text: Un compost químic és una substància pura formada per dos o més elements químics i que pot descompondre's en aquests per mètodes químics apropiats. Els composts, igual que les mescles, estan constituïts per dos o més elements químics diferents, però es diferencien essencialment d'aquestes en els següents aspectes: Els components de les mescles poden separar-se per mitjans físics (filtració, decantació, destil·lació...), però els constituents dels composts, no. Les mescles tenen les propietats dels seus components, però els composts posseeixen les seves propietats específiques corresponents. Les mescles poden existir en qualsevol proporció mentre que els composts es formen a partir dels elements químics en proporció invariable (llei de les proporcions definides enunciada entre 1794 i 1804 pel químic francès Joseph Louis Proust). La formació o descomposició d'un compost químic va sempre unida a un despreniment o absorció de calor, mentre que per a una mescla l'efecte calorífic és nul o en tot cas, molt petit. En general els composts químics tenen una estructura química definida i única i amb una relació determinada dels components. Tanmateix, hi ha un petit nombre de composts que no compleixen la llei de les proporcions definides, anomenats no estequiomètrics o berthòl·lids: per exemple, Cu1,7S i especialment els composts intermetàl·lics i els intersticials. La majoria dels compostos sí que compleixen la llei de les proporcions definides i s'anomenen daltònids, en record del químic anglès John Dalton que, amb la seva teoria atòmica, donà una base teòrica que explicava la llei de les proporcions definides. Actualment (2009) el nombre d'elements químics és de 118 (90 d'ells naturals i la resta sintètics), mentre que el de composts químics supera els 50 milions i en constant creixement (aproximadament 12.000 noves substàncies diàries, majoritàriament composts químics). Formació de composts químics La majoria dels elements químics existeixen en combinació amb altres elements formant els composts químics. De fet, només una petita quantitat d'elements es troben lliures a la natura: els gasos nobles en forma d'àtoms solitaris, l'oxigen i el nitrogen en forma de molècules diatòmiques, O2 i N2, el sofre en forma de molècules de vuit àtoms, S8, el carboni en forma de grafit o diamant i els metalls nobles coure, argent, or i platí. La raó per la qual els àtoms es combinen per donar composts químics resideix en el fet que, en aproximar-se fins a distàncies molt petites, els seus niguls electrònics interaccionen de forma que l'energia del sistema disminueix. Podem dir, també, que com a conseqüència d'aquesta interacció es generen forces d'atracció. Per tant els electrons externs dels àtoms són els responsables de la formació de composts. Hi ha dues formes generals: Per transferència d'electrons dels àtoms d'un element cap a l'àtom d'un altre element per a formar composts iònics, que queden enllaçats per atracció electroestàtica. Per compartició d'electrons entre àtoms diferents per a formar composts covalents, que queden enllaçats degut a un efecte quàntic, la major deslocalització dels electrons. Aquests processos generen els enllaços químics, les forces que mantenen units els àtoms dels elements en un compost. Classificacions Classificació segons el tipus d'enllaç Els composts químics es poden classificar segons el tipus d'enllaç químic en: Covalents: Són composts químics on els àtoms resten units per enllaços covalents. Si existeix una petita diferència entre dos àtoms quant a la tendència a perdre o guanyar electrons, observam una compartició d'electrons. Aquest tipus d'enllaç és més important entre àtoms no metàl·lics. Cada àtom atreu als seus electrons perquè té energia d'ionització alta, però també atreu als electrons dels altres àtoms. Això fa que els àtoms s'uneixin per formar un compost. En la majoria dels casos es generen molècules separades i la fórmula química reflecteix el nombre real d'àtoms a la molècula (fórmula molecular). Exemples: Diòxid de carboni, CO2; àcid periòdic, HIO4; pentaclorur de fòsfor, PCl5; etanol, CH3CH2OH, àcid acètic, CH3COOH. Iònics: Són composts on els àtoms es mantenen units mitjançant enllaços iònics. Aquest enllaç s'observa típicament entre àtoms amb grans diferències en la seva tendència a perdre o guanyar electrons. Aquestes diferències s'observen entre metalls reactius (grups 1 i 2 de la taula periòdica) i no-metalls (grup 17 o halògens i la part superior del 16). L'àtom metàl·lic de baixa energia d'ionització perd un o dos electrons de valència, mentre que l'àtom no metàl·lic, d'afinitat electrònica molt negativa, guanya electrons. Es produeix una transferència d'electrons del metall al no-metall, i cada àtom forma un ió amb la configuració electrònica de gas noble. L'atracció electroestàtica entre els ions de diferent signe els porta a formar una estructura tridimensional d'un sòlid iònic, la qual fórmula química representa la proporció catió/anió (fórmula empírica). Exemples: Òxid de sodi, Na2O; clorur de liti, LiCl; sulfur de potassi, K2S; hidrur de calci, CaH2. També existeixen composts iònics en els quals l'anió o el catió és poliatòmic, és a dir, està format per diversos àtoms units per enllaç covalent i amb càrrega elèctrica. Exemples de cations poliatòmics: amoni, NH4+ i uranil, UO22+. Exemples d'anions poliatòmics, els oxoanions carbonat, CO32-, sulfat, SO42-, nitrat, NO3-. Complexos: units per enllaços covalents coordinats. Classificació genèrica Hom classifica genèricament els composts en: Orgànics o composts de carboni i hidrogen, amb altres elements o sense, i en Inorgànics, que no contenen carboni (excepte òxids de carboni, carbonats, carburs, etc.). Composts orgànics Originàriament, parlar de composts orgànics era parlar dels composts produïts pels éssers vius. Arran de la caiguda en desús de la teoria de la força vital, l'àmbit d'estudi dels composts orgànics s'amplià també a les substàncies artificials, sintetitzades als laboratoris. Actualment, hi ha milions de composts orgànics coneguts. El fet que pugui existir un nombre tan extraordinari de combinacions a partir d'un nombre d'elements químics reduït (carboni, hidrogen, oxigen, halògens, nitrogen, sofre i fòsfor, principalment), a diferència del que ocorre en el camp de la química inorgànica, es fonamenta, d'una banda, en la possibilitat que presenta l'àtom de carboni d'establir enllaços covalents amb altres àtoms del mateix element per a formar cadenes i xarxes, i de l'altra, en l'existència de molts diversos grups funcionals, en els quals intervenen el carboni i els elements restants que apareixen en els composts orgànics. Aquest fet condiciona una visió del compost orgànic en la qual hom pot considerar per separat l'estructura bàsica o esquelet carbonat i el conjunt de grups funcionals ancorat sobre aquest. Quan els composts són formats únicament per carboni i hidrogen, són anomenats hidrocarburs. Teòricament, i sovint també en la pràctica, els composts orgànics poden ésser considerats com a derivats dels hidrocarburs per substitució d'àtoms d'hidrogen per altres àtoms o grups. El correcte coneixement de l'estructura dels composts orgànics arrenca de la formulació de les teories estructurals de Kekulé-Couper i de Aleksandr Mikhailovich Butlerov, les quals donaren una visió fonamental de la natura de les cadenes carbonades, i en particular pel que fa a la dels composts aromàtics. Posteriorment, la noció d'estereoquímica, derivada de les idees sobre la isomeria geomètrica i l'àtom de carboni asimètric degut a Jacobus Henricus van 't Hoff i a Joseph Achille Le Bel, la introducció del concepte d'enllaç covalent, amb el paper rellevant que aquest té en la química dels composts orgànics, i la formulació de les teories quàntiques de l'enllaç han proporcionat un coneixement gairebé perfecte del problema de l'estructura molecular dels composts orgànics. Segons l'origen Com a conseqüència de la concepció original de la química orgànica, hi ha la tendència a agrupar els composts orgànics d'acord amb llur origen: natural, la qual cosa dona lloc al que hom acostuma a denominar química orgànica dels productes naturals, que comprèn l'estudi de lípids, glúcids, aminoàcids i proteïnes, terpenoides, esteroides, alcaloides, antocianines, prostaglandines, porfirines, vitamines, sediments (dels quals cal esmentar, particularment, l'estudi del petroli, el qual ha arribat a constituir una autèntica especialitat, anomenada petroquímica), etc. artificials, composts sintetitzats al laboratori que no es troben a la natura. Dins aquest context, hom pot parlar, entre molts d'altres, d'agents refrigerants, colorants, combustibles, detergents, dissolvents, fibres sintètiques, perfums i aromatitzants, plàstics, pintures, medicaments, tensioactius, etc. Segons l'estructura Hom ha emprat el criteri estructural per a delimitar els diferents composts orgànics. Així, hi ha: Composts alifàtics o acíclics, composts amb estructures obertes, lineals o ramificades, saturades o insaturades. Composts alicíclics, inclouen els composts carbocíclics no aromàtics. Composts aromàtics, que són els composts derivats formalment del benzè. Heterocicles, composts carbocíclics, aromàtics o no, que contenen un o més heteroàtoms en l'anell carbonat. Compostos organometàl·lics, grup de compostos on hi ha enllaços entre metalls i carbonis i que també hom pot considerar-los composts inorgànics. macromolècules, composts, tant naturals com sintètics, les molècules dels quals són polímers. Segons el grup funcional D'altra banda, els distints grups funcionals confereixen als composts que els contenen propietats físiques i químiques molt relacionades, la qual cosa justifica una classificació dels composts orgànics segons aquest criteri. Així, hom sol parlar d'alcans, alquens, alquins, derivats halogenats, nitrils, alcohols, fenols, quinones, èters, aldehids, cetones, àcids carboxílics, èsters, anhídrids d'àcid, amines, amides, sulfones, etc. Principals grups de composts orgànics Hidrocarburs Els hidrocarburs són composts orgànics formats exclusivament per carboni i hidrogen. Els àtoms de carboni poden unir-se entre ells formant cadenes més o menys llargues, per mitjà d'enllaços covalents simples, dobles o triples, i les valències que resten lliures són saturades amb hidrogen. Hom distingeix els hidrocarburs acíclics, de cadena oberta, dels cíclics, de cadena tancada. Els hidrocarburs acíclics, o alifàtics (del grec αλειψα, oli, perquè els greixos més importants són d'aquest tipus de composts), poden ésser saturats o insaturats, i llurs cadenes poden ésser lineals o ramificades, la qual cosa dona lloc a l'existència molts d'isòmers, que tenen el mateix nombre d'àtoms de carboni i d'hidrogen però amb propietats diferents, a causa de les distintes estructures moleculars. Els hidrocarburs saturats només tenen enllaços simples. També s'anomenen alcans o parafines (del llatí parum affinis, poca afinitat, perquè tenen poca tendència a reaccionar). Per exemple: metà CH4, età CH3-CH3, propà CH3-CH2-CH3. Els hidrocarburs insaturats presenten dobles i triples enllaços en les molècules i, per tant, contenen menys àtoms d'hidrogen que els hidrocarburs saturats del mateix nombre de carbonis. Hom els divideix en: alquens, etilènics o olefines (del francès gaz oléfiant, gas oleificant, que fa referència al fet que els gasosos quan reaccionen amb clor o brom donen lloc a productes oliosos), si tenen dobles enllaços, per exemple etè CH2=CH2, propè CH2=CH-CH3, i alquins o acetilènics (nom derivat del més simple, l'acetilè o etí), si tenen triples enllaços. Per exemple etí CH≡CH, propí CH≡C-CH3. Els hidrocarburs cíclics formen dos grans grups: els alicíclics, anomenats també naftènics, que comprenen els cicloalcans, els cicloalquens i els cicloalquins, de propietats semblants a les parafines, i els aromàtics (perquè els primers compostos descoberts, derivats del benzè, tenen una olor aromàtica agradable), que tenen propietats especials, a causa de l'estructura de l'anell benzènic. Els hidrocarburs són obtinguts principalment del gas natural (saturats de baixa massa molecular: metà, età, propà i butà), del petroli (parafines, aromàtics i alicíclics) i del quitrà de l'hulla (preferentment aromàtics: benzè, toluè, xilol, naftalè, antracè, etc.) i, en menys quantitat, de les ceres, resines i olis essencials d'origen vegetal. Alcohols Els alcohols són substàncies orgàniques caracteritzades per la presència d'un grup funcional constituït per un hidroxil, -OH, enllaçat directament a un carboni que no és aromàtic. Els alcohols, R-OH, han pres llur nom del més antigament conegut de tots ells, l'esperit de vi, alcohol etílic o etanol. Segons que el carboni unit a l'hidroxil sigui primari, secundari o terciari, els alcohols són anomenats també primaris, secundaris o terciaris. Si la molècula conté dos, tres o més grups funcionals alcohol, els alcohols s'anomenen, respectivament, diols (o glicols), triols i, en general, poliols. Segons les regles de la IUPAC, els alcohols es designen afegint al nom de l'hidrocarbur el sufix -ol, tot preservant la n etimològica (ex: metà, metà-n-ol), i indicant la posició de l'hidroxil amb un nombre en prefix, per exemple 2-butanol, CH3CH2CH(OH)CH3. Això no obstant, si la molècula conté un altre grup, prioritari en nomenclatura, els alcohols es designen amb el prefix hidroxi-, exemple 4-hidroxipentanal, CH3CH(OH)CH2CH2CHO, és un aldehid amb una funció hidroxil. Sovint els alcohols encara es designen fent seguir el mot alcohol de l'adjectiu corresponent al grup R (exemple alcohol al·lílic, CH2=CHCH2OH). Les propietats físiques dels alcohols depenen del grup R. Quan R és petit, són líquids miscibles amb l'aigua o molt solubles, d'olor característica i de sabor ardent i fortament associats (per formació d'enllaços hidrogen), cosa que fa que llurs punts d'ebullició siguin elevats (metanol 65o, etanol 78o, 1-propanol 97o, 1-hexanol 156o). La solubilitat en aigua disminueix ràpidament quan la massa molecular augmenta. Quan existeixen diversos isòmers de posició, el punt d'ebullició acostuma a ésser tant més baix (i el punt de fusió tant més alt) com més gran és la substitució al veïnatge del grup -OH. Per la seva inestabilitat i reactivitat, els alcohols no poden trobar-se en el regne mineral, però sí que es troben en la matèria viva. L'etanol i alguns dels seus homòlegs superiors es formen en la fermentació dels sucres i nombrosos olis essencials i resines contenen alcohols diversos. Deixant de banda els poliols, els àcids alcohols i els aminoalcohols, els alcohols bioquímicament importants són l'axeroftol o vitamina A, els alcohols grassos i, sobretot, els esterols. Els alcohols essent molt nombrosos, llurs aplicacions són forçosament molt diverses. Molts d'ells són utilitzats com a dissolvents o troben aplicació directa en nombroses indústries, per exemple, perfumeria, cosmètica, pintures, adhesius, indústria farmacèutica, etc. Llur principal ús és, tanmateix, la síntesi, especialment d'èsters, per a obtenir dissolvents, plastificants, detergents, medicaments, etc. Èters Els èters són substàncies orgàniques caracteritzades per la presència del grup funcional —O— unit a dos radicals hidrocarbonats (aromàtics o no), o bé, en els èters cíclics, formant part d'una cadena alifàtica tancada. La paraula èter ve del grec αιθἠρ, aire lleuger, que indica que aquests composts són molt volàtils. Els èters (R—O—R') resulten de la substitució dels dos àtoms hidrogen de l'aigua i són geomètricament semblants a l'aigua i als alcohols. D'acord amb les normes de la IUPAC, els èters alifàtics són designats per mitjà del grup RO—, considerat com a substituent de la cadena més llarga, com ara metoxietà, CH3-O-CH2-CH3, etoxipropà, CH3-CH2-O-CH2-CH2-CH3. Els punts de fusió i d'ebullició dels èters són comparables als dels hidrocarburs de massa molecular semblant. La majoria són immiscibles amb l'aigua, però els èters cíclics dioxà i tetrahidrofurà, o THF, ho són en totes proporcions. Així la majoria són bons dissolvents de les substàncies orgàniques, però dissolen molt poc els composts inorgànics, per la qual cosa són uns excel·lents dissolvents per als processos d'extracció. Els èters són indiferents a la majoria dels reactius químics. Atès que els derivats de l'oxigen divalent tenen parells d'electrons no compartits disponibles, actuaran com a base de Lewis, per tant reaccionen en presència d'àcids. La reacció més important que experimenten és la ruptura de l'enllaç C—O. Els èters són obtinguts generalment per reacció d'alcohols amb halogenurs d'alquil, reacció coneguda com a síntesi de Williamson. Els diols, en deshidratar-se, donen èters cíclics. Aldehids Els aldehids són substàncies orgàniques caracteritzades per la presència del grup funcional carbonil unit a un hidrogen. La paraula aldehid deriva d'alcohol deshidratat. Segons les regles de nomenclatura de la IUPAC, els aldehids alifàtics RCHO es designen afegint al nom de l'hidrocarbur RCH3 el sufix -al, tot preservant la n etimològica (per exemple: metà → metà-n-al), i els aldehids amb el grup funcional directament fixat a un sistema cíclic, afegint el sufix -carbaldehid al nom d'aquest. Exemples: butanal, CH3CH2CH2CHO. Això no obstant, si la molècula conté un altre grup prioritari en nomenclatura, els aldehids es designen amb el prefix formil-. Exemple: àcid p-formilfenilacètic. Els aldehids bullen lleugerament a una temperatura més alta que els hidrocarburs, però molt per sota dels alcohols corresponents. Els més simples són solubles en aigua i tenen olors fortes i irritants; molts, de massa molecular elevada, tenen, en canvi, olors agradables. Tots són solubles en solvents orgànics. Químicament els aldehids són substàncies neutres, reductores, de reactivitat intensa i variada. Per hidrogenació catalítica o per reducció de Meerwein-Ponndorf-Verley donen alcohols primaris, i per reducció de Clemmensen, hidrocarburs. Per oxidació (per aire, amb el reactiu de Fehling, amb solució argèntica amoniacal, etc.) donen àcids carboxílics. Els mètodes industrials d'obtenció més importants són l'oxidació d'alcohols (per exemple, el metanol en formaldehid); l'oxidació d'hidrocarburs (per exemple, del gas natural o de l'etilè en acetaldehid) i la hidroformilació d'alquens (mètode oxo). Els aldehids lliures són poc freqüents a la natura, bé que hom en troba en diversos olis essencials (citral, citronel·lal, anisaldehid, vanil·lina, etc.). El benzaldehid és un constituent de molts glucòsids. En bioquímica, alguns aldehids (gliceraldehid, acetaldehid, piruvaldehid, etc.) són intermediaris importants en el metabolisme. Industrialment tenen aplicació extensíssima el formaldehid i l'acetaldehid. En menor grau són també importants (com a intermediaris de síntesi o per llurs aplicacions directes) el glioxal, l'isobutiraldehid, l'acroleïna, el crotonaldehid, el furfural i el benzaldehid, entre d'altres. Nombrosos aldehids són utilitzats en la preparació de perfums i essències sintètiques. Cetones Les cetones són substàncies orgàniques caracteritzades per la presència del grup funcional C=O (carbonil) unit a dos radicals hidrocarbonats o, en les cetones cícliques, formant part d'una cadena alifàtica tancada. Segons les regles de la IUPAC, les cetones alifàtiques RR'CO són designades, en la nomenclatura substitutiva, afegint al nom de l'hidrocarbur RR'CH2 (en català, sovint seguit d'una n etimològica) el sufix -ona; davant el nom va el nombre que indica la posició del carboni carbonílic en la cadena. Així, per exemple, propanona, CH3COCH3, butanona CH3CH2COCH3. Quan conté altres grups funcionals prioritaris, en nomenclatura es designa amb el prefix ceto- (cetoàcid, cetoèster). Les cetones més simples, fins a uns dotze àtoms de carboni, són líquides. Les de massa molecular més baixa són solubles en aigua; totes ho són en solvents orgànics. Són destil·lables sense descomposició, i d'olor etèrica o aromàtica. Les propietats químiques de les cetones són les generals del grup carbonil exaltades o disminuïdes per les altres funcions presents en la molècula o per l'estructura d'aquesta. Els oxidants forts trenquen la cadena de carbonis de les cetones per les unions immediates al grup carbonil, i donen àcids carboxílics diferents, segons si es fa la ruptura en un costat o l'altre del grup. Per hidrogenació catalítica o per reducció amb alcoholats d'alumini, les cetones passen a alcohols secundaris. Per reducció amb amalgames de sodi o magnesi donen 1,2-dialcohols, anomenats pinacones, amb condensació de dues molècules. El pas directe de cetona a hidrocarbur és aconseguit mitjançant la reducció de Clemmensen o també per la reducció de Wolff-Kishner. Les amines primàries es condensen amb les cetones i donen les bases de Schiff. Comparades amb els aldehids, les cetones reaccionen poc per polimerització, encara que es condensin per elles mateixes en certes condicions. La més coneguda i utilitzada de les cetones és la propanona o acetona, que és la que dona nom al grup. Moltes cetones són emprades com a solvents i com a primeres matèries en perfumeria. Algunes cetones inferiors, en particular l'acetona, s'originen sovint en la natura com a productes metabòlics anormals. Moltes cetones superiors formen part de productes odorants naturals, per exemple, dels olis eteris i dels greixos rancis. Àcids carboxílics Els àcids carboxílics són substàncies orgàniques de fórmula general R—COOH, que tenen en llur molècula un o diversos grups carboxil i que manifesten, per tant, les propietats àcides que aquest confereix. El grup carboxil ocupa forçosament una posició terminal en l'esquelet dels carbonis, ja que només té un enllaç lliure. Segons quina és la natura del grup R, els àcids carboxílics es classifiquen en alifàtics, alicíclics (que poden ésser, uns i altres, saturats o insaturats), aromàtics i heterocíclics. Si al grup R hi ha d'altres grups funcionals, és possible de distingir també entre un àcid alcohol, un àcid fenol, un àcid cetònic, un aminoàcid, etc. D'acord amb les normes de la IUPAC, els àcids carboxílics són designats fent seguir la paraula àcid d'un adjectiu format afegint al nom de l'hidrocarbur del mateix nombre de carbonis el sufix -oic (sense deixar-se la n etimològica: propà → propà + n + oic), quan hi ha un sol carboxil, o -dioic, quan n'hi ha dos. Així, per exemple, els dos àcids saturats de 6 carbonis, de cadena no ramificada, són anomenats àcid hexanoic i àcid hexandioic. En alguns casos, no obstant això, resulta més pràctic considerar el grup carboxil com un substituent de la molècula RH. En aquest cas, o bé hom fa precedir el nom de RH de la paraula àcid i li afegeix el sufix -carboxílic (com, per exemple, àcid ciclopentan-carboxílic C5H9COOH), o bé hom utilitza el prefix carboxi- (quan el carboxil no és el substituent principal). La IUPAC accepta, a més, que per a molts àcids carboxílics hom continuï utilitzant els noms trivials corrents, tals com àcid fòrmic, àcid acètic, àcid butíric, àcid oxàlic, àcid acrílic, àcid benzoic, àcid cinàmic, etc. Aquests noms trivials admesos per als àcids serveixen també per a designar llurs derivats i els aldehids corresponents. Les propietats físiques dels àcids carboxílics depenen de llur estructura i de llur massa molecular. En principi, es fonen i bullen netament per damunt dels alcohols, amines, aldehids i cetones del mateix nombre de carbonis. Això té relació amb el fet que a l'estat cristal·lí o líquid i en solució en certs dissolvents (i, per als més volàtils, àdhuc en part a l'estat de vapor) els àcids carboxílics estan associats, formant dímers, a través dels carboxils. En sèrie alifàtica els primers termes són líquids destil·lables o arrossegables pel vapor d'aigua, i els àcids de nombre de carbonis parell es fonen sempre a més alta temperatura que llurs homòlegs immediats inferior i superior. A mesura que creix la massa molecular, la influència del grup carboxil sobre les propietats físiques va disminuint i així, per exemple, la solubilitat en aigua (total en els primers termes de la sèrie) decreix molt ràpidament. Això mateix passa amb l'olor. Els àcids carboxílics són en general àcids febles, amb valors pKa que, en general, varien entre 3 i 5, i la primera acidesa dels diàcids és molt més forta que la dels monoàcids, sobretot si els dos carboxils són pròxims. L'acidesa disminueix amb la massa molecular i augmenta amb la proximitat d'un doble enllaç al carboxil; els àcids aromàtics tendeixen també a ésser més forts que els alifàtics. La presència de substituents que atreuen electrons augmenta l'acidesa per efecte inductiu, i aquesta acció és particularment manifesta en el cas dels àcids carboxílics α-halogenats. Els àcids carboxílics donen sals alcalines solubles en aigua i són estables enfront dels oxidants i reductors. L'únic reductor que els ataca directament és l'hidrur d'alumini i de liti, que permet de transformar-los en alcohols. L'electròlisi de llurs sals alcalines RCOONa condueix als hidrocarburs R—R (reacció de Kolbe), i la fusió alcalina als hidrocarburs RH; la piròlisi de les sals alcalinotèrries dona en general cetones. Llurs sals d'argent reaccionen amb els halurs d'alquil donant cetones, i llurs sals sòdiques reaccionen amb els clorurs d'àcid donant anhídrids d'àcid. Per deshidratació de les sals amòniques són obtingudes amides. Per reacció dels àcids carboxílics amb el pentaclorur o amb l'oxiclorur de fòsfor són obtinguts clorurs d'àcid; per reacció amb els alcohols són obtinguts èsters, i per reacció de Schmidt són obtingudes amines. En fi, per acció del clor o del brom té lloc generalment una substitució progressiva dels hidrògens en α del carboxil (o de l'hidrogen d'un carboni terciari no gaire allunyat) i són obtinguts, doncs, àcids carboxílics halogenats. Àdhuc deixant de banda els aminoàcids, els àcids carboxílics tenen una importància biològica molt considerable. A l'estat lliure hom no els troba gaire sovint en els animals (per bé que hi ha àcid fòrmic en les formigues i en el verí de les abelles), però, en canvi, són molt abundants en els sucs cel·lulars de les plantes (àcids fòrmic, oxàlic, màlic, ascòrbic, tàrtric, cítric, etc.) i en nombroses resines d'origen vegetal (àcid abiètic, benzoic, cinàmic, etc.). Diversos àcids carboxílics es formen fàcilment per fermentació (fermentació acètica de l'alcohol, làctica o butírica dels glúcids, etc.). Les plantes els contenen també en abundància en forma de sals (en llurs sucs aquosos) i en forma d'èsters (en els olis essencials). No obstant això, és sobretot en forma d'èsters glicèrics (que constitueixen els greixos) que els àcids carboxílics són universalment presents en els éssers vius. Els àcids carboxílics que hom troba combinats en els greixos són anomenats àcids grassos. Èsters Els èsters són substàncies orgàniques caracteritzades per la presència del grup funcional -COOR, és a dir, per la unió del grup acil amb un grup alquil.En el cas d'èsters d'àcids inorgànics (nítric, sulfúric, fosfòric), el grup alquil va lligat al residu d'àcid mineral (-NO2, -SO3H, -PO3H2). La paraula «èster», igual que «èter», ve del grec αιθἠρ, aire lleuger, que indica que aquests composts són molt volàtils (el metanoat de metil bull a 32 °C, l'acetat de metil a 57 °C, etc.). D'acord amb les normes de la IUPAC, els èsters són designats expressant primerament la part que prové de l'àcid carboxílic per un substantiu format afegint el sufix -oat (precedit d'una n etimològica) el nom de l'hidrocarbur del mateix nombre d'àtoms de carboni que l'àcid, i després el nom del radical de la part catiònica, com ara heptanoat d'etil. Quan hom utilitza els noms trivials corrents dels adjectius característics dels àcids, com fòrmic, acètic, benzoic, etc., el substantiu que en deriva per designar la part aniònica és el format canviant el sufix -ic d'aquests adjectius pel sufix -at, com en el cas de l'acetat d'etil. Si hom no pot formar el nom de l'anió, acostuma a emprar perífrasis, com èster benzílic de la metionina. Per hidròlisi els èsters regeneren l'àcid i l'alcohol; això és important sobretot per als èsters naturals (ceres, olis i greixos; en el cas dels dos darrers, si la hidròlisi és bàsica hom obté els sabons). Els èsters de baixa massa molecular són molt emprats com a solvents (acetat de metil, d'etil i de butil), i els èsters nítrics de polialcohols tenen importància com a explosius (trinitroglicerina o, millor, trinitrat de glicerina, trinitrat de cel·lulosa, etc.) i en l'obtenció de cel·luloide. Els èsters d'àcids no saturats, com els dels àcids acrílic i metacrílic, es polimeritzen amb facilitat i donen matèries plàstiques, d'un gran consum (acrilats, metacrilats). Els èsters fosfòrics i tiofosfòrics han adquirit importància com a insecticides. La sal sòdica del sulfat àcid de lauril, sulfat de lauril sodi, s'empra extensament com a detergent, fins i tot amb aigües dures, ja que el sulfat de lauril calci és un poc soluble en aigua. També destaquen els èsters que formen part d'essències naturals i s'empren en la composició dels perfums sintètics: olor d'albercoc (butanoat d'etil i butanoat d'amil), de brandi i vi (heptanoat d'etil), de pera (acetat d'isoamil), de plàtan (acetat d'isoamil), de pinya (butirat de butil), de raïm (metanoat d'etil i heptanoat d'etil), de rom (propionat d'isobutil), de taronja (acetat d'octil), etc. Amides Les amides són composts orgànics que deriven formalment de l'amoníac o d'una amina primària o secundària per substitució per radicals acil d'un hidrogen (amides primàries), de dos hidrògens (amides secundàries) o de tres hidrògens (amides terciàries). Les úniques importants són les amides primàries, en general dites simplement amides. Llur fórmula general és R-CONR'R", en la qual els radicals R, R', R" poden ésser hidrogen o un grup hidrocarbonat. El nom amida ve del francès amide, format amb el radical de ammoniaque i -ide, sufix que indica la presència d'un àcid, provinent del mot acide. Les amides s'anomenen canviant en el nom de l'àcid carboxílic R-COOH el sufix «-ic» i «-oic» per «-amida» o la terminació carboxílic per carboxamida. Per excepció, l'amida de l'àcid oxàlic s'anomena oxamida. Exceptuant la formamida, les amides no substituïdes en el nitrogen són sòlides, i llurs punts de fusió i d'ebullició són superiors als dels àcids corresponents. Les amides són poc bàsiques, a causa de la important contribució de la forma ressonant b en la qual el nitrogen ja no suporta el parell d'electrons no compartits al qual són degudes les propietats bàsiques de les amines. A causa d'aquesta ressonància, la reactivitat del carbonil amídic enfront d'agents nucleòfils és menor que la dels carbonils dels àcids, èsters, etc. Les amides es preparen principalment: per acilació de l'amoníac o d'amines primàries o secundàries per destil·lació lenta de sals amòniques d'àcids carboxílics i també per hidratació, en el medi àcid o bàsic, de nitrils. Les amides monomèriques són rares en la natura, amb poques excepcions, tals com la urea. Cal notar, però, que els constituents principals de la trama estructural de la matèria viva, els pèptids i les proteïnes, són poliamides, en les quals es manifesta la solidesa de l'enllaç amídic. Les aplicacions de les amides són molt diverses. A més de llur utilització com a intermediaris de síntesi, moltes d'elles són emprades directament com a solvents, plastificants, estabilitzants, medicaments, etc. Imitant la natura, l'home sintetitza, a més, diversos polímers poliamídics, que són emprats per a la fabricació de fibres sintètiques (perló, niló) i en la indústria dels plàstics. Amines Les amines són composts orgànics que deriven formalment de l'amoníac, NH3, per substitució d'un o més àtoms d'hidrogen per grups hidrocarbonats R. Les amines són primàries RNH2, secundàries R1R2NH o terciàries R1R2R3N, segons que hi hagi un, dos o tres hidrògens substituïts. En la nomenclatura sistemàtica, les amines primàries s'anomenen afegint el sufix -amina bé al nom del grup R, bé al nom del compost RH. Exemple: metilamina CH3NH2. Les amines secundàries i terciàries simètriques s'anomenen afegint els prefixos di- i tri-, i les no simètriques considerant-les productes de substitució de l'amina primària més complicada. Exemples: trietilamina (C2H5)3N. Quan el grup -NH2 no és el principal en la molècula, per a designar-lo és emprat el prefix amino-. Exemple: àcid p-aminobenzoic. Per a diverses amines importants, la IUPAC ha acceptat també noms trivials, tals com anilina, adenina, etc. Les amines primàries i secundàries poden formar enllaços d'hidrogen i tenen, per tant, punts d'ebullició superiors als dels hidrocarburs de massa molecular similar. Per la mateixa raó, els termes més senzills de la sèrie són solubles en aigua. Les amines són composts bàsics a causa del parell d'electrons no compartits del nitrogen, que poden captar un protó. Les amines aromàtiques, com l'anilina, són molt menys bàsiques que les alifàtiques, a causa de la participació del parell electrònic no compartit en la ressonància del nucli aromàtic. Com a conseqüència de la seva basicitat, les amines donen amb els àcids inorgànics sals cristal·lines d'elevat punt de fusió i molt higroscòpiques. Les amines lliures s'oxiden fàcilment i donen òxids d'amina, cosa que les fa útils com a antioxidants. Les amines són preparades bé per reducció de composts nitrogenats de grau d'oxidació superior, tals com nitroderivats, nitrils, imines, amides i oximes, bé per alquilació de l'amoníac, reacció que malgrat donar mescles d'amines primàries, secundàries i terciàries té interès industrial, puix que els diversos productes poden ésser separats amb una adequada destil·lació fraccionada. Les amines participen de manera destacada en els sistemes bioquímics, estan àmpliament distribuïdes en la natura en forma d'aminoàcids, proteïnes, alcaloides i vitamines. Molts de derivats d'amines complexes tenen una activitat fisiològica pronunciada, per exemple la penicil·lina, LSD, el verí de la cicuta, la novocaïna. S'empren per obtenir medicaments (sulfamides i anestèsics locals). La fibra sintètica niló s'obté a partir de dos components, un dels quals és una amina. Principals grups de composts inorgànics Hidrurs Combinació de l'hidrogen amb un element, gairebé sempre metàl·lic. Els hidrurs iònics formen xarxes cristal·lines amb anions hidrur, H-, i cations dels metalls. Els hidrurs alcalins tenen una estructura cristal·lina de cares centrades, mentre que els alcalinoterris tenen una estructura cúbica de cares centrades. Són sòlids a temperatura ambient i amb les propietats característiques dels composts iònics. Els hidrurs moleculars són substàncies d'enllaç covalent del tipus B2H6, PH3, AsH3, obtingudes fent reaccionar l'hidrogen atòmic sobre el no metall. Els hidrurs radicals són agrupaments diatòmics incomplets, identificats per l'anàlisi espectral, en l'atmosfera estel·lar; no han pogut ésser aïllats a causa de llur labilitat química i de llur curtedat de vida. Hom els considera com a radicals lliures. Els hidrurs d'inserció són composts obtinguts fent absorbir l'hidrogen per certs elements de transició, com el titani (TiH2). Hom suposa que l'hidrogen s'introdueix en les fissures intersticials de la malla metàl·lica i en modifica les propietats. Els hidrurs són emprats com a agents reductors, com a carburants molt energètics i com a intermediaris de síntesi, molts dels quals, però, tenen un interès exclusivament teòric. Òxids Els òxids inorgànics són combinació de l'oxigen amb qualsevol element, excepte el fluor. També reben aquest nom alguns epòxids simples (com l'òxid d'etilè), formes oxidades dels nitrils i les amines (com els òxids de nitril i els òxids d'amina) i algunes substàncies que contenen oxigen en llur estructura (com l'òxid de cacodil i l'òxid de mesitil), però són òxids orgànics. Els òxids inorgànics poden ésser denominats anteposant al nom de l'element el mot òxid, amb els prefixos numèrics escaients, o bé mitjançant el sistema de Stock. Els òxids són generalment obtinguts per reacció directa de l'oxigen amb l'element a alta temperatura. També poden ésser obtinguts per descomposició tèrmica d'altres substàncies més complexes i per reacció amb l'oxigen de composts tals com hidrurs metàl·lics, sulfurs i halurs. Amb els no metalls formen composts moleculars, volàtils, amb enllaç covalent. Exemples són el monòxid de carboni, CO, el diòxid de carboni, CO2, el diòxid de sofre, SO2, el monòxid de nitrogen, NO, el triòxid de dinitrogen, N2O3, el diclorur de pentaoxigen, O5Cl2, etc. Amb els metalls l'oxigen forma sòlids cristal·lins, amb enllaç, generalment iònic, degut a la baixa polarització de l'anió oxigen, O2-. Exemples són l'òxid de sodi, Na2O, l'òxid de ferro(III), Fe2O3, l'òxid de calci, CaO, l'òxid de zinc, ZnO, etc. Tanmateix, els òxids de metalls d'alta valència són volàtils, amb enllaç amb marcat caràcter covalent. Els òxids tenen un gran nombre d'aplicacions en la indústria (semiconductor, ciment, vidre, pintura, refractari). Àcids Hidràcids: Els àcids que no presenten oxigen en la seva estructura s'anomenen hidràcids. Són hidrurs de no metalls en dissolució aquosa. En les seves molècules l'hidrogen es troba enllaçat mitjançant un enllaç covalent a un àtom d'un element químic molt electronegatiu (halògens, sofre, seleni i tel·luri) per la qual cosa l'enllaç està molt polaritzat i es romp fàcilment en dissolució aquosa, donant lloc a la dissociació de l'àcid. Els hidràcids més importants són: Àcid fluorhídric, HF(aq) - àcid clorhídric, HCl(aq) - àcid bromhídric, HBr(aq) - àcid iodhídric, HI(aq) - àcid sulfhídric, H2S(aq) Oxoàcids: Els oxoàcids són composts inorgànics on un àtom central electronegatiu es troba enllaçat mitjançant enllaç covalent a diversos oxígens que amb enllaços dobles i simples completant les valències de l'àtom central. Els oxígens que es troben enllaçats mitjançant un enllaç simple a l'àtom central s'enllacen també a un àtom d'hidrogen. Aquest enllaç està molt polaritzat la qual cosa fa que sigui bo de dissociar. Oxoàcids més importants:Àcid arsènic, H3AsO4 - Àcid arsenós, H2AsO3 - Àcid bòric, H3BO3 - Àcid bròmic, HBrO3 - Àcid carbònic, H2CO3 - Àcid clòric, HClO3 - Àcid clorós, HClO2 - Àcid cròmic, H2CrO4 - Àcid difosfòric, H2P2O7 -Àcid fosfòric, H3PO4 - Àcid fosforós, H3PO3 - Àcid hipobromós, HOBr(aq) - Àcid hipoclorós, HOCl(aq) - Àcid hipofosforós, H3PO2 - Àcid iòdic, HIO3 - Àcid nítric, HNO3 - Àcid nitrós, HNO2 - Àcid perclòric, HClO4 - Àcid perdisulfúric, H2S2O8 - Àcid periòdic, HIO4 - Àcid permonosulfúric, H2SO5 - Àcid selènic, H2SeO4 - Àcid selenós, H2SeO3 - Àcid silícic, H4SiO4 - Àcid sulfàmic, NH2SO3H - Àcid sulfúric, H2SO4 - Àcid sulfurós, H2SO3 - Àcid tel·lúric, H2TeO4 - Àcid tel·lurós, H2TeO3 Aplicacions dels àcids inorgànics. Àcid sulfúric, H2SO4. L'àcid sulfúric és l'àcid que s'empra en major quantitat, s'empra en la indústria química per a la preparació d'altres àcids, de sulfats i de carbonats. En la producció de pintures, sulfonació de greixos, en la indústria tèxtil, en la refineria del petroli, en la producció de ferro i acer, en els acumuladors de plom i en la fabricació d'explosius. Àcid nítric, HNO3. L'àcid nítric s'empra en la fabricació d'explosius, colorants, seda artificial, plàstics, fertilitzants i en la fabricació d'àcid sulfúric. Àcid clorhídric, HCl. S'empra en la indústria tèxtil, en la dels colorants, per a la neteja dels metalls en la indústria del galvanitzat i de l'estanyat, per a la manufactura de filferros, en el procés de gravat, en la fabricació de dextrosa, gelatina i sabons, en la purificació d'arenes i argiles per a la fabricació de porcellanes i en l'elaboració de clor, clorurs i derivats. Hidròxids Els hidròxids estan constituïts per anions hidroxil, OH-, i cations metàl·lics. En augmentar la capacitat de polarització del catió s'accentua el caràcter parcialment covalent de l'enllaç metall-oxigen, i l'estabilitat de l'hidròxid disminueix. Els hidròxids dels elements més electropositius (alcalins, alcalinoterris...) poden fondre's sense descompondre's (els dels alcalins poden, fins i tot, vaporitzar-se). En canvi, no es coneixen hidròxids en molt alt estat d'oxidació. Els alcalins són els únics solubles en aigua. Els més reactius són els alcalins i els alcalinoterris. La propietat més destacada és el caràcter bàsic, tant en dissolució aquosa com en estat fus. Sals Les sals són composts iònics formats per combinacions d'anions amb cations metàl·lics. Tenen les propietats característiques dels composts iònics: són sòlids cristal·lins de punt de fusió elevat, presenten conducció de l'electricitat en l'estat líquid i conductivitat electrolítica en llurs solucions aquoses. Això no obstant, hi ha tota una gradació en el caràcter covalent o iònic de l'enllaç, el qual depèn fonamentalment de la diferència d'electronegativitat i de grandària dels ions que constitueixen la sal. Dos exemples extrems són el fluorur de cesi, CsF, que és totalment iònic, i el tetraclorur de titani, TiCl4, que presenta un caràcter covalent molt accentuat. Quant a la solubilitat, les sals de caràcter iònic són generalment solubles en dissolvents de constant dielèctrica elevada, com és ara l'aigua, a desgrat de les que presenten una energia reticular molt gran, mentre que les de tipus més covalent se solubilitzen en dissolvents apolars (tetraclorur de carboni, etc.). D'altra banda, moltes sals iòniques formen hidrats, la tendència a la formació dels quals és donada pel guany energètic que suposa la solvatació, enfront de l'energia necessària per a trencar el reticle cristal·lí de la forma anhidra. Segons llur constitució, les sals poden classificar-se en: Sals simples: són les sals formades pel catió d'una base i l'anió d'un àcid amb l'estequiometria adequada, com el clorur de sodi, NaCl, o el nitrat de potassi (KNO3). N'hi ha de dos tipus: Sals binàries. Són sals simples constituïdes per anions d'un sol element químic. Exemples: fluorur de sodi, NaF, clorur de magnesi, MgCl2, bromur de potassi, KBr, iodur de plom(II), PbI2. Sals ternàries o oxisals. Són sals simples en les quals l'anió prové d'un oxoàcid. Exemples: nitrat d'argent, AgNO3, dicromat de potassi, K2Cr2O7, sulfat de ferro(III), Fe2(SO4)3. Sals àcides: Són sals que contenen àtoms d'hidrogen àcids, com l'hidrogencarbonat de sodi, NaHCO3. Sals dobles: Són sals que s'originen, en general, per cristal·lització de solucions que contenen mescles d'ions, com ara els alums, i les oxisals i hidroxisals, conegudes genèricament com a sals bàsiques, en les quals intervenen oxocations o hidroxications, com l'oxiclorur de bismut, BiClO, i l'hidroxiclorur de magnesi, MgCl(OH). Quant a la nomenclatura, les sals són anomenades esmentant primer l'anió i després el catió, amb els prefixos numèrics corresponents. La presència d'hidrogen àcid és indicada mitjançant el prefix hidrogen- anteposat al nom de l'anió, mentre que en la nomenclatura de les oxisals i hidroxisals són emprats els prefixos oxi- i hidroxi- anteposats al nom de l'anió. Complexos Un complex és un compost químic que conté un àtom o un ió central, generalment d'un metall de transició, acceptador d'electrons, envoltat d'un grup d'ions o de molècules neutres (els lligands), donadors d'electrons. La càrrega elèctrica del complex és la suma algebraica de les càrregues de l'ió central i dels lligands iònics, i hi ha complexos neutres, catiònics o aniònics. La teoria de la coordinació d'Alfred Werner (1893) donà la primera interpretació de la natura d'aquests composts i postulà per als elements metàl·lics una valència primària (avui designada com a "estat d'oxidació") i unes valències secundàries (avui, "índex de coordinació"), dirigides cap a posicions definides en l'espai, les quals valències, segons Sidgwick, són capaces de compartir parelles d'electrons aportats pels lligands i formar, amb aquests, enllaços covalents datius o coordinats. Amb la teoria d'enllaç de valència de Linus Pauling (1940), primerament, i amb les del camp cristal·lí i del camp dels lligands (1951), després, hom aconseguí d'explicar bé la natura d'aquestes valències secundàries en funció dels orbitals buits disponibles de l'ió metàl·lic central, i les propietats estereoquímiques, magnètiques i òptiques dels complexos. El modern tractament per orbitals moleculars permet d'afinar els últims detalls de la interpretació. Segons que el lligand s'uneixi a l'ió central per un sol dels seus àtoms o per uns quants, és qualificat de monodentat, bidentat, etc., i, en general, de polidentat, que saturen més d'una posició de coordinació del metall i formen estructures cícliques que hom anomena de quelat. Segons el nombre d'ions centrals presents, el complex és mononuclear, dinuclear, etc., o polinuclear (són polinuclears, per exemple, els isopoliàcids i els heteropoliàcids i llurs sals). En alguns casos, els lligands contenen sistemes d'electrons π més o menys deslocalitzats, que es poden unir amb metalls formant els complexos π (com els de tipus sandvitx, com el ferrocè). També hi ha complexos dits de transferència de càrrega, que són d'enllaç dèbil, correntment moleculars, caracteritzats per passar, per absorció de llum visible, a un estat excitat amb una transferència de càrrega, que dona lloc a un augment de la participació de la forma amb covalència dativa en l'híbrid de ressonància. Segons que l'equilibri de la reacció de formació d'un complex a partir dels seus constituents estigui més o menys desplaçat cap al complex, hom diu que aquest és més o menys estable; segons que les reaccions de substitució dels lligands siguin més o menys lentes, hom diu que el complex és inert o làbil. Els complexos tenen formes geomètriques definides segons el nombre i el tipus dels orbitals de l'ió metàl·lic que participen en l'enllaç. Les més corrents són la quadrada (hibridació dsp2) i la tetraèdrica (hibridació sp3), per als metalls d'índex de coordinació 4, i l'octaèdrica (hibridació d2sp3) per als d'índex 6. Aquestes estructures permeten, en molts casos, l'existència d'isòmers geomètrics i d'isòmers òptics. Les propietats químiques dels complexos no són les de constituents separats, sinó unes altres de pròpies de la nova unitat. Si els complexos són estables i inerts, tals propietats desapareixen del tot; el procés és l'emmascarament, d'utilitat en la indústria i en l'anàlisi química per a evitar els efectes nocius de determinats metalls. La formació de complexos modifica les propietats acido-bàsiques dels constituents, en general exaltant la força àcida dels lligands; també modifica els potencials normals de reducció, de manera que molts estats d'oxidació anormals dels metalls són estabilitzats. Aquesta propietat confereix a alguns complexos una gran activitat catalítica, manifestada particularment en reaccions d'oxidació-reducció, algunes d'elles d'interès biològic. Molts complexos intervenen com a catalitzadors en fase homogènia, o com a intermedis en molts altres tipus de reaccions (per exemple, els catalitzadors de Ziegler i Natta per a la polimerització de l'etilè són complexos d'alumini i titani). L'interès bioquímic dels complexos és molt gran, car molts enzims són actius només en presència de traces d'ions metàl·lics, i una posició de coordinació al metall és el centre actiu d'aquells. Els reactius orgànics més importants de la química analítica són lligands formadors de complexos, generalment quelats; els caracteritza llur selectivitat o especificitat i llur sensibilitat, llur solubilitat en solvents orgànics que en fa possible l'extracció, o llur coloració intensa que permet la determinació absorciomètrica de molts metalls. Organometàl·lics S'anomenen composts organometàl·lics les combinacions en les quals existeix un enllaç entre àtoms metàl·lics i àtoms de carboni, corresponents a radicals o a molècules orgàniques. Si bé aquest tipus d'enllaços existeixen en els complexos (carbonils i cianurs), la denominació de composts organometàl·lics s'aplica, de manera especial, a les combinacions en les quals els carbonis units a l'àtom de metall formen part de molècules orgàniques (radical etil, ciclopentadienil, anells aromàtics...). El primer compost organometàl·lic conegut fou el dietilzinc (CH3—CH2—Zn—CH2—CH3), aïllat el 1849 pel químic anglès Edward Frankland; d'aleshores ençà, hom n'ha sintetitzats un gran nombre, que comprèn gairebé tots els elements metàl·lics. N'hi ha de dos tipus: els organometàl·lics purs, que contenen exclusivament radicals orgànics units al metall, i els mixts, que contenen alhora radicals orgànics i inorgànics units al metall. Des del punt de vista del tipus d'enllaç, poden ésser classificats en: iònics, formats únicament pels metalls més electropositius, i covalents, entre els quals cal distingir els que presenten enllaços σ i els que presenten enllaços π. La natura de l'enllaç metall-carboni té una gran influència sobre l'estabilitat d'aquests composts. Així, els iònics i els covalents de tipus σ solen ésser tèrmicament inestables i sensibles a l'oxidació i a la hidròlisi, mentre que els covalents de tipus π presenten una estabilitat tèrmica més gran i són en molts casos inerts als agents abans esmentats. Els mètodes de preparació són d'una gran diversitat. Entre els més generals, per a elements dels grups principals, cal esmentar la reacció de derivats halogenats amb metalls, la reacció dels composts formats pel mètode anterior amb un metall o halogenur metàl·lic per a bescanviar el metall i l'addició d'hidrurs metàl·lics sobre dobles enllaços. Pel que pertoca a les seves reaccions químiques, la presència d'un metall unit a carboni pot induir en aquest un comportament aniònic, com en els reactius de Grignard, o catiònic, com en els complexos de tipus π de metalls de transició amb olefines, i també afavorir la formació de radicals lliures, com en el tetraetilplom. També experimenten altres reaccions importants, com l'addició oxidativa, l'eliminació reductiva i transposicions intramoleculars. A més del gran interès teòric que presenten, centrat principalment en l'estudi de l'enllaç metall-carboni, propietats catalítiques i estabilització de molècules orgàniques de gran reactivitat, els composts organometàl·lics troben un gran nombre d'aplicacions en síntesi orgànica i en la indústria química. Des del punt de vista fisiològic, són en molts casos d'una gran toxicitat. Referències Vegeu també Llista de compostos químics Llista de compostos inorgànics Composició centesimal Enllaços externs El registre CAS conté més de 50 milions de composts, la seva web duu un comptador que s'actualitza. diàriament. PubChem


source: wikipedia

text: Els combustibles fòssils són combustibles originats per la descomposició parcial de matèria orgànica de fa milions d'anys transformada per la pressió i temperatura degudes a les capes de sediments acumulades sobre seu. Els exemples principals en són el carbó, el petroli i el gas natural. Són primeres matèries d'energia no renovables perquè requereixen milions d'anys per a la seva formació de manera natural. Degut al seu alt poder calorífic són fonts d'energia útils per a generar energia tèrmica i el seu ús ha permès el gran creixement econòmic i demogràfic lligat a la revolució industrial del . Encara ara són fonamentals per a la nostra economia. El 2007 la combustió de carbó, petroli i gas natural va representar 86,4% de l'energia primària mundial. Tot i això la seva combustió és una de les principals fonts de contaminació atmosfèrica i l'escalfament global, suposant un important problema de sostenibilitat. S'han originat de manera natural per un procés de fossilització en anòxia (manca d'oxigen) ambiental: la matèria orgànica no s'ha degradat per microorganismes (que no hi poden viure), fent-se diòxid de carboni (CO2) i aigua (H2O), sinó que roman en forma de molècules orgàniques més complexes, sòlides, líquides o gas, l'energia de les quals és la que s'allibera en utilitzar-los com a combustible. Primera font actual d'energia La Energy Information Administration va estimar el 2006 que les principals fonts primàries d'energia al món eren: el petroli en un 35,9%, el carbó en un 27,4% i el gas natural en un 22,8%. Per tant, amb un 86%, els combustibles fòssils són la font d'energia principal al món. Es poden usar directament o bé en centrals tèrmiques, per a obtenir electricitat. Alguns combustibles no fòssils utilitzats al món com a energies primàries en 2006 són l'energia hidroelèctrica (6,3%), considerada energia renovable, l'energia nuclear (5,9%) i en menor grau les energies solar, eòlica, geotèrmica, etc. que només sumen un 1,0% de la producció mundial total. La tendència actual sembla d'usar-les cada cop més, almenys mentre sigui possible. Per exemple, en els deu anys compresos entre 1996 i 2006 la producció mundial de combustibles fòssils va augmentar una mitjana del 26%, més que la nuclear (16%) i la hidroelèctrica (20%). Origen Els combustibles fòssils es formen per la descomposició anaeròbica de les restes d'organismes que es van dipositar al fons del mar o d'un llac en grans quantitats sota condicions anòxiques, fa milions d'anys. Amb el pas del temps, aquesta matèria orgànica, barrejada amb fang, es va enterrar sota capes pesants de sediments. Aquestes capes van provocar nivells alts de pressió (uns cent milions de pascals) i temperatura (de centenars de graus celsius) i van fer que la matèria orgànica s'alterés químicament: primer a un material cerós anomenat querosè, quan la temperatura és d'uns 50 °C; després, a uns 100 °C, en petroli; i finalment, amb 120 °C - 150 °C, es forma el gas natural. El carbó es forma a partir de plantes (majoritàriament arbres) terrestres que vivien en zones pantanoses o al costat del mar, que van quedar enterrades sota capes de sediments. Llavors, la matèria orgànica, que era rica en oxigen, hidrogen i carboni, va esdevenir més rica en carboni i pobra en hidrogen i oxigen. La majoria dels jaciments de carbó daten del Carbonífer. Els combustibles fòssils necessiten una enorme quantitat de matèria orgànica i de temps per a generar-se. Per exemple: Un litre de gasolina normal el resultat acumulat d'unes 23,5 tones de material orgànic antic dipositat al fons de l'oceà. El combustible fòssil total consumit l'any 1997 era l'equivalent de tota la matèria vegetal que va créixer a la superfície de la Terra i a tots els oceans al llarg de 422 anys. L'exagerat consum d'aquests combustibles per part dels humans des de la revolució industrial, és a dir, de les darreres quatre generacions de persones, fins a gairebé esgotar-los per complet, genera un greu problema de sostenibilitat i capacitat de càrrega. Hom calcula que aquests s'esgotaran en uns cinquanta anys com a màxim i no en sabem produir. Tipus de combustibles fòssils Carbó Aquest combustible fòssil és una roca sedimentària d'origen orgànic que prové de restes vegetals que creixien a les maresmes i que van quedar enterrades pel fang. A causa de l'absència d'oxigen no es van poder degradar i amb el pas del temps i la pressió del pes de les capes de terra va fer que es fossilitzessin fins a transformar-se en carbó. La seva formació data de fa uns 350 milions d'anys, a l'Era Primària. A les centrals termoelèctriques es transforma en electricitat. Segons la seva estructura química es classifiquen en diferents tipus de carbó segons la seva composició mineralògica en quatre grans grups: Torba: És el més recent i que aporta menys calor perquè té una alta proporció d'oxigen i hidrogen en relació al carboni (60%). Sovint es poden apreciar a ull nu les estructures vegetals que el conformen. Lignit: És recent i no té tant poder calorífic a causa del seu baix contingut en carboni. Conté un 50% de carboni. Hulla: És un dels més antics i alt poder calorífic. És el carbó més comercialitzat i el que més s'utilitza, per exemple, a les centrals tèrmiques. Conté un 80% de carboni. Antracita: el més antic i amb més proporció de carboni (95%), pel que té el més alt poder calorífic. S'usa sobretot a calderes industrials i a centrals termoelèctriques. També existeix el carbó vegetal, que s'obté artificialment, per mitjà de la piròlisi, o combustió parcial de la llenya amb poca o gens de presència d'oxigen (anaeròbia). El carbó es pot gasificar per a obtenir hidrogen i per a ser utilitzat com a combustible d'una altra manera (gas natural sintètic, GNS). No s'ha de confondre el carbó gasificat amb el grisú, que és un gas que surt a les mines de carbó i que s'elimina per seguretat, ja que pot provocar incendis i explosions. També es pot convertir en un combustible líquid, que duplicarà la seva potència calorífica, per mitjà de la liquació del carbó, que pot ser directa o indirecta. A partir de la destil·lació seca del carbó es poden obtenir altres productes, com el carbó de coc, el gas ciutat, olis o quitrà. Petroli El petroli és un combustible fòssil líquid i viscós que prové de matèria orgànica acumulada durant milions d'anys. Es creu que es va formar fa uns cinquanta milions d'anys després que el plàncton quedés cobert per diferents materials sedimentaris i a una certa pressió i temperatura i per l'acció de microorganismes fins a formar-se el petroli. El que s'obté directament del jaciment és el que s'anomena petroli cru. Per a poder utilitzar l'energia que aporta ha de passar per un procés de transformació, anomenat refinament. El refinament del petroli té lloc a les plantes petroquímiques, també anomenades refineries. Primer de tot cal netejar el petroli cru abans que sigui conduït a les unitats de fraccionament. Un cop netejat de les restes d'aigua i sorra comença el procés de destil·lació fraccionada a dues torres de destil·lació, una a pressió atmosfèrica i altra al buit, que poden arribar a mesurar cinquanta metres d'alçada. El cru s'escalfa a uns 320 °C - 340 °C i es converteix en gas, aquest va pujant per la torre a mesura que els diferents components arriben al seu punt d'ebullició i segons van pujant es van refredant i condensant a diferents nivells (platets). Un cop condensats es van recollint, per ordre, els següents productes: butà i altres gasos liquats del petroli (GLP), benzina, querosè, gasoil i subproductes utilitzats per a fabricar fuel, olis lubrificants i quitrà. Altres processos típics del petroli són el cracking, per tallar les cadenes d'hidrocarburs en altres més petites i amb el qual es produeix el gas ciutat, per exemple; la polimerització, que, al contrari, transforma les cadenes curtes en llargues, unint-les; el reforming, per a modificar les característiques de les benzines; etc. Gas natural És producte de la matèria orgànica acumulada durant milions d'anys. És compost majoritàriament de metà i està present en la majoria de jaciments petrolífers. Les dificultats tècniques del seu tractament, de la construcció d'una xarxa de gasoductes i dels sistemes de distribució i transport van començar a ser rendibles gràcies a l'augment del preu del petroli. Un cop s'extreu del jaciment, es tracta amb una sèrie de processos i després es transporta fins al lloc de consum. Aquest transport es pot dur a terme de dues maneres: Gasoductes: que són canonades molt grans per on circula el gas bombejat a pressió, impulsat per bombes de pressió. El gasoducte Magreb-Europa i el Medgaz en són dos exemples. Vaixells: el gas s'hi transporta liquat en cisternes, perquè se'n pugui transportar més quantitat. Un dels processos més importants al que se sotmet el gas natural és l'odorització, al qual se li afegeixen una sèrie d'additius que li donen olor per tal de fer evidents i facilitar la localització de les fuites. El gas natural es pot usar per a generar electricitat i especialment en tecnologies d'alt rendiment, com són els cicles combinats; també en el sector de la refrigeració; i com a combustible d'autobusos urbans, cotxes, vaixells, etc.; com a combustible de gasodomèstics: rentadores, rentavaixelles, etc.; per a obtenir calor domèstica: forn, calefacció, escalfament d'aigua sanitària, etc.; o com a matèria primera per a la producció industrial. Es pot obtenir gas natural en tractar els residus orgànics que separem a les escombraries. El gas obtingut és exactament el mateix que el gas natural, ambdós son metà, però només per a indicar d'on prové, com a estratègia de màrqueting i comercial, se l'anomena biogàs. Altres combustibles fòssils gasosos són el butà i el gas ciutat, que s'obtenen a partir del petroli. Avantatges Els combustibles fòssils permeten una obtenció d'energia molt concentrada que ha obert el camí als canvis tecnològics que diferencien la vida quotidiana actual de la d'abans de la Revolució Industrial. Cal recordar que l'electricitat és una energia obtinguda per transformació a partir d'energies primàries, i que la majoria d'aquestes, en percentatge, al món, a Espanya i a Catalunya, són combustibles fòssils. De la mateixa manera que la majoria de motors d'automòbil s'han desenvolupat al llarg d'un segle només a partir de l'Otto i del Dièsel, deixant de banda el Wankel, per exemple; en general s'han desenvolupat poques tecnologies que usin combustibles diferents dels inicials, és a dir, no fòssils. A la producció d'energia mereixen un cas a part les centrals nuclears, i recentment l'esforç que es fa en les energies renovables. Tanmateix, cap d'aquestes energies s'usen habitualment de manera principal als transports, a la indústria o de manera domèstica a les llars. Per tant, els combustibles fòssils són actualment els més còmodes i que requereixen menor inversió i menor risc econòmic. Són a més la font d'electricitat, i d'energia en general, més barata. Encara que els combustibles siguin cars, l'única font competitiva econòmicament és l'energia nuclear. Un kWh d'energia provinent de combustibles fòssils costava en 1995 als Estats Units entre 0'001$ i 0'005$, mentre que un d'energia solar, per exemple, en costava 0'160$ i un d'eòlica 0'115$. A la producció de combustibles fòssils s'elaboren també nombrosos productes d'alt interès econòmic, útils per a la fabricació de medicaments, plàstics, fertilitzants, pintures, materials de construcció, etc. El carbó i especialment el petroli són matèries primeres importants per a molts productes químics. Inconvenients Un dels principals inconvenients és que es tracta de productes que no poden produir els humans, que la natura triga milions d'anys a formar i que ja hem pràcticament esgotat. En queda molt poca quantitat i per a quan es torni a formar el que hem utilitzat ja no existiran els humans. Es tracta doncs d'un greu problema de sostenibilitat. Un altre gran problema és el de l'impacte ambiental derivat del seu ús. Per la seva composició, rica en carboni i hidrogen, i la seva forma d'ús, la combustió, o reacció química amb l'oxigen de l'aire; utilitzar combustibles fòssils comporta inherentment la producció d'òxids de carboni. El monòxid de carboni (CO), que és tòxic, és abundant en casos de combustions incompletes (males combustions, en poc aire), i el diòxid de carboni (CO2) es forma massivament en combustions completes (normals, amb prou aire). Hom culpa a les excessives emissions d'aquest gas del canvi climàtic i en general de la contaminació atmosfèrica i, via l'aire, la boira fotoquímica i la pluja àcida, del medi aquós i marí. També s'emeten altres gasos contaminants amb efectes negatius per a la salut i per a l'ecosistema, de fet el 80% d'emissions de diòxid de carboni, diòxid de sofre i òxids de nitrogen són causats per aquests combustibles. Aquests inconvenients són directament proporcionals al problema de la capacitat de càrrega de les persones a la Terra. Els combustibles fòssils no estan repartits per igual a tot el món, i la dependència de la societat occidental actual vers aquesta fa que també els països que hi pertanyen depenguin econòmicament de les empreses productores a països estrangers. És el cas d'Espanya, per exemple, que a la pràctica que depèn completament d'Algèria per a l'abastiment de gas natural, i d'altres països per al carbó i el petroli. Contaminant Els combustibles fòssils es consideren contaminants perquè la seva combustió desprèn gasos d'efecte d'hivernacle, que són "radioactius" en el sentit que absorbeixen fotons d'alta energia i desprenen fotons de baixa energia, és a dir, infraroigs. Aquests combustibles provoquen localment la boira fotoquímica i globalment l'efecte Callendar. Per a obtenir energia a partir d'aquests combustibles cal cremar-los, aleshores es produeixen reaccions que donen la calor que volem, i que es pot fer servir directament o transformar en electricitat, per exemple, però també contaminants atmosfèrics, que cal tractar amb filtres i ciclons abans de deixar-los anar a l'aire. De tota manera, una part dels contaminants surt inevitablement a l'atmosfera terrestre i s'expandeix per tot arreu. Els residus sòlids que es generen també s'han de tractar. La temperatura de l'aire i de l'aigua presos de la natura o de la xarxa als processos que concerneixen aquests combustibles s'han de retornar a unes temperatures "no gaire allunyades" de la temperatura a la qual van estar agafats, aquest tractament és obligat per llei perquè incorpora un augment de cost econòmic que en principi l'empresa no voldria assumir. Altres culs contaminants fan referència al paisatge, tant a l'extracció, com a les plantes de tractament, el transport i les centrals tèrmiques. Sostenibilitat Els combustibles fòssils es troben repartits de manera molt irregular a l'escorça terrestre: hi ha hagut zones on el carbó es recollia amb les mans, en cistelles, a la vora de la platja; hi ha zones i països petits amb molt més petroli i gas natural del que utilitzen; i hi ha grans extensions de territoris, que inclouen molts països sencers, que no disposen de cap tipus d'aquests combustibles. El 75% de les reserves de petroli mundials estan en mans de tan sols nou països. El seu comerç i transport requereix grans quantitats d'energia però sobretot crea un greu conflicte d'interessos que ha portat a unes quantes guerres, explotació de persones i altres activitats no gaire ètiques. D'altra banda, es tracta de productes que no es poden fabricar de manera viable, ja que hom necessitaria més energia per a fer-ho de la que després donarien en ser cremats. L'home és doncs un recol·lector d'aquests combustibles, però no en pot produir. La seva generació es deixa en mans de la natura, que necessita centenars de milions d'anys i unes circumstàncies molt especials per a poder-ho fer. Tanmateix, el consum d'aquests per part dels humans és molt més ràpid: el carbó s'ha utilitzat en quantitats relativament petites des de l'edat mitjana, en quantitats industrials a partir de la Revolució Industrial i ja era massa escàs perquè el seu ús fos econòmicament rendible al . El 1859 es va excavar el primer pou de petroli, a l'inici del es van començar a fabricar els primers automòbils amb motor alimentat per combustibles fòssils i a partir de mitjans del mateix segle la majoria de famílies dels països industrialitzats en tenien un. Hom estima que el petroli s'esgotarà abans de la fi del . El gas natural, per la seva part, encara que tampoc no veurà el segle XXII sembla que és en quantitats tals que sobreviurà al petroli, però també és perquè només es fa servir massivament fins als anys 60 del . El desenvolupament dels països del segon i tercer món va associat a una major demanda d'aquests productes. Això també ocorre als països desenvolupats, sense tenir en compte la sostenibilitat de les seves tecnologies, que haurien d'estar encaminades a crear i potenciar altres fonts d'energia alternatives abans que no quedi cap reserva de combustibles fòssils i que això provoqui una aturada mundial del transport, la indústria i l'economia tal com la coneixem ara. Per exemple, l'extracció de petroli mundial està caient un 6,4% anual, i d'aquí al 2030 farà falta 7 vegades la producció de l'Aràbia Saudita per cobrir el creixement de la demanda. Sabem que la solució als problemes energètics no vindrà d'una sola font d'energia ni tecnologia, a causa de la irregularitat de les fonts d'energia renovables, per això cal disposar d'una bona combinació de fonts d'energia. Nivells i fluxos Els nivells de les fonts d'energia primàries són les reserves que hi ha sota terra, sense tenir en compte les ja extretes i emmagatzemades, per exemple. Els nivells poden augmentar si es descobreixen nous llocs on hi ha un combustible fòssil, tot i que cada cop és més difícil trobar-ne de nous. Els nivells inclouen la quantitat total, de la qual cal restar la quantitat que no és tècnicament viable d'extreure i, tot i que això pot canviar segons la demanda i l'augment de preus, la que no és econòmicament viable d'extreure. Els fluxos són la producció, la quantitat que se n'extreu en un temps determinat. La part més important de les fonts d'energia primàries són les fonts d'energia basades en el carboni. El petroli, el carbó i el gas natural representen el 79,6% de la producció d'energia primària durant el 2002.[on?] Nivells (reserves assegurades) durant el 2005-2007: Petroli: 1.119-1.317 milions de barrils (178.000-209.000 milions de m3) Gas natural: 175-181 bilions de m3, 1.161 milions equivalents en barrils de petroli (BBOE) Carbó: 905.000 milions de tones, 4.416 BBOE Fluxos (producció diària) durant el 2006 Petroli: 84 milions de barrils per dia (13 milions de m3) Gas: 2,960 bilions de m3, 19 milions equivalents en barrils de petroli per dia (MBOED) Carbó: 9.280 tones, 29 MBOED Anys de producció restants sota terra segons les aproximacions de reserves assegurades més optimistes (Oil & Gas Journal, World Oil) Petroli: 43 anys Gas: 167 anys Carbó: 417 anys Aquest càlcul assumeix que la producció es mantindrà a un nivell constant durant aquest nombre d'anys i que totes les reserves assegurades es podrien recuperar. En realitat, el consum de tots tres recursos ha anat augmentant. Encara que això suggereix que cada recurs s'esgotarà més ràpidament, en realitat, la corba de producció és més similar a una corba de campana. En algun moment, la producció de cada recurs en una àrea, país o al món arribarà a un valor màxim, després del qual la producció disminuirà fins que arribi a un punt on no sigui prou factible econòmicament o físicament possible de produir. Noteu que les estimacions de reserves assegurades no inclouen reserves estratègiques, que tenen una quantitat global de 4.100 milions de barrils. Consum Espanya va consumir en 2000 126 Mtep d'energia primària, dels quals el 84,8% provenia de combustibles fòssils. Gairebé la meitat del consum d'energia final va ser per al transport, seguit de la indústria, el domèstic, els serveis i l'agricultura. La tendència de consum és una lleugera davallada del petroli a canvi d'un augment del consum de gas natural. En 2007 Espanya importa el 85% d'energia consumida. S'haurà de competir internacionalment pels recursos energètics. S'estima que en 2030 el 90% del creixement de la demanda energètica al món es farà amb combustibles fòssils i que la Unió Europea augmentarà les importacions energètiques des del 56% actual fins al 65% l'any 2030. Fins a l'any 2030 l'increment de consum energètic a Europa serà del 12%, als Estats Units del 25%, a Xina del 109%, a l'Índia del 93% i a tot el món del 53%. Catalunya en 2003 va consumir 25.948 ktoe d'energia primària. L'any 2003, els combustibles fòssils van contribuir amb un 71% al subministrament d'energia primària (petroli 48%, gas natural 22% i carbó 1%). Un 25% provenia de l'energia nuclear i l'energia provinent de les renovables contribuïa amb un 3%. La tendència de consum és una davallada del carbó, el consum del qual és ja molt baix, un augment lleu del consum del petroli i un augment major de gas nuclear. La tendència per als combustibles fòssils en conjunt és d'una alça en el seu consum. L'energia final es gasta sobretot al transport de persones i de mercaderies, el segueix el consum domèstic a les llars, que suma amb el transport més de la meitat d'energia consumida total. El segueixen usos industrials, sobretot químics i de fabricació de ciment, agricultura i serveis. Límits i alternatives Segons el principi de l'oferta i la demanda sembla que a mesura que les reserves de combustibles fòssils vagin disminuint, els seus preus aniran pujant. A mesura que els preus d'aquests combustibles siguin més elevats, l'avantatge comparatiu d'altres fonts d'energia, com per exemple les energies renovables, s'anirà fent més gran, fins a arribar un moment en què siguin econòmicament més interessants que els combustibles fòssils. Així, per exemple, les gasolines artificials, que avui no són rendibles perquè la seva producció és més cara que la dels combustibles derivats del petroli, poden esdevenir econòmicament viables en un futur pròxim. També sortiran guanyant les energies renovables, com l'energia hidràulica, l'eòlica i la solar, i en alguns casos la geotèrmica. Per a la producció d'electricitat, la que es troba en millor posició, en termes estrictament econòmics, és l'energia obtinguda a centrals nuclears, que ja té un cost d'un ordre semblant a l'obtinguda a les centrals tèrmiques amb hidrocarburs. Vegeu també Sector primari Mineria Origen inorgànic del petroli Bioremediació Pou petrolífer Referències Enllaços externs L'energia dels fòssils Museu de la Ciència i la Tècnica de Catalunya, 2008 S'estan esgotant els combustibles fòssils? Reserves de carbó, gas natural i petroli de Miquel Àngel Rodríguez-Arias. Laboratori de Recerca del Clima, al Parc Científic de Barcelona. Publicat a Sostenible? Animació sobre la formació del petroli i el gas natural The University of Waikato, publicat a The Science Learning Hub en 2008


text: Lingüística: Ca, nom de la lletra k. Ca, sinònim de casa. Ca, adverbi de negació. Química: Ca, símbol de l'element químic calci. Física: cA, símbol del centiamper equivalent a 0.01 amperes CA, acrònim de corrent altern. Zoologia: Sinònim de gos, emprat predominantment en algunes variants del català, especialment el balear. Informàtica: ca, codi representatiu del català, segons l'ISO 639-1. .ca, terminació del domini territorial de primer nivell de Canadà. Transport aeri: CA, codi IATA d'Air China.


text: Lingüística: Nom de la lletra Q. Química: Cu és el símbol de l'element químic coure.


text: Física: Cd abreviatura de candela. Informàtica: Cd (ordre), ordre usada per a canviar de directori als sistemes Unix. Química: Cd símbol del cadmi. Tecnologia: CD és l'abreviació més usada de disc compacte. Sintaxi: CD són les sigles de complement directe.


text: Cesi, element químic de nombre atòmic 55 Counter-Strike, videojoc d'acció en primera persona Cs (lletra), en l'escriptura rúnica Cs o Ciutadans - Partit de la Ciutadania


text: El cap de setmana és el període entre les últimes hores laborals i el primer dia de feina. Normalment s'utilitza per englobar el dissabte i el diumenge. Abans s'utilitzava únicament pel diumenge puix que era l'únic dia de descans setmanal. Referències Vegeu també Jornada de treball Setmana


text: Calcogen és el nom que reben els elements químics del grup 16 de la taula periòdica, constituït per: oxigen (O), sofre (S), seleni (Se), tel·luri (Te), poloni (Po) i livermori (Lv). La configuració electrònica de la seva capa de valència és ns2 np4. Aquest grup també era anomenat amb el terme obsolet amfigen. El nom del grup fou proposat pels químics alemanys Wilhelm Blitz (1877-1943) i el seu company Werner Fischer (1902-2001) de l'Institut de Química Inorgànica de la Universitat de Hannover, Baixa Saxònia, Alemanya, el 1932. El terme «calcogen» es deriva dels mots grecs χαλκός, khalkos, 'coure o bronze' i γένος, génos, 'naixement, raça', que significa 'que genera', 'que produeix', ja que tots es troben en els minerals de coure. Una relació entre els tres primers membres del grup es reconegué ja el 1829; el tel·luri fou assignat el seu lloc el 1865 i el poloni es descobrí el 1898. El 2000, físics russos i nord-americans sintetitzaren el livermori, el sisè membre del grup 16, en un accelerador de partícules. Estat natural Oxigen Carl Wilhelm Scheele (1742-1786) farmacèutic i químic suec (tot i que d'origen alemany), descriví el descobriment de l'oxigen, produït durant els seus treballs entre 1772 i 1773, en el seu llibre Chemische Abhandlung von der Luft und dem Feuer (Tractat químic de l'aire i del foc) publicat en 1777. Tradicionalment aquest descobriment ha estat atribuït al químic angloamericà Joseph Priestley (1733-1804), qui el descobrí de manera independent en 1772, tot i que el primer que publicà un treball sobre aquest gas i li donà nom fou el químic francès Antoine L. Lavoisier (1743-1749) en 1777. Utilitzà per a això dues arrels gregues: ὀξύς, oxýs, 'àcid', literalment 'punxant', pel gust agre dels àcids, i γένος, génos, 'naixement, raça', que significa 'que genera', 'que produeix', perquè pensava que l'oxigen era un constituent indispensable dels àcids. Les estimacions de les proporcions dels diferents tipus d’àtoms de l'univers posen l’oxigen en quart lloc en abundància, després de l'hidrogen, l'heli i el neó, però la importància d’aquesta classificació és escassa, ja que els àtoms d’hidrogen i d’heli representen gairebé el 94 % del total. Aproximadament tres àtoms de cada 10 000 són oxigen, però com que la massa d’un àtom d’oxigen és aproximadament 16 vegades superior a la d’un àtom d’hidrogen, l’oxigen constitueix una fracció més gran de la massa de l’univers, tot i que només només el 0,5 %. Tanmateix, a pocs quilòmetres de la superfície de la Terra, l’oxigen és l'element més abundant: en massa, representa el 21 % de l'aire, el 47 % de l'escorça terrestre i el 89 % de l’aigua. L’oxigen està representat pel símbol químic O. A l’aire, l’oxigen existeix principalment com a molècules formades cadascuna per dos àtoms O2, tot i que hi ha petites quantitats d'ozó O3, en què hi ha tres àtoms d’oxigen que formen cada molècula. L’oxigen és un gas incolor, inodor i insípid, essencial per als organismes vius, captat pels animals, que el converteixen en diòxid de carboni durant la respiració; les plantes, al seu torn, utilitzen el diòxid de carboni com a font de carboni i retornen l’oxigen a l’atmosfera en el procés de la fotosíntesi. L’oxigen forma compostos per reacció amb pràcticament qualsevol altre element, així com per reaccions que desplacen els elements de les seves combinacions entre si; en molts casos, aquests processos s’acompanyen de l'evolució de la calor i la llum i en aquests casos s’anomenen combustions. Sofre El sofre és conegut des de l'antiguitat. En abundància còsmica, el sofre ocupa el novè lloc entre els elements, representant només un àtom de cada 20 000 a 30 000. El sofre es produeix en estat no combinat, així com en combinació amb altres elements en roques i minerals que estan àmpliament distribuïts, tot i que es classifica entre els constituents menors de l'escorça terrestre, en la qual s’estima que la seva proporció se situa entre el 0,03 % i el 0,06 %. A partir de la constatació que certs meteorits contenen aproximadament un 12 % de sofre, s’ha suggerit que les capes més profundes de la Terra contenen una proporció molt més gran. L’aigua de mar conté aproximadament un 0,09 % de sofre en forma de sulfat. La font més important són els dipòsits subterranis de sofre molt pur presents en estructures geològiques domèstiques on es creu que el sofre es va formar per l’acció dels bacteris sobre l’anhidrita mineral, en què el sofre es combina amb oxigen i calci. Els dipòsits de sofre a les regions volcàniques probablement es van originar a partir d’hidrogen sulfurat gasós generat per sota de la superfície de la Terra i transformat en sofre per reacció amb l’oxigen de l’aire. El sofre existeix en condicions normals com a sòlid groc pàl·lid, cristal·lí, no metàl·lic; és inodora i insípida, combustible i insoluble en aigua. El seu símbol químic és S. Reacciona amb tots els metalls excepte l’or i el platí, formant sulfurs; també forma compostos amb diversos dels elements no metàl·lics. Cada any es produeixen diversos milions de tones de sofre, principalment per a la fabricació d’àcid sulfúric, que s’utilitza àmpliament a la indústria. Seleni El seleni, símbol Se, (del terme grec per referir-se a la resplendor de la Lluna) fou descobert el 1817 per Jöns Jacob Berzelius. És molt més rar que l'oxigen o el sofre, i comprèn aproximadament 90 parts per mil milions de l'escorça de la Terra. De vegades es troba sense combinar, acompanyant sofre autòcton, però es troba més sovint en combinació amb metalls pesants (com argent, coure, mercuri o plom) en alguns minerals. La principal font comercial de seleni és el subproducte de la refinació del coure; els seus principals usos són en la fabricació d’equips electrònics, en pigments i en la fabricació de vidre. La forma grisosa i metàl·lica de l'element és la més estable en condicions normals; aquesta forma té la propietat inusual d'augmentar considerablement la conductivitat elèctrica quan s'exposa a la llum. Els compostos de seleni són tòxics per als animals; les plantes cultivades en sòls selenífers poden concentrar l'element i esdevenir verinoses. El seleni és usat en la producció de vidre, perquè decolora el color verd degut a les impureses de ferro que conté. Afegit al vidre que s'empra en construcció perquè redueix la transmissió de la calor solar. També proporciona un color vermellós al vidre i a la ceràmica. En revestiments de materials, el seleni millora l'aspecte i la durabilitat. S'utilitza en la producció electrolítica de manganès perquè en millora la producció i el rendiment. El selenur de gal·li, indi i coure (CIGS) és un semiconductor utilitzat en la fabricació de la capa fina conductora de les cèl·lules solars flexibles. S'usa com a suplement dietètic per a les persones i els animals, ja que és un element essencial, tot i que en excés és tòxic. S'utilitza com a additiu al cautxú perquè en millora la resistència a l'abrasió. El sulfur de seleni és un ingredient bàsic en els xampús anticaspa, així ajuda al despreniment de la pell seca. Les fotocopiadores i impressores làser tenen un cilindre cobert de seleni que és un element clau en el procés d'impressió. Tel·luri El tel·luri fou descobert el 1783 per Franz Joseph Müller von Reichenstein (1740-1825) a Sibiu, Romania, aleshores de l'Imperi Austrohongarès. El tel·luri és un element blanc platejat (símbol Te) amb propietats intermèdies entre les dels metalls i els no metàl·lics; constitueix aproximadament una part per mil milions de l'escorça terrestre. Igual que el seleni, es troba menys combinat que com a compostos de metalls com el coure, el plom, l'argent o l’or, i s’obté principalment com a subproducte de la refinació del coure o del plom. L'ús principal del tel·luri és la seva addició a l'acer per a millorar-ne les propietats mecàniques, en els aliatges de coure millora la maquinabilitat sense perdre conductivitat elèctrica i, afegit al plom, en millora la duresa i n'incrementa la resistència als àcids. També s'utilitza com a catalitzador en la producció de fibres sintètiques i en la producció de pneumàtics per a accelerar el procés de vulcanització del cautxú. Cada vegada més s'empra en la fabricació de cèl·lules solars de cadmi i tel·luri. El tel·lurur de cadmi i zinc s'utilitza en detectors en tomografia per emissió de positrons, PET; el tel·lurur de cadmi i manganès s'utilitza com a semiconductor sensible a la radiació infraroja. L'òxid de tel·luri s'usa en la preparació de la superfície regravable dels DVD i Blu-ray. El tel·lurur de bismut és un dels compostos clau de les plaques Peltier, que produeixen fred o calor com a conseqüència del pas d'un corrent elèctric a través de la junció de dos metalls, aliatges o semiconductors (efecte Peltier). Poloni El poloni fou descobert el 1898 per Pierre i Marie Curie a la pechblenda de Jáchymov, una varietat del mineral uraninita i anomenat en honor a la pàtria de Marie Curie. És present a la natura com a producte de la desintegració de l'urani i del tori. El poloni (símbol Po) és un element radioactiu extremadament rar. Té algunes aplicacions científiques com a font de radiació alfa. No hi ha gaires aplicacions del poloni. Potser la més important és el seu ús com a font de partícules alfa i, combinat amb el beril·li, de neutrons d'alta energia per a recerca._84^210Po -> _82^206Pb + \alpha^9_4Be + \alpha -> ^12_6C + ^1_0nTambé s'empra per a calibrar aparells de detecció de radiació. També s'empra per eliminar l'electricitat estàtica en alguns processos industrials, com ara en el desplegament de paper, filferro o xapa metàl·lica en fàbriques. El poloni també s'utilitza de vegades en "raspalls" per eliminar la pols de les pel·lícules fotogràfiques i en la fabricació de bugies que fan que els sistemes d'encesa dels automòbils siguin més eficients, sobretot en temperatures extremadament fredes. També es pot utilitzar com a font d’energia portàtil de baix nivell i, atès que el poloni és fissible, s’utilitza en armes nuclears i plantes nuclears. El poloni és aproximadament 2,5 x 1011 vegades més tòxic que l'àcid cianhídric, i s'ha trobat al tabac com a contaminant. El poloni 210 emet partícules alfa amb l'energia 5,3 MeV. Té una activitat gamma molt petita amb quàntums d’energia 0,803 MeV amb una emissió per cada 100 000 d'una d'alfa. El seu període de semidesintegració és de 138,4 dies i l’activitat específica de 166 TBq/g. La dosi absorbida per Bq és molt elevada, 2,5 x 107 Sv/Bq, només superada pel radi 226. Aquesta característica, l'activitat alfa dominant, juntament amb un període de semidesintegració relativament curt, fa que sigui una substància apropiada per emprar-la com intoxicant i per atacs terroristes. Propietats Com és el cas de tots els grups de la taula periòdica, l'element més lleuger —el de menor nombre atòmic— té propietats extremes o exagerades. L'oxigen, a causa de la petita mida del seu àtom, del petit nombre d'electrons que hi ha a la seva capa inferior i del gran nombre de protons del nucli en relació amb el radi atòmic, té propietats diferents de les del sofre i de la resta de calcògens. Aquests elements es comporten de manera periòdica i raonablement previsible. Ionització Els elements del grup 16 de la taula periòdica es caracteritzen per configuracions electròniques ns2 np4, amb sis electrons a la capa més externa, la de valència. Un àtom amb aquesta estructura electrònica tendeix a formar una capa estable de vuit electrons afegint-ne dos més, produint un anió que té dues càrregues negatives. Per exemple amb el sofre: S + 2 e- -> S^2- Aquesta tendència a formar anions, típics d’elements no metàl·lics, s’expressa quantitativament en les propietats de l'electronegativitat i l'afinitat electrònica. Ambdues propietats disminueixen en intensitat a mesura que els elements augmenten en nombre atòmic i en massa, davallant a la columna de la taula periòdica. L’oxigen té, excepte el fluor, la més alta electronegativitat (χO = 3,61 en l'escala de Pauling) i afinitat electrònica de qualsevol element; els valors d'aquestes propietats disminueixen bruscament per a la resta de membres del grup en la mesura que el tel·luri i el poloni es consideren predominantment de naturalesa metàl·lica, tendint a perdre en lloc de guanyar electrons en formació de compostos. Estats d'oxidació Tot i que fins i tot el poloni presenta l'estat d’oxidació –2 en formar alguns compostos binaris del tipus MPo (en què M és un metall), els calcògens més pesats no formen l'estat negatiu fàcilment, afavorint estats positius com +2 i +4. Tots els elements del grup, excepte l’oxigen, poden assumir estats d’oxidació positius, predominant els valors parells, però el valor més alt, +6, no és molt estable per als membres més pesats. Quan s’aconsegueix aquest estat, hi ha una forta força motriu perquè l’àtom torni a un estat inferior, sovint a la forma elemental. Aquesta tendència fa que els compostos que contenen Se(VI) i Te(VI) siguin agents oxidants més potents que els compostos S(VI). Per contra, els sulfurs, selenurs i tel·lururs, en què l'estat d’oxidació és –2, són forts agents reductors, fàcilment oxidables fins als elements lliures. Ni el sofre ni el seleni, i segurament no l’oxigen, formen enllaços purament iònics a un àtom no metàl·lic. El tel·luri i el poloni formen alguns compostos una mica iònics, com ara el sulfat de tel·luri(IV), Te(SO4)2 i el sulfat de poloni(II), PoSO4. Una altra característica dels elements dels calcògens que és paral·lela a les tendències generalment mostrades a les columnes de la taula periòdica és l’augment de l'estabilitat de les molècules que tenen la composició X(OH)_{n} a mesura que augmenta la mida de l’àtom central, X. No hi ha cap compost HO-O-OH, en què l'àtom central d'oxigen tingui un estat d'oxidació positiu, condició que resisteix. El compost de sofre anàleg HO-S-OH, tot i que no es coneix en estat pur, té alguns derivats estables en forma de sals metàl·liques, els sulfoxilats. Tampoc existeixen compostos més altament hidroxilats de sofre, S(OH)4 i S(OH)6, no per la resistència del sofre a un estat d’oxidació positiu, sinó per l’alta densitat de càrrega de S(IV) i S(VI) (el gran nombre de càrregues positives en relació amb el petit diàmetre de l’àtom), que repel·leixen els àtoms d’hidrogen electropositius, i l’amuntegament que assisteix a l'enllaç covalent de sis àtoms d’oxigen amb sofre, afavorint la pèrdua d’aigua: S(OH)6 -> (HO)2SO2 + H2O A mesura que augmenta la mida de l'àtom del calcogen, augmenta l'estabilitat dels compostos hidroxilats, i així existeix l'àcid ortotel·lúric, Te(OH)6. Encadenament Una de les propietats més inusuals d’aquesta família d’elements és la de l'encadenament o la unió d’un àtom amb un altre àtom idèntic. Tot i que l'oxigen només mostra aquesta propietat en l'existència d'ozó O3, el sofre és el segon, després del carboni, en mostrar aquesta capacitat de combinació; els calcògens més enllà del sofre la mostren en grau decreixent, el poloni no té tendència a encadenar-se. Aquest tipus d’enllaç es troba en molts sistemes d’anells de sofre i seleni, així com en llargues estructures de cadena en ziga-zaga. L'encadenament també es produeix en els sulfans i els polisulfurs metàl·lics, compostos que tenen les fórmules H2S_{x} i M2S_{x}, en què x pot prendre els valors de 2, 3, 4 o més, i M representa un catió metàl·lic. En comparar l'encadenament d’àtoms de sofre amb la dels àtoms de carboni, es pot observar que el nombre d’espècies moleculars que tenen estructures (-S-)_{x} és molt gran, igual que el dels hidrocarburs anàlegs (-CH2-)_{x}. L'analogia entre molècules que contenen anells d'àtoms de sofre i hidrocarburs cíclics és limitada perquè només S6 i S8 tenen l'estabilitat suficient per permetre fer una comparació adequada. La semblança general s'estén a les molècules de la forma Z(-S-)_{x} Z i Z (-CH2-)_{x}Z, que es representen mitjançant compostos en què Z és H, SO3H i CF3. Composts Els enllaços covalents entre els àtoms de sofre tenen un caràcter d’enllaços múltiples, és a dir, es comparteixen més d’un parell d’electrons, almenys fins a cert punt. Aquestes interaccions poden implicar la superposició d’orbitals p d’un àtom de sofre amb orbitals d d’un altre. Tot i que no tots els investigadors coincideixen pel que fa a la participació orbital d en l'enllaç dels compostos de sofre, l’ocupació parcial d’aquests orbitals és coherent amb certes propietats com els colors de les molècules S8 i S2, la rigidesa de les cadenes i els anells dels àtoms de sofre, i altres característiques de la química dels compostos de sofre. Les similituds de sofre i oxigen s’exhibeixen en certs compostos en què aquests elements s’intercanvien entre si. Els exemples inclouen sulfats i tiosulfats (com el sulfat de sodi Na2SO4 i el tiosulfat de sodi Na2S2O3), fosfats i tiofosfats (que contenen els ions PO4^3-, PO3S3-, PO2S2^3-, POS3^3- i PS4^3-), i una sèrie similar d'arsenats i tioarsenats. El nombre d’àtoms als quals un element del grup 16 pot formar enllaços covalents augmenta d’oxigen a sofre. Un àtom d’oxigen sol combinar-se amb dos altres àtoms, com en els compostos aigua (H2O), fluorur d’oxigen (OF2) o èter dimetílic (H3C-O-CH3); els parells d'electrons no compartits i la càrrega negativa parcial de l'àtom d'oxigen en la majoria d'aquests compostos permeten unir-se a un altre àtom, com en l'ió oxidani o l'ió trimetiloxoni.Els minerals de metalls pesants sovint es troben tant en sulfurs, MS, com en selenurs, MSe, o fins i tot amb estructures MS_{x}Se_{y}. La similitud tant en les estructures com en les propietats explica que els calcògens es trobin junts a la natura. Els membres més pesats del grup s’associen o es coordinen amb altres àtoms o grups d’àtoms en xifres proporcionals a la mida tant del calcogen com del grup coordinador. Així, el tetrafluorur de sofre (SF4) i l'hexafluorur de sofre (SF6) són compostos estables, tot i que l’hexaiodur de sofre (SI6) no es coneix a causa de la mida molt gran de l’àtom de iode. Una propietat estretament relacionada és la de la formació de complexos aniònics: hi ha poques proves sobre l’ió SF6^2-, però hi ha ions com TeCl6^2-, TeF6^2- i PoI6^2-. Aplicacions Sofre El sofre s'usa principalment per a fabricar àcid sulfúric, que, al seu torn, s'empra en la refinació del petroli, per a fabricar pigments, etc. També és un component dels fertilitzants, ja que és un dels principals nutrients essencials per al creixement vegetal i per a ajustar l'acidesa dels sòls. És un dels fungicides i pesticides més utilitzats en conreus de fruita i verdura. També s'utilitza com a conservant del vi cremant una tira de sofre (lluquet) dins la bóta. S'utilitza en la fabricació de paper i com a agent blanquejant. En la producció de pneumàtics s'utilitza en la vulcanització del cautxú, procés que escalfa el cautxú en presència de sofre per a fer-lo més dur i resistent. El sofre és un component de la pólvora negra. Seleni El seleni és usat en la producció de vidre, perquè decolora el color verd produït per les impureses de ferro que aquest conté. Afegit al vidre que s'empra en construcció, redueix la transmissió de la calor solar. També proporciona un color vermellós al vidre i a la ceràmica. En revestiments de materials, el seleni millora l'aspecte i la durabilitat. També s'utilitza en la producció electrolítica de manganès perquè en millora la producció i el rendiment. El selenur de gal·li, indi i coure CuIn_{1-x}Ga_{x}Se2, conegut com a CIGS, és un semiconductor utilitzat en la fabricació de la capa fina conductora de les cèl·lules solars flexibles, per tant resulta una alternativa eficaç al silici cristal·lí. El seleni s'usa com a suplement dietètic per a les persones i els animals, ja que és un element essencial, tot i que en excés és tòxic. S'utilitza com a additiu al cautxú perquè en millora la resistència a l'abrasió. El sulfur de seleni SeS és un ingredient bàsic en els xampús anticaspa, així ajuda al despreniment de la pell seca. Les fotocopiadores i impressores làser tenen un cilindre cobert de seleni que és un element clau en el procés d'impressió. Tel·luri L'ús principal del tel·luri és la seva addició a l'acer per a millorar-ne les propietats mecàniques, com són la duresa i la resistència a la corrosió. També s'usa com a additiu en els aliatges de coure perquè millora la maquinabilitat sense perdre conductivitat elèctrica. Afegit al plom, en millora la duresa i n'incrementa la resistència als àcids. El tel·luri és un catalitzador usat en la producció de fibra sintètica. També s'utilitza en la producció de pneumàtics per a accelerar el procés de vulcanització del cautxú, procés pel qual s'escalfa el cautxú en presència de tel·luri, en substitució del sofre o del seleni, i se'l fa més dur i resistent. El tel·luri s'utilitza cada vegada més en la fabricació de cèl·lules solars de cadmi i tel·luri. El tel·lurur de cadmi i zinc CdZnTe, conegut com CZT, s'utilitza en detectors de raigs gamma per a la medicina (en tomografia per emissió de positrons, PET) i la indústria; el tel·lurur de cadmi i manganès s'utilitza com a semiconductor sensible als infrarojos. L'òxid de tel·luri(IV) TeO2 s'usa en la preparació de la superfície regravable dels DVD i Blu-ray. El tel·lurur de bismut Bi2Te3 és un dels compostos clau de les plaques Peltier, que produeixen fred o calor com a conseqüència del pas d'un corrent elèctric a través de la junció de dos metalls, aliatges o semiconductors (efecte Peltier). Referències


text: S'anomenen comunitats permanents a les comunitats vegetals típiques de la vegetació azonal. El nom es deu al fet que amb el temps no evolucionen, i no segueixen la lògica de la successió vegetal que les portaria a la comunitat climàcica. Aquest dinamisme només el presenta la vegetació zonal. Ecologia


text: Una comunitat, en ecologia, és un tros d'un ecosistema caracteritzat per un inventari d'espècies on les més abundants i representatives són anomenades dominants i usualment en denominen els tipus. Ecosistema i comunitat són termes que no pressuposen cap dimensió o nivell d'estructuració. En canvi, una biocenosi és una unitat funcional, és a dir, corresponent a sistemes o subsistemes tan tancats i autàrquics com sigui possible, definits de manera que l'intercanvi de matèria i energia a través de les seves fronteres acceptades sigui mínim. Comunament aquestes fronteres es fan coincidir amb diferències brusques en la distribució de plantes i animals (límits aigua-terra, roca-sòl). No viuen tot l'any en el mateix lloc són nomades. Per ser escasses les espècies d'organització adaptada a distribuir la durada de la seva vida entre residències ecològiques molt dispars, normalment es pressuposa que els intercanvis de matèria són prou petits per a ser negligibles, fet que de vegades no és sempre cert. Sembla doncs més prudent parlar de comunitats i no referir-se a biocenosi a l'hora d'atribuir a un conjunt d'espècies un nom que les agrupi segons la seva estratègia ecològica, puix que molts cops aquests diferents grups tenen una certa interdependència. Referències Akin, Wallace E. (1991). Global Patterns: Climate, Vegetation, and Soils. University of Oklahoma Press. . Ricketts, Taylor H., Eric Dinerstein, David M. Olson, Colby J. Loucks i cols. (WWF) (1999). Terrestrial Ecoregions of North America: a conservation assessment. Island Press. . Vegeu també Biocenosi Ecologia