Carbon

El c. es un elemento químico que se encuentra en la Naturaleza tanto en forma de combinaciones químicas como en estado elemental. La caliza, los petróleos, el gas natural y toda la materia viva, animal y vegetal, están constituidos por moléculas carbonadas más o menos complejas. En estado elemental, el c. se encuentra en la Naturaleza formando parte de los carbones (v.). En los carbones, junto alc., aparecen algunas sustancias volátiles y materia orgánica, además de impurezas de tipo inorgánico. Químicamente, el c. (de número atómico Z=6) se incluye entre los elementos del grupo IV B de la clasificación periódica conocida como «Tabla Periódica Larga» (v. ELEMENTOS QUÍMICOS I).
El c. es un elemento de carácter fundamentalmente no metálico (electronegatividad igual a 2,5 unidades dela escala de Pauling) que, en estado elemental, presenta dos formas monotrópicas cristalizadas, una estable y otra metastable. La variedad metastable es el diamante. El grafito constituye la forma monotrópica estable del c., en condiciones normales. El diamante, debido a su belleza, dureza y escasez, es muy apreciado en joyería, donde se utiliza como piedra preciosa. En la industria también esapreciado por su elevada dureza. El grafito, de estructura laminar, se ha utilizado ampliamente como lubricante y en la fabricación de lápices. Actualmente se consumen grandes cantidades de grafito ultrapuro, utilizándolo como moderador de los neutrones, en cierto tipo de reactores nucleares. Las diferencias existentes, tanto entre la estructura como entre las propiedades físicas del diamante ygrafito, pueden explicarse en forma satisfactoria si se tiene en cuenta la teoría de Pauling sobre la hibridación de orbitales atómicos.
El átomo de c. (Z=6) presenta en un estado fundamental una configuración electrónica que responde a la fórmula

I S2 2s2 2p2.

Es decir, en la capa de valencia (capa L) el átomo de c. posee cuatro electrones, de los cuales dos estánllenando el orbital s y los otros dos están ocupando un orbital p cada uno. En la fig. 1 se ha representado el estado electrónico fundamental de la capa L de un átomo de c.; uno de los orbitales p (concretamente el 2py de la fig. 1) permanece vacío. Si se tiene en cuenta que, de acuerdo con el Principio de Hund, o «de la máxima multiplicidad», la máxima estabilidad de un nivel energético o capase alcanza cuando todos los orbitales que lo constituyen están completamente llenos (dos electrones en cada orbital), cuando están totalmente vacíos o cuando están semillenos (un electrón en cada uno de los orbitales), se comprende qúe se alcance con gran facilidad un estado excitado en el que los electrones de la capa de valencia estén distribuidos en la forma que indica la expresión2s' 2px1 2p,,' 2p,1.

A partir de este estado excitado pueden originarse tres tipos de orbitales híbridos que se designan como sp3, sp2 y sp, respectivamente.
Por combinación lineal del orbital 2s y de los tres orbitales 2px, 2py y 2pZ se forman cuatro orbitales híbridos sp3. Un esquema de la génesis de estos orbitales híbridos aparece indicado en la fig. 2. En la mismafigura aparece indicada la orientación espacial de los orbitales híbridos sp3, los cuales se encuentran dirigidos hacia los vértices de un tetraedro. Cada uno de los cuatro orbitales híbridos sp3 contiene uno dé los electrones correspondientes a la capa de valencia del c. elemental.
La unión de dos orbitales híbridos sp3 correspondientes a dos átomos de c. distintos da lugar a la formación deun orbital molecular que es compartido por los dos electrones. Este orbital molecular constituye un enlace covalente que se conoce como enlace sigma (a) c. c. Cada uno de los otros tres orbitales híbridos sp3 de un mismo átomo de c. puede unirse a otro átomo de c. diferente, dando lugar a una estructura tridimensional del tipo de la que aparece en la fig. 3. Ésta es la estructura que corresponde...