Ejercicios: Hibridación y enlaces del carbono

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

Relaciona cada tipo de hibridación del carbono con el enlace que lo caracteriza y con su geometría: $sp^3$, $sp^2$ y $sp$. Para cada una, indica si corresponde a enlaces simples, dobles o triples, y si la geometría es lineal, trigonal plana o tetraédrica.

Un estudiante de 3.° de BGU observa la molécula de metano, $\text{CH}_4$. Indica la hibridación del átomo de carbono, el número de enlaces sigma ($\sigma$) que forma y el valor aproximado del ángulo entre los enlaces C–H.

Camila debe explicar a su curso por qué el carbono forma cuatro enlaces y no dos, si en su estado fundamental solo tiene dos electrones desapareados. Redacta la explicación usando la promoción de un electrón del orbital $2s$ al $2p$ y la formación de orbitales híbridos $sp^3$.

Observa las moléculas de etano ($\text{CH}_3\text{–CH}_3$), eteno ($\text{CH}_2\text{=CH}_2$) y etino ($\text{CH}\equiv\text{CH}$).

1. a) Indica la hibridación de los carbonos en cada una.
2. b) Cuenta cuántos enlaces sigma ($\sigma$) y cuántos pi ($\pi$) hay en cada molécula.
3. c) Ordena las tres moléculas según la longitud del enlace C–C, de la más larga a la más corta, y justifica tu orden.

Santiago analiza la molécula de propeno, $\text{CH}_2\text{=CH–CH}_3$. Identifica la hibridación de cada uno de los tres átomos de carbono, indica la geometría alrededor de cada uno y señala cuántos enlaces $\sigma$ y cuántos enlaces $\pi$ tiene la molécula en total.

Un compuesto tiene la fórmula estructural $\text{CH}_2\text{=CH–C}\equiv\text{CH}$ (vinilacetileno).

1. a) Determina la hibridación de cada carbono, numerándolos desde el extremo $\text{CH}_2$.
2. b) Calcula el total de enlaces $\sigma$ y $\pi$.
3. c) Argumenta por qué los cuatro carbonos están en un mismo plano y por qué la cadena no es completamente lineal.

Valentina compara el enlace simple C–C del etano con el doble enlace C=C del eteno. Sabe que en el etano los grupos pueden girar libremente alrededor del enlace C–C, pero en el eteno no.

1. a) Explica, con base en el tipo de solapamiento de orbitales ($\sigma$ y $\pi$), por qué existe esa diferencia.
2. b) Con ese razonamiento, justifica por qué el 2-buteno presenta dos formas (cis y trans) y el butano no.
3. c) Indica qué le ocurriría al enlace $\pi$ si se forzara la rotación y por qué se necesita mucha energía.