QUÍMICA 2009 (Unidad II) HIDROCARBUROS HIDROCARB UROS NO SATURADOS SATURADOS - ALQUENOS Y ALQUINOS Biasoli 105/up Hemos visto en el capítulo Vº - 07 los Hidrocarburos saturados - alcanos, que son aquellos en los que la unión entre los átomos de carbono se hace mediante “enlaces simples” (“enlaces secillos).secillos).Como estamos hablando de uniones covalentes, sabemos que en la serie de los alcanos, los átomos de carbono comparten un par de electrones.Iniciaremos ahora el estudio de los hidrocarburos no saturados - Alquenos y Alquinos que son aquellos en los que el enlace entre los carbonos está formado por una doble ligadura (Alquenos) o por una triple ligadura (Alquinos)
HIDROCARBUROS NO SATURADOS - ALQUENOS Son una familia de hidrocarburos no saturados en los que, por lo menos dos de sus carbonos están unidos mediante una unión covalente doble (comparten dos pares de electrones), electrones), llamada “covalencia doble” o “enlace doble”.Para nombrar cada uno de los compuestos compuestos de la serie de los alquenos se aplican exactamente exactamen te las mismas reglas que se usan para los alcanos, pero cambiando la terminación “ano” por el sufijo
“eno”.Ejemplos: Eteno o etileno (C2H4):
Es el primer compuesto de esta serie de los alquenos ya que, para que un compuesto compuesto pertenezca a esta serie, es condición necesaria que la molécula tenga por lo menos 2 átomos de carbono para que pueda existir una unión covalente doble entre ellos.La molécula está compuesta por dos átomos de carbono y cuatro átomos de hidrógeno enlazados enlazados mediante uniones covalentes..-
H H .. .. C :: C ..
..
H
H
H H | | C = C | | H H
Fórmulas de desarrolladas
CH2 = CH 2
C2H4
Fórmula se semidesarrollada ada
Fórmula mo molecular
Obsérvese que cada átomo de carbono comparte un par (dos) electrones electrones con cada uno de los hidrógenos y dos pares (4) electrones con el otro átomo de carbono.Con esta disposición, el hidrógeno obtiene 2 electrones en su órbita externa (similar al helio (He)) y el carbono adquiere 8 electrones en su órbita externa (similar al neón (Ne) ).La molécula resultante es de gran estabilidad química, porque los enlaces enlaces así establecidos son difíciles de romper.Otro ejemplo:
Propeno o propileno (C3H6):
Es el compuesto siguiente de la serie. Difiere del anterior por el agregado de un átomo de carbono y dos átomos de hidrógeno.hidrógeno.-
H H | | C = C --- C --- H | | | H H H Fórmula desarrollada desarrolla da
CH2 = CH -- CH3
Fórmula semidesarrollada semidesarrolla da
C 3H 6
Fórmula molecular
Buteno (C4H8): Difiere del anterior en que tiene un átomo de carbono y dos átomos de hidrógeno más.A partir de este compuesto aparecen los “isómeros” de la serie de los alquenos. En efecto, tal como puede apreciarse en el dibujo, la doble ligadura entre los carbonos puede estar colocada entre el primer y segundo carbono o entre los carbonos centrales.Esta circunstancia, como ya sabemos, da origen dos compuestos que tienen idéntica fórmula molecular pero distintas propiedades.(1) (2) ( 3) (4) (1) (2) (3) (4 (4) CH2 = CH -- CH2 -- CH3 o bien CH3 -- CH = CH -- CH3 2 buteno 1 buteno
Nota: Ninguno de estos isómeros debe ser considerado principal o secundario. Son simplemente, compuestos diferentes.
Se puede ver entonces, que la sola fórmula molecular no es suficiente para identificar la sustancia de que se trata. Por esta razón se recurre permanentemente a las fórmulas semidesarrolladas que identifican completamente el compuesto.Isómeros de los alquenos: Los isómeros de los alquenos pueden ser de: A) cadena lineal (o normal) B)de cadena ramificada Para nombrarlos se procede de la siguiente forma: A) Isómeros de cadena normal :(ver el ejemplo anterior) 1º) Se numeran los carbonos comenzando por el extremo más próximo a la doble ligadura.2º) Se indica la posición de la doble ligadura por el número más bajo de los dos carbonos afectados.B) Isómeros de cadena ramificada : 1º) Se identifica la cadena principal, que es la más larga que contenga un doble enlace 2ª) Se numeran los carbonos de la cadena principal comenzando por el extremo más próximo al doble enlace.3º) Se identifica el radical y el carbono en el que está ubicado 4º) Se arma el nombre comenzando por el carbono del radical, luego la abreviatura abrevia tura del nombre del radical, luego el menor número del carbono del doble enlace y finalmente el nombre de la cadena principal.principal.-
Ejemplo: Penteno isómero(C5H10):
CH3 | CH2 = C -- CH2 -- CH3 (1)
(2)
(3)
(4)
2 metil 1 buteno Procedamos, paso a paso, a dar nombre a este compuesto siguiendo siguiendo las reglas establecidas: 1º) Identificamos Identificamos la cadena principal, que es la que tiene la doble ligadura 2º) Numeramos los carbonos de la cadena principal comenzando por el carbono más próximo a la doble ligadura 3º) Identificamos el radical, que es un metilo (CH3) (abreviatura metil ) y el carbono en el que está : 2 4º) Armamos el nombre colocando : -el número del carbono de la ramificación : 2 -el nombre abreviado del radical : metil -el menor número del carbono del doble enlace : 1 -el nombre de la cadena principal : 4 carbonos = buteno 2 metil 1 buteno Otros ejemplos: A) De cadena lineal o normal 2 penteno CH3 -- CH = CH -- CH2 - CH3 2 hexeno CH2 = CH -- CH2 -- CH2 -- CH2 -- CH3 CH3 - CH2 - CH2 = CH --CH2 -- CH3 3 hexeno B)de cadena ramificada
CH3 | CH2 = CH -- CH -- CH3
3 metil 1 buteno
Isomería geométrica de los alquenos: Recordemos que la “isomería geométrica” se da cuando dos compuestos tienen idéntica fórmula molecular y difieren unicamente en la posición relativa de los radicales Analicemos los siguientes compuestos: / \ \ /
H CH3 \/ C || C /\ H CH3
cis 2 buteno
C H3 H \/ C || C /\ H CH3
trans 2 buteno
Recordemos que, cuando los radicales se encuentran del mismo lado, se antepone al nombre el prefijo
radicales estan de distinto lado, se antopone al nombre nombre el cis (del lado de acá), en cambio si los radicales prefilo trans (a través).Las dos fórmulas fórmulas dan por resultado resultado sustancias sustancias con propiedades propiedades distintas, distintas, de las cuales cuales el trans 2 buteno es el más estable.-
Propiedades físicas de los alquenos: Al igual que en el caso de los alcanos, los alquenos forman una serie cuyas propiedaes físicas difieren poco de los alcanos.Tal como hicimos en los alcanos, mostraremos en un cuadro sus propiedades físicas .Los alquenos son insolubles en agua, pero solubles en disolventes orgánicos (alcohol y eter)
Carbonos en la molécula
Nombre etileno propileno buteno 1 buteno 2 isobutileno penteno 1 hexeno 1 hep teno 1 octeno 1
Punto de fusión ªC
2 3
-169 -185
4 4
-127 -140 -138 -141 -120 -102
4 5 6 7 8
Punto de ebulliciónºC
-103,8 -47 -6,3 1 ,4 -6,9 3 0, 1 64,1 93 1 23
Calor de combustión Kca/mol 337,28 4 9 1 ,8 2 649,66 638,2 647,2 806,78 963,9 1120,9 1 277,9
De la observación del cuadro podemos sacar las siguientes conclusiones: 1º)El etileno, propileno y los butenos tienen puntos de ebullición muy bajos por lo que son gases a temperatura ambiente normales ( consideramos 20ºC la temperatura ambiente promedio) 2º)Los restantes compuestos del cuadro son líquidos . Esta condición de líquidos se extiende hasta los compuestos compuestos alquenos de hasta 18 carbonos. Los alquenos con cantidades mayores a 19 carbonos son sólidos.3º)Los puntos de fusión y de ebullición son un poco más bajos que las de los alquenos.4) Los calores de combustión son muy similares a los de los alcanos.-
Propiedades químicas La reactividad química de los alquenos es muy superior a la de los alcanos, debido a la presencia presencia del doble enlace entre los carbonos.Son combustibles y en estado gaseoso se queman en el aire, produciendo una llama luminosa y desprendiendo dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O).-
Dienos:
Entre los alquenos existen algunos que presentan dos enlaces dobles (en lugar uno como hemos visto hasta ahora).Se trata de los “dienos”, que responden a la fórmula general : CnH2n-2 Los dienos han tenido y tienen una enorme influenci influenciaa en nuestra vida cotidiana, ya que constituye el caucho natural, formado enormes moléculas cuya masa molecular oscila entre 50.000 y 3.000.000 En la industria se elaboran elaboran productos a base de dienos de 4 o 5 átomos de carbono, que tienen la particularidad particularidad de d e de formar cadenas de alta masa molecular formando formando masas elásticas cuyas propiedades son parecidas al caucho natural. (caucho sintético)
HIDROCARBUROS HIDROCAR BUROS NO SATURADOS - ALQUINOS Son hidrocarburos hidrocarburos no saturados que presentar la particularidad de que dos de sus átomos estna unidos por un enlace triple.Como ya sabemos esta condición de triple enlace significa que los carbonos tienen una unión covalente en la que comparten tres pares de electrones.Para que exista una unión triple entre dos carbonos es condición indispensable que existan, por lo menos dos carbonos en la molécula, por lo que los tres primeros hidrocarburos de la serie son:
CH CH CH CH -- CH3 CH C -- CH2 --CH3 Los alquinos responden a la fórmula general : CnH2n-2
Estructura del etino o acetileno: La estructura del etino o acetileno es una cadena lineal
H -- C
C -- H
etino o acetileno propino 1 butino
En los alquinos, el átomo de carbono sufre una hibridización que origina dos orbitales híbridos sp (enlaces (enlaces sigma), pues en este tipo de hibridización hibridización interviene un orbital 2s y otro 2p , quedando dos orbitales 2p sin hibridizar .Propiedades físicas Tal como hicimos en los casos anteriores haremos un cuadro con las propiedades físicas de los alquinos. Son menos densos que el agua (flotan) y son solubles en alcohol, eter y benceno.-
Nombre
Carbonos en la molécula
acetileno propino butino 1 butino 2 pentino hexino 1
2 3 4 4 5 6
Punto de fusión ªC
-81,8 -104,7 130 -32,2 -95 -132
Punto de ebulliciónºC
Calor de combustión Kca/mol
-83,6 -27,5
31 2 473 8, 6
6 2 6 ,4
27, 1 40
782 9 4 0, 5
7 1 ,5
1º)Los alquinos son gaseosos hasta el de 4 corbonos ; líquidos hasta el de 15 y sólidos los restantes.-
Propiedades químicas Los alquinos son ma´s reactivos que los alcanos y los alquenos y se oxidan con facilidad .Etino o acetileno: Este alquino que, como hemos visto, es el primero de la serie, tiene gran importancia industrial . Se forma en la descomposición de muchas sustancias sustancia s orgánicas y en el craking del petróleo, que consiste en romper las moléculas grandes reduciéndolas a moléculas más pequeñas.En el laboratorio y en la industria, el acetilenos se obtiene tratando el carburo de calcio con agua, lo que da como resultado la formación de acetileno e hidróxido de calcio.Veamos la reacción:
C
C
+
H2O ----> HC CH
+ Ca (OH)2
\/ Ca carburo de + calcio
agua ------> acetileno
+
hidróxido de calcio
El acetileno es un gas incoloro de olor a eter cuando es puro (el olor a ajo del gas industrial se debe a impurezas).Es más liviano que el aire poco soluble en agua pero más soluble en disolventes orgánicos (especialmente acetona, que disuelve 25 veces su volumen).Se licúa licúa facilmente a 0 ºC y 26 atmósferas de presión.presión.Este gas arde facilmente en el aire con una llama amarillenta y poco calórica ya que el aire natural no le suministra la cantidad necesaria de oxígeno y la combustión resulta incompleta.Si, por el contrario, se suministra adicionalmente la cantidad necesaria de oxígeno, arde con llama luminosa y con gran desprendimiento de calor.La temperatura de llama alcanza 3000 ºC, lo que se aprovecha en el soplete oxiacetilénico para cortar metales y para soldaduras.La mezcla de 2 volúmenes de acetileno acetileno y 5 volúmenes volúmenes de oxígeno oxígeno se torna explosiva explosiva y detona en contacto con la llama, con gran desprendimiento de calor.Un derivado del acetileno, el cloruro de vinilo (CH2 CHCl) es ampliamente usado en la fabricación de plásticos y fibras textiles.La adición de agua al acetileno produce “etanal” con el que se fabrica “ácido acético”.También se emplea el acetileno en la fabricación del caucho sintético y en la fabricación de “ácido acrílico” y “acrilato de metilo”, con los que se fabrican los plásticos que conocemos como “acrílicos
