Química Orgánica Esencial: De los Orígenes al Petróleo y la Hibridación del Carbono

Orígenes de la Distinción entre Química Orgánica e Inorgánica

Primeras Diferenciaciones

Torbern Bergman (1777) fue el primero en diferenciar entre sustancias "orgánicas" e "inorgánicas". Concluyó que la química orgánica se refería a los compuestos presentes en los seres vivos.

La Teoría Vitalista y su Refutación

Jöns Jacob Berzelius (1779-1848) denominó:

• Química Inorgánica: al estudio de las sustancias minerales.
• Química Orgánica: al estudio de las sustancias provenientes de seres vivos.

Berzelius afirmó que la formación de compuestos orgánicos requería una "fuerza vital" especial, inherente a los organismos vivos, y que, por lo tanto, no era posible su síntesis o manipulación en el laboratorio.

Michel Eugène Chevreul (1786-1889) refutó la teoría vitalista. Descubrió que un jabón (una grasa, sustancia orgánica) se podía dividir y transformar en otras moléculas orgánicas (ácidos grasos y glicerina) mediante reacciones químicas en el laboratorio, demostrando que no se necesitaba una "fuerza vital".

El Petróleo: Composición, Origen y Tipos

Definición y Propiedades del Petróleo

El petróleo es una sustancia viscosa, formada en su mayoría por hidrocarburos, que puede encontrarse en estado líquido o gaseoso. Es un líquido insoluble en agua y su densidad varía entre 0,75 y 0,95 g/ml.

Teorías sobre el Origen del Petróleo

• Teoría Abiogénica: Plantea que el petróleo natural se formó en depósitos de carbono profundos, sin intervención de materia orgánica.
• Teoría Orgánica: Sostiene que el petróleo es el resultado de un complejo proceso en el interior de la Tierra. Debido a la presión y a las altas temperaturas, se produce la descomposición de enormes cantidades de materia orgánica (restos de plantas y animales marinos) acumulada durante millones de años.

Tipos de Petróleo

• Petróleo Parafínico: Fluido, de color claro y baja densidad. De él se extraen principalmente gasolina, queroseno y aceites lubricantes.
• Petróleo Asfáltico: Viscoso, de color negro y alta densidad. De él se extraen pequeñas cantidades de gasolina, aceite combustible y grandes cantidades de residuo asfáltico.
• Petróleo de Base Mixta: Presenta características y aplicaciones de los petróleos de tipo parafínico y asfáltico.

El Átomo de Carbono: Fundamento de la Química Orgánica

El carbono tiene un número atómico Z=6.

El carbono es uno de los elementos fundamentales en los compuestos orgánicos y tiene la capacidad de formar cuatro enlaces covalentes, una propiedad conocida como tetravalencia.

Sus orbitales atómicos de valencia principales son distintos: un orbital 2s y tres orbitales 2p (2p_x, 2p_y, 2p_z).

Hibridación y Tipos de Enlaces del Carbono

Concepto de Hibridación

La hibridación es el proceso mediante el cual los orbitales atómicos de un átomo se combinan (o "mezclan") para formar un nuevo conjunto de orbitales híbridos, que tienen diferentes formas y orientaciones espaciales que los orbitales atómicos originales. Estos orbitales híbridos son los que participan en la formación de enlaces.

Tipos de Enlaces Covalentes

• Enlace Sigma (σ): Es un enlace covalente fuerte que se forma por la superposición frontal (o axial) de orbitales atómicos o híbridos de dos átomos diferentes.
• Enlace Pi (π): Es un enlace covalente que se forma por la superposición lateral de dos orbitales p puros (no hibridados) paralelos entre sí.

Tipos de Hibridación del Carbono

• Hibridación sp³: Se origina a partir de la combinación de un orbital s y tres orbitales p, formando cuatro orbitales híbridos sp³ idénticos.
  • Geometría: Tetraédrica
  • Ángulo de enlace: 109,5°
• Hibridación sp²: Se origina a partir de la combinación de un orbital s y dos orbitales p, formando tres orbitales híbridos sp². Queda un orbital p puro sin hibridar, perpendicular al plano de los orbitales híbridos.
  • Geometría: Trigonal plana
  • Ángulo de enlace: 120°
• Hibridación sp: Se origina a partir de la combinación de un orbital s y un orbital p, formando dos orbitales híbridos sp. Quedan dos orbitales p puros sin hibridar, perpendiculares entre sí y al eje de los orbitales híbridos.
  • Geometría: Lineal
  • Ángulo de enlace: 180°

Clasificación de Hidrocarburos según sus Enlaces

Las fórmulas generales para algunas series homólogas de hidrocarburos son:

• Alcanos (enlaces simples C-C, hibridación sp³): C_nH_2n+2
• Alquenos (contienen al menos un enlace doble C=C, hibridación sp² en los carbonos del doble enlace): C_nH_2n
• Alquinos (contienen al menos un enlace triple C≡C, hibridación sp en los carbonos del triple enlace): C_nH_2n-2