entre carbonos y grupos –O- u –OH no es mayor que 3:1, así ninguno de los fenoles será altamente soluble en agua pues ya que el miembro más pequeño contiene seis carbonos (C6H5OH).

ENLACE COORDINADO

Un enlace coordinado, también conocido como enlace covalente dativo o enlace dipolar, es un tipo de enlace covalente de 2 centros 2 electrones, en el cuál los dos electrones derivan del mismo átomo. Típicamente un enlace de coordinación se forma cuando una base de Lewis dona un par de electrones a un ácido de Lewis. Esta descripción de enlace es característica del la teoría del enlace de valencia. Y no tiene cabida en la teoría de orbitales moleculares o en la teoría del campo de ligandos de los complejos de coordinación.
Ejemplos: El término de enlace dipolar es utilizado en química orgánica para compuestos del tipo de los óxidos de aminas para los cuales la estructura electrónica puede ser descrita en terminos de la donación básica de dos electrones a un átomo de oxígeno.
R3N→O
La flecha → indica que los dos electrones del enlace se originan en el grupo amina. En un enlace covalente normal, cada uno de los átomos contribuye al enlace con un electrón. Por lo tanto, una descripción alternativa es que el grupo amina cede un electrón al átomo de oxígeno, el cual es luego utilizado para crear el enlace. El proceso de transferencia de electrones desde el nitrógeno hacia el oxígeno crea una diferencia de carga formal, por lo que la estructura electrónica puede también ser descrita como.
R3N+O-
Esta estructura electrónica es un dipolo eléctrico, por eso el nombre de enlace dipolar. En realidad cada uno de los átomos posee una carga fraccionaria, el átomo mas electronegativo de los dos posee una carga fraccionaria negativa. Un ejemplo de enlace covalente dativo es el que se da por la interacción entre una molécula de amoníaco, que es una base de Lewis con un par solitario de electrones, y el trifluoruro de boro, un ácido de Lewis debido a que el átomo de boro posee un octeto incompleto de electrones. Al formarse el aducto el boro adquiere una configuración de octeto completo.
La estructura electrónica de los complejos de coordinación puede ser descrita en términos de un grupo de cada uno de los cuales es capaz de donar un par de electrones al núcleo de coordinación. Por ejemplo, en el cloruro de hexaammincobalto (III), cada uno de los ligando amoníaco dona un par solitario de electrones al ion cobalto (III). En este caso, los enlaces formados son descritos como enlaces coordinados.
En cualquier caso un enlace coordinado es un enlace covalente, el calificativo de dipolar, dativo o coordinado simplemente sirve para describir el origen de los electrones utilizados para formar el enlace.