que características presenta el átomo del carbono que lo hace tan especial en los compuestos orgánicos?
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Respuesta:
El carbono es el elemento mayoritario en la Tierra, y esencial para la vida. Es el componente principal de la materia orgánica; también integra el producto final del metabolismo de la mayoría de los seres vivos y del proceso de combustión: el dióxido de carbono.
El carbono se presenta bajo numerosas estructuras y también de manera amorfa; sus propiedades físicas son a menudo muy contrastantes. Tiene la propiedad de poder combinarse con casi todos los elementos; se puede combinar tanto con metales como con no metales (ejemplos: carburo de calcio, disulfuro de carbono, cloroformo, etc.).
Se calculan aproximadamente unos 10 millones de compuestos de carbono, siendo muchos de ellos esenciales para la vida en el planeta.
A continuación, a modo de resumen, las características y propiedades del carbono.
Esto significa que tiene en su núcleo 6 protones y 6 neutrones, y que dicho núcleo está rodeado por 6 electrones. Esos electrones se distribuyen en su estructura de la siguiente manera: dos en su primer nivel (llamado s) y cuatro en su segundo nivel (llamado p).
Es tetravalente
Esto significa que, como se señaló, tiene 4 electrones orbitando en su último nivel de energía, los cuales se pueden combinar con los electrones más externos de otros átomos, a menudo también de carbono, formando enlaces covalentes.
Tres posibles hibridaciones
En virtud de esos cuatro electrones de la capa más externa que se pueden combinar con los electrones de otros átomos, el átomo de carbono puede formar tres tipos de uniones, las que tienen implicancias en la geometría molecular final. Estos enlaces pueden ser:
simples (hibridación sp3)
dobles (hibridación sp2)
triples (hibridación sp)
Dado que el tipo de unión determina el ángulo de enlace, a su vez existen tres posibles geometrías moleculares cuando el carbono participa de una unión:
El enlace simple determina la formación de un tetraedro, con ángulos de 109.5°
El enlace doble determina la formación de una estructura triangular plana, con ángulos de 120°
El enlace triple determina la formación de una estructura lineal, con ángulos de 180°
Tres grados de reactividad
El enlace simple determina la mayor distancia entre los átomos de carbono (1.54 Armstrongs) y por ende, la mayor estabilidad o menor reactividad (nivel de energía: 347 Kj/mol). El enlace doble “acerca” los átomos de carbono (1.34 Armstrongs) y torna a la unión más reactiva (598 Kj/mol). El enlace triple es el que más acerca los átomos de carbono entre sí (1.20 Armstrongs), por lo que son estos los más reactivos (811 Kj/mol).
Relativa semejanza con el de silicio
El carbono es el primer miembro del grupo IV dentro de la tabla periódica de los elementos. Le sigue en este mismo grupo el silicio, que también tiene 4 electrones en su capa más externa. Sin embargo, el silicio no puede formar enlaces múltiples silicio-silicio a causa de la repulsión que genera un mayor número de electrones internos, lo que hace que los átomos no puedan aproximarse lo suficiente.
Esto significa que puede presentarse bajo estructuras moleculares diferentes, en el mismo estado físico, dependiendo de las condiciones de formación. Los alótropos más importantes del carbono son:
Diamante
Grafito
Lonsdaleíta
Buckminsterfullereno
Nanotubo de carbono
Carbono amorfo
Grafeno
Presenta isótopos
El carbono tiene solo dos isótopos naturales: el carbono 12, que es el mayoritario (98,90%), y el carbono 13, presente en mínima proporción (1,10%). Además existen trece isótopos inestables cuyos períodos de semidesintegración o vida media van desde los 200 nanosegundos (como en el carbono 22) hasta los 5730 años (como sucede con el carbono 14). El carbono 13 se utiliza en estudios estructurales (sobre todo, de RMN), el carbono 14 se emplea para datar objetos arqueológicos, dada su larguísima vida media.
El carbono se puede combinar tanto con metales como con no metales (ejemplos: carburo de calcio, disulfuro de carbono, cloroformo, etc.). Se estima que hay cerca de 10 millones de compuestos de carbono, muchos de ellos esenciales para la vida.
Kekulé y las bases de la química orgánica
El químico alemán August Kekulé postuló en el año 1858 una teoría estructural que permitió explicar el fenómeno de resonancia del benceno, constituido por 6 átomos de carbono y 6 de hidrógeno. Esto fue fundamental como antecedente del concepto de enlace covalente introducido por Lewis, que sirve de base para entender la química del carbono en general.