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ESTRUCTURA DEL CARBONO






Estructura molecular de carbono


El átomo de carbono, debido a su configuración electrónica, presenta una importante capacidad de combinación. Los átomos de carbono pueden unirse entre sí formando estructuras complejas y enlazarse a átomos o grupos de átomos que confieren a las moléculas resultantes propiedades específicas. La enorme diversidad en loscompuestos del carbono hace de su estudio químico una importante área del conocimiento puro y aplicado de la ciencia actual.

Durante mucho tiempo la materia constitutiva de los seres vivos estuvo rodeada de no pocas incógnitas. Frente a la materia mineral presentaba, entre otras, una característica singular, su capacidad de combustión. Parecía como si los únicos productos capaces de arderhubieran de proceder de la materia viviente. En los albores de la química como ciencia se advirtió, además, que si bien la materia procedente de organismos vivos podía degradarse en materia mineral por combustión u otros procesos químicos,no era posible de ninguna manera llevar a cabo en el laboratorio el proceso inverso.



El Carbono y sus Enlaces


Aunque el carbono no es el elemento másabundante de la naturaleza (0,2%), el número de compuestos orgánicos 'conocidos' (más de 19 millones), excede, con mucho, al número de compuestos inorgánicos, y, además, el carbono es el elemento clave alrededor del cual se construye la vida misma. ¿Qué características dan al carbono esta situación única dentro de los elementos del sistema periódico?
El enlace covalente es el enlace característico delos compuestos orgánicos, debido a que el átomo de carbono no tiene tendencia a adquirir configuración de gas noble por ganancia o pérdida de electrones, ya que debería formar especies cargadas altamente inestables: C4+ o C4 -, y sólo puede hacerlo compartiendo electrones.
Si bien la configuración electrónica del átomo de carbono: 1s2, 2s2, 2px1, 2py1, 2pz0, parece indicar que éste es divalente,lo cierto es que, excepto en el monóxido de carbono y en algunos intermedios de reacción muy inestables, el carbono es tetravalente.
Para ello es preciso que uno de los electrones del orbital 2s, pase a ocupar el orbital 2pz vacio. La energía necesaria para ello es compensada, con creces, por la energía liberada en la formación de los cuatro enlaces posibles: 3 del tipo σp-s y 1 del tipo σs-spara el metano. Pero esto no explica la equivalencia de los cuatro enlaces existentes en la práctica ni el número real de derivados que existen.
En 1874, Van't Hoff y LeBel, indicaron que "el carbono tetravalente posee sus cuatro orbitales (y por tanto sus cuatro enlaces), equivalentes y dispuestos según las direcciones de los vértices de un tetraedro regular", lo que supone la mínima repulsiónentre los pares electrónicos que forman cada enlace, y entre los sustituyentes (átomos o grupos atómicos) al otro 'extremo' del enlace: núcleos cargados positivamente en el caso de los H del metano.
Cuando en los años 30 se vio que, conociendo la ecuación de onda de Schrödinger, por combinación de varios orbitales atómicos entre sí, podían obtenerse el mismo número de orbitales híbridos equivalentes,sin que variase la energía del átomo, se resolvió el problema del carbono.
 
Hibridación sp3 Metano Enlace sencillo Etano
En el caso del carbono, los cuatro orbitales atómicos de valencia (externos) pueden combinarse entre sí originando cuatro orbitales híbridos idénticos, que tendrían ¼ de carácter s y ¾ de carácter p, y que reciben el nombre de orbitales atómicos hibridos sp3.
Los cuatroorbitales sp3 del carbono, al estar dirigidos según los ejes de un tetraedro regular, forman ángulos de 109,5º. Si el carbono con hibridación sp3 se combina con 4 H (1s1) tendremos la molécula de metano.
El solapamiento frontal de cada orbital sp3 del C con el orbital s del H dará como resultado un orbital molecular σC-H en el que la máxima densidad electrónica se encontrará en la línea de...