Todo lo que encontremos a nuestro alrededor está compuesto por átomos: el agua que tomamos cada día, la comida con la que desayunamos, incluso el jabón que utilizamos para ducharnos... ¡Absolutamente todo! ¿Alguna vez te has preguntado por qué? Bien, pues los átomos se unen para formar compuestos; según el tipo de átomos que se unan, la cantidad de átomos que formen esa unión y la clase de enlaces que los unan, tendremos unos compuestos u otros, con sus correspondientes características.
Gracias a estas diferentes características, tenemos distintas materias, distintos alimentos, distintos olores… ¡Todo es diferente gracias a los distintos compuestos químicos! ¿Te interesa esto? Entonces, sigue leyendo para aprender más.
Fig. 1: Una pompa de jabón.
Todo lo que se encuentra a nuestro alrededor está formado por átomos, y estos se unen para formar compuestos químicos.
- Este artículo trata sobre los compuestos químicos.
- Comenzaremos aprendiendo qué es un compuesto químico.
- A continuación, veremos qué son los compuestos químicos inorgánicos y sus características.
- Después, estudiaremos los compuestos químicos orgánicos, junto con sus características.
- Continuaremos nuestro aprendizaje analizando la fórmula de algunos de los compuestos químicos más comunes en la química.
- Para terminar, te presentaremos algunos ejemplos de compuestos químicos.
¿Qué es un compuesto químico?
Un compuesto químico es una sustancia química compuesta por la unión de dos o más átomos de diferentes elementos de la tabla periódica.
Los compuestos químicos se pueden clasificar siguiendo varios criterios:
- El tipo de enlace que tengan sus átomos:
- Compuestos iónicos.
- Compuestos covalentes.
- Compuestos metálicos.
- El tipo de átomos del compuesto químico:
Átomos, elementos, moléculas y compuestos
Deberías conocer ya los estos términos, pero vamos a hacer un repaso, antes de continuar con el resto de información:
- Los átomos son la unidad más pequeña de materia ordinaria que forma un elemento químico. Son los componentes fundamentales de todas las partes de la química.
- Un elemento es una sustancia pura que solo contiene átomos que coincidan en el número de protones contenidos en su núcleo.
- Los protones son un tipo de partícula subatómica con la que te habrás topado en tus estudios de química física.
- Si unimos dos átomos químicamente, obtenemos una molécula.
- Las moléculas formadas por diferentes elementos se denominan compuestos. Un compuesto es, simplemente, dos o más átomos de elementos diferentes unidos químicamente.
Tipos de compuestos químicos, según su enlace
Los compuestos químicos pueden tener distintos tipos de enlaces y, según esto, se pueden clasificar en distintos grupos:
- Enlace iónico: da lugar a los compuestos iónicos.
- Enlace covalente: da lugar a los compuestos covalentes.
- Enlace metálico: da lugar a los compuestos metálicos.
Enlace iónico: los compuestos iónicos
Los iones son átomos que se han ionizado; es decir, que tienen una carga que puede ser positiva (en este caso se denominan aniones) o negativa (cationes).
Un enlace iónico se da entre dos átomos: uno dona un electrón y el otro lo acepta.
En este tipo concreto de enlace, un átomo cede uno de sus electrones de valencia a otro átomo, que lo toma. También es posible que dos átomos donen y tomen más de un electrón.
Los compuestos iónicos
Como su nombre sugiere, los compuestos iónicos se descomponen en iones:
Un compuesto iónico tiene dos o más elementos unidos por un enlace iónico.
Veamos ahora algunos compuestos iónicos y los iones que los conforman:
Compuesto iónico | Nombre | Iones del compuesto |
NaOH | Hidróxido de sodio | Na+, OH- |
KCl | Cloruro de potasio | K+, Cl- |
MgSO4 | Sulfato de magnesio | Mg2+, SO42- |
Na2SO3 | Sulfito de sodio | 2Na-, SO32- |
CaCO3 | Carbonato de calcio | Ca2+, CO32- |
Tabla 1: Iones implicados en algunos compuestos iónicos.
Más adelante, veremos algunos ejemplos de compuestos iónicos.
Enlace covalente: los compuestos covalentes
Los enlaces covalentes se forman entre dos átomos no metálicos, mediante el solapamiento de algunos de sus electrones de la capa externa. El resultado suele ser que los átomos tengan las capas externas llenas. Esto les da la configuración electrónica de un gas noble, que es una disposición electrónica más estable.
Los átomos se mantienen unidos por una fuerte atracción electrostática entre los núcleos positivos y el par de electrones compartido, que también se conoce como par enlazado. Por el contrario, los pares de electrones que no participan en el enlace covalente se conocen como pares solitarios.
Un punto importante que hay que recordar es que los átomos implicados no forman iones. Recordarás que un ion es un átomo que ha ganado o perdido electrones, para formar una partícula cargada. Las moléculas covalentes comparten sus electrones, en lugar de perderlos, por lo que siguen siendo partículas neutras.
Los compuestos covalentes
Un compuesto covalente es un compuesto que tiene dos o más elementos unidos por un enlace covalente.
Más adelante veremos algunos ejemplos de compuestos covalentes.
Enlace metálico: los compuestos metálicos
Un enlace metálico es la atracción electrostática entre una red de iones positivos y un mar de electrones deslocalizados. Se dan entre átomos del mismo elemento.
Los metales pueden formar compuestos con los no metales, donando los electrones de su capa externa. Los metales forman iones positivos, mientras que los no metales (que aceptan los electrones) forman iones negativos. Sin embargo, si un metal está solo, no puede donar electrones, porque no hay ningún átomo no metálico que pueda aceptarlos. En lugar de eso, hace otra cosa: se une metálicamente.
Los compuestos metálicos
Los compuestos metálicos son aquellos que tienen enlaces metálicos en su estructura.
Más adelante, veremos algunos ejemplos de compuestos metálicos.
Compuestos químicos inorgánicos
Los compuestos inorgánicos son compuestos que no se basan en el carbono.
Puede parecer una definición muy amplia, ¡Y lo es! Pero es que, realmente, abarca todos los demás elementos del mundo. Echa un vistazo a la siguiente tabla periódica: El carbono (C) aparece resaltado en rosa. En química inorgánica estudiamos los compuestos formados por todos los demás elementos, desde los halógenos hasta los metales de transición.
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Fig. 2: Tabla periódica de los elementos. Observa que el carbono está en un círculo.
La química inorgánica no ignora el carbono, sino los compuestos basados en él. Se trata de compuestos basados en enlaces C-C y C-H. Este tipo de compuestos se denominan orgánicos y se estudian en química orgánica. Se llaman así porque los científicos creían que sólo se encontraban en los organismos vivos, pero ahora sabemos que no es así.
En la química inorgánica puedes encontrar estructuras como el grafito y el diamante, aunque ambas estén formadas únicamente por carbono.
Compuestos químicos orgánicos
Los compuestos orgánicos son moléculas formadas por carbono (C) unido covalentemente a otros átomos; en la mayoría de los casos, hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N).
En realidad, no existe una definición fija de compuesto orgánico, y algunas moléculas basadas en el carbono no son en realidad compuestos orgánicos.
Entre ellas se encuentran los carbonatos, los cianuros y el dióxido de carbono.
Las razones de su exclusión son esencialmente históricas, y no se basan en ninguna característica.
También se excluyen del grupo estructuras como el grafito y el diamante. Al estar formados por un solo elemento, no se consideran compuestos.
El carbono en los compuestos orgánicos
Todas las moléculas orgánicas se basan en el elemento carbono. Constituir la columna vertebral de todos los compuestos orgánicos del mundo es una tarea difícil, pero el carbono lo consigue con éxito. ¿Por qué es tan versátil?
Bueno, el carbono tiene dos propiedades, en particular, que lo hacen tan eficaz a la hora de formar moléculas y compuestos:
- Su tetravalencia.
- Su pequeño tamaño.
Tetravalencia del carbono
Observa la configuración electrónica del carbono, que se muestra a continuación.
Fig. 3: Configuración electrónica del carbono. Observa que tiene seis electrones en su capa de valencia y necesita otros dos para completarla.
Observa que el carbono tiene seis electrones. Dos se encuentran en la capa interna y cuatro en la externa (también llamada capa de valencia). Estos cuatro electrones de la capa externa hacen del carbono un átomo tetravalente.
Los átomos tienden a querer tener capas externas llenas de electrones y, en el caso del carbono, esto significa tener ocho electrones de valencia. Para conseguir una capa externa completa, el átomo debe formar cuatro enlaces covalentes. No es difícil saber con quién se enlaza: le da igual enlazarse con el oxígeno que con el nitrógeno. Esto significa que el carbono forma compuestos con toda una serie de elementos diferentes.
Más adelante veremos ejemplos de moléculas orgánicas que contienen oxígeno y nitrógeno.
Tamaño del carbono
Sabes que hay otros átomos que tienen cuatro electrones en su capa externa, como el silicio (Si). ¿Por qué no son tan versátiles y están tan extendidos como el carbono?
Porque el carbono es un átomo pequeño. Debido a su pequeño tamaño, varios átomos de carbono pueden unirse fácilmente para formar estructuras complejas. Se dice que es bueno en la catenación: cuando átomos del mismo elemento se unen formando largas cadenas.
La combinación de pequeño tamaño y tetravalencia da lugar a que las posibles disposiciones de los átomos de carbono, unidos covalentemente entre sí y a otros elementos, sean prácticamente infinitas. Por eso existen tantos compuestos orgánicos diferentes.
Enlaces de los compuestos orgánicos
Los enlaces covalentes se forman cuando dos átomos ofrecen, cada uno, un electrón para formar un par compartido. Los átomos se mantienen unidos por la atracción electrostática entre sus núcleos positivos y estos electrones negativos. Esta es la razón por la que la mayoría de los elementos que se encuentran en los compuestos orgánicos no son metales: son los que pueden formar enlaces covalentes.
Sin embargo, hay algunas excepciones a esta regla; algunos metales pueden encontrarse entre los compuestos orgánicos:
- En primer lugar, los metales de transición pueden unirse a compuestos orgánicos mediante reacciones de ligando. Los dos se unen en un enlace covalente dativo, utilizando un par solitario de electrones del compuesto orgánico.
- En segundo lugar, el berilio (Be) (un metal del grupo 2) también puede formar enlaces covalentes.
¿Cuáles son los tipos de compuestos orgánicos?
En la siguiente sección veremos los distintos tipos de compuestos orgánicos y cómo clasificarlos. Podemos hacerlo de diferentes maneras:
- La forma más sencilla de agrupar las moléculas orgánicas es por su grupo funcional.
- También podemos distinguir entre compuestos alifáticos, aromáticos y alicíclicos.
- Otra etiqueta útil es si el compuesto es saturado o insaturado.
Primero, veamos los grupos funcionales:
Grupos funcionales de los compuestos orgánicos
El grupo funcional de una especie es el grupo concreto de átomos responsable de sus reacciones químicas.
La forma más sencilla de distinguir los compuestos orgánicos es por su grupo funcional. Este es el átomo o combinación de átomos que lo hace reaccionar de una determinada manera. Los ácidos carboxílicos contienen el grupo funcional carboxilo, a menudo escrito como COOH; mientras que las aminas contienen (lo has adivinado) el grupo funcional amina, o NH2.
Veamos una tabla en la que recogemos los principales grupos funcionales e información importante sobre ellos:
| Nombre de la familia de compuestos | Grupo funcional | Prefijo/sufijo |
| Alcano | C - C | -ano |
| Alqueno | C = C | -eno |
| Alquino | C ≡ C | -ino |
| Alcohol | R - OH | -ol o hidroxi- |
| Halogenoalcano | R - X | -ano (sufijo variable) |
| Aldehído | R - CHO | -al |
| Cetona | R - CO - R | -ona |
| Halogenoalcano | R - COOH | ácido .... -oico |
| Ester | R - COO - R | -oato de... -ilo |
| Amina | - NH2 | -amina o -amino |
Tabla 2. Compuestos químicos: Los principales grupos funcionales.
Exploramos todos estos grupos con más detalle en el artículo Grupos funcionales.
Serie homóloga
Una serie homóloga es un grupo de moléculas orgánicas con el mismo grupo funcional, pero diferentes longitudes de cadena de carbono.
Una serie homóloga tiene ciertas propiedades fijas:
- Todos los miembros pueden representarse mediante una fórmula general. Se trata de una fórmula que expresa la relación básica entre los distintos átomos de una molécula.
- Todos los miembros tienen el mismo grupo funcional, como ya se ha mencionado.
- Los miembros sólo difieren en el número y la disposición de los grupos -CH2 en su cadena carbonada.
- Todos los miembros tienen las mismas propiedades químicas y sufren las mismas reacciones. Sin embargo, pueden tener propiedades físicas diferentes.
Compuestos aromáticos, alifáticos y alicíclicos
Las moléculas orgánicas también pueden clasificarse en alifáticas, aromáticas o alicíclicas:
- Los compuestos alifáticos se basan en cadenas de carbono llenas de grupos -CH2. No tienen anillos bencénicos y pueden tener largas cadenas rectas o formar anillos.
- Los compuestos alifáticos con anillos cíclicos se denominan compuestos alicíclicos.
- Por el contrario, los compuestos aromáticos contienen anillos bencénicos con electrones pi deslocalizados. Estos anillos se representan como un hexágono con un círculo en el centro.
Compuestos saturados e insaturados
Ahora, vamos a aprender qué significan los términos saturado e insaturado:
- Los compuestos saturados contienen solamente enlaces simples (C - C).
- Los compuestos insaturados contienen uno o más enlaces dobles (C = C) o triples enlaces (C ≡ C).
¿Qué son las fórmulas de los compuestos químicos?
Las fórmulas son formas de presentar información sobre las distintas proporciones de átomos que componen una molécula o un compuesto. Algunas también pueden mostrar información sobre la estructura y el enlace del compuesto.
En el siguiente apartado veremos ejemplos de compuestos químicos, junto con sus fórmulas:
Ejemplos de compuestos químicos
Vayamos a los ejemplos de compuestos químicos, según el tipo de compuestos que sean:
Ejemplos de compuestos iónicos
Aquí encontrarás algunos compuestos iónicos comunes, con sus correspondientes descripciones y fórmulas químicas.
Cloruro sódico (NaCl)
El más básico de los compuestos iónicos que encontrarás es la sal de mesa, que es NaCl (cloruro sódico). Sus iones son un Na+ metálico y un Cl- no metálico. Este es un tipo muy básico de sal, pero puede haber compuestos iónicos más complejos.
Fig. 3: La sal común (NaCl), que utilizamos para salar nuestros platos, es un compuesto iónico.
Los iones también pueden ser poliatómicos; es decir, que están formados por más de un átomo.
Un ejemplo será el ion acetato, o etanoato, con la fórmula CH3COO-. Este anión también es especial, porque es un ion orgánico. Podemos formar sales orgánicas con este tipo de iones, como el etanoato sódico, NaCH3COO-.
Fluoruro de magnesio (MgF2)
El magnesio (Mg) y el flúor (F) reaccionan juntos para formar fluoruro de magnesio:
$$Mg+F_{2}\rightarrow MgF_{2}$$
- El magnesio es un metal del grupo 2 y, por lo tanto, formará un ion 2+.
- El flúor es un no metal del grupo 7 y, por lo tanto, formará un ion 1-.
Para que las cargas dentro del fluoruro de magnesio sean globalmente neutras, debe haber dos iones flúor por cada ion magnesio. Cada átomo de magnesio pierde dos electrones al convertirse en ion. Uno de estos electrones será ganado por uno de los átomos de flúor y el otro electrón será ganado por el otro átomo de flúor.
Esto se puede mostrar en diagramas de puntos y cruces.
Ejemplos de compuestos covalentes
Veamos ahora algunos ejemplos de compuestos covalentes:
Cloruro de hidrógeno o ácido clorhídrico (HCl)
El cloruro de hidrógeno se conoce como ácido clorhídrico, cuando se encuentra en disolución. Tanto el hidrógeno (H) como el cloro (Cl) necesitan un electrón para completar su capa de valencia, como has visto en los dos ejemplos anteriores. Por lo tanto, ambos átomos comparten un electrón entre sí y forman un enlace covalente.
Fig. 4: Diagrama de cruces y puntos del ácido clorhídrico (HCl).
Observa que comparten un par de electrones y, de esta manera, ambos tienen su capa de valencia completa.
Ejemplos de compuestos metálicos
Como ya hemos visto, los compuestos metálicos son aquellos que se forman entre varios átomos del mismo elemento metálico. Además, provienen de la atracción electrostática entre una red de iones metálicos positivos y una nube de electrones deslocalizados.
Algunos ejemplos comunes son:
- El oro (Au).
- La plata (Ag).
- El aluminio (Al).
- El platino (Pt).
- El plomo (Pb).
- El cobalto (Co).
Ejemplos de compuestos orgánicos
Veamos ejemplos de compuestos orgánicos:
Hidrocarburos
Los hidrocarburos son moléculas formadas únicamente por átomos de hidrógeno y carbono.
Algunos ejemplos de hidrocarburos insaturados son los siguientes:
- Etano: C2H6.
- Propano C3H8.
- Butano C4H10.
- Metano: CH4.
Fig. 5: Estructura de cuñas y puntos del metano.
Algunos ejemplos de hidrocarburos saturados son:
Fig. 6: Eteno.
Los dos carbonos se encuentran unidos por un doble enlace.
Fig. 6: 2-Pentino.
Observa que hay un triple enlace entre dos de los carbonos.
Compuestos orgánicos de los seres vivos
Los compuestos orgánicos son los principales componentes de los seres vivos. Veamos algunos ejemplos:
- Las proteínas: Están formadas por unas unidades denominadas aminoácidos, que se unen entre sí gracias a los enlaces peptídicos. A su vez, estos aminoácidos están formados por carbono, nitrógeno, oxígeno e hidrógeno.
- Los lípidos: Son una serie de moléculas insolubles en disolventes polares, pero solubles en los apolares.
Los ejemplos más importantes son el colesterol y los fosfolípidos.
Fig. 8: Estructura del colesterol.
- Los ácidos nucleicos: Contienen la información necesaria para la vida.
- Existen dos tipos: el ADN y el ARN, que se diferencian solamente en una de sus bases. Observa la siguiente imagen en la que se comparan las dos moléculas:
Fig. 9: Estructura comparada del ARN y el ADN.
Observa que la principal diferencia es que el ARN está formado por una única cadena, mientras que el ADN es por una doble cadena.
Los dos compuestos están formados por citosina, guanina y adenina. Sin embargo, el ARN tiene uracilo; mientras que el ADN tiene timina.
Agua (H2O)
El agua es una de las moléculas esenciales para que exista vida en la Tierra: participa en la fotosíntesis y la respiración, disuelve muchos de los solutos del cuerpo, permite cientos de reacciones químicas y es esencial para el metabolismo y la función de las enzimas.
El agua (H₂O) es un compuesto inorgánico formado por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno.
Su estructura es la siguiente:
Fig. 10: Estructura del agua, formada por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno.
Amoníaco (NH3)
El amoníaco es un gas incoloro de olor penetrante y sofocante. Es un compuesto de nitrógeno e hidrógeno.
Fig. 11: Amoníaco. Observa que el nitrógeno (N) comparte tres electrones, uno con cada átomo de hidrógeno (H). De esta manera, el nitrógeno completa su capa de valencia con 8 electrones, y los tres hidrógenos la completan con 2 electrones.
Se utiliza habitualmente en fertilizantes, como refrigerante y en soluciones de limpieza doméstica.
El amoníaco tiene propiedades alcalinas, lo que significa que cuando reacciona con el agua, forma una solución que es básica. Recordemos que el nitrógeno tiene la configuración electrónica [He] 2s2 2p3. Después de hacer 3 enlaces covalentes con 3 átomos de hidrógeno para formar amoníaco, tiene 1 par de electrones libres. El átomo de nitrógeno es capaz de donar este par libre de electrones a los electrófilos. La naturaleza básica del amoníaco proviene de la capacidad del nitrógeno para aceptar un protón (ion H+) donando un par de electrones. Esto convierte al amoníaco en una base de Brønsted-Lowry.
¡Ya hemos terminado este artículo y ya eres todo un experto en compuestos químicos!
Compuestos químicos - Puntos clave
- Un compuesto químico es una sustancia química compuesta por la unión de dos o más átomos de diferentes elementos de la tabla periódica.
- Los compuestos químicos se pueden clasificar siguiendo varios criterios:
- El tipo de enlace que tengan sus átomos:
- Compuestos iónicos.
- Compuestos covalentes.
- Compuestos metálicos.
- El tipo de átomos del compuesto químico:
- Un compuesto iónico tiene dos o más elementos unidos por un enlace iónico.
- Un compuesto covalente tiene dos o más elementos unidos por un enlace covalente.
- Los compuestos metálicos son aquellos que tienen enlaces metálicos en su estructura.
- Los compuestos inorgánicos no se basan en el carbono.
- Los compuestos orgánicos son moléculas formadas por carbono (C) unido covalentemente a otros átomos; en la mayoría de los casos, hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N).
- Las fórmulas son formas de presentar información sobre las distintas proporciones de átomos que componen una molécula o un compuesto.
- Algunas también pueden mostrar información sobre la estructura y el enlace del compuesto.
References
- Fig. 1: Reflection in a soap bubble (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Reflection_in_a_soap_bubble.jpg) by Brocken Inaglory (https://sites.google.com/site/thebrockeninglory/) is licensed by CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)
- Fig. 3: Table salt with salt shaker (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Table_salt_with_salt_shaker_V1.jpg) by Poyraz 72 (https://commons.wikimedia.org/wiki/User:Poyraz_72) is licensed by CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)
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