El Carbono en los alimentos

Introducción:
El carbono es un elemento único en la naturaleza ya que tiene la cualidad de formar un número muy grande de compuestos, característica que no presentan el resto de elementos que existen en nuestro entorno. Se encuentra libre en la corteza terrestre en diferentes formas alotrópicas y también formando compuestos presentes en diversos minerales como caliza, dolomita, yeso, mármol, carbonatos, entre otros.
Una característica importante del carbono es la extensa variedad de compuestos que forma cuando se combina con hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y otros elementos, que son la base principal de la composición de todos los seres vivos, animales y vegetales, razón por la que se les conoce como compuestos orgánicos.
Una fuente para la obtención de compuestos orgánicos es el petróleo debido a la gran cantidad de derivados que se pueden extraer de esta mezcla compleja de compuestos de carbono.

Propiedades del Carbono:
En la tabla periódica, el carbono es el primer elemento de la familia IV A de los elementos representativos y es un no metal. Se une químicamente con otros elementos para formar compuestos inorgánicos, como carburos (CaC2), óxidos (CO2) y sales (Na2CO3); pero también forma una inmensa gama de compuestos orgánicos también llamados compuestos del carbono, los cuales forman parte de las estructuras de los organismos vegetales y animales, los que a su vez son la fuente principal de la alimentación humana.

Aunque su apariencia y sus propiedades son completamente diferentes se trata de la misma sustancia, y es que se ha comprobado experimentalmente que tanto en el diamante como en el grafito se encuentran formados solamente por átomos de carbono; pero, ¿Qué establece estas diferencias? la respuesta la encontramos en la forma en que sus átomos se entrelazan y se distribuyen adquiriendo estructuras diferentes que establecen formas y características distintas.

Hay dos modelos que se complementan para explicar la estructura atómica del carbono. El Modelo de Bohr y el Modelo de puntos de Lewis:

El carbono es un elemento de número atómico 6, por lo tanto tiene 6 protones en su núcleo y 6 electrones girando en su alrededor; existen varios isótopos, aunque el más abundante tiene 6 neutrones.

En una estructura de Lewis el número de electrones sin pareja determina el número de enlaces que se pueden formar en un átomo. Así los átomos de carbono tendrán la posibilidad de formar cuatro enlaces; ya que, en general, los átomos tienden a tener completa su capa de valencia para lograr su estabilidad energética; en el caso del Carbono esto se logra al unirse con otros elementos mediante la compartición de electrones, es decir, enlace covalente. El modelo de Lewis ayuda a explicar de forma sencilla la unión covalente que se da entre los diferentes átomos que se unen en los compuestos orgánicos.  En éstos es común encontrar a los átomos de C unido a otros elementos como hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, azufre y fósforo (CHONSP), los cuales tiene.

Enlaces que forma el carbono

Esta figura muestra los enlaces covalentes que se pueden formar entre los átomos de C mediante la compartición de electrones, aunque también se muestran electrones sin pareja que pueden establecer otros enlaces.

¿Cómo se representan los enlaces?

En las estructuras desarrolladas de los diferentes compuestos orgánicos es común visualizar el par de electrones que se comparte como una línea que une los símbolos, como se muestra a continuación:

EJERCICIOS:

HIDROCARBUROS:

Los átomos de carbono se enlazan químicamente entre sí formando largas cadenas lineales o ramificadas, que van desde unos cuantos átomos hasta miles de ellos o  bien anillos de todos los tamaños; debido a esta característica se considera al carbono, único en la naturaleza, lo que le permite formar una inimaginable cantidad de compuestos; a esta propiedad del carbono se conoce comoconcatenación.

En las fórmulas desarrolladas de los compuestos orgánicos los átomos de C invariablemente tendrán cuatro enlaces representados mediante líneas; por otro lado, el átomo de hidrógeno al combinarse químicamente sólo puede formar un enlace que se representa con una sola línea; lo anterior puede corroborarse con la siguiente representación:

Ejercicio 2:

FORMAS Y NOMENCLATURA DEL HC:

Existen varias formas de representar las estructuras de los HC y cada una tiene sus propias reglas de construcción. Las más comunes son: la desarrollada, la semidesarrollada, de esqueleto, de esferas y palos, y condensada.

DESARROLLADA:Se representan todos los átomos de carbono e hidrógeno, así como sus enlaces, en una estructura plana.

SEMIDESARROLLADA:

Se agrupan los hidrógenos al átomo de carbono con el que se encuentran enlazados, esto se hace con cada átomo de carbono para estructuras relativamente cortas.

DE ESQUELETO:

Consiste en trazar líneas en zig-zag, donde los vértices y los extremos representan átomos de carbono unidos mediante líneas sencillas, dobles o triples, y  los hidrógenos no se representan.

DE ESFERAS Y PALOS:

En este modelo los átomos son esferas compactas que se unen mostrando el acomodamiento espacial más probable de los átomos de carbono e hidrógeno.

CONDENSADA:

En ésta se agrupan todos los átomos de carbono e hidrógeno, es útil para ver la composición pero no la estructura.

EJERCICIO 3:

COMPUESTOS DEL CARBONO:

El carbono puede formar una amplia gama de compuestos enlazándose con otros elementos además del hidrógeno; de esta forma es posible encontrarlo formando compuestos con oxígeno, con nitrógeno o con azufre, o bien, con diferentes elementos a la vez; un ejemplo de esto se presenta en la Vitamina B1.

EJERCICIO 4:

ISOMERÍA:

 Isómeros, que tienen la misma composición atómica pero diferente fórmula estructural, por esto es necesario conocer la fórmula desarrollada o semi desarrollada, para saber qué tipo de compuesto es y poderlo diferenciar del otro, además la estructura podrá ayudar a explicar mejor las propiedades de cada isómero.
Entre mayor sea el número de átomos en un compuesto, mayores son las posibilidades de formar diferentes isómeros.

ESTRUCTURA Y PROPIEDAD DE COMPUESTOS DE CARBONO:

ACTIVIDAD FINAL:

BIBLIOGRAFÍA:

Libros

Dingrando, L. et al. (2002). Química, Materia y Cambio. Colombia: McGraw- Hill.

García, J. y Ortega, F. (2004). Periodicidad Química. México: Trillas.

Espriella, A. (2011). Química Orgánica Básica. Un acercamiento a la estructura en el nivel nanoscópico para explicar lo macroscópico. México: Universidad Autónoma de México, UAM.

Lewis, M. y Waller, G. (1995). Química Razonada. México: Trillas.

Morrison, R. y Boyd, R. (1998). Química orgánica. México: Ed. Addison Wesley Longman.

Imágenes

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Internet

http://portalacademico.cch.unam.mx/alumno/quimica2/u2/carbono_alimentos/