Estructura molecular de los compuestos del carbono

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1 Estructura molecular de los compuestos del carbono Colegio de Bachilleres del Estado de Sonora. (2006). Estructura molecular de los compuestos del carbono. En Química 2 (1ª Ed., págs ). México: Colegio de Bachilleres del Estado de Sonora. Espacio de Formación Multimodal

Química 2 3.1. E S TR UC TUR A MOL E C UL AR DE L OS C OMP UE S T OS DE L C AR B ONO. Qué es lo que posee el átomo de carbono que lo hace ser tan importante?

Pues verás, de todos los elementos de la Tabla Periódica, sólo uno tiene las propiedades que pueden conducir a la formación de millones de compuestos, entre los cuales algunos constituyen a los

Las plantas y los animales están constituídos por moléculas orgánicas complejas, el carbono es el elemento principal de tales moléculas.

2 Química E S TR UC TUR A MOL E C UL AR DE L OS C OMP UE S T OS DE L C AR B ONO. Qué es lo que posee el átomo de carbono que lo hace ser tan importante? Por qué razón existen millones y millones de compuestos que contienen carbono? C uál es la importancia que tiene el carbono en la vida cotidiana? Pues verás, de todos los elementos de la Tabla Periódica, sólo uno tiene las propiedades que pueden conducir a la formación de millones de compuestos, entre los cuales algunos constituyen a los sistemas vivientes. Este, por supuesto, es el C arbono. FORMAS DE VIDA BASADAS EN EL C ARBONO. Las plantas y los animales están constituídos por moléculas orgánicas complejas, el carbono es el elemento principal de tales moléculas. El Carbono como elemento libre tiene muchos usos, que incluyen desde las aplicaciones ornamentales del diamante en joyería, hasta el pigmento de negro de humo en llantas de automóviles y tintas de imprenta. Otra forma del Carbono, el grafito, se utiliza para crisoles de alta temperatura, electrodos de celda seca y de arco de luz, como puntillas de lápiz y como lubricante. El carbón vegetal una forma amorfa del carbono, se utiliza como absorbente de gases y agente decolorante. TAR E A 1 Página 165. Los Compuestos del carbono tienen muchos usos. El dióxido de Carbono (CO 2 ) se usa en la carbonatación de bebida s, en extinguidores de fuego y, en estado sólido como enfriador (hielo seco). El monóxido de carbono (CO), se utiliza como agente reductor en muchos procesos metalúrgicos. El tetracloruro de carbono (CCI 4 ) y el disulfuro de Carbono (CS 2 ) son disolventes industriales importantes. El carburo de calcio (Ca C 2 ) se emplea para preparar acetileno, es útil para soldar y cortar metales. 108

3 C ompuestos del C arbono Como ya se mencionó anteriormente, los compuestos del Carbono, presentan ciertas características, las cuáles resultan de su configuración electrónica. Cuál es la configuración electrónica del Carbono? Veamos lo siguiente: El Carbono se encuentra situado en el Período 2 de la Tabla Periódica, su número atómico es 6; por lo que su s 6 electrones están distri buidos en dos niveles de energía. Siguiendo la regla de diagonales, quedan de la siguiente manera: Átomo Configuración electrónica en estado basal 6C 1S 2 2S 2 2P 2 6C 1S 2 2S 2 2p 1 x 2p 1 y 2p 0 z Por lo tanto, la configuración puntual del carbono es: C Lo anterior sugiere que el compuest o más simple formado por carbono e hidrógeno es el CH 2, sin embargo, este compuesto no existe en la naturaleza. H Estructura del metano. + C C : H CH 2 no existe H H En la naturaleza la molécula más sencilla que existe del Carbono es CH 4 llamada molécula de metano, en la cual se observa que el carbono forma 4 enlaces idénticos con 4 átomos de hidrógeno. 109

4 Química 2 Cómo se puede explicar la formación de éstos 4 enlaces del carbono? Basándonos en la teoría electrónica, se supone que los electrones del Carbono se modificarán de la siguiente manera: Salta 1e - Estado 6C IS 2 2S 2 2p 1 x 2p 1 y 2p 0 z Basal Uno de los electrones del orbital 2s se traslada al orbital desocupado 2pz 0, adquiriendo la siguiente configuración: 6C IS 2 2S 1 2P 1 x 2P 1 y 2P 1 z A esta configuración se le llama configuración electrónica en estado excitado. De acuerdo con esta nueva configuración, el átomo de carbono tendría cuatro orbitales atómicos incompletos, por lo que podría enlazarse con 4 átomos de hidrógeno. Pero el problema es que no se formarían 4 enlaces idénticos y en la molécula de CH 4 se observan los 4 enlaces iguales con los 4 átomos de hidrógeno. Qué le tiene que suceder al carbono para que sus 4 orbitales y sus enlaces sean iguales? El hecho de que el átomo de carbono forme esos 4 enlaces idénticos, se puede explicar con el concepto de hibridación, la cual se define como: La combinación de orbitales atómicos incompletos, para formar nuevos orbitales con diferentes formas y orientaciones. En el átomo de carbono se presentan tres tipos de hibridaciones, como se puede observar en el siguiente mapa conceptual. 110

Compuestos del Carbono Tipos de Hibridaciones Hibridación sp Hibridación sp 2 Hibridación sp 3 Se define como la combinación de un orbital s y un p, para formar 2 orbitales híbridos, con orientación

Se define como la combinación de un orbital s y tres p, para formar cuatro orbitales híbridos con orientación tetraédrica Con un ángulo de separación entre los dos orbitales híbridos de 180 o.

5 o Representación electrónica del Carbono con hibridación sp: Representación electrónica del C con hibridación sp 2 : Representación electrónica del Carbono con hibridación sp 3 : Is 2 2sp 1 2sp 1

5 Compuestos del Carbono Tipos de Hibridaciones Hibridación sp Hibridación sp 2 Hibridación sp 3 Se define como la combinación de un orbital s y un p, para formar 2 orbitales híbridos, con orientación lineal. Se define como la combinación de un orbital s y dos p, para formar tres orbitales híbridos con orientación trigonal. Se define como la combinación de un orbital s y tres p, para formar cuatro orbitales híbridos con orientación tetraédrica Con un ángulo de separación entre los dos orbitales híbridos de 180 o. Con un ángulo de separación entre los 3 orbitales híbridos de 120 o. Con un ángulo de separación entre los cuatro orbitales híbridos de o Representación electrónica del Carbono con hibridación sp: Representación electrónica del C con hibridación sp 2 : Representación electrónica del Carbono con hibridación sp 3 : Is 2 2sp 1 2sp 1 2p 1 y 2p 1 z Is 2 2sp 1 2 2sp 1 2 2sp 1 2 2p 1 z Is 2sp 1 3 2sp 1 3 2ps 1 3 2sp 1 3 Orbitales híbridos Carbono con hibridación sp puede formar enlaces covalentes triples como en los alquinos: C Carbono con hibridación sp 2 puede formar enlaces covalentes dobles como en los alquenos: C = I Carbono con hibridación sp 3, puede formar enlaces covalentes sencillos o simples como en los alcanos I C I 111

Geometría Molecular (tetraédrica, trigonal plana y lineal) La molécula es una colección de átomos unidos entre sí por pares de electrones compartidos, que provienen de los orbitales atómicos

6 Química Geometría Molecular (tetraédrica, trigonal plana y lineal) La molécula es una colección de átomos unidos entre sí por pares de electrones compartidos, que provienen de los orbitales atómicos localizados dentro de la capa de valencia de cada átomo, recuerda que la capa de valencia es el máximo nivel de energía al que se llega en una configuración electrónica. Esto permitió predecir la geometría molecular del Carbono, de la siguiente manera: Geometría molecular del carbono Tetraédrica Trigonal Plana y lineal Como ejemplo Como ejemplo Como ejemplo Molécula de metano (CH 4 ), la disposición de los pares de electrones adoptan una geometría tetraédrica alrededor del C el ángulo H-CH es de La molécula de etileno (C 2 H 4 ) o eteno con 12 electrones en una estructura de octetos, donde cada C se une trigonalmente en un plano a 2 hidrógenos, con el ángulo HCH de 120 o La molécula de acetileno o etino (C 2 H 2 ) con 10 electrones, donde los dos carbonos se unen linealmente formando un ángulo de 180 o Como se muestra en la sig. figura Como se muestra en la sig. figura Como se muestra en la sig. figura 112

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