Los Hidrocarburos

 Los Hidrocarburos son sustancias formadas por los elementos Carbono e Hidrógeno.Existen varios clases que se diferencian de acuerdo al ordenamiento de los átomos, de acuerdo a la presencia de enlaces simples , dobles ó triples y tambien existen derivados que poseen otros elementos ademas de Carbono e Hidrógeno.

Un primer Grupo pueden ser los Hidrocarburos de cadena lineal (sus cadenas poseen extremos ) y otro Grupo el de los Hidrocarburos Cíclicos ( forman anillos , sus cadenas carecen de dextremos).

Todos los Hidrocarburos son Combustibles , es decir reaccionan con el Oxígeno liberando mucha Energía , Dioxido de Carbono y Agua.Poseen menor densidad que el agua por lo que flotan sobre ella.Pueden ser gases, liquidos o solidos a temperatura ambiente.

Vamos a nombrarlos y describirlos:

Hablemos de los Hidrocarburos de cadena lineal 

a) Los Alcanos  Son Hidrocarburos que poseen exclusivamente enlaces simples entre sus átomos de Carbono.

El mas sencillo es el Metano ya que está formado por un solo átomo de Carbono y 4 atomos de Hidrógeno

El metano es el gas que viene por las cañerias domiciliarias de gas y por consiguiente es el que utilizan los tanques de  los automoviles ( GNC).El metano no posee olor ni color por lo cual al "gas" se le agrega una sustancia que le dá ese olor particular ( "Olor a gas" ).

En color Rojo se representa el átomo de Carbno y en color Gris los átomos de Hidrógeno.

En la imagen de arriba vemos la Formula Molecular del Metano , la formula desarrollada y debajo de ellas una representacion en perspectiva.Se ve que las uniones Carbono -Hidrogeno son de simples.

En los alcanos los atomos de Carbono poseen una Hibridacion de tipo sp3 (se lee " ese pe cubo").En las imagenes inferiores se puede apreciar que los enlaces forman la llamada " Piramide trigonal".Apreciamos que los átomos de Hidrógeno estan distribuidos lo mas lejos posible uno de otro.

Una caracterítica del elemento Carbono es que puede formar largos enlaces consigo mismo , eso es lo que lo hace imprescindible  para la existencia de la Vida pues esa propiedad de combinarse le permite crear una enorme variedad de moléculas.Vamos a ver a continuación otros Hidrocarburos que poseen mas átomos de carbono siempre unidos en forma de cadenas lineales.

Veamos al que posee 2 átomos de carbono y 6 átomos de Hidrógeno, el Etano 

Debajo vemos las representaciones del Propano ( tres átomos de carbono )

Cabe notar que el Propano y el Butano son  los principales  gases  que se encuentra en las "Garrafas" de Gas que se venden para uso domestico y tambien se usan en Autoelevadores ( "Clarks"). y para uso con  sopletes ( Plomeria).Tambien se los halla en los "encendedores a gas".  

Podemos seguir agregando atomos de Carbono y los respectivos átomos de Hidrógeno y asi obtendriamos el Butano, Pentano, Hexano, Heptano,Octano, Nonano, Decano,etc.La terminación(-ano ) indica que tal Hidrocarburo pertenece al grupo de los Alcanos.

Estas cadenas pueden presentar "ramificaciones" como se ve debajo .La numeración de los átomos de Carbono obedece a que puede haber varias moléculas con igual formula molecular pero con diferente estructura.Por esa razon existe un sistema de identificacion ( Nomenclatura) para nombrar los compuestos químicos univocamente.Los compuestos con igual Formula Molecular pero distinta estructura se llaman ISOMEROS.El aqui prepresentado posee 8 atomos de Carbono y 18 atomos de Hidrógeno Su Formula Molecular seria C8H18 ( los numeros como sub-indices) que es la misma que la del Octano de cadena lineal a pesar de que son diferentes sustancias.

A continuacion un grafico donde vemos como aumenta el Punto de Ebullicion en Funcion del Numero de atomos de Carbono para los alcanos.  Luego hay una Tabla donde se pueden ver los Valores de Temperatura de Ebullicion , el Punto de Fusion y la Densidad de varios Hidrocarburos ordenados segun el Numero de atomos de Carbono que posee.Tambien se muestra cuales son gases, Liquidos ó Solidos a la Temperatura ambiente.

Propiedades físicas de los Hidrocarburos :Son incoloros , menos densos que el agua ( como  puede verse en la Tabla anterior), son Combustibles, 

Se llama Combustion a toda reacción quimica por la cual se libera en forma mas o menos gradual la energia de una sustancia al reaccionar con otra.

En las siguientes reacciones de Combustion , el Combustible es el Hidrocarburo y el Comburente es el Oxígeno.

CH₄ + 2 O₂ → 2 H₂O + CO₂ + energía

En la expresion anterior se expresa que : Una molecula de Metano reacciona con 2 moleculas de Oxígeno para producir 2 moléculas de agua , una molécula de Dioxido de Carbono y Energia 

En un suministro inadecuado de aire, se forman el gas monóxido de carbono y el vapor de agua:

2 CH₄ + 3 O₂ → 2 CO + 4 H₂O

El  Monoxido de Carbono ( CO ) es muy toxico y es la causa de muchas victimas mortales por fallas en los equipos de calefaccion ó por el uso de "braseros".

Otro ejemplo es la combustión de propano:

C₃H₈ + 5 O₂ → 4 H₂O + 3 CO₂ + energía

Resultados de la 5 ta Tarea propuesta

Resolucion 

1) Como dice en el Blog , para saber el tipo de union "se calcula la DIFERENCIA de Electronegatividad entre  los átomos que se uniran,en el resultado , no importa el signo"


En la Tabla del Blog esta el dato de la Electronegatividad que necesitamos, debajo del Simbolo Quimico del cada Elemento esta ese dato






Calculamos para cada molecula :
Agua              Diferencia de electronegatividad : 3,5 - 2,1 =  1,4      se trata de una union Polar
Amoniaco                             "                             :  3 -2,1    =  0,9             "               union Polar
Acido Selenhidrico              "                             :  2,4 - 2,1 =  0,3             "               union No Polar
Acido Sulfhidrico                "                              :  2,5 - 2,1 = 0,4             "                union No Polar
Acido Clorhidrico                "                             :   3,0 - 2,1=  0,9             "               union Polar
Fosfina                                 "                             :   2,1 - 2,1 = 0,0             "                union no Polar
Metano                                 "                             :   2,5 -2,1 =  0,4             "               union  no Polar

Aclaracion , como dice " no importa el signo de la cuenta" , ejemplo , es lo mismo calcular 3,5 -1,4 = 0,9 que calcular 2,1 -3,5 = -0,9  al no importar el signo.
Una vez que hicimos ese calculo vemos cual es el criterio para decidir si se trata de una Union Polar o No Polar ó Ionica .

El criterio para decidir que tipo de union se forma está en  en esta tabla del Blog



Lo que puede verse es que las moleculas que poseen enlaces Polares ( agua , Amoniaco)  hierven en general a temperaturas mas elevadas que las moleculas cuyos atomos poseen enlaces no Polares.
Comparemos por ejemplo el Amoniaco con el Metano.El Amoniaco hierve a   41 °C bajo cero y el metano hierve a 162 °C bajo cero.En el Blog se explica cual es el efecto de la presencia de "polos" sobre la atraccion que sufren las moleculas entre si.
Comparemos el punto de ebullicion del agua     H2O ( hierve a 100 °C ) con el de el Acido Sulfhidrico SH2 ( hierve a 60 °C bajo cero) la diferencia entre ellas es que el atomo de Oxigeno posee mayor Electronegatividad y eso hace que el enlace con el atomo de Hidrógeno sea mas Polar.

2)  Cuantos átomos de cada elemento hay en las moléculas de cada una de las sustancias anteriores

 H2O hay dos atomos de Hidrógeno y un átomo de Oxígeno en cada molécula
NH3 hay tres atomos de Hidrógeno  y un átomo de Nitrógeno en cada molécula
SeH2 hay dos atomos de Hidrógeno y un átomo de Selenio en cada molécula
SH2 hay dos átomos de Hidrógeno y un atomo de azufre en cada molécula
ClH hay un atomo de Cloro y un átomo de Hidrógeno en cada molécula
PH3 hay un atomo de Fosforo y 3 átomos de Hidrógeno en cada molécula
CH4 hay una átomo de Carbono y 4 atomos de Hidrógeno en cada molécula

3;4;5y 6 ) Encontrar el tipo de union a partir de los datos de electronegatividad

Cesio y Cloro buscamos la electronegatividad de cada elemento en la Tabla    y hacemos la diferencia en este caso seria 3,5 - 0,7 = 2,8 se trata de una union de tipo iónico porque la diferencia es mayor a 1,7
Hacemos lo mismo para el resto
Fluor y Cloro   lo mismo  4,0 - 3,0 = 1   se trata de una union de tipo covalente polar
Potasio y Fluor                  4,0- 0,8 = 3,2  se trata de una union de tipo iónico
Calcio y Cloro                   3,0 -1,0 = 2,0  se trata de una unión de tipo iónico

 7) Escribir la Fórmula Quimica de una sustancia que posee un total de 5 atomos :Un atomo de Carbono, dos átomos de Cloro , un atomo de Hidrógeno y un atomo de Fluor

La fórmula de ese compuesto seria CCl2HF   Aclaracion : los numeros que indican cuantos atomos de cada elemento hay en cada molécula se ponen como sub- indice. El numero 1 no se pone ( se sobrentiende)  , el 2, 3 , 4 , 5 , etc  se ponen como sub-indice  aqui no se hizo por las caracteristicas de escritura disponibles en  este Blog.


8)Escribir la Fórmula Química de una sustancia que posee un total de 7 átomos: Un atomo de azufre, cuatro átomos de Oxigeno y dos átomos de Hidrógeno.

La Formula Química seria SO4H2 , escribiendo la formula con sub-indices seria H₂SO<sub>4 

Aclaración: Existen reglas para nombrar los compuestos Quimicos , convenciones donde se especifica cual es el orden en que se colocan los elementos, etc pero no vamos a seguir esas reglas que se denominan "Nomenclatura Química".Hay una organizacion Internacional que se ocupa de establcer esas Reglas.



9) Representar por medio de las Estructuras de Lewis la Molecula del gas Nitrógeno ( son dos atomos de Nitrógeno unidos )
Para hacer esta "Estructura de Lewis" , nos fijamos en la Tabla Periodica de los elementos representativos   y vemos que el elemento Nitrógeno está ubicado en el Grupo V , ,lo que significa como vimos que posee 5 electrones en su capa electrónica mas externa.Para llegar a la estructura del Gas Inerte mas cercano, cada atomo debe  compartir  3 electrones con el otro.</sub>

N<sub>2   esta es la formula quimica ó molecular 


La de arriba seria una representación de la "formula desarrollada " ó "estructural" , vemos que cada par de electrones de union en la representacion de Lewis se transformó ahora en una rayita</sub>




10) Representar por medio de Estructuras de Lewis la Molécula de Fosfina y la Molécula de acido Clorhidrico.





A la izquierda vemos la estructura de Lewis de la Fosfina y a la derecha la Formula desarrollada .En este caso se puso ademas una rayita simbolizando ese par de electrones que no se comparten.

La Fosfina , el atomo de Fosforo ( Grupo V ) necesita 3 electrones para llegar a tener 8 y los obtiene compartiendo con 3 atomos de Hidrógeno.A su vez el Hidrógeno al compartir un electron adquiere la estructura electrónica externa similar al Helio como ya vimos anteriormente.





Arriba vemos la representacion de Lewis de la Molecula de Acido Clorhidrico.El atomo de Cloro ( Grupo Vll) posee 7 electrones en su capa mas externa  y necesita uno mas para llegar a 8 , lo obtiene compartiendo uno con el atomo de Hidrógeno.A su vez el Hidrógeno al compartir un electron adquiere la estructura electrónica externa similar al Helio como ya vimos anteriormente.

La formula Quimica ó molecular es HCl



La Fórmula desarrollada ó estructural es H-Cl