UNIDAD I. ESTRUCTURA DE LOS COMPUESTOS ORGNICOS QUMICA ORGNICA. Inicialmente la qumica orgnica fue definida como la qumica de los compuestos que provienen de los seres vivos, de all el trmino orgnico. Sin embargo, pronto se vio que podan prepararse compuestos orgnicos en el laboratorio a partir de sustancias que contuvieran carbono, procedentes de compuestos inorgnicos. Dado que todos los compuestos orgnicos contienen carbono, la qumica orgnica se define como la qumica de los compuestos del carbono. Por qu es importante el estudio de los compuestos del carbono? La qumica orgnica es un campo indispensable para la ciencia y tecnologa. Los seres vivos estn constituidos fundamentalmente por agua y compuestos orgnicos, casi todas las reas de estudio que se refieren a plantas, animales o microorganismos (medicina y disciplinas relacionadas, bioqumica, microbiologa, agricultura, entre otras) se basan en los principios de qumica orgnica. Por otro lado, los colorantes, fibras sintticas, plstico, papel, tinta, la gasolina, los neumticos, nuestros alimentos y vestuario son tambin compuestos orgnicos. Existen miles de compuestos orgnicos, ya que el tomo de carbono es capaz de unirse con otros tomos de carbono formando anillos, cadenas lineales o con ramificaciones, pueden presentarse enlaces sencillos, dobles o triples; adems, puede unirse a otros tipos de tomos, como oxgeno, nitrgeno, halgenos. Por esto, es importante conocer la forma en que se distribuyen los tomos dentro de cada compuesto, cmo forman los enlaces, cmo se clasifican, entre otras cosas. TEORA ESTRUCTURAL. Indica la manera de escribir la frmula estructural de los compuestos. Da un marco de ideas acerca de cmo se unen los tomos para formar molculas (orden en que se juntan los tomos, electrones que los mantienen unidos, formas y tamaos de las molculas, modo en que se distribuyen los electrones a su alrededor). Las dos ideas centrales en las que se basa esta teora son: (a) Los tomos de los elementos en los compuestos orgnicos pueden formar un nmero fijo de enlaces. La medida de esta capacidad se llama valencia. Por ejemplo: el carbono es tetravalente, es decir, puede formar hasta cuatro (4) enlaces; el oxgeno es divalente; el nitrgeno es trivalente; el hidrgeno y los halgenos (F, Cl, Br y I) son monovalentes.

(b)

Un tomo de carbono puede usar una o ms de sus valencias para formar enlaces con otros tomos de carbono, formndose as los llamados enlaces simples, dobles y triples. ENLACES CARBONO-CARBONO

C

C

C

C

C

C

ENLACE SIMPLE

ENLACE DOBLE

ENLACE TRIPLE

Es de gran utilidad la teora estructural pues dos o ms compuestos pueden tener la misma frmula molecular pero diferir en la unin de sus tomos para formar la molcula. Por ejemplo, el alcohol etlico y el ter dimetlico, tienen ambos la misma frmula molecular, C2H6O. Sin embargo, difieren en su estructura molecular, por tanto en sus propiedades fsicas y qumicas. HIBRIDACIN DE ORBITALES: sp3, sp2 y sp. Cuando los tomos se unen para formar las molculas, generalmente no utilizan los orbitales atmicos (s, p, d, ) en forma aislada o pura, sino que previamente se combinan o mezclan entre s, antes de unirse con otros tomos, originando orbitales atmicos hibridados.

Ahora bien, los orbitales que se combinan siempre deben estar en el mismo nivel de energa. Entonces, dado que el primer nivel de energa slo contiene un orbital (1s), no es posible en este nivel ninguna hibridacin; por otro lado, en el segundo nivel de energa existen un orbital s (2s) y tres orbitales p (2p), por lo que son posibles tres (3) tipos de hibridaciones: sp, sp2 y sp3. Algo IMPORTANTE que debe tenerse siempre en cuenta, es que en una molcula, los tomos terminales NO presentan hibridacin; son los tomos centrales (que se encuentran entre dos o ms tomos) los que pueden presentar los diferentes tipos de hibridaciones. Por otro lado, antes de tratar de establecer qu hibridacin presenta un determinado tomo, se debe considerar lo siguiente: - Los enlaces sigma ( ), son enlaces sencillos de baja energa que se forman con orbitales hbridos. - Los enlaces pi ( ), son enlaces de alta energa que se forman con orbitales p puros (no hibridados); de tal forma que, en un doble enlace se tienen un enlace y uno ; en cambio, en un triple enlace, se tienen un enlace y dos . Por ejemplo: cuando el tomo de hidrgeno forma parte de una molcula, utiliza su orbital atmico 1s para formar el enlace. La situacin es algo diferente con el tomo de carbono: el carbono (C) tiene dos (2) electrones en el orbital 1s que, al estar lleno, no puede ser usado para formar enlaces; son los cuatro (4) electrones del segundo nivel energtico los que se usan para tal finalidad. Hay cuatro (4) orbitales atmicos en el segundo nivel: un orbital 2s y tres orbitales 2p. Sin embargo, el carbono no los usa para formar enlaces en su estado original, sino que los combina o hibrida. La configuracin electrnica del tomo de carbono es 1s2 2s2 2p2. Un tomo de carbono en su estado fundamental tendra dos electrones desapareados, tal y como se indica a continuacin:

Como el tomo de carbono en su estado fundamental slo contiene dos electrones desapareados se debera esperar que, en lugar de formar cuatro (4) enlaces, el carbono se uniera slo a otros dos tomos. Sin embargo, por adicin de energa a un tomo de carbono, uno de los electrones 2s puede promocionarse hasta alcanzar el orbital vaco 2p, dando lugar a la configuracin electrnica indicada a continuacin:

Al promocionar un electrn desde el orbital 2s al 2p el tomo de carbono tiene disponibles cuatro electrones para formar cuatro enlaces covalentes y de esta forma puede conseguir la configuracin electrnica de gas noble. Este razonamiento explica por qu el tomo de carbono tiende a ser tetravalente en lugar de divalente. Sin embargo, an en este estado, el tomo de carbono NO se une a otros tomos. Esto slo puede lograrlo por hibridacin de sus orbitales, lo que da lugar a enlaces ms fuertes; para cada caso de hibridacin, la forma del orbital hbrido es la ms favorable para la mxima superposicin con el orbital de otro tomo. Y, por ltimo, la geometra o disposicin espacial en los tres tipos de orbitales hbridos permite a los grupos unidos al carbono situarse a la mxima distancia entre s, minimizando las repulsiones mutuas. HIBRIDACIONES DEL TOMO DE CARBONO.

Hibridacin sp:

2 p 2 sEstado Fundamental

2 p 2 s

s p

2 pHibridacin

Estado Excitado

Estos orbitales hbridos se forman por combinacin de un orbital atmico 2s con un orbital atmico 2p, en este proceso se generan dos (2) orbitales hbridos sp, quedando sin hibridar dos orbitales atmicos 2p. Para disminuir la repulsin entre los electrones de los orbitales hbridos sp, stos se colocan en el mismo plano formando entre ellos un ngulo de 180, como se muestra en la siguiente figura:

Los dos orbitales atmicos 2p que no se han empleado en el proceso de hibridacin se colocan perpendiculares entre s y perpendiculares al sistema de orbitales hbridos sp, tal y como se indica en la figura que se da a continuacin:

Este tipo de hibridacin es utilizada cuando el carbono forma un triple enlace o enlaces dobles acumulados (dos dobles enlaces en el mismo tomo de carbono), el caso de un alquino o de un dieno, respectivamente. Por ejemplo, para el acetileno se tiene:

EXPERIMENTALMENTE, SE HA DETERMINADO QUE EL ACETILENO ES UNA MOLCULA LINEAL CON NGULOS DE 180, CON LOS TOMOS UBICADOS SOBRE UNA SOLA LNEA RECTA (informacin que concuerda con el tipo de hibridacin de sus tomos centrales).

Hibridacin sp2:

2 p 2 sEstado Fundamental

2 p 2 sEstado Excitado

sp2Hibridacin

2 p

Estos orbitales hbridos se forman por combinacin de un orbital 2s con dos orbitales 2p, En este proceso se generan tres (3) orbitales hbridos sp2. Los tres (3) orbitales hbridos sp2 son idnticos y se encuentran en un plano formando un ngulo de 120 entre ellos.

El orbital p libre, que no se ha empleado en el proceso de hibridacin, se coloca perpendicular al plano que contiene a los tres hbridos sp2, tal y como se indica en la figura que se da a continuacin:

Este tipo de hibridacin es utilizada cuando el carbono forma un doble enlace. Este es el caso de los alquenos, sus carbonos olefnicos presentan este tipo de hibridacin. Por ejemplo, para el etileno se tiene:

Hibridacin sp3:

2 p 2 sEstado Fundamental

2 p 2 sEstado Excitado

sp3

Hibridacin

Estos orbitales hbridos se forman por combinacin de un orbital 2s con uno 2p, En este proceso se generan cuatro (4) orbitales hbridos sp3. Para disminuir la repulsin entre los electrones de los orbitales hbridos sp3, stos se alejan generando un tetraedro perfecto, formando ngulos de 180 entre s, como se muestra en la siguiente figura:

Este tipo de hibridacin es utilizada cuando el carbono forma cuatro (4) enlaces sencillos. En el caso de los alcanos, los carbonos presentan este tipo de hibridacin. Por ejemplo, para el metano se tiene:

RESUMEN HIBRIDACIN. Cuando se combinan orbitales atmicos para formar orbitales hbridos, el nmero de orbitales hbridos que resultan es igual al nmero de orbitales atmicos que se combinan; dentro de cada orbital existe un electrn desapareado, listo para combinarse con el electrn desapareado de otro. Los orbitales adoptan el arreglo que les permita alejarse al mximo entre s. Cuando un tomo de carbono est unido a otros cuatro tomos, los enlaces que forma se construyen a partir de cuatro orbitales hbridos sp3 (enlaces sigma, ). Tal tomo de carbono se denomina tetradrico; los ngulos de enlace resultan ser de 109,5. Cuando un tomo de carbono se une a otros tres tomos, utiliza orbitales hbridos 2 sp para los enlaces, quedando un orbital p sin hibridar. Los tres orbitales hbridos sp2 se usan para formar tres enlaces sigma ( ) y el orbital p forma un enlace pi ( ). El tomo de carbono es trigonal, con ngulos entre ellos de aproximadamente 120. Cuando un tomo de carbono est unido a otros dos tomos, utiliza para los enlaces dos orbitales hbridos equivalentes sp, quedndoles otros dos orbitales p sin hibridar. Con los orbitales sp forma dos enlaces sigma ( ) linealmente dispuestos y con los dos orbitales p forma dos enlaces pi ( ). Para estar lo ms alejados posible, los orbitales sp se ubican a lo largo de una lnea recta con ngulos entre ellos de 180.

GRUPO FUNCIONAL. A pesar de que los enlaces Carbono-Carbono (sp3- sp3) y Carbono-Hidrgeno son los ms comunes y abundantes en los compuestos orgnicos, no son los que desempean el papel principal en las reacciones orgnicas. En la gran mayora de los casos, son los enlaces o los tomos distintos del carbono y del hidrgeno, los que le confieren a la molcula su reactividad. Es la zona de reactividad qumica de una molcula la que recibe el nombre de GRUPO FUNCIONAL. Las series de compuestos con el mismo grupo funcional, tienden a experimentar las mismas reacciones qumicas. Por lo que, son catalogados como compuestos que pertenecen a una misma familia. TIPOS DE COMPUESTOS ORGNICOS. En un compuesto orgnico se encuentran, principalmente, tomos de carbono e hidrgeno; sin embargo, tambin pueden encontrarse, oxgeno, nitrgeno, halgenos, entre otros. Dependiendo del tipo de tomos presentes, se pueden clasificar en cuatro (4) tipos de compuestos orgnicos, a saber: hidrocarburos, cuando slo presenten tomos de carbono e hidrgeno; oxigenados, cuando adems poseen tomos de oxgeno; nitrogenados, que poseen tomos de nitrgeno; halogenados, en caso de poseer tomos de halgeno. En la siguiente tabla se muestran los tipos de compuestos orgnicos y familias.

COMPUESTOS ORGNICOSHIDROCARBUROS Familia Alcanos Alquenos Alquinos Aromticos Estructura General

R H R CH CH R R C C R

Grupo Funcional Ninguno Doble Enlace

COMPUESTOS ORGNICOS (Cont.)HALOGENADOS Familia Halogenuros de Alquilo OXIGENADOS Familia Alcoholes teres Estructura General Grupo Funcional

R

XGrupo Funcional

Estructura General

R OH R O R

Aldehdos R CHO Cetonas R CO R cidos Carboxlicos R COOH Derivados de cidos Carboxlicos steres R COOR Amidas R CONH2 Halogenuros de cido R COX Anhdridos de cido R COOCOR NITROGENADOS Familia Estructura General Aminas R NH2 NitrilosNotas:

Grupo Funcional

R

C N

-

El smbolo R es empleado para designar estructuras generales de molculas orgnicas, se utiliza como smbolo general para representar cualquier grupo alquilo.

FRMULAS ESTRUCTURALES. Son representaciones precisas que indican con mayor o menor detalle los tomos que conforman las molculas, y la forma en que estn unidos entre s por medio de enlaces, es decir muestra lo que se llama la conectividad entre los tomos. Los tipos ms comunes de frmulas son: con guiones o desarrolladas, semidesarrolladas o semicondensadas, condensadas, molculas cclicas, simplificadas o frmula de lneas de enlace y tridimensionales o en perspectiva. Frmulas Estructurales con Guiones o Desarrolladas. Se indican todos los tomos que conforman la molcula, representndose los enlaces mediante guiones. El tipo de enlace que puede ser sencillo, doble o triple, se representa por uno, dos o tres guiones. La cadena de tomos es recta, aunque se conoce que no lo es exactamente. Se omiten los pares de electrones no-compartidos a menos que sea necesario.

Frmulas Estructurales Semidesarrolladas o Semicondensadas. Se omiten los guiones que representan los enlaces entre los hidrgenos y carbonos a los que estn unidos, pero s se indica su nmero empleando subndices.

Frmulas Estructurales Condensadas. Se escriben sin mostrar todos los enlaces individuales. En este tipo de estructura los tomos centrales se muestran junto con los tomos ligados a l, es decir, los tomos enlazados a un tomo central con frecuencia se escriben despus de dicho tomo central (como en CH3CH3 en lugar de H3C-CH3), an cuando no sea su orden real de enlace. En muchos casos, si hay dos o ms grupos idnticos, se pueden

emplear parntesis y un subndice para representarlos. No se representan los electrones nocompartidos. Frmulas Estructurales Cclicas. Es la representacin de los tomos de carbono ordenados en forma de anillos, los cuales pueden ser monocclicos (un solo ciclo) o policclicos (varios ciclos).

Frmulas Estructurales Simplificadas o Frmulas de Lneas de Enlace. Se representa el esqueleto carbonado mediante lneas en zig-zag, en las que cada segmento representa un enlace y cada punto de unin un tomo de carbono. Se omiten los tomos de hidrgeno unidos a carbono, pero si se indican los heterotomos (O, Cl, N) y sus hidrgenos. Los dobles y triples enlaces se representan con dos y tres segmentos respectivamente.

Frmulas Estructurales Tridimensionales o en perspectiva. Existen dos formulaciones utilizadas para exhibir la estructura tridimensional a una molcula: la primera es la frmula de cuas rellenas, lneas y cuas punteadas, en la cual los tomos que se dirigen fuera del plano del papel estn unidos por una cua rellena, los que se encuentran por detrs del plano estn unidas con una cua punteada y los que estn sobre el plano del papel se unen por medio de una lnea. La segunda es la representacin mediante modelos moleculares, que se construyen con bolas de distintos tamaos para cada tipo de tomo y varillas que representan los enlaces.

En la tabla que se muestra a continuacin, se presentan ejemplos de los distintos tipos de Frmulas Estructurales

FRMULAS ESTRUCTURALESDESARROLLADAS H H H C=CCC=C H H H H H SEMIDESARROLLADAS CH2 = CH CH2 CH = CH2 CH3 CH2 CH2 C CH3 O CONDENSADAS CH2 = CHCH2CH = CH2 DE NGULOS Y LNEAS O CH3(CH2)2 COCH3 H H H H

HCCCCCH H H H O H

TRIDIMENSIONALES

POLARIDAD: MOLCULAS POLARES Y NO POLARES. La polaridad es una propiedad de las molculas que representa la desigualdad de las cargas elctricas en la misma. Esta propiedad se relaciona con otras propiedades qumicas y fsicas como la solubilidad, punto de fusin, punto de ebullicin, fuerzas intermoleculares, etc. Es una caracterstica muy importante ya que puede ayudarnos a reconocer molculas (por ejemplo a diferenciar el trans-dicloroetano que es apolar y el cis-dicloroetano que es fuertemente polar). Para saber si una molcula es polar hay que atender una serie de factores, entre los cuales se encuentran la polaridad de los enlaces y la estructura de la molcula. POLARIDAD DE ENLACES. Cuando se unen dos tomos de igual o muy similar electronegatividad, se dice que el par de electrones del enlace estn repartidos por igual entre los tomos, generndose un enlace covalente apolar o no polar. Por otro lado, cuando los tomos que se unen tienen electronegatividades diferentes, uno de ellos tendr ms tendencia a captar los electrones que el otro, desplazndose el par hacia el tomo que ms lo atraiga constituyendo un enlace covalente polar, generndose lo que se conoce como dipolo (el cual se simboliza mediante una flecha dirigida hacia el tomo que ms atrae el par de electrones, ). La magnitud de ese dipolo viene definida por lo que se conoce como MOMENTO DIPOLAR ( ) que es igual a la magnitud de la carga (e) multiplicada por la distancia (d) entre los ncleos de los tomos que forman el enlace, = e*d. La unidad de medida del momento dipolar es el Debye (D). Si una molcula tiene varios enlaces con carcter polar, el momento dipolar ser la suma vectorial de los momentos dipolares de cada enlace. Este concepto implica, no slo las magnitudes, sino tambin las direcciones de los momentos de enlace, lo que indica que el momento dipolar es una medida de la polaridad de la molcula. Esto puede suponer que molculas que posean enlaces polares tengan momento dipolar TOTAL cero, debido a su geometra simtrica. De esta manera, una molcula que slo contiene enlaces apolares es siempre apolar, ya que los momentos dipolares de sus enlaces son nulos. En molculas diatmicas son apolares las molculas formadas por un solo elemento o elementos con diferencia de electronegatividad muy reducida. Por ejemplo H2, O2, N2, Cl2 y Br2. Sern tambin apolares las molculas, que a pesar de tener momentos dipolares de enlace, son simtricas. Por ejemplo, se encuentra que varias molculas como: CCl4, CO2, CH4, formadas por ms de dos tomos, tienen enlaces polares, pero no tienen momento dipolar neto. Esto se debe a que estas molculas son simtricas alrededor del carbono. As, en la adicin vectorial se cancelan los momentos de enlace y la resultante es cero. H Cl

Cl H HMETANO, =0

H

Cl ClTETRACLORURO DE CARBONO, =0

Por otro lado, molculas como el cloruro de metilo (CH3Cl) y el agua (H2O), son fuertemente polares. En el caso del cloruro de metilo, la polaridad del enlace C-Cl no se anula, por lo que presenta un momento dipolar neto. Como el carbono y el hidrgeno tienen electronegatividades que son casi iguales, la contribucin de los tres enlaces CH al momento neto de la molcula es casi nulo. Sin embargo, la diferencia de electronegatividades entre el cloro y el carbono es alta,

por lo que el enlace CCl es muy polar, esto explica que la molcula presente un alto momento dipolar neto. En el caso del agua, los momentos dipolares de los enlace se suman ofreciendo una densidad de carga negativa en el oxgeno y dejando los hidrgenos casi sin electrones.

Cl

H H

H

CLORURO DE METILO, = 1,87D

De lo anterior, se verifica que la polaridad de una molcula no slo depende de la polaridad de sus enlaces individuales, sino tambin de sus direcciones, es decir de la forma de la molcula. CONTRIBUCIN DE LOS PARES DE ELECTRONES NOENLAZANTES. La presencia de un par de electrones no-enlazantes en una molcula, da como resultado que se obtengan momentos dipolares ms grandes de lo que se podra esperar de la suma vectorial de sus momentos dipolares de enlace, como en el caso del agua (H2O) y el amonaco (NH3), o ms pequeos como en el caso del trifluoruro de nitrgeno (NF3). Estos pares de electrones nocompartidos contribuyen considerablemente a los momentos dipolares de los compuestos; no tiene ningn tomo unido a l que le neutralice su carga negativa. Esta alta densidad electrnica hace que contribuya con un momento dipolar alto, el cual est orientado hacia afuera del tomo central.

N HH

O

= 1.46 D

H

H

= 1.84 D

H

Los altos momentos dipolares netos del agua y del amonaco podran considerarse como resultado de los apreciables momentos dipolares de los enlaces O-H y N-H, respectivamente. Sin embargo, los pares no enlazantes ejercen una gran influencia. Entonces, los pares de electrones no-compartidos contribuyen al momento dipolar de cualquier molcula en la que aparezcan. Los momentos dipolares de la mayora de los compuestos no han sido medidos nunca, es decir no son datos experimentales; para estas sustancias se debe predecir cualitativamente la polaridad con base en sus estructuras. con los valores de electronegatividad, se puede estimar la polaridad de los enlaces; con los ngulos de enlace, se puede estimar la polaridad de las molculas, considerando tambin los pares de electrones noenlazantes. FUERZAS INTERMOLECULARES: INTERACCIN DIPOLO-DIPOLO, PUENTE DE HIDRGENO, FUERZAS DE VAN DER WAALS. Adems de los enlaces internos de las molculas (intramoleculares), hay fuerzas de atraccin ms dbiles que existen entre molculas (intermoleculares), las cuales las mantienen unidos. Estas

fuerzas intermoleculares dbiles, son las determinantes de las propiedades fsicas de los compuestos. Hay tres tipos principales de fuerzas de atraccin que hacen que las molculas se asocien para formar slidos y lquidos: las fuerzas entre dipolos de las molculas polares (Interaccin DipoloDipolo), las fuerzas de London que afectan a todas las molculas (Fuerzas de Van Der Waals) y los Puentes de Hidrgeno que atraen a molculas que tienen grupos O-H, N-H y F-H. INTERACCIONES DIPOLODIPOLO. Como resultado de los enlaces polares, la mayor parte de las molculas tienen momentos dipolares (cada uno de los cuales tiene un extremo positivo y uno negativo). Las fuerzas entre dipolos son las fuerzas de atraccin intermolecular que provienen de la atraccin entre los extremos positivos hacia los negativos de los momentos dipolares de las molculas polares, por el efecto de la atraccin electrosttica entre los dipolos. Por ejemplo:

+

H C

Cl

+

H C

Cl

+

H C

Cl

Cl

C H

+

H

H H

H ATRACCI H N

H H REPULSI N

H

PUENTE DE HIDRGENO. (No es un enlace verdadero. Debe haber en la molcula hidrgeno enlazado directamente a oxgeno, nitrgeno o flor). Es un tipo de atraccin dipolodipolo particularmente fuerte, donde un tomo de hidrgeno hace de puente entre dos tomos fuertemente electronegativos (O, N, F) sujetando a uno con un enlace covalente y al otro con fuerzas puramente electrostticas. Esto debido a que como estos elementos son suficientemente negativos, hacen al hidrgeno muy positivo, originando la atraccin necesaria.

+ H O

PUENTE DE HIDRGENO

CH3 H O CH3 +

FUERZAS DE VAN DER WAALS O FUERZAS DE LONDON. Son fuerzas de atraccin que actan entre las molculas nopolares. Su origen se atribuye al movimiento desordenado de los electrones en el tomo o molcula. Este movimiento desordenado de los electrones hace que en un instante en particular se originen dipolos temporales, debido a que la carga no se distribuye con uniformidad. Estos dipolos temporales se atraen uno a otro brevemente antes de desaparecer. Esta fuerza depende de un contacto superficial estrecho de dos molculas, por tanto, es proporcional al rea superficial molecular.

+ + + + +En trminos generales, la intensidad de las fuerzas intermoleculares, comparando compuestos que tienen masas molares semejantes, aumenta en el siguiente orden: Fuerzas de Van Der Waals < Interacciones Dipolo-Dipolo < Puentes de Hidrgeno

PROPIEDADES FSICAS: PUNTO DE FUSIN, PUNTO DE EBULLICIN, SOLUBILIDAD. Como resultado de las interacciones dipolares, las molculas polares generalmente se unen entre s ms firmemente o con mayor intensidad que las nopolares de masa molecular comparable; esto influye en las propiedades fsicas (puntos de fusin y ebullicin, .) que tienden a ser ms altas en los compuestos polares que las de las sustancias nopolares. Por otro lado, los puentes de hidrgeno explican el hecho de que an cuando algunos compuestos poseen la misma masa molecular, poseen puntos de ebullicin diferentes; por ejemplo, el alcohol etlico (C2H6O) tiene una temperatura de ebullicin mucho ms alta (+78.5C) que el ter dimetlico (C2H6O) (-24.9 C); esto se debe a que las molculas de alcohol etlico, tienen un tomo de hidrgeno unido covalentemente a un tomo de oxgeno y pueden formar puentes de hidrgeno entre s. PUNTO DE FUSIN. El punto de fusin de un slido cristalino se define como la temperatura a la cual los estados slido y lquido de dicha sustancia se encuentran en equilibrio, a presin atmosfrica. El punto de fusin se refiere al cambio desde una disposicin muy ordenada de partculas en el retculo cristalino al ms desordenado que caracteriza a los lquidos.

FUSI N

LAS UNIDADES ESTRUCTURALE S SON MOLCULAS

Slido

Lquido

En las molculas, para que ocurra la fusin, deben ser superadas las fuerzas que las mantienen unidas. Por ejemplo, para fundir el metano (CH4), no se necesita romper el enlace covalente entre tomos de carbono e hidrgeno, basta con proporcionar suficiente energa para separar molculas de metano entre s (CH4, pto de fusin = - 183C). PUNTO DE EBULLICIN. La temperatura de ebullicin de un lquido, es la temperatura a la cual la presin de vapor del lquido iguala a la presin atmosfrica que acta sobre l. Debido a esto, las temperaturas de ebullicin de los lquidos dependen de la presin, y siempre se reportan a una presin especfica. Por tanto, esta temperatura es directamente proporcional a una presin determinada; una vez que se alcanza esta temperatura, permanece constante. Para que una sustancia alcance la ebullicin, es necesario que la energa trmica que absorben las partculas por efecto del calor suministrado, supere las fuerzas de atraccin que las mantiene en estado lquido.

Lquido

Gas

En el estado lquido, las fuerzas que mantienen unidas a las molculas (intermoleculares) son fciles de vencer, comparadas con las considerables fuerzas interinicas de los compuestos inicos, por lo que la ebullicin se produce a temperaturas mucho ms bajas. Por ejemplo, para el metano, CH4, Peb = -161,5C. Los compuestos nopolares, cuyas fuerzas intermoleculares son muy dbiles, por lo general hierven a temperaturas bajas, incluso a presin de una atmsfera. Sin embargo, debido a factores como efectos de la masa y el tamao molecular, las molculas ms pesadas requieren mayor energa trmica para adquirir velocidades suficientemente grandes para escapar de la superficie del lquido y debido a que sus reas superficiales comnmente son mucho mayores, tambin las fuerzas de atraccin intermolecular de Van Der Waals son ms grandes y, por ende, tambin son elevados sus puntos de ebullicin. Por otro lado, los lquidos cuyas molculas se mantienen unidas por Puentes de Hidrgeno (denominados lquidos asociados) requieren una energa considerable, por lo que un lquido asociado tiene un punto de ebullicin que es muy elevado para un compuesto de su masa molecular y momento dipolar. Por ejemplo, el cido fluorhdrico, H-F, hierve a una temperatura de 100C, ms alta que el cido clorhdrico, H-Cl, (Peb=48C). Pero en el primer caso, H-F, es un lquido asociado mientras que en el segundo caso, H-Cl, no lo es. Tambin hay compuestos orgnicos que presentan puentes de hidrgeno (O-H, N-H); est el caso de los alcoholes, por contener el grupo hidroxilo, O-H, presentan puntos de ebullicin anormalmente elevados. Los puntos de ebullicin de los compuestos orgnicos rara vez pasan por encima de los 350C; a temperaturas ms elevadas, comienzan a romperse los enlaces covalentes dentro de las molculas, con lo que compiten la descomposicin con la ebullicin. Para disminuir el punto de ebullicin de compuestos orgnicos y as minimizar su descomposicin, se destilan a presin reducida. En trminos generales, debido a que los puntos de ebullicin y de fusin dependen de las fuerzas de atraccin intermoleculares, al comparar compuestos de masas molares semejantes, presentarn valores ms altos de dichas propiedades, aquellos compuestos que presenten Puentes de Hidrgeno y, valores ms pequeos, los que presenten fuerzas de Van Der Waals. SOLUBILIDAD. Es la cantidad de una sustancia que podra disolverse en otra. Cuando se disuelve un slido en un lquido, las unidades estructurales (iones o molculas) se separan unas de otras y el espacio entre ellas pasa a ser ocupado por molculas de disolvente. Durante la disolucin, al igual que en la fusin y la ebullicin, debe suministrarse energa para vencer las fuerzas interinicas o intermoleculares. En las molculas, las caractersticas de solubilidad estn determinadas fundamentalmente por su polaridad. Una regla prctica til en la prediccin de la solubilidad es: una sustancia disuelve a otra similar o semejante disuelve a semejante. De acuerdo a esta regla: Los compuestos polares tienden a disolverse en disolventes polares. En general, los lquidos polares son miscibles entre s. Los slidos nopolares comnmente son solubles en disolventes nopolares y los lquidos nopolares son miscibles entre s. La razn de ello es comprensible: si se entiende que cuando se mezclan sustancias de polaridades similares, las nuevas fuerzas intermoleculares que se forman en la solucin, son muy semejantes a las que existen en las sustancias separadas.

NOTAS IMPORTANTES: Para que un compuesto orgnico sea soluble en agua (H2O) debe ser polar o estar presente el grupo O-H o N-H; sin embargo, deben aplicarse los siguientes lineamientos: TOMOS DE CARBONO 13 45 6 - MS SOLUBILIDAD EN AGUA COMPLETA PARCIAL NULA

Estos lineamientos se deben a que a medida que aumenta la cadena carbonada, el compuesto tiende a parecerse ms a un hidrocarburo (compuesto No Polar), por tanto va a disolverse en uno semejante. Los azcares (sacarosa, C12H22O11) a pesar de tener 12 tomos de carbono, tienen muchos grupos hidroxilo (O-H); entonces son muy solubles en agua.

Los hidrocarburos, que poseen enlaces C-C y C-H, y no contienen grupos hidroxilo (-OH), son completamente distintos al agua y no se disuelven en ella; pero pueden disolverse en solventes no polares. Adems, los hidrocarburos se disuelven unos a otros. EN GENERAL, LOS QUMICOS ORGNICOS DEFINEN COMO UN COMPUESTO SOLUBLE EN AGUA SI POR LO MENOS TRES (3) GRAMOS DEL COMPUESTO ORGNICO SE DISUELVEN EN CIEN (100) MILILITROS DE AGUA.