Estructura y propiedades del átomo de carbono

Estructura y propiedades del átomo de carbono

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Estructura y propiedades del átomo de carbono

• El carbono puede unirse consigo mismo formando polímeros, que son compuestos de elevado peso moleculas, constituyendo cadenas abiertas

• El átomo de carbono se presenta como un sólido de color negro, a excepción del diamante y el grafito que son cristalinos.

• La densidad del carbono es de 3.51 g/cc, se funde a 3527° C, hierve a 4200° C.

De igual manera constituye ciclos, o cadenas cerradas; forman figuras geométricas regulares

• El ciclopropano y el ciclobutano son inestables.

• Los más estables son el ciclo pentano y ciclo hexano

Tipos de carbonos de acuerdo a su posición

Primarios.- Si están en los extremos

Secundarios.- Si son intermedios y unidos a dos carbonos contiguos

Terciarios.- Si en su estructura se unen a tres carbonos contiguos

Cuaternarios.- Si saturan sus cuatro enlaces con cuatro carbonos contiguos

• Se encuentra ubicada en la tabla periódica en el segundo periodo, su número atómico es 6 y su masa atómica es 12 Da (dalton), tiene cuatro electrones de valencia en su último nivel de energía los que determinan todas sus propiedades químicas.

Por su distribución electrónica al átomo de carbono presenta las siguientes propiedades:

Tetravalencia

El átomo de carbono, pera cumplir con la ley de los octetos, puede ganar o perder cuatro electrones para alcanzar así la configuración electrónica de un gas noble. En la mayoría de los compuestos actúa como elemento electronegativo. Al formar compuestos como el oxígeno, hidrógeno, nitrógeno, y carbono lo hace por covalencia, es decir que comparte los electrones.

Estabilidad de los enlaces

Los compuestos orgánicos presentan gran estabilidad debido a que el átomo de carbono tiene un volumen reducido y los enlaces covalentes que forman son fuertes y estables. Esta solidez en el enlace covalente permite la formación de largas cadenas con un número ilimitado de carbonos. Como ya se explicó, presenta cuatro electrones en su último nivel de valencia, lo cual determina que comparta los cuatro electrones en su último nivel de energía completando los ocho electrones

Estructura tetratónica

los cuatro electrones de valencia se hallan situados dos en el orbital 2s y dos en el orbital p (px1 y en py1), esto implica que al encontrarse en diferentes orbitales tienen diferente cantidad de energía. Sin embargo, el análisis de rayos X demuestra que los cuatro enlaces formados por el átomo de carbono se encuentran en direcciones preestablecidas, es decir, las cuatro valencias del átomo de carbono son iguales, así como también sus ángulos. Estos enlaces los encontramos en direcciones preestablecidas ubicados en las direcciones de los vértices de un tetraedro, en cuyo centro se encuentra el núcleo

Carbono con sus ángulos preestablecidos

Recordemos que, la valencia está dado por los enlaces que un átomo es capaz de formar en un compuesto. El átomo de carbono está en la capacidad de formar cuatro enlaces con otros átomos de allí uno de los fundamentos de la química orgánica que es la tetracovalencia del átomo de carbono, que se explica con la teoría de la hibridación partiendo del estado fundamental y excitado del átomo de carbono. Cuando un átomo de carbono se encuentra en estado libre, tiene una distribución electrónica determinada y a esa distribución se la denomina el estado fundamental.

Pero cuando el átomo de carbono está formando compuestos presenta otra distribución electrónica a la que se llama estado excitado.

Teoría de la hibridación

La teoría de la hibridación del átomo de carbono consiste en el re ordenamiento de los electrones para que cada uno de los cuatro orbitales posea la misma cantidad de energía, es decir que la hibridación es la mezcla de los orbitales puros con el fin de obtener un mismo número de orbitales híbridos. La configuración electrónica cambia cuando uno de los electrones del orbital s adquieren más energía y saltan al orbital pz, que está vacío. En este momento pasan del estado fundamental al estado excitado. Es aquí donde el átomo de carbono tiene cuatro electrones impares y cada uno puede formar un enlace que representa las cuatro valencias.

Estado excitado del átomo de carbono.

La excitación que se produce en el átomo de carbono es simultanea a ala re estructuración en las características energéticas de los electrones, que permite una alteración en la forma y orientación de los orbitales s y p, ya que sus orbitales tienen un mismo nivel de energía y además un continuo movimiento en sus orbitales.

En el átomo de carbono presenta tres tipos de hibridadción que son: hibridación tetraedral, hibridación trigonal e hibridadción digonal.

Hibridación tetraedral

la hibridación sp3 o tetraedral se da por la combinación de los orbitales s y p, que dan origen a la formación de orbitales nuevos iguales que poseen la misma energía, en los cuales cada uno tiene un electrón. La hibridación tetraedral da lugar a la formación de compuestos por enlace covalente.

Hibridación trigonal

Cuando en una combinación intervienen un orbital s y dos orbitales p, se originan tres orbitales sp2 equivalentes, que tienen sus ejes de simetría en el mismo plano y forman entre si ángulos de 120°, por lo tanto, queda constituido de la siguiente

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