Ejercicios: El átomo de carbono y sus enlaces carbono-carbono

El carbono tiene número atómico $Z = 6$. Escribe su configuración electrónica en el estado fundamental e indica cuántos electrones de valencia tiene este átomo.

Un átomo de carbono suele formar cuatro enlaces covalentes en sus compuestos. Explica con tus palabras por qué se dice que el carbono es tetravalente y menciona qué tipo de elementos (metales o no metales) forman enlaces covalentes con él en la mayoría de los compuestos orgánicos.

Observa las siguientes fórmulas semidesarrolladas: $\mathrm{CH_3-CH_3}$, $\mathrm{CH_2=CH_2}$ y $\mathrm{CH\equiv CH}$. Indica en cada una el tipo de enlace entre los dos átomos de carbono (simple, doble o triple) y cuántos pares de electrones comparten esos dos átomos.

Sumak dibuja el metano, $\mathrm{CH_4}$, con los cuatro hidrógenos en un mismo plano, formando un cuadrado alrededor del carbono. Su profesora le dice que la geometría real es otra. Indica qué geometría tiene el metano, cuál es el tipo de hibridación del carbono en esta molécula y por qué esa geometría separa más los pares de electrones que la del dibujo de Sumak.

Completa la siguiente tabla en tu cuaderno para el etano, el eteno y el etino, indicando la hibridación de cada carbono, el tipo de enlace carbono-carbono y el número de átomos de hidrógeno de la molécula:

Luego explica cómo cambia el número de hidrógenos al pasar de enlace simple a doble y a triple.

Camila debe representar la molécula de propeno, $\mathrm{C_3H_6}$, que tiene un doble enlace carbono-carbono. Dibuja la fórmula desarrollada completa, mostrando todos los enlaces con rayas, y comprueba que cada carbono tenga exactamente cuatro enlaces en total. Indica cuántos enlaces sigma y cuántos enlaces pi hay en la molécula.

Joel afirma: «Como el carbono tiene solo dos electrones desapareados en su configuración fundamental, debería formar solo dos enlaces, y no cuatro». Argumenta por qué su razonamiento es incompleto. En tu respuesta usa los conceptos de promoción electrónica e hibridación $sp^3$, y explica por qué la energía liberada al formar cuatro enlaces compensa la energía necesaria para promover un electrón.

Una molécula tiene la fórmula semidesarrollada $\mathrm{CH_3-CH=CH-C\equiv CH}$. Numera los carbonos de izquierda a derecha y, para cada uno, indica su hibridación y el número de enlaces sigma y pi que forma. Después calcula el total de enlaces sigma y de enlaces pi de la molécula, y explica cómo cambian la longitud y la fortaleza de los enlaces carbono-carbono entre el simple, el doble y el triple.