Chimica del Carbonio e Composti

La Chimica del Carbonio

• Jons Jacob Berzelius (1779-1848), chimico svedese, pioniere della chimica moderna.
• Friedrich Wohler (1800-1882), chimico tedesco, famoso per la sintesi dell'urea da sostanze inorganiche, dimostrando che i composti organici potevano essere creati in laboratorio.

Composti Inorganici con il Carbonio

• Ossidi: CO (monossido di carbonio) e CO2 (anidride carbonica).
• Acidi: H2CO3 (acido carbonico), HCN (acido cianidrico) e HCNO (acido cianico).
• Sali:
• Carbonati: derivati da H2CO3, es: CaCO3 (carbonato di calcio).
• Cianuri: derivati da HCN, es: KCN (cianuro di potassio).
• Cianati: derivati da HCNO, es: NaCNO (cianato di sodio).

Composti Organici

• Oltre al carbonio (C), i composti organici contengono comunemente H, O, N, P e S.
• Questi atomi hanno raggi atomici piccoli ed elettronegatività simile, formando legami covalenti.
• Sono possibili legami doppi tra C, O e N.
• Sono possibili legami tripli tra C e N.

Ibridazione del Carbonio

• Ibridazione sp3: il carbonio forma quattro legami singoli, con geometria tetraedrica, angoli di legame di 109,5°.
• Ibridazione sp2: il carbonio forma un doppio legame e due legami singoli, con geometria trigonale planare, angoli di legame di 120°.
• Ibridazione sp: il carbonio forma un triplo legame e un legame singolo, con geometria lineare, angoli di legame di 180°.

Numeri di Ossidazione del Carbonio

• Il carbonio può assumere numeri di ossidazione: -4, -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4.

Elettro negatività e Raggio Atomico del Carbonio

• Elettronegatività: 2,5. Il carbonio tende a formare legami covalenti.
• Raggio atomico: 77 pm. Il piccolo raggio atomico permette al carbonio di formare legami semplici, doppi e tripli.

Catene di Atomi di Carbonio

• Le catene possono essere lineari, ramificate o cicliche.

Classificazione degli Atomi di Carbonio

• Primario: legato ad un solo atomo di carbonio.
• Secondario: legato a due atomi di carbonio.
• Terziario: legato a tre atomi di carbonio.
• Quaternario: legato a quattro atomi di carbonio.

Composti del Carbonio

• Aciclici: composti con catena aperta.
• Carbociclici: composti con catena chiusa, formati solo da atomi di carbonio.
• Eterociclici: composti con catena chiusa contenenti almeno un atomo diverso da C e H.

Formule Chimiche

• Formula molecolare o bruta: indica il numero e il tipo di atomi presenti in una molecola, es: C5H12.
• Formula Lewis o di struttura: mostra la disposizione degli atomi e dei legami in una molecola.
• Formula razionale: mostra la struttura di base e i gruppi funzionali.
• Formula condensata: mostra la struttura in modo più compatto, es: CH3CH2OH.
• Formula topologica: rappresenta gli atomi di carbonio e i loro legami con linee.

Isomeria

• Isomeri: composti diversi con stessa formula molecolare ma diversa struttura.
• Isomeria di struttura: gli atomi sono legati in modo diverso, si divide in:
  • Isomeria di catena: diversa disposizione degli atomi di carbonio.
  • Isomeria di posizione: diversa posizione di un legame multiplo, di un atomo o di un gruppo atomico.
  • Isomeria di gruppo funzionale: diverso gruppo funzionale.
• Stereoisomeria: diversi orientamenti degli atomi nello spazio, si divide in:
  • Isomeria di conformazione: stessa struttura, ma diversa disposizione spaziale degli atomi, i conformeri interconvertibili per rotazione attorno a un legame semplice C-C.
  • Isomeria di configurazione: diversi orientamenti degli atomi, non interconvertibili senza rottura di legami.