Tetravalencia y autosaturación del carbono
En la cocina de tu casa, el balón de gas (GLP) contiene propano y butano. La bolsa del mercado es de polietileno. El azúcar de la chicha morada es glucosa. Tres sustancias muy distintas, y todas están hechas sobre una "columna vertebral" de átomos de carbono. ¿Qué tiene este átomo para dar tantas sustancias diferentes? Lo responderemos al final.
El carbono y sus cuatro enlaces
El carbono tiene número atómico $Z = 6$: tiene 6 electrones. Se distribuyen así:
$$1s^2\ 2s^2\ 2p^2$$Su último nivel (el 2) tiene $2 + 2 = 4$ electrones: son los electrones de valencia. Para completar el octeto (8 electrones) le faltan 4. No gana ni pierde 4 electrones con facilidad, así que los comparte formando enlaces covalentes.
El caso más sencillo es el metano, $\mathrm{CH_4}$ (el principal componente del gas natural de Camisea): el carbono comparte un par de electrones con cada uno de los 4 hidrógenos.
Cada raya es un enlace. Cuenta las rayas que salen del C: son 4.
El átomo de carbono tiene número atómico $Z = 6$. Escribe su configuración electrónica e indica cuántos electrones tiene en su último nivel de energía (capa de…
El átomo de carbono tiene número atómico $Z = 6$. Escribe su configuración electrónica e indica cuántos electrones tiene en su último nivel de energía (capa de valencia). Luego explica con una frase qué significa que el carbono sea «tetravalente».
Autosaturación: carbono con carbono
El carbono tiene una habilidad casi única: se une con otros átomos de carbono formando cadenas largas y estables. A eso se le llama autosaturación (o concatenación).
Dos carbonos pueden compartir uno, dos o tres pares de electrones:
| Enlace C–C | Pares compartidos | Ejemplo | Fórmula |
|---|---|---|---|
| Simple (C–C) | 1 | etano | $\mathrm{CH_3-CH_3}$ |
| Doble (C=C) | 2 | eteno | $\mathrm{CH_2=CH_2}$ |
| Triple (C≡C) | 3 | etino | $\mathrm{CH≡CH}$ |
Fíjate: en los tres casos cada carbono sigue teniendo 4 enlaces en total. En el etano son 1 (con el otro C) + 3 (con H). En el eteno, 2 + 2. En el etino, 3 + 1. Cuando hay más enlaces entre carbonos, quedan menos lugares para hidrógenos, pero la suma siempre es 4.
En clase, tu profesora de Ciencia y Tecnología afirma que el carbono tiene la propiedad de «autosaturación». Define con tus propias palabras qué es la autosaturación del…
En clase, tu profesora de Ciencia y Tecnología afirma que el carbono tiene la propiedad de «autosaturación». Define con tus propias palabras qué es la autosaturación del carbono y menciona qué tipos de enlace entre átomos de carbono pueden formarse (simple, doble o triple).
Dibuja la fórmula estructural del etano ($\mathrm{C_2H_6}$) y la del eteno ($\mathrm{C_2H_4}$). En cada una, indica cuántos enlaces forma cada átomo de carbono y explica…
Dibuja la fórmula estructural del etano ($\mathrm{C_2H_6}$) y la del eteno ($\mathrm{C_2H_4}$). En cada una, indica cuántos enlaces forma cada átomo de carbono y explica cómo se cumple la tetravalencia aunque el tipo de enlace entre los carbonos sea distinto.
Un compañero dice que la fórmula $\mathrm{CH_3-CH_2-CH_3}$ es correcta, pero que $\mathrm{CH_3-CH=CH_3}$ no lo es. Analiza ambas fórmulas contando los enlaces que rodean…
Un compañero dice que la fórmula $\mathrm{CH_3-CH_2-CH_3}$ es correcta, pero que $\mathrm{CH_3-CH=CH_3}$ no lo es. Analiza ambas fórmulas contando los enlaces que rodean a cada átomo de carbono y explica quién tiene razón y por qué.
Compuestos orgánicos e inorgánicos
Los compuestos orgánicos forman los seres vivos (azúcares, grasas, proteínas), los combustibles (GLP, gasolina, diésel) y los plásticos. Los inorgánicos son los del resto de elementos: agua, sales como el $\mathrm{NaCl}$, minerales.
Para clasificar, mira la fórmula: si hay carbono unido a hidrógeno (y otros átomos no metálicos) formando una estructura, es orgánico.
| Sustancia | Fórmula | Clase |
|---|---|---|
| Metano | $\mathrm{CH_4}$ | orgánico |
| Glucosa | $\mathrm{C_6H_{12}O_6}$ | orgánico |
| Propano | $\mathrm{C_3H_8}$ | orgánico |
| Sal de cocina | $\mathrm{NaCl}$ | inorgánico (sin carbono) |
Observa las siguientes sustancias: metano ($\mathrm{CH_4}$), glucosa ($\mathrm{C_6H_{12}O_6}$), cloruro de sodio ($\mathrm{NaCl}$) y propano ($\mathrm{C_3H_8}$), este…
Observa las siguientes sustancias: metano ($\mathrm{CH_4}$), glucosa ($\mathrm{C_6H_{12}O_6}$), cloruro de sodio ($\mathrm{NaCl}$) y propano ($\mathrm{C_3H_8}$), este último presente en el gas que se usa en muchas cocinas. Clasifícalas en compuestos orgánicos e inorgánicos y justifica brevemente tu clasificación a partir de los elementos que las forman.
Cadenas, ramas y anillos
Como cada carbono puede unirse a otros carbonos y todavía le quedan enlaces libres, los átomos se organizan de varias formas:
-
Lineal: butano, $\mathrm{CH_3-CH_2-CH_2-CH_3}$.
-
Ramificada: isobutano, $\mathrm{CH_3-CH(CH_3)-CH_3}$ (un carbono central con tres carbonos pegados).
-
Cíclica: ciclobutano, $\mathrm{C_4H_8}$, los cuatro carbonos cerrados en anillo.
Las cadenas pueden ser cortas (butano, de 4 carbonos, en algunos balones de gas) o larguísimas: el polietileno es una cadena de miles de unidades $\mathrm{-CH_2-}$. En ambos casos cada carbono tiene 4 enlaces: 2 con carbonos vecinos y 2 con hidrógenos. Es la misma regla a distinta escala.
Mariana observa que el diamante y el grafito de la mina de un lápiz están formados solo por átomos de carbono, pero tienen propiedades muy distintas: el diamante es muy…
Mariana observa que el diamante y el grafito de la mina de un lápiz están formados solo por átomos de carbono, pero tienen propiedades muy distintas: el diamante es muy duro y el grafito es blando y deja marca en el papel. Explica, usando la tetravalencia y la forma en que se enlazan los átomos de carbono, por qué una misma clase de átomo puede originar sustancias tan diferentes.
Compara el butano ($\mathrm{C_4H_{10}}$), que se usa como gas en algunos balones, con el polietileno, plástico sintético de las bolsas y botellas, formado por miles de…
Compara el butano ($\mathrm{C_4H_{10}}$), que se usa como gas en algunos balones, con el polietileno, plástico sintético de las bolsas y botellas, formado por miles de unidades de $\mathrm{CH_2}$ unidas en cadenas largas. Argumenta cómo la tetravalencia y la autosaturación del carbono permiten tanto una molécula pequeña de cuatro carbonos como una cadena de miles de átomos, e indica en qué se parecen ambas estructuras en cuanto a los enlaces de cada carbono.
Para la feria de ciencias de su colegio, Diego propone que existen más compuestos de carbono conocidos que compuestos de todos los demás elementos juntos, y que ello se…
Para la feria de ciencias de su colegio, Diego propone que existen más compuestos de carbono conocidos que compuestos de todos los demás elementos juntos, y que ello se debe a las propiedades del carbono. Sustenta esta afirmación: menciona al menos tres formas en que los átomos de carbono pueden organizarse (por ejemplo, cadenas lineales, ramificadas y cíclicas), dibuja un ejemplo sencillo de dos de ellas con cuatro carbonos y explica qué papel cumplen la tetravalencia y la autosaturación en cada caso.
Resumen
Vuelve al principio: el GLP, el polietileno y la glucosa son distintos porque el carbono, con sus 4 enlaces y su capacidad de encadenarse, puede construir moléculas pequeñas, enormes, ramificadas o en anillo.