Propiedades específicas del carbono: número atómico, isótopos y configuración electrónica

1. Identificamos en la tabla periódica el número atómico del carbono: Z = 6.
2. El número de protones del núcleo coincide con el número atómico: Z = 6 protones.
3. Para un átomo neutro se cumple: Z = \text{n}^{\circ}\text{ de protones} = \text{n}^{\circ}\text{ de electrones}.
4. Por lo tanto el carbono neutro posee 6 electrones, con carga total 0.

1. Los isótopos son átomos del mismo elemento con el mismo número de protones pero distinto número de neutrones, es decir, distinta masa atómica A = Z + N.
2. ^{12}_{6}\mathrm{C}: Z = 6, N = 12 - 6 = 6 neutrones. Es el isótopo más abundante, aproximadamente 98{,}93\% de la naturaleza; sobre él se define la unidad de masa atómica (uma).
3. ^{13}_{6}\mathrm{C}: Z = 6, N = 13 - 6 = 7 neutrones. Abundancia aproximada: 1{,}07\%.
4. ^{14}_{6}\mathrm{C}: Z = 6, N = 14 - 6 = 8 neutrones. Es un isótopo radiactivo (emisor \beta^{-}, vida media de 5730 años), presente en cantidades ínfimas y empleado en datación de fósiles y materiales arqueológicos.
5. Todos tienen 6 protones, por eso pertenecen todos al carbono; la abundancia natural media se aproxima a una masa atómica de 12{,}01 u.

1. El carbono tiene 6 electrones; se llenan primero los orbitales de menor energía según el principio de Aufbau: 1s \rightarrow 2s \rightarrow 2p.
2. 1s admite 2 electrones: 1s^{2} (total 2).
3. 2s admite 2 electrones: 2s^{2} (total 4).
4. 2p admite los electrones restantes: 2p^{2} (total 6).
5. Configuración completa: 1s^{2}\,2s^{2}\,2p^{2}, o bien [\mathrm{He}]\,2s^{2}\,2p^{2}.
6. El número de electrones en la última capa (capa de valencia) es n = 2 y se calcula como 2 + 2 = 4 electrones de valencia.

1. La regla del octeto indica que un átomo tiende a alcanzar la configuración del gas noble más cercano (neón: 1s^{2}\,2s^{2}\,2p^{6}), es decir, 8 electrones en su última capa.
2. Para el carbono esa meta es 4 + 4 = 8 electrones de valencia.
3. Como perder 4 electrones requiere mucha energía y ganar 4 es energéticamente costoso, el carbono comparte sus 4 electrones de valencia: forma enlaces covalentes.
4. En cada enlace covalente comparte 2 electrones (uno propio y uno ajeno) con otro átomo; así completa su octeto.
5. Consecuencias de esa tetravalencia (4 enlaces posibles):
   • Enlace simple \mathrm{C-C} (etano, \mathrm{C}_{2}\mathrm{H}_{6}).
   • Enlace doble \mathrm{C=C} (eteno, \mathrm{C}_{2}\mathrm{H}_{4}).
   • Enlace triple \mathrm{C\equiv C} (etino, \mathrm{C}_{2}\mathrm{H}_{2}).
   • Cadenas largas y ramificadas: catenación, la base de la química orgánica.
6. El carbono puede formar además iones; al ganar 4 electrones forma el carburo \mathrm{C}^{4-} y al cederlos, el catión \mathrm{C}^{4+} (poco frecuente en disueltas).

Cuadro resumen