COLEGIO DANIEL JORDÁN
ÁREA QUÍMICA
GRADO 11 PERIODO
OBJETIVO. Identificar la estructura y propiedades del carbono
CONCEPTUALIZACIÓN
ESTRUCTURA DEL ÁTOMO DE CARBONO
El carbono puede unirse consigo mismo formando polímeros, que son compuestos de
elevado peso moléculas, 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 ciclo propano y el ciclo butano 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
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 hibridación que son: hibridación tetraedral,
hibridación trigonal e hibridación 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 manera: 2 (sp2)1 2(sp2)1 2pz1.
Por otra parte, el tercer orbital, es decir, 2pz, que no intervino en la hibridación, presenta una
dirección que es perpendicular con el plano de los demás orbitales híbridos. Este tipo de
hibridación (trigonal) es común en los compuestos los cuales se unen dos átomos de carbono por
enlace covalente doble.
Hibridación digonal
la hibridación digonal se da pro la combinación de los electrones de los orbitales 2s y 2px, en
donde los electrones de los orbitales py y pz, quedan inmutables y se mantienen. La hibridación
digonal da lugar a la formación de dos orbitales colineales híbridos denominados sp, que originan
ángulos de 180°. El segundo nivel, por lo tanto, queda constituido de la siguiente manera: 2 (sp)1 2
(sp)1 2py1 2pz1.
Este tipo de hibridación es característico de los compuestos en los cuales dos átomos de carbono
se unen por enlace covalente triple, formando entre si los ángulos de 180° ya antes mencionados.
De acuerdo con los tipos de hibridación, en los compuestos orgánicos se pueden dar diferentes
tipos de enlaces: enlace triple, enlace doble, enlace simple por supuesto todos covalentes entre
carbono carbono.
Orbitales moleculares
Son los orbitales en los cuales se encuentra el par de electrones compartidos en un enlace
covalente teniendo como característica esencial es su continuo dinamismo lo que quiere decir que
ocupan orbitales equivalentes a los orbitales atómicos.
Estos orbitales están dispuestos en el espacio alrededor de dos o más núcleos atómicos a
diferencia de los orbitales atómicos los que orbitan alrededor de un solo núcleo, hay dos tipos de
orbitales: Pi y sigma
Orbitales sigma (σ)
Estos orbitales son uniformemente simétricos en torno del eje intermolecular, y se generan por el
solapamientos entre un orbital sp3, sp2 y sp, de un carbono y un sp2 de otro carbono. es decir que
los orbitales sigma, constituyen un nuevo orbital molecular simétrico alrededor del eje
intermolecular.
Orbitales Pi (π)
Cuando los orbitales p se sobreponen o solapan lado con lado perpendicularmente al eje
intermolecular en forma asimétrica forma dos pares o mitades idénticas, una encima y una debajo
del eje los que se denominan lóbulos los que guardan simetría con relación al eje. En el gráfico
anterior las líneas entrepunteadas constituyen el eje intermolecular en donde se observa el enlace
sigma y en sima y por debajo de el los lóbulos o enlaces Pi. Los orbitales Pi constituyen un orbital
molecular en cuya región se encuentran dos electrones cuyas cargas eléctricas ayudan a mantener
unidos a los dos núcleos del carbono.
En enlaces carbono-carbono simple solo se presentan enlaces sigma o enlace fuerte el cual es
difícil de romper en reacciones químicas, en los enlaces dobles se encuentra enlaces sigma y Pi,
uno de cada uno, en los enlaces triples (como ya vimos) existe un enlace sigma y dos Pi uno por
encima y debajo del sigma, estos enlaces Pi son más fáciles de romper.
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