Bencenu

Bencenu
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Xeneral
Estructura química
Fórmula química	C₆H₆
SMILES canónicu	modelu 2D
MolView	modelu 3D
Propiedaes físiques
Masa	78,046950192 unidá de masa atómica
Densidá absoluta	0,88±0,01 gramu por centímetru cúbicu
Puntu de fusión	42±1 Grau Fahrenheit, 6 grau Celsius, 5,53 grau Celsius
Puntu d'ebullición	176±1 Grau Fahrenheit, 80 grau Celsius, 80,09 grau Celsius
Índiz de refraición	1,501
Velocidá del soníu	1310±1 metru por segundu
Enerxía d'ionización	9,24±0,01 electrón-voltiu, 9,25 electrón-voltiu
Capacidá calorífica	16,157 xuliu por mol kelvin
Propiedaes termoquímiques
Entalpía de formación	82 930 xuliu por mol, 49 080 xuliu por mol
Entropía molecular estándar	172,8±0,05 xuliu por mol kelvin
Peligrosidá
Puntu d'inflamabilidá	12±1 Grau Fahrenheit, −11±1 grau Celsius
Temperatura d'autoignición	498±1 grau Celsius
Llímite inferior d'esplosividá	1,2±0,1 porcentaxe en volume
Llímite superior d'esplosividá	7,8±0,1 porcentaxe en volume
Identificadores
IDLH	1595±1 miligramu por metru cúbicu
	75±1 milímetru de mercuriu

El bencenu ye un hidrocarburu arumosu de fórmula molecular C₆H₆, (orixinariamente a él y los sos derivaos denominábense-y compuestos arumosos por cuenta de la forma carauterística que tienen) tamién ye conocíu como benzol. Nel bencenu cada átomu de carbonu ocupa'l vértiz d'un hexágonu regular, aparentemente trés de los cuatro valencies de los átomos de carbonu utilizar pa xunir átomos de carbonu allegante ente sigo, y la cuarta valencia con un átomu d'hidróxenu. Según les teoríes modernes sobre los enllaces químicos, trés de los cuatro electrones de la capa de valencia del átomu de carbonu utilícense direutamente pa formar los enllaces covalentes típicos (2C-C y C-H) y el cuartu compartir colos de los otros cinco átomos de carbonu, llográndose lo que se denomina "la nube π (pi)" que contién en diversos orbitales los seis electrones. El bencenu ye un líquidu incoloro y bien inflamable d'arume duce (que tien de remanase con sumu curiáu por cuenta del so calter canceríxenu), con un puntu de ebullición relativamente alto.

El bencenu usar en grandes cantidaes nos Estaos Xuníos. Atópase na llista de los 20 productos químicos de mayor volume de producción. Delles industries usen el bencenu como puntu de partida pa manufacturar otros productos químicos usaos na fabricación de plásticos, resines, nilón y fibres sintétiques como lo ye'l kevlar y en ciertos polímeros. Tamién s'usa bencenu pa faer ciertos tipos de gomes, llubricantes, tintures, deterxentes, melecines y pesticides. Los volcanes y quemes forestales constitúin fontes naturales de bencenu. El bencenu ye tamién un componente natural del petroleu crudu y la gasolina. Atópase tamién nel fumu de pitu y otros materiales orgánicos que se quemaron. Puede llograse por aciu la destilación fraccionada del alquitrán de hulla.

Suelse amosar, en términos d'estructura de Lewis, como un hexágonu, planu y indeformable, carente de tensiones d'aniellu (transanulares), en que los sos vértices atopar los átomos de carbonu, con trés dobles enllaces y trés enllaces simples en posiciones alternes (1=2, 3=4, 5=6; 6-1, 2-3, 4-5; o bien 1=2-3=4-5=6-1). Esta estructura difería de la de Brønsted y Lowry. Hai que resaltar que, acorde a los resultaos de la espectrofotometría infrarroxa, el bencenu nun tener nin simples nin dobles enllaces, sinón un híbridu de resonancia ente dambos, de distancia d'enllaz permediu ente simple y doble (aproximao 1,4 Å). Estos resultaos coinciden cola previsión de la TOM (teoría d'orbitales moleculares), que calcula una distribución de trés orbitales enlazantes totalmente ocupaos. A esta especial estabilidá llámase-y arumosidá y a les molécules (iones o non, estables o entemedios de reacción) llámase-yos arumoses.

Introducción histórica

La molécula de Bencenu foi afayada por Faraday en 1825, quien aislló per primer vegada a partir del gas d'allumáu el compuestu, de fórmula empírica CH. Foi Eilhard Mitscherlich quien llogró midir la so masa molecular a partir de la so presión de vapor, estableciéndola en 78 o, lo que correspondía a una fórmula molecular C6H6. El compuestu llográrase de la goma benjuí, lo que llevó a que se denominara bencina, y darréu bencenu.

Primeramente propunxéronse formes abiertes (alifáticas) pa la cadena de bencenu, con dos triples enllaces, sicasí los datos esperimentales que se llograben a partir de les sos reacciones yeren contradictorios con estos modelos abiertos, yá que presentaba un númberu inusualmente baxu de isómeros. Asina, por casu, la monobromación del compuestu presentaba un únicu isómero, al igual qu'asocedía cola nitración. Per otru llau nun respondía a amestar habituales de nucleófilos a enllaces múltiples.

Esto llevó a que se propunxeren diverses estructures pa entender estos fechos, como la de Dewar, la de Klaus o la de Kekulé. Sicasí, la estructura de Kekulé siguía presentando una incompatibilidá cola malformación 1,2 de la molécula yá que tendríen de formase dos isómeros (isómeros ortobencénicos), unu d'ellos col bromu sobre un doble enllaz y l'otru con dambos bencenos sobre un enllaz simple. Esto llevó a Kekulé a proponer que'l bencenu alternaba ente dos formes, nes que los enllaces camudaben de cutio de posición, polo que namái se detectaría un isómero.

Resonancia del bencenu

La representación de los trés dobles enllaces deber a Friedrich Kekulé, quien amás foi'l descubridor de la estructura anular de dichu compuestu y el primeru que lo representó d'esa manera.

De toes formes, foi'l Premiu Nobel de Química, Linus Pauling quien consiguió atopar el verdaderu orixe d'esti comportamientu, la resonancia o mesomería, na cual dambes estructures de Kekulé se superponen.

De normal represéntase como un hexágonu regular con un círculu inscritu pa faer notar que los trés dobles enllaces del bencenu tán deslocalizados, disociados y estabilizaos por resonancia. Esto ye, non "funcionen" como un doble enllaz normal sinón qu'al tar alternaos, esto ye, unu sí y unu non, apurren a la molécula les sos carauterístiques tan especiales. Cada carbonu presenta nel bencenu hibridación sp². Estos híbridos van usase tantu pa formar los enllaces ente carbonos como los enllaces ente los carbonos y los hidróxenos. Cada carbonu presenta amás un orbital P_z adicional perpendicular al planu molecular y con un electrón agospiáu nel so interior, que se va usar pa formar enllaces π.

Reactividá molecular

La reacción típica del bencenu ye la de sustitución arumosa que sigue dos caminos alternativos:

Electrofílica (por ataque d'un electrófilo)
De radicales llibres (por ataque d'un radical llibre o átomu llibre)

Les reacciones de sustitución arumosa más corrientes son les aniciaes por reactivos electrofílicos. La capacidá del bencenu p'actuar como un apurridor d'electrones deber a la polarización del nucleu bencénico. Les reacciones típiques del bencenu son les de sustitución. Los axentes de sustitución utilizaos con más frecuencia son:

Cloru.
Bromu.
Acedu nítrico.
Ácidu sulfúrico concentráu y caliente.

Halogenación

El cloru y el bromu dan derivaos por sustitución d'unu o más hidróxenos del bencenu, que reciben el nome d'haluros de arilo.

$C_{6}H_{6}+Cl_{2}\longrightarrow \underbrace {C_{6}H_{5}Cl} _{clorobenceno}+HCl$

$C_{6}H_{6}+Br_{2}\longrightarrow \underbrace {C_{6}H_{5}Br} _{bromobenceno}+HBr$

La halogenación ta favorecida poles baxes temperatures y dalgún catalizador, como'l fierro, el tricloruro d'aluminiu o otru ácidu de Lewis, que polariza al halóxenu por que se produza la reacción. Nel casu del bromobenceno utilízase FeBr₃ como catalizador.^[1]

Sulfonación

Cuando los hidrocarburos bencénicos tratar con ácidu sulfúrico concentráu, que ye un amiestu de (H₂SO₄) y (SO₃), fórmense compuestos carauterísticos que reciben el nome acedos sulfónicos. El electrófilo que reacciona pue ser HSO₃⁺ o SO₃.^[2] Ye la única reacción reversible de les que tamos considerando.^[3]

C_{6}H_{6}+H_{2}SO_{4}H(SO_{3})\longrightarrow \underbrace {C_{6}H_{5}SO_{3}H} _{{\acute {a}}cido\ bencenosulf{\acute {o}}nico}+H_{2}O

Nitración

L'ácidu nítrico fumante o un amiestu d'acedos nítrico y sulfúricu, denomada amiestu sulfonítrica, (una parte d'acedu nítrico y trés de sulfúricu), produz derivaos nitrados, por sustitución. L'ácidu sulfúrico protona al ácidu nítrico que se tresforma nel ion nitronio positivu (NON₂⁺) que ye l'axente nitrante efeutivu:

C_{6}H_{6}+HONO_{2}(H_{2}SO_{4})\longrightarrow \underbrace {C_{6}H_{5}NON_{2}} _{nitrobenceno}+H_{2}O

Esti procesu efectúase faciendo reaccionar el bencenu con acedu nítrico y usando como catalizador ácidu sulfúrico, amiestu que se conoz como sulfonítrica, xenerándose l'ión nitronio NON₂⁺, qu'actúa como axente electrofílico a una temperatura ente 50 a 60 °C, produciéndose nesti procesu'l nitro bencenu y agua

Combustión

El bencenu ye inflamable y ambura con llapada fuliginosa, propiedá carauterística de la mayoría de los compuestos arumosos y que se debe al so altu conteníu en carbonu.

$C_{6}H_{6}+{\frac {15}{2}}\ O_{2}\longrightarrow 6\ CO_{2}+3\ H_{2}O$

Hidrogenación

L'aniellu de bencenu puede ser amenorgáu a ciclohexano, con hidrogenación catalítica (por casu, usando níquel Raney) a alta presión, calteniendo asina la estructura de la cadena zarrada. L'amenorgamientu parcial puede llevase a cabu per mediu del métodu de Birch pa formar ciclohexadienos.

Síntesis de Friedel y Crafts (alquilación)

El bencenu reacciona colos haluros d'arriendo, en presencia de cloruru d'aluminiu anhidro (AlCl₃) como catalizador, formando homólogos.

$C_{6}H_{6}+CH_{3}Cl\longrightarrow \underbrace {C_{6}H_{5}CH_{3}} _{tolueno}+HCl$

L'ataque sobre l'aniellu bencénico pol ion ⁺CH₃ ye asemeyáu al realizáu pol ion Cl⁺ na cloración.

Síntesis de Wurtz–Fitting

Ye un cambéu de la de Wortz de la serie grasa. Los homólogos del bencenu pueden preparar caleciendo una solución etérea d'un halogenuro d'arriendo y otru de arilo con sodiu. Esti métodu tien la ventaya sobre'l de Friedel–Crafts, de que se conoz la estructura del productu y puede introducise fácilmente cadenes llargues normales.

Derivaos del bencenu. Influencia orientadora de los elementos que sustitúin al bencenu.

Cuando s'introduz un segundu sustituyente y nun deriváu del bencenu del tipu C₆H₅X, la posición qu'ocupa Y depende del calter electrónicu del grupu X, que yá ta presente nel nucleu. Los productos de la reacción pueden ser orto y para o meta disustituidos y eso depende de la velocidá de la reacción de sustitución en caúna de los trés asities.

Hai unes regles d'orientación:

Los grupos de la clase I (dadores d'electrones o entregadores) empobinen la sustitución a les posiciones orto y para. Nesta clase pueden atopase dalgunu de los grupos que siguen, OH, NH₂, Cl, Br, I, F, CH₂CI, SH, C₆H₅, etc.
Los grupos de la clase II (aceptores d'electrones) empobinen la sustitución a la posición meta. Nesta clase pueden incluyise: N0₂, SO₃H, CN, COOH, CHO, etc.

Hai un métodu senciellu d'orientación pa los derivaos disustituidos que foi establecíu por Körner. Frecuentemente ye llamáu métodu 2,3,1 de Körner. Basar nel principiu de que la introducción d'un tercer sustituyente nun compuestu pa apurre un productu trisustituido, nel isómero orto dos y nel meta trés. Körner aplicó esti principiu pa establecer la orientación de los dibromobencenos isómeros. Nitró cada unu d'ellos y esaminó el númberu de productos nitrados. El isómero que dio un solu dibromo-nitrobenceno ye'l pa; el que dio dos derivaos nitrados, el orto, y el terceru que dio trés, ye'l compuestu meta.

Alquilbencenos

Los hidrocarburos como'l tolueno, etilbenceno, etc., tienen calter alifático y arumosu. El bencenu ye non polar, lo mesmo que'l metanu, siendo cero'l momentu dipolar de cada unu d'estos compuestos. Sicasí, el tolueno tien un pequeñu momentu dipolar (aproximao 0,4 D) cola carga negativa sobre'l nucleu y la positiva sobre'l grupu metilu. Los alquilbencenos esperimenten la cloración y bromación, yá seya nel nucleu o na cadena llateral, según sían les condiciones de la reacción. Pa denominar les posiciones relatives del bencenu, vease Patrones de sustitución n'hidrocarburos arumosos.

Toxicidá

Alendar niveles de bencenu bien altos puede causar la muerte, ente que niveles baxos pueden causar somnolencia, maréu y aceleración del llatíu del corazón o taquicardia. Comer o tomar altos niveles de bencenu puede causar vultures, irritación del estómagu, maréu, somnolencia o convulsiones y, n'último estremu, la muerte.

La esposición de llarga duración al bencenu manifestar nel sangre. El bencenu produz efeutos nocivos na migollu oseu y puede causar un amenorgamientu nel númberu de hematíes, lo que conduz a carecer anemia. El bencenu tamién puede producir hemorraxes y daños nel sistema inmunitariu, aumentando asina les posibilidaes de contraer infeiciones por inmunodepresión.

Los efeutos nocivos del bencenu aumenten col consumu de bébores alcohóliques.^[4]

Dellos estudios^{[ensin referencies]} sobre una muestra de muyeres qu'alendaron altos niveles de bencenu mientres dellos meses revelaron que presentaron menstruaciones irregulares, según amenorgamientu nel tamañu de los sos ovarios. Nun se sabe si la esposición al bencenu afecta al fetu mientres l'embaranzu. Dellos estudios n'animales describieron so pesu de nacencia y problemes na formación de güesos.

El Departamentu de Salú y Servicios Sociales de los Estaos Xuníos (DHHS) determinó que'l bencenu ye un reconocíu carcinóxenu en seres humanos y otros mamíferos lactantes. La esposición de llarga duración a altos niveles de bencenu nel aire puede producir leucemia según cáncer de colon.

Nel organismu, el bencenu ye tresformáu en productos llamaos metabolitos. Ciertos metabolitos pueden midise na orina o nes fieces. Sicasí, esti exame tien de faese con celeridad dempués de la esposición y el resultáu del analís nun indica a que concentración de bencenu túvose espuestu, una y bones los metabolitos na orina pueden aniciase a partir d'otres fontes.

Usos del bencenu

El bencenu utilízase como constituyente de combustibles pa motores, disolventes de grases, aceites, pintures y nueces nel grabáu fotográficu d'impresiones; como intermediariu químicu, y na manufactura de deterxentes, esplosivos y productos farmacéuticos.

Referencies

↑ Griffin, Rodger W.; et al (1981). «Sustitución electrófila arumosa», en Química orgánica moderna. Reverte. ISBN 84-291-7210-6.
↑ Enrique; et al (1979). «Sulfonación», en Química orgánica. Reverté. ISBN 978-84-291-7015-3.
↑ McMurry, John (2006). «Química del bencenu: sustitución electrófila arumosa» en Química orgánica. Cengage Learning Editores. ISBN 970-686-354-0.
↑ «Bencenu», en Fiches Internacionales de Seguridá Química. Institutu Nacional de Seguridá ya Hixene nel Trabayu. España. Consultáu'l 24 de xunu de 2009.

Ver tamién

Enllaces esternos

Wikimedia Commons tien conteníu multimedia tocante a Bencenu.
ATSDR n'Español - ToxFAQs™: Bencenu Departamentu de Salú y Servicios Humanos de EE. XX. (dominiu públicu)
ATSDR n'Español - Resume de Salú Pública: Bencenu Departamentu de Salú y Servicios Humanos de EE. XX. (dominiu públicu)
Institutu Nacional de Seguridá ya Hixene Intima nel Trabayu d'España: Ficha internacional de seguridá química del bencenu.

[1] Griffin, Rodger W.; et al (1981). «Sustitución electrófila arumosa», en Química orgánica moderna. Reverte. ISBN 84-291-7210-6.

[2] Enrique; et al (1979). «Sulfonación», en Química orgánica. Reverté. ISBN 978-84-291-7015-3.

[3] McMurry, John (2006). «Química del bencenu: sustitución electrófila arumosa» en Química orgánica. Cengage Learning Editores. ISBN 970-686-354-0.

[4] «Bencenu», en Fiches Internacionales de Seguridá Química. Institutu Nacional de Seguridá ya Hixene nel Trabayu. España. Consultáu'l 24 de xunu de 2009.

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