Presentación e Instrucciones de Trabajo para el Periodo 3
Hola chicos y niñas, ante todo bienvenidos a esta nueva experiencia en el medio digital y virtual. Les dejo abajo el Link de Lectura y Descarga de la Guía-Taller No. 5 con una duración de 2 - 3 semanas ó 8 a 12 horas de trabajo en Clases, para su apropiación y uso a través de sus dispositivos celulares.
Recuerden: ¡Debemos disminuir el consumo de papel; seamos más digitales y prácticos!
Link de Lectura y Descarga Guía Taller No. 6 Enlace Químico
https://www.dropbox.com/s/k5e7sbop9pexcqg/Gu%C3%ADa-Taller%205.%20Qu%C3%ADmica%20del%20carbono.pdf?dl=0
En la presente Guía-Taller encontrarán Actividades de Aprendizaje que realizarán en Clases, así como el contenido teórico correspondiente al desarrollo de los Desempeños y Competencias para el presente Periodo 3. Esta es la base conceptual para alcanzar los desempeños académicos y la superación de las Evaluaciones de Aprendizajes.
EDAD ANTIGUA: El conocimiento y utilización de los compuestos orgánicos: desde origen mismo del ser humano. En la Biblia existen múltiples referencias: vino, del vinagre, de los colorantes de los venenos, remedios, pócimas, ungüentos, perfumes y esencias, que están constituidos por sustancias orgánicas. ¿Cuáles son estas sustancias orgánicas que componen las pócimas, remedios, medicinas, ungüentos, entre otros? ¿De dónde son extraídas para su preparación?
3. TALLER No. 5. EVALUACIÓN DEL APRENDIZAJE COMPUESTOS ORGÁNICOS
APPS PARA EL MODELAMIENTO DE ESTRUCTURAS QUÍMICAS EN 3D:
Jons Berzelius, acuñó el término "Química Orgánica" a las sustancias derivadas de la naturaleza
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¡OJO!
EJE GENERADOR PERIODO 3: QUÍMICA ORGÁNICA, QUÍMICA DEL CARBONO
Figura 1. Alcances de la Química Orgánica
RECURSOS MULTIMEDIALES
Química del Carbono (hibridación sp3, sp2 y
sp)
Por qué Todos los Orbitales son Híbridos
Hidrocarburos (combustibles) ¿Qué es el
Fracking?
Nuevas tecnologías (estructuras de carbono)
Grafeno: Características y Aplicaciones | El material del futuro
EL CARBONO naturaleza compuestos orgánicos
aplicación
CONTEXTUALIZACIÓN
EDAD ANTIGUA: El conocimiento y utilización de los compuestos orgánicos: desde origen mismo del ser humano. En la Biblia existen múltiples referencias: vino, del vinagre, de los colorantes de los venenos, remedios, pócimas, ungüentos, perfumes y esencias, que están constituidos por sustancias orgánicas. ¿Cuáles son estas sustancias orgánicas que componen las pócimas, remedios, medicinas, ungüentos, entre otros? ¿De dónde son extraídas para su preparación?
Los antiguos egipcios (fig. 2, arriba) utilizaban la médula de
la planta de papiro para escribir sus jeroglíficos. ¿En la actualidad se
sigue usando esta técnica? ¿Existe una variante en la actualidad a esta
técnica? Se extraían sustancias benéficas que servían para recuperar
la salud. Hipócrates (hacia 460 a 377a.C) considerado el padre de la medicina,
los usó. En el siglo V a.C. conocían los griegos el proceso de destilación,
desarrollado mucho tiempo después (Siglo VII d.C.) por los árabes, que les
permitió elaborar alcohol etílico, y ácido acético.
EDAD MODERNA: En los siglos XVI y
XVII tuvo gran desarrollo la química médica –alquimia (fig. 3, abajo)– creada por Paracelso.
Existen referencias del conocimiento que tenían los chinos de plantas
antimaláricas en épocas muy antiguas. ¿Cómo se extraen estos componentes
para fabricar medicina como analgésicos y antidepresivos?
EN LA ÉPOCA ACTUAL, la química orgánica
lograra sintetizar gran variedad de compuestos naturales o artificiales, para
usos en la industria, en la medicina en el transporte, en la vestimenta, en
todo. Indica 5 sustancias o estructuras orgánicas
artificiales y naturales que veas o uses diariamente en tu entorno.
Figura 4. Fabricación de una botella de plástico (polímeros) por el méodo de extrusión.
QUÍMICA
ORGÁNICA
· La
química orgánica o química del carbono es la rama de la química que estudia la
estructura, propiedades, síntesis y reactividad de compuestos químicos formados
principalmente por carbono e hidrógeno.
· Estos
compuestos componen las estructuras celulares de los seres vivos y todas sus
funciones vitales (respiración, alimentación, reproducción…) se producen
mediante la síntesis (creación) y reacción de estos compuestos.
· La
química orgánica engloba la mayoría de biomoléculas que forman los seres vivos
(proteínas, glúcidos, lípidos, ácidos nucleicos, vitaminas, hormonas, etc.)
Pero también una inmensa cantidad de compuestos y materiales naturales (caucho,
gas, petróleo,..) y artificiales (polímeros orgánicos (plásticos, disolventes,
entre otros).
· El
término “química orgánica" fue introducido en 1807 por Jöns Jacob
Berzelius, para estudiar los compuestos derivados de recursos naturales. Se
creía que los compuestos relacionados con la vida poseían una “fuerza vital”
que les hacía distintos a los compuestos inorgánicos, además se consideraba
imposible la preparación en el laboratorio de un compuesto orgánico. ¿Por qué
crees que se asocia lo orgánico con el misterio de la vida?
Comparación entre las
sustancias orgánicas e inorgánicas:
Figura 5. Comparación
de propiedades entre compuestos orgánicos e inorgánicos. Crédito: Elías Navarrete, Lima, Perú.
1.
EL
ÁTOMO DE CARBONO
Tiene el 12 lugar de abundancia en la tierra
(menos del 0.1 %), presente en la corteza terrestre, en el agua de ríos, lagos
y océanos y la atmósfera. Sin embargo forma el mayor número de compuestos.
Pertenece al grupo 4A de la tabla periódica indica tiene 4 electrones de
valencia para completar su octeto cuando comparte dichos electrones con
otros átomos de carbonos o con átomo de un elemento distinto. Forma cuatro
enlaces covalentes. Su distribución electrónica es 1s2 2s2 2p2.
1.1.
Propiedades
físicas
Este es sólido, insípido, inodoro y poco
soluble en agua. Además conduce mal el calor y la electricidad (con la
excepción del grafito). Por otra parte el carbón no es dúctil ni tampoco
maleable.
Figura 6. Propiedades
químicas y físicas del Carbono.
1.2.
Propiedades
químicas
Covalencia: Es el enlace
característico de los compuestos orgánicos, se produce por compartición de
pares de electrones.
Figura 7. Enlace
covalente del carbono con el hidrógeno.
Tetravalencia: La tetravalencia
del carbono se debe a poseer 4 electrones en su última capa de valencia, de
modo que formando 4 enlaces covalentes con otros átomos consigue completar su
octeto.
Autosaturación: Es la capacidad del
carbono para unirse a otros átomos de carbono formando cadenas carbonadas que
pueden ser cortas, medianas, largas como es el caso de los polímeros. Esta
propiedad explica del porqué los compuestos orgánicos son los más abundantes,
respecto a los inorgánicos.
Figura 8. El átomo de
carbono formando enlaces carbono-carbono y carbono hidrógeno.
Hibridación: Es la “combinación”
de orbitales “puros” de un mismo átomo de carbono produciendo orbitales híbridos.
El carbono puede hibridarse de tres maneras distintas:
Al excitarse el electrón del orbital s, éste permite que se presente la posibilidad de la tetravalencia al
situarse en el espacio pz
del orbital 2p.
Gracias a esta “unión espacial” de los
orbitales y a la naturaleza polar de los diferentes átomos y Grupos Funcionales
que se pueden adicionar a una cadena de carbonos, es que tenemos las diferentes
formas geométricas de los compuestos orgánicos:
Figura 9. Disposición
geométrica de las moléculas orgánicas según la hibridación de sus carbonos.
1.2.1.
Enlaces
simples sp3, dobles sp2 y triples sp
De acuerdo al tipo de hibridación que se
presentan entre los carbonos, es posible determinar si estos forman enlaces
simples, dobles o triples, y que responden especialmente a las condiciones de
estabilidad y reacción de los hidrocarburos y biomoléculas en general. En los
temas de Alcanos, Alquenos y Alquinos, Aromáticos y Grupos Funcionales se verán
más detalladamente estos conceptos. Por su parte, es de saberse que:
Tabla 1. Tipo de
hibridación y enlace formados entre carbonos.
Tipo de Hibridación
|
Enlace entre Carbonos
|
Ángulo de separación entre enlaces
|
sp3
|
C-C Forma
tetraédrica
|
109,5º
|
sp2
|
C=C Forma trigonal
plana
|
120º
|
sp
|
C=C
Forma lineal
|
180º
|
1.3.
Tipos
de carbonos
Carbono primario: Un carbono primario
es aquel que está unido a un solo carbono y el resto de los enlaces son a otros
átomos distintos del carbono, no necesariamente hidrógenos.
Carbono secundario: Un carbono
secundario es aquel que está unido a dos carbonos y los otros dos enlaces son a
cualquier otro átomo.
Carbono terciario: Un carbono
terciario es aquel que está unido a tres átomos de carbono y a otro átomo.
Carbono cuaternario: Un carbono
cuaternario es aquel que está unido a cuatro átomos de carbono.
2.
CLASIFICACIÓN
DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS
Los Estudiantes deberán consignar el
siguiente mapa conceptual en sus respectivos cuadernos, con el título anterior.
Esto hace parte de nuestras evidencias conceptuales.
2.1.
COMPUESTOS
ORGÁNICOS: CADENAS Y ESTRUCTURAS CÍCLICAS
En los compuestos orgánicos, los átomos de carbono siempre son tetravalentes, forman
cuatro enlaces, sin embargo, según el enlace formado, se presentará una
variación geométrica espacial:
Si los enlaces son simples, la geometría de
ese carbono será tetraédrica.
Si tiene algún enlace doble la geometría será
triangular plana
Si tiene un enlace triple su geometría será
lineal
Los compuestos orgánicos serán uniones entre
átomos de carbono, que forman cadenas carbonadas, a los que van uniendo átomos
de hidrógeno e incluso otro tipo de átomos. Estas cadenas carbonadas pueden ser abiertas,
ramificadas o cerradas (ciclos y anillos).
2.2.
FÓRMULAS
ESTRUCTURALES
De acuerdo a la
necesidad, el contexto o el texto académico, existen dos formas o métodos de
escribir una fórmula estructural: de forma condensada-desarrollada y semidesarrollada-simbólica.
3. TALLER No. 5. EVALUACIÓN DEL APRENDIZAJE COMPUESTOS ORGÁNICOS
Con base a los recursos didácticos, videos y
clases sobre la Química Orgánica, el átomo de Carbono y los compuestos
orgánicos, resuelva:
1.
¿Por
qué resultó (y aún lo hace) indispensable el conocer la estructura de los
compuestos orgánicos?
2.
Consulta:
¿Por qué los hidrocarburos son empleados como fuentes de energía?
3.
Con
base a la página web para modelar estructuras 3D, Apps y materiales que mejor
considere, realice los modelos en 3D de los siguientes compuestos:
4.
Para
cada uno de los compuestos anteriores, basándose en los “pantallazos” tomados
como evidencia, identifique:
4.1. ¿Qué
tipo de carbones hay presentes en cada molécula o estructura (primario,
secundario, Terciario y cuaternario)?
4.2.
Compruebe
que cada átomo de Carbono, de cada estructura realizada, cumpla con sus
propiedades físicas y químicas. Argumente sus descubrimientos.
4.3. ¿Las
estructuras diseñadas en 3D al tener enlaces simples (o hibridación sp3) presenta forma
tetraédrica? Argumente su respuesta.
4.4.
Tome
una de las estructuras y añada dos dobles enlaces. Compruebe la geometría
espacial obtenida. ¿Qué tipo de hibridación se presenta en un enlace doble y se
cumple con los ángulos de separación entre enlaces?
4.5. Tome
una de las estructuras, diferente a la anterior, y añada dos triples enlaces.
Compruebe la geometría espacial obtenida. ¿Qué tipo de hibridación se presenta
en un enlace triple y se cumple con los ángulos de separación entre enlaces?
¡OJO!
Nota: El taller No. 5
deberá ser entregado en un documento PDF, en Equipos de Trabajo. El documento
deberá tener imágenes y pantallazos de los modelos en 3D.
4.
RECURSOS
MULTIMEDIA
PÁGINA DE MODELAMIENTO DE ESTRUCTURAS
(MOLÉCULAS) EN 3D:
- http://biomodel.uah.es/en/DIY/JSME/draw.es.htm Es una página muy básica, pero amigable para trabajar con ella. Es uno de los pocos editores online que hay en la web. Tiene video tutorial: https://www.facebook.com/fabian.a.quintero.7/videos/2134471036577552/?t=199.
- https://www.mn-am.com/online_demos/corina_demo_interactive
- https://web.chemdoodle.com/demos/2d-to-3d-coordinates/
APPS PARA EL MODELAMIENTO DE ESTRUCTURAS QUÍMICAS EN 3D:
- Molecular Constructor (TOTALMENTE RECOMENDADO)
Tutorial:
•
Animator
•
Mechanisms
•
WebMo
•
Mobile Molecular
Modeling – Mo3
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