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Historia y Fundamentos de la Química Orgánica: Descubrimientos Clave
Los Inicios con Berzelius
En 1807, el químico sueco Jöns Berzelius conceptualizó como “compuestos orgánicos” a todas aquellas sustancias presentes en los seres vivos o materia viva. Considerado el creador de la química orgánica, acuñó términos como proteína, radical y halógeno.
La Síntesis de la Urea por Wöhler
En 1828, Friedrich Wöhler derrumbó la concepción de Berzelius al sintetizar la urea, un compuesto orgánico presente en la orina de los seres humanos, a partir de una sustancia inorgánica: el isocianato de amonio. Esto demostró que es posible obtener una sustancia orgánica sin la intervención de un ser vivo, mediante la descomposición térmica del isocianato de amonio.
NH4OCN → O H2N‐ C -NH2
Isocianato de Amonio → Urea
La síntesis de la urea obligó a replantear la definición de Berzelius, estableciéndose entonces que “compuestos orgánicos son todos aquellos que contienen carbono en su estructura”, a excepción de algunos compuestos como el CO, CO2, HCN, H2CO3 y carbonatos.
Kekulé y la Estructura de los Compuestos Orgánicos
En 1861, Friedrich Kekulé estudió los compuestos orgánicos proponiendo que su estructura se basaba en un esqueleto básico de átomos de carbono donde se insertaban el resto de los elementos. Su teoría se basaba en la tetravalencia del carbono y el concepto de enlace químico, permitiendo explicar la estructura de los compuestos orgánicos más simples.
La Isomería y el Benceno
La teoría de Kekulé permitió explicar el fenómeno de la isomería, es decir, la presencia de diferentes propiedades físicas y químicas en compuestos que poseen la misma fórmula molecular. Su aporte más notorio fue establecer la estructura cíclica del benceno, un compuesto de gran importancia industrial, basado en un sueño que tuvo con una serpiente que se mordía la cola.
El Enlace Químico
Los átomos de un mismo elemento se unen entre sí para formar las moléculas de sustancias simples (como el H2, O2); mientras que átomos de diferentes elementos se combinan para dar origen a los compuestos. Esta fuerza de atracción que mantiene unidos a los átomos o iones para formar compuestos se denomina enlace químico.
Tipos de Enlace Químico
- Enlace Covalente: Un átomo comparte un electrón desapareado con otro átomo, formándose un par enlazante. Se define como el enlace donde hay compartición de electrones entre los elementos que conforman el compuesto.
- Enlace Iónico: Un átomo con alta electronegatividad atrae un electrón desapareado que posee otro átomo con menos potencial de atracción. Se define como la atracción de electrones entre iones de cargas opuestas.
La Teoría de Enlace Covalente de Lewis
En 1916, Gilbert Lewis propuso su teoría de enlace covalente, relacionando la estructura química de un compuesto con sus propiedades. Representó las estructuras a través de puntos que simbolizan los electrones de valencia. Un par de puntos juntos o una línea simple indican electrones apareados.
Tipos de Enlace Covalente
- Enlace Covalente Simple: Un elemento comparte un par de electrones (2e-) con otro átomo. Se representa por una línea sencilla (Ej.: C-C).
- Enlace Covalente Doble: Un elemento comparte dos pares de electrones (4e-) con otro átomo. Se representa por dos líneas (Ej.: C=C).
- Enlace Covalente Triple: Un elemento comparte tres pares de electrones (6e-) con otro átomo. Se representa por tres líneas (Ej.: C≡C).
Avances en el Siglo XX y XXI
Durante el siglo XX y hasta hoy (siglo XXI), la ciencia ha logrado numerosos descubrimientos relacionados con la química orgánica, como los ácidos nucleicos, la estructura del ADN, la manipulación genética y los alimentos transgénicos. Estos avances ponen en relieve la bioquímica, rama de la química orgánica que estudia los procesos de origen orgánico.
Diferencias entre Compuestos Orgánicos e Inorgánicos
| N° | Compuestos Orgánicos | Compuestos Inorgánicos |
|---|---|---|
| 1 | Presentan enlaces covalentes | Predominan los enlaces iónicos |
| 2 | El carbono es su elemento básico, junto al H, O, N y halógenos | Participan la gran mayoría de los elementos de la tabla periódica |
| 3 | Poseen puntos de fusión bajos | Poseen puntos de fusión elevados |
| 4 | Poseen puntos de ebullición bajos | Poseen puntos de ebullición elevados |
| 5 | La mayoría presentan isómeros | No presentan isómeros |
| 6 | Tienen tendencia a formar largas cadenas carbonadas | No forman largas cadenas |
| 7 | Forman gran diversidad de compuestos | No hay gran diversidad de compuestos |
| 8 | La mayoría son insolubles en agua y solubles en solventes orgánicos | Son solubles en agua |
La Química del Carbono
El carbono es un elemento fundamental en la vida diaria, presente en biomoléculas (proteínas, lípidos y carbohidratos), en el contexto cotidiano (detergentes, bebidas, perfumes, fármacos, plásticos, textiles) y en el ámbito industrial petrolero y petroquímico.
Se encuentra en la naturaleza en dos formas alotrópicas: diamante (estable a altas presiones y temperaturas) y grafito (estable a bajas presiones y temperaturas). Ocupa la posición N° 6 en la tabla periódica (Z=6), con 6 protones en el núcleo y 6 electrones alrededor del núcleo. Su configuración electrónica (1s2 2s2 2p2) indica que tiene cuatro electrones de valencia, lo que le confiere carácter tetravalente.
Determinación de Fórmulas de Compuestos Orgánicos
Para identificar un compuesto orgánico, se utiliza el análisis químico, que determina los elementos presentes y su cantidad. La química analítica dispone del análisis cualitativo para reconocer los elementos y del análisis cuantitativo para conocer las cantidades en porcentaje (%). Esto permite determinar la fórmula química (empírica y molecular) mediante el proceso del tren de combustión. Actualmente, existen instrumentos para análisis instrumentales más rápidos y precisos.
Espectroscopia
La espectroscopia es el estudio del espectro luminoso de los materiales con aplicaciones en química, física y astronomía. Se refiere al análisis espectral que detecta la absorción o emisión de radiación electromagnética de ciertas energías aplicadas a las sustancias. El espectro electromagnético de un compuesto químico es el conjunto de ondas con determinada longitud que este emite o absorbe.
Métodos de Análisis Espectroscópico
- Método de emisión: Registra las ondas electromagnéticas emitidas por los átomos de un elemento al comunicarles energía térmica, eléctrica o radiante (espectro de emisión).
- Método de absorción: Registra el conjunto de ondas electromagnéticas absorbidas por los átomos de un elemento en estado gaseoso, originando una atenuación del haz de radiación (espectro de absorción).
Espectro Electromagnético
Está conformado por el conjunto de radiaciones electromagnéticas clasificadas de acuerdo a su longitud de onda y frecuencia.