El Carbono: Estructura, Enlace Covalente y la Abundancia de Compuestos Orgánicos

Introducción a la Química Orgánica

Actualmente se conocen más de 3 millones de compuestos orgánicos, con un ritmo de crecimiento de 100.000 compuestos nuevos al año.

Este elevado número de compuestos tiene como elemento básico de su constitución molecular al átomo de carbono, unido, sobre todo, a los elementos oxígeno e hidrógeno, y también a los halógenos, y a veces a azufre (S) y fósforo (P).

Características Distintivas de los Compuestos Orgánicos

A diferencia de los compuestos inorgánicos, los orgánicos presentan las siguientes características:

1. La gran mayoría de enlaces son de tipo covalente.
2. Presentan puntos de fusión y de ebullición bajos respecto a los compuestos inorgánicos.
3. Son poco solubles en agua.
4. Sus moléculas son apolares o poco polares.
5. Presentan reacciones lentas y complejas.
6. Poseen estructuras moleculares complicadas, especialmente las de origen natural.
7. Se descomponen al calentarlos.

El Átomo de Carbono: Configuración Electrónica y Valencia

El átomo de carbono presenta una configuración electrónica fundamental de 1s² 2s² 2p².

Estado Fundamental del Carbono

En estado fundamental, los electrones del átomo de carbono estarían situados de la siguiente forma:

• Nivel 2p: Dos electrones desapareados (en 2pₓ y 2pᵧ).
• Nivel 2s: Dos electrones apareados.
• Nivel 1s: Dos electrones apareados.

Según esta configuración, el átomo de carbono actuaría normalmente con valencia (II), pero solo se conocen el monóxido de carbono (CO) y el carbeno (CH₂), como compuestos del carbono que actúan con esta valencia.

Estado Excitado y Tetravalencia

Por adición de 96 Kcal/mol de energía a un átomo de carbono, uno de los electrones del orbital 2s puede excitarse hasta alcanzar el orbital vacío 2p, dando la configuración 1s² 2s¹ 2p³.

El átomo de carbono dispone ahora de cuatro electrones desapareados y, al formar cuatro enlaces covalentes, puede obtener la configuración de gas noble. En la formación de esos enlaces covalentes se libera energía. En la reacción CH₂ + H₂, se crean dos enlaces C – H y se liberan 174 Kcal/mol.

Habitualmente, el carbono actúa con valencia (IV). El reducido volumen del átomo de carbono hace que el núcleo ejerza fuertemente su influencia sobre dichos electrones.

La Capacidad de Catenación del Carbono

El átomo de carbono puede formar fuertes enlaces covalentes con otros átomos de carbono, dando largas cadenas de carbono, perfectamente estables. De ahí el elevado número de compuestos orgánicos, que pueden ser:

• De cadena corta.
• De cadena larga.
• Ramificados.
• Cíclicos, etc.

El átomo de carbono puede unirse también a otros átomos de carbono mediante enlaces dobles y triples, lo que incrementa aún más la diversidad estructural de los compuestos orgánicos.