El carbono puede formar mas compuestos que ningún otro elemento porque los átomos de carbono tienen la capacidad de unirse entre si formando cadenas lineales o ramificadas.

A pesar que el numero decompuestos organicos conocido es enorme, la rama de la química que se refiere a los compuestos del carbono, no es tan difícil como parece. la mayoría de los compuestos orgánicos se puede dividir en pocas clases

De acuerdo con los grupos funcionales que contienen.

Un grupo funcional es la parte de una molécula que tiene una distribución especifica de átomos de la que en gran parte depende el comportamiento químico de la molécula de origen.moléculas diferentes que tienen la misma clase de grupo o grupos funcionales reaccionan de modo semejante, así, mediante el aprendizaje de las propiedades de muchos compuestos orgánicos.

Los hidrocarburos están conformados por tan solo dos elementos, le hidrógeno y el carbono.

Los Compuestos Orgánicos:

En lo que va de este siglo, los procesos de síntesis en química orgánica han señalado el ritmo del progreso en este campo de la ciencia. En la antigüedad los compuestos químicos se clasificaban según su origen en animales, vegetales o minerales, alrededor del 1800 se creía que la química podía dividirse en dos ramas; la primera que comprendía las sustancias inorgánicas, y la segunda que encerraba los compuestos orgánicos o que contenían carbono.

Todos los compuestos orgánicos contienen carbono, casi todos contienen hidrógeno, muchos también son compuestos del oxígeno. El nitrógeno es un elemento menos frecuente, pero se encuentra en la composición de sustancias como los prótidos. Los cuerpos orgánicos también pueden contener halógenos, azufre, fósforo y, ocasionalmente, metales. La química orgánica es ante todo el estudio de los compuestos del carbono. Se dice también, que la química orgánica estudia todo lo que nos rodea, pues la propiedad de concatenación del carbono es tan extensa que es escasa la cantidad de elementos químicos que no lo contienen. Los compuestos orgánicos entonces, se hallan principalmente en la naturaleza misma, por ejemplo, el alquitrán de hulla era antiguamente la única fuente de compuestos aromáticos y de algunos heterocíclicos. El petróleo era la fuente de compuestos alifáticos, contenidos en ciertas sustancias como la gasolina, el queroseno y el aceite lubricante. El gas natural suministraba metano y etino. Estas tres categorías de sustancias naturales siguen siendo las principales fuentes de compuestos orgánicos en la mayoría de los países. Sin embargo, cuando no se dispone de petróleo, una industria química puede funcionar basándose en etino, que a su vez puede ser sintetizado a partir de la caliza y el carbón, y obtener distintos y nuevos compuestos orgánicos en los laboratorios.

Algunos compuestos del carbono, como el carbono nativo, el monóxido y el dióxido de carbono, los carbonatos minerales y los carburos metálicos, se encuentran en el reino mineral, por lo que se estudian en la química inorgánica.

No existe diferencia alguna entre estos dos conceptos, de hecho, se da el nombre de química orgánica a la parte de la química que estudia los compuestos del carbono, salvo el Sulfuro de Carbono, los Óxidos de Carbono y derivados.

Ésta denominación viene de la creencia antigua y errónea de que sólo los seres vivos eran capaces de sintetizar los compuestos del carbono, sin embargo, aunque la diferencia clásica entre compuestos orgánicos e inorgánicos ha desaparecido, la expresión química orgánica subsiste enfatizada por varias razones, comenzando por el que todos los compuestos considerados orgánicos contengan carbono o que este elemento forma parte de un número casi ilimitado de combinaciones debido a la extraordinaria tendencia de sus átomos a unirse entre sí.

La química orgánica moderna se ocupa de los compuestos orgánicos de carbono de origen natural y también de los obtenidos en el laboratorio como algunos fármacos, alimentos, productos petroquímicos y carburantes.

Diferencias entre los compuestos orgánicos e inorgánicos en sus diferentes propiedades:

Los compuestos orgánicos ofrecen una serie de características que los distinguen de los compuestos inorgánicos, de manera general se puede afirmar que los compuestos inorgánicos son en su mayoría de carácter iónico, solubles sobre todo en agua y con altos puntos de ebullición y fusión; en tanto, en los cuerpos orgánicos predomina el carácter covalente, sus puntos de ebullición y fusión son baja, se disuelven en disolventes orgánicos no polares (cómo éter, alcohol, cloroformo y benceno), son generalmente líquidos volátiles o sólidos y sus densidades se aproximan a la unidad.

Los compuestos inorgánicos también se diferencian de los orgánicos en la forma como reaccionan, las reacciones inorgánicas son casi siempre instantáneas, iónicas y sencillas, rápidas y con un alto rendimiento cuantitativo, en tanto las reacciones orgánicas son no iónicas, complejas y lentas, y de rendimiento limitado, realizándose generalmente con el auxilio de elevadas temperaturas y el empleo de catalizadores.

Cuando el átomo se encuentra aislado en ausencia de excitación energética, presenta una configuración electrónica ideal, de mínima energía conocida como estado fundamental.

Las configuraciones electrónicas fundamentales de esos átomos. Si el átomo recibe excitación energética exterior de baja intensidad, como la producida por aproximación de otros átomos, se produce el fenómeno de promoción de electrones, que consiste en el desapareamiento de un orbital totalmente ocupado pasando un electrón a ocupar otra orbital a mayor distancia del núcleo. La configuración electrónica, resultante de este proceso, recibe el nombre de estado excitación o hibridación.

La promoción de electrones de unos a otros orbitales, conduce al establecimiento de las configuraciones electrónicas que conocemos como estados de excitación de los átomos. Los electrones ocupan orbitales atómicos llamados puros y mediante ellos se ha explicado la capacidad de enlace. Empero, en muchos casos las formas las formas de las moléculas están en contradicción con el uso de orbitales atómicos puros. En realidad lo que ocurre es que a partir del estado de excitación los orbitales atómicos puros se asocian dando lugar a nuevos orbitales con disposiciones espaciales y orientaciones diferentes a las originales. Tales orbitales se conocen como orbitales atómicos híbridos

Las tres formas de carbono elemental existentes en la naturaleza (diamante, grafito y carbono amorfo) son sólidas con puntos de fusión extremadamente altos, e insolubles en todos los disolventes a temperaturas ordinarias. Las propiedades físicas de las tres formas difieren considerablemente a causa de las diferencias en su estructura cristalina. En el diamante, el material más duro que se conoce, cada átomo está unido a otros cuatro en una estructura tridimensional, mientras que el grafito consiste en láminas débilmente unidas de átomos dispuestos en hexágonos.

El carbono amorfo se caracteriza por un grado de cristalización muy bajo. Puede obtenerse en estado puro calentando azúcar purificada a 900 °C en ausencia de aire.

El carbono tiene la capacidad única de enlazarse con otros átomos de carbono para formar compuestos en cadena y cíclicos muy complejos. Esta propiedad conduce a un número casi infinito de compuestos de carbono, siendo los más comunes los que contienen carbono e hidrógeno. Sus primeros compuestos fueron identificados a principios del siglo XIX en la materia viva, y debido a eso, el estudio de los compuestos de carbono se denominó química "orgánica".

A temperaturas normales, el carbono se caracteriza por su baja reactividad. A altas temperaturas, reacciona directamente con la mayoría de los metales formando carburos, y con el oxígeno formando monóxido de carbono (CO) y dióxido de carbono (CO2). El carbono en forma de choque (residuo duro y poroso que resulta después de la destilación destructiva del carbón) se utiliza para eliminar el oxígeno de las menas que contienen óxidos de metales, obteniendo así el metal puro. El carbono forma también compuestos con la mayoría de los elementos no metálicos, aunque algunos de esos compuestos, como el tetracloruro de carbono (CCl4), han de ser obtenidos indirectamente.

El carbono es un elemento ampliamente distribuido en la naturaleza, aunque sólo constituye un 0,025% de la corteza terrestre, donde existe principalmente en forma de carbonatos. El dióxido de carbono es un componente importante de la atmósfera y la principal fuente de carbono que se incorpora a la materia viva. Por medio de la fotosíntesis, los vegetales convierten el dióxido de carbono en compuestos orgánicos de carbono, que posteriormente son consumidos por otros organismos.

El carbono amorfo se encuentra con distintos grados de pureza en el carbón de leña, el carbón, el choque, el negro de carbono y el negro de humo. El negro de humo, al que a veces se denomina de forma incorrecta negro de carbono, se obtiene quemando hidrocarburos líquidos como el queroseno, con una cantidad de aire insuficiente, produciendo una llama humeante. El humo u hollín se recoge en una cámara separada. Durante mucho tiempo se utilizó el negro de humo como pigmento negro en tintas y pinturas, pero ha sido sustituido por el negro de carbono, que está compuesto por partículas más finas. El negro de carbono, llamado también negro de gas, se obtiene por la combustión incompleta del gas natural y se utiliza sobre todo como agente de relleno y de refuerzo en el caucho o hule.

Como los átomos de carbono pueden unirse entre sí, se consideran a los compuestos orgánicos constituidos por cadenas carbonadas.

En los compuestos alifáticos o acíclicos, los átomos de carbono se enlazan linealmente existiendo entre ello enlaces sencillos, dobles o triples, en muchos casos las cadenas carbonadas se ramifican.

Cuando la cadena carbonada se cierra los compuestos se llaman cíclicos, siendo isocíclicos si el anillo está constituido sólo por átomos de carbono.

Si en una cadena carbonada entre un elemento diferente del carbono, el compuesto corresponde a un heterocíclico.

¿Qué estudia la Química Orgánica?, sus aplicaciones en la industria:

La química orgánica o química del carbono se ocupa del estudio de los compuestos del carbono basados en la singular capacidad de este elemento de formar largas cadenas en las que los átomos de carbono están unidos por enlaces covalentes.

El nombre de "Química Orgánica" constituye una reminiscencia de la época en que se creía que los compuestos que constituyen los tejidos de los seres vivos sólo podían formarse a partir de una misterios "fuerza vital", de manera que sería mejor hablar de "química del carbono" que de "química orgánica", aunque esta última expresión, que se ha mantenido por tradición, pone énfasis en el hecho de que, en última instancia, la vida se basa en la capacidad del carbono de formar compuestos complejos. Hoy, sin embargo, la química orgánica, sustenta una amplísima actividad industrial que, a partir de la destilación del petróleo (petroquímica), nos proporciona desde combustibles, lubricantes y materiales sintéticos que, como los plásticos, forman parte de nuestra vida cotidiana, hasta productos farmacéuticos.

La industria química se ocupa de la extracción y procesamiento de las materias primas, tanto naturales como sintéticas, y de su transformación en otras sustancias con características diferentes de las que tenían originariamente. Las industrias químicas se pueden clasificar en industrias químicas de base e industrias químicas de transformación. Las primeras trabajan con materias primas naturales, y fabrican productos sencillos semielaborados que son la base de las segundas. Las industrias de base están localizadas en lugares próximos a las fuentes de suministros. Un ejemplo de industria química de base es la fabricación de alcohol por fermentación de azúcares. Las industrias químicas de base toman sus materias primas del aire (oxígeno y nitrógeno), del agua (hidrógeno), de la tierra (carbón, petróleo y minerales) y de la biosfera (caucho, grasas, madera y alcaloides. Las industrias de transformación convierten los productos semielaborados en nuevos productos que pueden salir directamente al mercado o ser susceptibles de utilización por otros sectores.

Tradicionalmente, las operaciones de la industria química se basan en una simple modificación o en un aumento de las dimensiones de los aparatos utilizados por los investigadores en los laboratorios, no si antes demostrar su rentabilidad y seguridad.

La Química Orgánica, que históricamente tuvo como campo de estudio los compuestos del carbono que los seres vivos sintetizaban en sus células, se ocupa hoy en general del estudio de todos los compuestos de carbono o de los carbonatos, existirían en la litosfera y la atmósfera terrestres aún en el caso de que nuestro planeta no poseyese una biosfera, es decir, no soportara vida. El número de compuestos conocidos es muy elevado, ya que a los numerosos compuestos de origen biológico hay que añadir un número aún mayor de compuestos de síntesis.

En este sentido, el progreso de la química orgánica a lo largo de los últimos ciento cincuenta años ha sido espectacular. Desde que en la década de 1860 se hiciese patente la falsedad de la hipótesis de la "fuerza vital", según la cual los compuestos orgánicos sólo pueden ser producidos por los seres vivos, la síntesis de compuestos orgánicos de origen biológico se convirtió en el objetivo de muchos químicos, que lograron pronto éxitos importantes. Hoy se ha logrado sintetizar inclusos hormonas y enzimas de compleja estructura molecular, que están disponibles parta la terapia de disfunciones endocrinólogas y otros tipos.

Por otra parte, la síntesis de compuestos orgánicos que no están presentes en la naturaleza ha dado origen a nuevas ramas de la industria. Desde los fármacos a los plásticos, las pinturas o los adhesivos, la variedad y la importancia de los nuevos compuestos de síntesis difícilmente podría exagerarse. La mayor parte de ellos tiene su origen en el petróleo, aunque si esta preciosa materia prima llegase a agotarse, también podrían obtenerse a partir del carbón, proceso este último que hoy resultaría más caro.

Hidrocarburos, en química orgánica, son la familia de compuestos orgánicos que contienen carbono e hidrógeno. Son los compuestos orgánicos más simples y pueden ser considerados como las sustancias principales de las que se derivan todos los demás compuestos orgánicos. Los hidrocarburos se clasifican en dos grupos principales, de cadena abierta y cíclicos. En los compuestos de cadena abierta que contienen más de un átomo de carbono, los á

tomos de carbono están unidos entre sí formando una cadena lineal que puede tener una o más ramificaciones. En los compuestos cíclicos, los átomos de carbono forman uno o más anillos cerrados. Los dos grupos principales se subdividen según su comportamiento químico en saturados e insaturados.

Los alquenos son hidrocarburos alifáticos que contiene uno o más dobles enlaces carbono-carbono. A estos compuestos se les llama insaturados o no saturados, ya que no contienen el máximo número posible de átomos de hidrógeno; y también son conocidos por olefinas. La fórmula general C_NH_2N representa una serie homóloga en la que cada elemento tiene un doble enlace por molécula. Los alquinos, que poseen al menos un enlace triple carbono-carbono, también son hidrocarburos insaturados.

Enlace triple y Sigma:

El enlace triple se forma por superposición de orbitales P incompletos. Lo encontramos en el doble enlace carbono (C=C) donde la hibridación es del tipo SP², quedándole a cada carbono un orbital P incompleto:

1S² 2(SP²) 2(SP²) 2(SP²) 2pz

Orbitales Híbridos

El enlace sigma, según el modelo de Lewis, dos átomos se enlazan compartiendo pares de electrones. Este tipo de enlace se denomina covalente y puede ser sencillo, doble o triple, atendiendo al número de pares de electrones compartidos.

La descomposición microbiana de hidrocarburos es de considerable importancia económica y ambiental por los perjuicios que ocasiona.
Una de las principales causas de contaminación del ambiente son los derrames de petróleo, tal como ocurrió en marzo de 1989 cuando el superpetrolero Exxon Valdez chocó con varios icebergs en el estrecho del Príncipe Guillermo en Alaska, derramando 11 millones de galones de petróleo en el agua ocasionando un impacto ecológico inimaginable cuyo gasto de limpieza se estimó en (U$ 1500 millones).

Los hidrocarburos varían en su habilidad de ser degradados, los derrames de estos en el agua tienden a formar laminas en la superficie en donde el viento y el oleaje crean microscópicas emulsiones. Esto permite que los microorganismos predominantemente bacterias (pseudomonas, corinebacterias y micobacterias), algunas levaduras y hasta algas verdes tengan una mayor superficie de contacto con la partícula, facilitando el acceso a la misma y permitiendo su degradación.
Pero la biorremediación en el agua se ve afectada por la disponibilidad de nutrientes debido a que estos generalmente se encuentran en bajas concentraciones, por lo que generalmente tras un derrame se adiciona fósforo y nitrógeno como forma de estimular el crecimiento de los microorganismos que potencialmente degradarán el hidrocarburo.
En el caso de que el derrame sea en el suelo el proceso es diferente, la oxidación es llevada a cabo por hongos y bacterias y el movimiento del hidrocarburo es más vertical, además el proceso de humificación tiende a atrapar el residuo haciéndolo más persistente. En este caso el factor limítrofe no está en la disponibilidad de nutrientes sino que la disponibilidad de oxigeno es baja, por lo que se debe aerear el suelo o agregar peróxido de hidrogeno (H₂O₂) para mejora el proceso.
En los derrames, la fracción de hidrocarburo más volátil es evaporada con facilidad dejando a los componentes alifáticos y aromáticos para ser oxidado por diversos grupos de microorganismos.
En experimentos llevados a cabo tras los derrames de petróleo se demuestra que el número de bacterias oxidantes aumenta de 10³ a 10⁶ veces poco después del mismo y en condiciones favorables más del 80 % de los componentes no volátiles son oxidados entre 6 meses y un año del derrame.
Algunas fracciones, como los hidrocarburos de cadena ramificada y los policíclicos, permanecen mucho más tiempo en el ambiente principalmente si llegan a zonas anaerobias ocasionando perjuicios a largo plazo.

El comportamiento de los contaminantes orgánicos está en función de sus características físicas y químicas (densidad, solubilidad, polaridad, entre otras.), además de las características del medio como son la unidad de suelo, permeabilidad, estructura, tamaño de las partículas, contenido de humedad y de materia orgánica, así como la profundidad del manto freático. Factores climatológicos como la temperatura y la precipitación pluvial también tienen una gran influencia. Todas las variables en su conjunto definen el tamaño y la distribución tridimensional del frente de contaminación en una zona específica el siguiente cuadro.

Parámetros del compuesto químico, suelo y ambiente que influyen en el transporte a través del suelo

Los compuestos orgánicos ligeros como las gasolinas, aceites y petróleo crudo tienden a formar una capa en forma de nata en el nivel freático y se mueven horizontalmente en dirección al flujo del agua subterránea. Los compuestos orgánicos densos, migran hacia la base del acuífero creando una columna a partir de la cual pueden moverse en dirección al flujo de agua subterránea, contaminando así el acuífero en toda su profundidad

Efectos de la densidad en la migración de contaminantes (Tomado de Barcelona 1990).
Para la zona superficial se han conceptual izado algunas relaciones con respecto al suelo y la presencia de contaminantes, a través de observaciones indirectas de acumulación de los contaminantes orgánicos en asociación con adsorbentes naturales (Luthy et al. , 1997), estableciendo los siguientes procesos:
A. Absorción a la materia orgánica amorfa o natural o en Líquidos de la Fase No Acuosa (LFNA) como es el caso del petróleo,
B. Absorción a la materia orgánica condensada o en polímeros o residuos de combustión,
C. Adsorción a superficies orgánicas húmedas (hollín),
D. Adsorción en superficies minerales (cuarzo) y
E. Adsorción dentro de los microporos o en minerales microporosos (zeolitas) con superficies porosas a saturación de agua < 100 % (Figura 2.

Las aguas residuales son materiales derivados de la actividad industrial y de los residuos domésticos, los cuales por razones de salud pública no pueden ser vertidas a los cursos de aguas corrientes o lagos.
A pesar de las recomendaciones y ordenanzas en los últimos años los ambientes naturales han recibido un creciente aporte de efluentes industriales y domésticos que han llevado al deterioro de muchos cursos de agua haciéndolos incompatibles con la vida.
Aquellos materiales tóxicos o indeseables deben ser tratados para hacerlos inocuos, los materiales inorgánicos como sedimentos u otros residuos pueden ser tratados por procesos físico-químicos, pero los residuos con una carga orgánica importante deben sufrir un tratamiento microbiológico para su oxidación.
El tratamiento de desechos generalmente involucra etapas múltiples de tratamiento físico y biológico.
Tratamiento primario: Consiste en separaciones físicas, en la que el agua se hace pasar por una serie de mayas para eliminar residuos mayores y luego el efluente se deja asentar para permitir que los sólidos suspendidos sedimenten.
Tratamiento secundario: Estos son procesos que reducen la demanda bioquímica de oxigeno (DBO) de los desechos originales antes de verterlos a los cursos de aguas, consta de los siguientes procesos.
Proceso anaeróbico: Este proceso comprende procesos de digestión y fermentación básicamente realizada por bacterias.
El resultado final es la producción de CO₂ y CH₄ con lo que se logra una disminución del contenido de sustancia orgánica.
La descomposición anaeróbica se suele usar para el tratamiento de materiales con mucha sustancia orgánica insoluble como celulosa, fibra, etc.

El proceso puede ser resumido de la siguiente forma, (ver figura 1.
1) Digestión inicial de las macromoléculas por proteasas, polisacaridasas y lipasas extracelulares hasta sustancias solubles.
2) Fermentación de los materiales solubles hasta ácidos grasos.
3) Fermentación de los mismos a acetato, CO₂ y H₂.
4) Formación de CH₄ a partir de H₂, CO₂ y acetato.

La formación de metano es llevada a cabo un grupo de microorganismos anaeróbicos obligados muy especializados, las bacterias metanogénicas, (en la tabla 3, se muestran los distintos grupos que pueden ser encontradas.
Los procesos de descomposición operan en forma semicontinua en tanques cerrados llamados digestores de lodo, dentro de los cuales se introduce el material no tratado y del cual se retira el material ya tratado a intervalos.
El tiempo de retención en el tanque puede ser de 2 semanas a un mes.
Posteriormente el residuo sólido el cual está formado por material indigerible y masa bacteriana, se elimina periódicamente, se seca y luego se quema o se entierra.
Proceso aeróbico: El sistema aeróbico de tratamiento más común es el llamado de lodos activados. Aquí, las aguas de
desecho se mezclan y aerean en un gran tanque con el fin de acelerar el proceso de degradación.
En estos ambientes se desarrollan hongos, bacterias formadoras de limo principalmente Zoogloea ramigera típica de este proceso y bacterias filamentosas.
El tiempo de permanencia del residuo en los tanques de lodos activados es de 5 a 10 horas el cual es demasiado corto para la oxidación total del mismo.
El proceso principal es la adsorción de los materiales solubles al material celular microbiano.
Esto permite una reducción de la DBO del líquido (de 75 a 90%), pero la DBO general (líquido + sólido) se reduce muy poco.
La gran reducción de la DBO se produce en el digestor anaeróbico, al cual se transfiere el agregado.
Tratamiento terciario: Es un proceso de elevado costo económico que involucra un tratamiento físico-químico que incluye filtración, precipitación y cloración lo que permite reducir los niveles de fosfatos y nitratos del efluente final.
La calidad final de las aguas residuales es tal que no llega a sostener un desarrollo microbiano extensivo y en muchos casos se llega a bombear al suministro de agua algunas ciudades.

Tabla 3) Característica de las bacterias metanogénicas

Quimica organica (editorial: losada, autor: Héctor Fernández Serventi)

Química básica y aplicada(tomo1y2,editorial:kapelusz,autor;Dora.o.t de Chandias)

Fundamentos de quimica orgánica(editorial: interamericana, autor: Andre Stritwieser

Historia estructura y teoria del benceno Aromáticos(editorial: kapelusz,autor:Clayton H.Heathcook)

Química orgánica(Tomo3, editorial : kapelusz , autor; Catalina de Weitz)

Revista de gerencia ambiental (Tomo32 y Tomo44)

Guia de la industria quimica y petroquímica(cámara de industria química y petroquímica, autor: Alberto Cuevas)

El Chang (autor: Raymond Chang

Química orgánica básica(Tomo1 y 2, editorial: losada, autor: Santiago A.Celsi)