Características del Átomo de Carbono

 El grupo 4 de la tabla está conformado por los siguientes elementos: carbono, silicio, germanio, estroncio y plomo.

 

Grupo IV

 

 El carbono y el silicio son los elementos más importantes. El primero por ser componente fundamental de los organismos vivos; el segundo por ser el más abundante de los componentes del suelo y las rocas.

 El carbono es el primer miembro del grupo IV; es el segundo elemento después del hidrógeno, que constituye numerosos compuestos, debido a su facilidad de combinación con otros carbonos y con otros elementos.

 Las distintas formas del mismo elemento que difieren en el enlazamiento se llaman alótropos, o formas alotrópicas; el diamante, grafito grafeno, nanotubos y el carbono amorfo son alótropos. Los alótropos difieren en propiedades físicas y químicas. Por ejemplo, la densidad del diamante (3.51 g/cm3) es mayor que la del grafito (2.22 g/cm3). El grafito es más estable que el diamante, en condiciones ordinarias. Sin embargo, hay que romper demasiados enlaces carbono-carbono para que el diamante se trasforme en grafito. Para romper los enlaces se requiere energía, y para transformar el diamante en grafito se requeriría además un tiempo extremadamente largo.

 

Diamante

 

 

Grafito

 

Nanotubo

 

Carbono amorfo

 

 

 En 1985 se descubrió un cuarto alótropo del carbono, en la Universidad de Rice, en Houston, Texas. Los cristales amarillos de este alótropo están formados por moléculas esféricas de C60. Como las moléculas de C60 tienen la forma de domos geodésicos inventados por Buckminster Fuller, a este alótropo se le dio el nombre de buckminsterfullereno. Con frecuencia se abrevia como esferas bucky. Algunos grupos de investigadores estadounidenses y alemanes encontraron en 1990 un método para producir C60 en cantidades relativamente grandes.

 Desde entonces es uno de los temas más investigados. Resulta que las esferas bucky son un miembro de una gran familia de moléculas de carbono llamadas fullerenos, que tienen muchas propiedades interesantes y potencialmente útiles. Por ejemplo, un compuesto soluble en agua preparado a partir de las esferas bucky tiene actividad antiviral y ha demostrado tener actividad in-vitro contra VIH.

 En 1991 se descubrió otra forma del carbono: los nanotubos. Son cilindros formados por capas grafitoides de carbono, cerradas por hemisferios de carbono de fullereno. Esos tubos sólo tienen nanómetros de diámetro, pero pueden tener cientos de micras de longitud. Son muy resistentes, 100 veces más que el acero, con sólo la sexta parte de la masa. Dependiendo de su geometría, pueden comportarse como metales, semiconductores o aisladores, y se espera encontrarles aplicaciones prácticas más pronto que a los fullerenos.

 

Nanotubo

 

  El grafeno es una sustancia formada por carbono puro, con átomos dispuestos en un patrón regular hexagonal similar al grafito, pero en una hoja de un átomo deespesor. Es muy ligero, una lámina de 1 metro cuadrado pesa tan sólo 0.77 miligramos.

 

El grafeno

 

El carbono amorfo en contraste con el grafito y el diamante se le puede preparar de diversas maneras, pero raras veces se obtiene puro; ejemplos de carbono amorfo son: el carbón vegetal, el coque, el carbón animal, el carbón de azúcar, el hollín y el negro de humo.

 Los átomos de carbono forman enlaces unos con otros originando largas cadenas que pueden ser lineales, ramificadas o anillares. Gracias a esta pro piedad existen más de 18 millones de compuestos del carbono mientras que en la química inorgánica o mineral sólo existen unos 6 millones de compuestos.

 La causa de este elevado número de compuestos radica en las siguientes propiedades:

  1. El carbono es tetravalente

  2. Esta situado en la parte central de la tabla periódica, puede unirse con los elementos de la derecha o de la izquierda.

  3. Puede unirse con otros átomos de carbono, formando compuestos en cadena.

  4. Presenta numerosos isómeros a medida que aumenta el número de carbonos en los compuestos.

Clasificación de los átomos de carbono e hidrógeno

Los átomos de carbono en una estructura de un compuesto orgánico, se pueden clasificar de acuerdo al número de carbonos a los cuales estén unidos, y los átomos de  hidrógeno también tienen una clasificación que corresponde al átomo de carbono al cual están enlazados. Esta clasificación será importante en aspectos de nomenclatura y reactividad química.

  El carbón primario es aquel que se encuentra unido a un átomo de carbono y contiene 3 hidrógenos primarios.

  El carbón secundario es aquel que se encuentra unido a 2 átomos de carbono y contienen 2 hidrógenos secundarios.

  El carbón terciario es aquel que se encuentra unido a 3 átomos de carbono y contiene 1 hidrógeno terciario.

  El carbono cuaternario es aquel que se encuentra unido a 4 átomos de carbono y  no contiene ningún hidrógeno.

 

Ejercicio de clasificación. Hacer click aquí...

 

 

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