Ejercicios: Tetravalencia y autosaturación del carbono

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».

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).

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.

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.

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.

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.

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 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.